CN113557377A - 用于诸如隧道掘进机传动装置等驱动和/或传动单元的温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明大体上涉及工程机械和类似设备的驱动和/或传动单元的冷却和/或加热。本发明涉及用于冷却和/或加热这种驱动和/或传动单元的温度控制装置，该驱动和/或传动单元包括至少一个具有可流过液体的液体套的换热器模块。本发明还涉及包括至少两个通过这种温度控制装置冷却和/或加热的传动和/或驱动部分的驱动和/或传动单元。本发明还涉及隧道掘进机，其传动装置通过这种温度控制装置冷却和/或加热。根据本发明，温度控制装置的至少一个换热器模块形成夹心状地装配在两个传动和/或驱动部分之间的环形体，该环形体包括允许驱动元件穿过的中心通槽，且在相对端面上分别具有以精确配合的方式将端面连接到两个传动和/或驱动部分的连接法兰。以力或扭矩传递的方式连接例如两个传动级或两个传动和/或驱动部分的例如驱动轴或驱动轮或另一驱动元件能够被引导穿过通槽。

Description

用于诸如隧道掘进机传动装置等驱动和/或传动单元的温度 控制装置

技术领域

本发明大体上涉及工程机械和类似设备的驱动和/或传动单元的冷却和/或加热。在此，本发明一方面涉及用于冷却和/或加热这种驱动和/或传动单元的温度控制装置，该驱动和/或传动单元包括至少一个具有可流过液体的液体套的换热器模块。另一方面，本发明涉及包括至少两个通过这种温度控制装置冷却和/或加热的传动和/或驱动部分的驱动和/或传动单元。最后，本发明还涉及隧道掘进机，其传动装置通过这种温度控制装置冷却和/或加热。

背景技术

在驱动器长时间连续运转的工程机械中，传动装置以及还可能与其紧邻的驱动部分具有强热负荷，因此纯空气冷却不再足以将热量带走。因此，通常的做法是用水、油或其他冷却剂冷却驱动马达和传动装置。在此，这种液体冷却以各种形式实施。例如，已经提出了通过将水流集成在用于冷却的马达法兰中而通过传动装置的与驱动马达连接的端面冷却传动装置，使得传动装置的热量可以通过传动装置的连接到马达的端面散发出去。这本身对于更短的或单级的传动装置是足够的，而在具有(例如在隧道掘进机中常见的)多个传动级的轴向更长的结构形式中，传动装置的这种端面冷却不能散发足够的热量，并且特别是与端面轴向间隔开的传动级过热。

为了特别全面地冷却传动装置，还已经提出了将回路中的传动油从传动装置中引出，在外部冷却并再次输送回传动装置。然而，具有外部冷却的传动油的这种循环非常复杂，并为了始终确保所有传动元件的充分且完全的润滑而受到有关循环速度和压力的多个边界条件的约束。

虽然通常涉及驱动和/或传动单元的冷却，但在非常寒冷的环境条件下，例如当钻机在北极条件下过夜或周末停止时，加热驱动和/或传动单元并使其达到操作温度也是有必要的或至少是有用的，例如以便于启动并在非常寒冷的温度下启动时也确保完全润滑。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的上述类型的温度控制装置，以及一种改进的驱动和/或传动单元和一种改进的隧道掘进机，它们避免了现有技术的缺点并以有利的方式进一步发展了现有技术。特别地，应通过结构简单且易于更换的装置来实现能承受恶劣施工现场条件的稳健的温度控制，该装置能够事后可选择性地改装到在某些操作条件下出现温度问题的驱动和/或传动单元上。

根据本发明，所述目的通过根据权利要求1所述的温度控制装置、根据权利要求11所述的传动和/或驱动单元以及根据权利要求14所述的隧道掘进机来实现。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。

