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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spalten von sprödem, massivem Material, insbesondere Stein u. dgl., wobei auf dieses Material längs einer vorbestimmten Spaltebene Druck ausgeübt wird.
Ziel der Erfindung ist eine Verbesserung der bisher üblichen Verfahren und eine optimale Verringerung des für die Spaltung erforderlichen Energieaufwandes ; ausserdem soll der beim Brechen von Stein, Beton u. dgl. bisher unvermeidliche Lärm zumindest verringert werden.
Mit besonderem Vorteil ist das erfindungsgemässe Verfahren dann anwendbar, wenn es sich darum handelt, aus einem vorgefertigten Formling aus Beton od. dgl. durch Spalten einzelne Formsteine herzustellen, die an zumindest einer Seite eine als Sichtfläche verwendbare Spaltfläche aufweisen. In diesem Anwendungsfall zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren dadurch aus, dass besonders dünne, platten- und scheibenförmige Formsteine mit solchen durch Spalten gewonnenen Sichtflächen hergestellt werden können, ohne dass es beim
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vorgefertigt werden muss.
Neben diesem Anwendungsgebiet eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren aber allenfalls auch zur
Anwendung beim Abbruch bestehender Betonbauwerke, beim Aufreissen von Beton-Strassendecken usw. ; ferner auch bei der Gewinnung und Bearbeitung von Natursteinblöcken grosser Härte und Festigkeit.
Dem wesentlichsten Erfindungsmerkmal zufolge wird auf das zu brechende Material längs einer vorbestimmten Spaltebene ein Druck mit einer im Wechsel an- und abschwellenden Grösse ausgeübt.
In der deutschen Offenlegungsschrift 1950950 ist bereits vorgeschlagen worden, auf einen zu spaltenden
Formling mittels zueinander quer beweglicher, voneinander verschiedener Werkzeuge Drücke alternierend, also im
Wechsel in einer beliebig wählbaren Frequenz auszuüben, d. h. Perioden der Druckeinwirkung der Werkzeuge einer Art wechseln mit Perioden der Druckeinwirkung der Werkzeuge anderer Art aufeinanderfolgend ab.
Demgegenüber besteht das Wesen der Erfindung darin, dass die Druckausübung ein und derselben
Werkzeuge auf den Formling mit einer im Wechsel an- und abschwellenden Grösse erfolgt, also mit einer zwischen einem Minimalwert (der auch Null sein kann) und einem Maximalwert regelmässig und stetig schwankenden Grösse.
Die Erfindung beruht im wesentlichen auf der Erkenntnis, dass der Bruch eines insbesondere spröden
Materiales bei einem intermittierenden Lastwechsel schon bei viel niedrigeren Zugspannungen erfolgt als bei stetigem Anstieg einer stationären Last auf einen Höchstwert ; die Spaltzugfestigkeit eines spröden, massiven
Materiales ist gegenüber Lasten wechselnder Grösse (Wechsel-, Schwellbelastungen u. dgl. dynamischen Lasten) wesentlich geringer im Vergleich zur Festigkeit gegenüber statischen Lasten, die stetig bis zur Höhe der Bruchlast ansteigen müssen, um den gewollten Bruch herbeizuführen ; dieser Umstand wird im Rahmen der Erfindung nutzbringend ausgewertet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Grösse des auf das Material ausgeübten Druckes in regelmässiger Folge von einem vorzugsweise konstanten Minimalwert auf einen vorzugsweise konstanten Maximalwert verändert. Eine Zeit-Druck-Linie (Zeit-Spannungs-Linie) verläuft demnach in einem Diagramm als Wellen- oder Zickzacklinie mit einer konstanten Amplitude.
Die Druckänderungen werden vorzugsweise stetig, d. h. mit stetiger Zu- und Abnahme der Druckgrösse, vollzogen, so dass die Zeit-Druck-Linie im Diagramm etwa in der Form einer Sinuslinie verläuft.
Auch die Frequenz der Druckänderungen bleibt im Verlauf des Verfahrens zweckmässigerweise konstant, zumal dann, wenn die Druckänderungen von einem kontinuierlich arbeitenden Erzeuger verursacht bzw. von einem solchen Impulsgeber gesteuert werden.
Die Maxima der Druckbeanspruchungen folgen dabei einander mit beliebig wählbarem Zeitabstand, vorteilhafterweise beträgt die Frequenz etwa 1 bis 50 Hz, vorzugsweise 3 bis 10 Hz.
Wie schon eingangs erwähnt, genügen bei dem erfindungsgemässen Verfahren weitaus geringere Kräfte zur Durchführung einer Brechung (Spaltung) des Materiales als bei der herkömmlichen Methode, bei welcher es zum Brechen des Materialkörpers der vollen statischen Bruchlast bedarf. Beim erfindungsgemässen Verfahren kann die Maximalhöhe des ausgeübten Druckes beträchtlich unterhalb der statischen Bruchlast bleiben, so kann sie jedenfalls weniger als 80% dieser Bruchlast betragen, vorzugsweise nur 25 bis 80% dieser Bruchlast. Die Minimalhöhe des ausgeübten Druckes kann sehr gering sein, sie beträgt jedenfalls weniger als 50% der statischen Bruchlast, vorzugsweise bloss 5 bis 25% dieser Bruchlast.