因此，提出了将温度控制装置设计为与传动装置分离的独立换热器模块的形式，其可以夹心状地插入在两个传动和/或驱动部分之间，以便在两个传动和/或驱动部分的界面处提取或提供热量。由于传动和/或驱动单元和温度控制装置的模块化结构，在出现温度问题时也能够以非常简单的方式事后改装传动和/或驱动单元。根据本发明，温度控制装置的至少一个换热器模块形成用于夹心状地装配在两个传动和/或驱动部分之间的环形体，该环形体包括允许驱动元件穿过的中心通槽，并在相对端面的每者上具有以精确配合的方式将端面连接到两个传动和/或驱动部分的连接法兰。用于以力或扭矩传递的方式连接例如两个传动级或两个传动和/或驱动部分的例如驱动轴或驱动轮或另一驱动元件被引导穿过所述通槽。因此，换热器模块能够以简单的方式集成到驱动或传动单元中，而不必以特殊方式适配于传动或驱动单元。换热器环形体的相对的连接法兰的形状匹配于待连接的传动和/或驱动部分的法兰的形状，使得传动或驱动部分能够以精确配合的方式装配和连接到连接法兰。

特别地，如下的传动或驱动部分能够以液密的方式连接到换热器的连接法兰，这些传动或驱动部分之间应夹心状地装配有换热器模块，其中，所述传动和/或驱动部分可以特别通过相应的壳体部件紧固到换热器模块的相对的连接法兰上。

换热器模块环形体的相对的连接法兰可以在形状上适配于两个壳体部件的边缘侧连接法兰并以液密的方式紧固在其上，这些壳体部件可以一起形成传动装置壳体和/或可以形成单独传动级的单独的壳体部件。

在本发明的改进示例中，换热器模块的可流过液体的液体套可在环形体的内部形成环形室，该环形室以围绕通槽的方式延伸。通过环绕通槽的这种环形室，冷却液可以在通槽周围流动并大面积地冷却环形体的壁，并因此吸收和散发大量热量。

为了在热传导方面实现稳健且同时有效的设计，本发明改进示例中的所述环形体可以包括上面形成有两个相对的连接法兰的实心外环、被容纳在外环中的内环以及两个优选大致板形的端壁，这两个端壁将所述外环和内环相互连接并在它们之间界定特别是所述环形室的液体套。

例如，可被设计为由金属材料制成的实心体的这种实心外环使换热器模块得到了足够的稳健性，以便将两个传动和/或驱动部分稳定地相互连接，并还能保护换热器模块本身免受施工现场恶劣环境条件的影响。同时，具有将内环和外环相互连接并界定液体套的板形端壁的箱形结构实现了整体的简单结构，其中，端壁形成了可将大量热量传递给流过液体的大传热面。

为了实现整体的轻型设计，所述端壁可以具有比实心外环明显更小的壁厚。例如，可提供薄金属板作为端壁，其可以例如焊接和/或粘合和/或在铸造时铸造或以其他方式液密地紧固在实心外环和内环上。在本发明的有利改进示例中，板形端壁的壁厚可以小于外环厚度(特别是外环的轴向尺寸)的三分之一或还小于外环厚度的四分之一。

无论板形端壁的壁厚如何，内环的壁厚也可以明显小于外环的壁厚。例如，内环的径向测量厚度可以小于外环的径向测量厚度的50％，其中，特别是当板形端壁相互平行地布置时，内环和外环可以具有相同的轴向尺寸。

总体上看，被设计为环形体的换热器可以盘形地设计，特别是中心具有通孔的薄片形式。例如，环形体的这种盘形设计的特征可在于至少大致平行的端面。独立于此，环形体的可由外环的外壳侧和/或内环的内壳侧形成的外表面和/或内表面可以具有大致圆柱形的轮廓，特别是具有大概圆柱形的轮廓。

有利地，换热器模块的液体套可以包括入口和出口，以便能够从外部(即，在换热器模块或其液体室外)冷却或必要时还可加热流过的温度控制液体。特别地，换热器模块可以包括至少一个流入端子和至少一个流出端子，以便能够以简单的方式将相应机器的具有相应流入和流出管线的外部冷却液回路连接到换热器模块。

有利地，所述流入和流出端子可以设置在换热器模块的环形体的外环上，以便能够将温度控制液体通过外环输送到环形室中并能够将其从环形室中再次排出。

有利地，环形室的所述入口和所述出口可以彼此并排地设置或设置在换热器的环形体的同一区段(Sektor)中，并通过设置在环形室中的分隔板彼此分开，该分隔板在圆周方向上将环形室以拆分环的方式划分为两个环形区域。通过将入口和出口布置在环形体或环形室的同一区段中，确保了温度控制液体环绕和循环通过整个环形室，其中，所述分隔板防止了流动短路，并确保了流体必须循环流过整个换热器或整个环形室。

所述入口和出口端子可以包括液密的联接件，例如，用于连接温度控制液体管线的插接联接件或螺栓联接件。

有利地，所述入口和所述出口可以布置在环形体的上侧上(例如，在12点钟方向前和后不远)，以便不仅在上侧输入温度控制流体而且在上侧排出该温度控制流体。温度控制流体回路的入口和出口在上侧的这种布置确保了温度控制流体流过整个液体套，特别是流过整个环形室。在本发明的有利改进示例中，可以在流过温度控制流体的所述环形室中设置湍流板和/或分配板，这些湍流板和/或分配板特别布置为彼此径向偏移，使得温度控制液体必须以曲折形或蛇形的方式来回流动以能够通过湍流板。如果环形室以所述方式由内环和外环界定，则所述湍流板可以布置为交替地从内环向外突出和从外环向内突出。在此，所述湍流板可以在环形室的整个宽度或厚度上延伸，即，它们可以排列在两个板形端壁的两侧上，使得仅分别在交替布置的湍流板的径向内端部处或在径向外端部处保留通道。

然而，替代地或补充地，也可以考虑将湍流板布置为使得冷却或加热液体以曲折的方式在两个界定环形室端面的板形端壁之间来回流动。为了实现这一点，所述湍流板可以分别与两个端壁中的一者留有通道间隙，其中，湍流板交替地连接到一个端壁和另一端壁。

然而，从内环到外环等来回流动的曲折形流动路径延长了穿过环形室的流动路径，并相应地延长了循环的温度控制液体在环形室中的停留时间，从而可以实现更好的热传导。

为了实现通过换热器模块彼此分开的两个传动和/或驱动部分的温度均衡，换热器模块可以有利地在环形体的外圆周部的区域中包括多个通槽。特别地，上述外环可设置有多个通孔或通槽，以便在靠近传动和/或驱动装置壳体壁的区域中实现从一个传动和/或驱动部分到另一传动和/或驱动部分的传动装置油或润滑剂的交换。例如，如果在其中一个传动部分中设置有在外圆周上包括齿圈的行星传动级，则从空腔处的齿部挤出的润滑剂可以通过所述通孔逸出，使得挤出的油在与换热器模块直接接触时放热，并避免了齿圈区域过热。

所述通孔可以沿换热器模块的周向分散地布置。

所述通槽可以径向定位在相对的连接法兰的内部。

在本发明的改进示例中，优选为行星传动级形式的传动级可以设置在换热器模块的两侧。两个传动级可以通过太阳轮和/或行星架连接板以力和扭矩传递的方式相互连接，该太阳轮或行星架连接板延伸穿过环形体形状的换热器模块的通槽。

在本发明的改进示例中，至少一个换热器模块可以布置在最靠近驱动马达的两个第一传动级之间，以便能够散出在此产生的热负荷。特别是在第一高速旋转的传动级中功率损耗和由此产生的热量最大，因此通过在前两个传动级之间插入换热器模块可以特别有效地降低热负荷。

在本发明的改进示例中，所述类型的多个换热器模块也可以布置在多个相邻的传动级对之间，例如在第一和第二传动级之间以及在第二和第三传动级之间。有利地，所述传动级可以被分别设计为行星传动级。

原则上，还可以在第一传动级和与其连接的驱动马达之间布置换热器模块。在此，换热器模块的环形体的其中一个连接法兰可以安装到驱动马达壳体且另一驱动法兰可以安装到传动装置壳体，并因此以液密的方式连接。