Wie gleichfalls bereits erwähnt, eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren besonders auch zur Herstellung von Bezonformsteinen mit mindestens einer gebrochenen Sichtfläche ; solche Formsteine können bei Befolgung der erfindungsgemässen Lehre aussergewöhnlich dünn gespalten und sodann beispielsweise als Verkleidungsplatten wirtschaftlich geringen Gewichtes verwendet werden.
Dabei empfiehlt es sich, den Körper aus dem zu brechenden Material, also beispielsweise einen vorgefertigten Betonformling, dem zum Brechen (Spalten) erforderlichen dynamischen Druck einer Presse elastisch abgestützt auszusetzen, wobei durch die aufeinanderfolgenden Wechsel der Grösse des Druckes schliesslich in der Spaltebene die Zugfestigkeit des Materiales überbeansprucht wird und es zu einer Spaltung kommt.
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Die Erfindung erstreckt sich schliesslich auch auf eine zur Durchführung der oben erläuterten Verfahren geeignete Vorrichtung, deren Merkmale der besseren Verständlichkeit halber nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert werden.
Diese Zeichnung zeigt in einer einzigen Figur eine Seitenansicht, teilweise einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer solchen Vorrichtung.
Ein aus Beton od. dgl. vorgefertigter prismatischer Formling-l-befindet sich zwischen einem oberen Messerträger--2-, welcher in an sich bekannter Weise eine Anzahl linear nebeneinander angeordneter, einzeln nachgiebig gelagerter Messer-3-trägt und als Werkzeug zur Ausübung des an- und abschwellenden Druckes einen Kolben-Zylinder-Antrieb --4-- besitzt, der höhenverstellbar in einer Führung --5-- lagert. Die
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Kolben-Zylinder-Antriebes-4-ist--l-- ist ein weiterer Kolben-Zylinder-Antrieb--9--vorgesehen, der am Querhaupt des Grundrahmens --10-- angebracht ist und dessen Kolbenstange --11-- im Gelenk --12-- an den Kolben-Zylinder-Antrieb --4-- angelenkt ist.
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angeordneten Messern--3--in der Spaltebene gegenüberliegt. Jedenfalls soll durch die elastische Unterlage - -14-- gewährleistet sein, dass der Formling-l--, unter dem Einfluss des von den Messern --3-- auf ihn ausgeübten Druckes gegen die Unterlage ausschwingen kann.
Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist wie folgt : Zunächst wird der Messerträger --2-- mittels des Kolben-Zylinder-Antriebes --9-- so weit gegen den Formling--l--hin abgesenkt, bis die Messer--3-- auf der Oberseite des Formlinges mit dem vorbestimmten Minimaldruck aufliegen und auf diesen Formling einwirken. Nun tritt der zur Ausübung des an- und abschwellenden Druckes bestimmte Kolben-Zylinder-Antrieb - in Tätigkeit und übt-zusätzlich zu dem Minimaldruck - in wechselnder Folge einen an- und abschwellenden Druck auf den Formling-l--aus, beispielsweise mit einer Frequenz der Druckmaxima von 3 bis 5 Hz.
Diese Beanspruchung des Formlinges führt erfahrungsgemäss innerhalb kürzester Frist zu einem exakten Bruch in der vorbestimmten Soll-Spaltebene der Messer-3 und 15--.
Im Rahmen der Erfindung stehen neben der dargestellten und erläuterten konstruktiven Lösungen noch zahlreiche weitere Möglichkeiten einer Verwirklichung des Erfindungsgedankens offen. So kann etwa der Druck an- und abschwellender Grösse beliebig ausgeübt und auch beliebig gesteuert werden, sei es mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder auch elektrisch, etwa mittels eines Unwucht-Motors.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Lösung besteht ferner darin, dass mit einer Vielzahl verschiedener Faktoren auf den Ablauf des Verfahrens Einfluss genommen werden kann, nämlich beispielsweise durch Änderung der Maximal- und Minimal-Druckwerte, durch Änderung der Frequenz der Schwellvorgänge usw.
Dadurch wird es ermöglicht, feinfühlig auf die jeweilige Beschaffenheit (Spaltzugfestigkeit, Sprödigkeit) des zu brechenden Materiales Bedacht zu nehmen und gewissermassen für jedes solches Material Optimalwerte der obgenannten Faktoren empirisch zu ermitteln und festzulegen. Als Optimalwerte sind dabei naturgemäss jene Werte anzusehen, bei denen der Bruch bzw. die Spaltung mit möglichst geringem Energieaufwand bzw. möglichst ebenflächig bzw. mit möglichst geringem Anfall von Ausschuss durchführbar ist.
Bei der Herstellung von Formsteinplatten mit gebrochener Sichtfläche eröffnet die erfindungsgemässe Lösung die Möglichkeit besonders dünner, als Verkleidungselemente geeigneter Platten.
Bei der Anwendung des Verfahrens für den Abbruch von Betonstrassendecken u. dgl. ergibt sich der Vorteil, dass die elastische Auflagerung solcher Materialkörper naturgemäss durch den Strassenunterbau verkörpert wird.
Grundsätzlich erbringt die nachgiebige Lagerung des zu brechenden Materialkörpers den Vortiel, dass das Wechselspiel der inneren und äusseren Kräfte dadurch unbehindert ermöglicht wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Spalten von sprödem, massivem Material, insbesondere Stein u. dgl., wobei auf dieses
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