附图说明

下面将根据优选的示例性实施例和相关附图更详细地说明本发明。

图1示出了隧道掘进机的驱动和传动单元的示意图，其中，传动装置包括多个行星传动级，并根据本发明的一有利实施例的换热器模块布置在第一传动级和第二传动级之间。

图2示出了图1的驱动和传动单元的盘形换热器模块的立体图。

图3示出了图2的盘形换热器模块的局部剖切立体图，其示出了可流过流体的环形室的内部结构和布置在其上的湍流板。

具体实施方式

如图1所示，隧道掘进机1可以包括可旋转驱动的铣削转子状钻头(

Bohrkopf)2，该钻头由驱动马达3通过传动单元4旋转地驱动。在此，所述钻头2可由传动单元4例如通过齿环驱动，该钻头能够通过钻头轴承5以已知的方式支撑。

如图1所示，传动单元4可由多个传动级构成，这些传动级串联连接以将驱动马达3的驱动转速转换或降低为钻头2的期望转子转速，其中，例如可以设置有三个传动级4.1、4.2和4.3。

在此，所述传动级可以是行星级，其可以分别包括太阳轮6、齿圈7和与其啮合的行星齿轮8，行星齿轮可布置在行星架9上。在此，相邻的行星级可以在太阳轮以及行星架的连接杆(Steg)上相互连接(参见图1)。

所述传动级4.1、4.2和4.3可以分别彼此独立地设计并分别包括至少大致圆柱形的传动装置壳体部件，传动级可以通过该传动装置壳体部件彼此并排放置，使得传动单元4由轴向地连续布置并相互连接的多个传动级以模块化的方式整体地构造。

第一传动级4.1可连接到驱动马达3，其中，例如马达输出轴10能够以不可旋转的方式耦接到第一传动级4.1的太阳轮4。末端传动级4.3的输出轴(例如，行星架9的连接杆)可以例如通过齿环耦接到钻孔转子2的驱动轴。

如图1所示，换热器模块11可以插入在两个相邻的传动级之间，特别是在相对快速旋转的第一和第二传动级4.1和4.2之间，该换热器模块夹心状地装配在相邻传动级4.1和4.2的端面之间。在此，所述换热器模块11可以例如通过用于将两个壳体部件12.1和12.2夹紧在换热器模块11上的螺栓连接将第一和第二传动级4.1和4.2的壳体部件彼此刚性地连接。

所述换热器模块11将在图2和3中更详细地示出，并且在从整体看时，其可被设计为盘形。特别地，换热器模块11可以形成环形体，该环形体在中心部分中具有通槽13，并且在相对的端面的每者上具有连接法兰(Anschlussflansch)14和15，它们的形状和尺寸适配于两个传动级4.1和4.2的连接法兰，使得所述传动级4.1和4.2能够精确地配合在换热器模块11的两个连接法兰14和15上并因此能够优选无间隙地、特别是以液密的方式连接。如图2和3所示，所述连接法兰14和15可以例如分别具有平坦的环形端面16，端面可以大致彼此平行地和/或在垂直于传动单元的纵向轴线的平面中延伸。连接法兰14和15的所述端面16可在内边缘上(但也可在外边缘上)通过在端侧突出的环形肋(Ringsteg)17界定，该环形肋17可以推入到邻接的传动部分4.1和4.2的壳体部件12.1或12.2中并例如能够以精确配合的方式抵靠在相应壳体部件的内圆周表面上。通过所述环形肋17，换热器模块11可在径向方向上以精确配合的方式被引导到相邻传动部分的壳体部件12.1和12.2上。

为了能够将传动级4.1和4.2刚性地连接到换热器模块11，可以在换热器模块11的连接法兰14和15的区域中设置钻孔18，以便能够例如通过螺栓将两个壳体部件12.1和12.2与换热器模块11相互连接。螺栓可以延伸穿过所述钻孔18。

如图3所示，换热器模块11可以有利地包括由实心材料制成的实心外环19，在其端面上可以形成所述连接法兰14和15。

在所述外环19内，换热器模块11可包括内环20，该内环界定换热器模块11的所述通槽13。所述外环和内环19、20可通过两个板形的端壁21、22相互连接，所述端壁在它们与所述内环和外环之间界定环形室23。所述端壁21和22可例如由薄金属板或另一种高导热材料构成。

独立于此，所述端壁21和22可以彼此平行地布置并且以与内环20和/或外环19的轴向宽度大致相对应的距离彼此间隔开。

所述端壁21和22可以基本上平坦的设计，特别是形成两个平坦的环形盘。

所述端壁21和22以液密的方式连接(例如，焊接和/或粘合)到外环19和内环20。

为了能够使温度控制液体循环通过环形室23，所述环形室23具有入口24和出口25，它们可以有利地延伸穿过外环19并可以有利地在所述外环19的外圆周上开口。

如图2所示，入口24和出口25可以有利地彼此相邻地布置和/或布置在外环19的相同区段中，特别是在换热器模块11常规地集成到传动单元4中时，所述入口和出口可布置在该换热器模块的上侧上。

除了所述入口24和出口25之外，在环形室23的下侧可以设置有一个或多个其他出口26，以便能够从环形室23排出冷却液，其中，这些出口26有利地也可以延伸穿过外环19(参见图3)。

为确保温度控制液体流过整个环形室23，可在环形室23中在设置在上侧的入口24和出口25之间设置分隔板27，该分隔板在入口24和出口25之间以拆分环(Schlitzrings)的方式分割环形室23。所述分隔板27能够以液密的方式不仅连接到外环19和内环20而且还连接到彼此间隔开的两个端壁21和22。

因此，入口24在分隔板27的一侧通向环形室23，而出口25在分隔板27的相对侧通向环形室23。

为了在温度控制液体流过环形室23时将其引导到环形室23的所有区域中，也可以在环形室23中设置湍流板(Turbulenzstege)28，该湍流板可以被布置和设计为，使得周向地流过环形室23的流体在内环20和外环19之间来回曲折前进或沿旋转方向以蛇形方式来回流动。所述湍流板28可以交替地、彼此径向偏移地布置并且相对于内环20和外环19交替地保留有用于流过温度控制液体的间隙。

独立于此，所述湍流板28可在两个端壁21和22之间延伸并将它们相互连接，其中，所述湍流板28可以至少大致在径向方向上或从内侧到外侧延伸，即，在从内环到外环的方向上延伸，反之亦然。

特别地，所述湍流板28可以交替地一次连接到内环20，一次连接到外环19，并分别在另一环上保留有间隙29，温度液体可以流过该间隙29。在此，所述间隙29交替地位于外环19和内环20上(参见图3)。

所述换热器模块11具有显著的优点。一方面，它是一种成本低且非常稳固的结构，该结构也适用于例如隧道掘进机中的恶劣使用条件，其中，特别是坚固的外环还可以承受如在隧道掘进机中产生的冲击负荷。

在此，不仅粗大的外环19而且箱形结构使该结构非常稳定，根据该箱形结构，端壁21和22通过外环和内环以及湍流板多次相互连接，使得即使在强烈振动、压力峰值或其他外部的影响下也不会出现损坏。在此，换热器模块直接集成到传动单元4中，并因此也被额外地保护而免受外部影响。

换热器模块11在前两个传动级4.1和4.2之间的布置也产生了极好的流入条件，其中，通过与两个传动级的传动装置的润滑剂接触的两个端壁21和22产生了两倍的有效面积。功率损耗在产生地点附近被吸收。特别是在第一高速旋转的传动级4.1和4.2中，功率损耗和由此产生的热量最大。

由于湍流板或连接板28的径向偏移地布置，在环形地围绕通槽13流动的温度控制流体多次偏转，这通过取决于流量的湍流确保了整体的环流和传热面的最大利用率。

换热器模块11容易适配于现有的传动装置结构。在此，如有需要，换热器模块11可以容易地放置在传动单元4的行星级之间。

由于模块化的设计，多个换热器模块11可以依次串联连接并因此几乎可以任意增大冷却功率。

在轴向方向上引导穿过换热器模块11的轴向通孔30或通槽允许在行星传动级的齿圈7的高度处从此处的齿面挤出的油流过通槽30并得到直接的冷却效果。所述通槽30还促进了传动单元4中的油交换或润滑剂交换，并确保了润滑剂的均匀混合。

Claims (14)

1.一种用于冷却和/或加热隧道掘进机传动装置(4)的温度控制装置，其包括至少一个具有液体套(31)的换热器模块(11)，

其特征在于，所述换热器模块(11)形成用于夹心状地装配在两个相邻的驱动和/或传动部分(4.1、4.2)之间的环形体，所述环形体包括允许可旋转的驱动和/或传动元件(32)穿过的中心通槽(13)，并在相对的端面的每者上具有用于将所述端面以精确配合的方式连接到两个相邻的传动和/或驱动部分(4.1、4.2)的连接法兰(14、15)。

2.根据前一项权利要求所述的温度控制装置，其中，所述液体套(31)在所述环形体的内部形成环形室(23)，所述环形室以围绕所述通槽(13)的方式延伸。

3.根据前一项权利要求所述的温度控制装置，其中，所述环形室包括至少一个入口(24)和至少一个出口(25)，所述入口和所述出口布置成彼此相邻且/或布置在所述环形室(23)的一个区段中并且通过分隔板(27)彼此分开，所述分隔板在圆周方向上将所述环形室(23)以拆分环的方式划分为两个环形室部分。

4.根据前一项权利要求所述的温度控制装置，其中，所述入口(24)和所述出口(25)布置在所述换热器模块(11)的上侧。

5.根据前述任一项权利要求所述的温度控制装置，其中，在所述环形室(23)中设置有径向地偏移的湍流板(28)。

6.根据前一项权利要求所述的温度控制装置，其中，所述湍流板(28)交替地从所述环形室(23)的内圆周向外突出以及从所述环形室(23)的外圆周向内突出，并交替地在所述环形室(23)的内圆周和外圆周上界定通道间隙(29)，以允许温度控制流体循环。

7.根据前述任一项权利要求所述的温度控制装置，其中，所述换热器模块(11)的所述环形体包括实心的外环(19)、布置在所述外环(19)内的内环(20)以及两个优选平坦的板形端壁(21、22)，两个相对的所述连接法兰(14、15)形成在所述外环上，所述端壁将所述外环(19)和所述内环(20)相互连接并在所述外环和内环之间界定所述液体套(21)。

8.根据前一项权利要求所述的温度控制装置，其中，所述端壁(21、22)的壁厚小于所述外环(19)的壁厚，其中，所述端壁(21、22)的壁厚优选小于所述外环(19)的壁厚的三分之一，或小于所述外环(19)的壁厚的四分之一。

9.根据前述任一项权利要求所述的温度控制装置，其中所述外环(19)在所述连接法兰(14、15)内包括用于所述两个传动和/或驱动部分(4.1、4.2)的流动连接的轴向通槽(30)，所述换热器模块(11)夹心状地布置在所述两个传动和/或驱动部分之间。

10.根据前两项权利要求中任一项所述的温度控制装置，其中，所述湍流板(28)连接到两个端壁(21、22)并交替地连接到所述内环(20)或所述外环(19)。

11.一种包括至少两个传动和/或驱动部分(4.1、4.2)的传动和/或驱动单元，根据前述任一项权利要求设计的温度控制装置布置在所述两个传动和/或驱动部分之间，其中，所述两个传动和/或驱动部分(4.1、4.2)紧固到所述换热器模块(11)的相对的所述连接法兰(14、15)并通过所述换热器模块(11)相互连接，其中，将所述两个传动和/或驱动部分(4.1、4.2)以力和/或扭矩传递的方式相互连接的传动和/或驱动元件(32)延伸穿过所述换热器模块(11)中的所述通槽(13)。

12.根据前一项权利要求所述的传动和/或驱动单元，其中，连接到所述换热器模块(11)的所述两个传动部分分别包括行星传动级，其中，延伸穿过所述换热器模块(11)中的所述通槽(13)的所述驱动元件将一个所述行星传动级的太阳轮以不能旋转的方式连接到另一所述行星传动级的行星架(9)。

13.根据前两项权利要求中任一项所述的传动和/或驱动单元，其中，所述至少一个换热器模块(11)布置在第一传动级和第二传动级之间，所述第一传动级和所述第二传动级串联连接到驱动马达(3)，且/或所述两个传动级具有最高转速。

14.一种具有钻头(2)的隧道掘进机，所述钻头能够由驱动马达(3)通过传动单元(4)驱动，其中，根据权利要求1至10中任一项设计的温度控制装置被集成在所述传动单元(4)中。

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