DE10002213A1

DE10002213A1 - Optimierung exzenterschlagüberlagerter gegengewuchteter Werkzeuge

Info

Publication number: DE10002213A1
Application number: DE2000102213
Authority: DE
Inventors: Philip Bechem; Klaus Bechem; Ulrich Bechem
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2001-12-20
Also published as: AU4863700A; ZA200003509B; EP1138869A2; CA2313924A1

Abstract

Optimierung exzenterschlagüberlagerter gegengewuchteter Rollenmeißel zum Abtragen und Schlitzen von Gestein, Mineralien und dgl.

Description

Es gibt Systeme und Entwicklungen zur Schlagüberlagerung von Rollenbohrwerkzeugen zum Tunnel- und Schachtbohren sowie zum Schlitzen und Abtragen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. unter Verwendung schnellaufend angetriebener Exzenter mit auf ihnen drehend gelagerten, gegengewuchteten und untersetzt langsamer drehend angetriebenen schlagüberlagerter Rollenmeißel konstanter Drehzahlen und konstant hohen Werkzeugumfangsgeschwindigkeiten. Bereits diese Technik hat gezeigt, daß der Energiebedarf sowie der erforderliche Andruck nur noch 1/3 konventioneller Werkzeuge beträgt - bei vergleichsweise geringem Werkzeugverschleiß.

In sehr harten und abrassiven festen Gesteinen oder Mineralien bedingen u. a. die hohen Werkzeugumfangsgeschwindigkeiten zwangsläufig hohen Verschleiß an den Werkzeugen - bis hin zur Unwirtschaftlichkeit oder gar Unmöglichkeit der Verwendung dieser Technik.

Auf der Basis der Erfahrungen mit o. a. exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln wurde ermittelt und wird erfindungsgemäß beansprucht, daß man zur Maximierung der Löseleistung die optimale Drehrichtung und Werkzeugdrehzahl sowie optimale Drehrichtung des Exzenters sowie die optimale Amplitude auf das jeweils zu bearbeitende Material zunächst ermitteln und danach einstellen muß, um maximale Löseleistungen bei geringst möglichem Werkzeugverschleiß zu erzielen.

In der Fig. 1, nur einem Ausführungsbeispiel, wird nur eines der exzenterschlagüberlagerten Systeme beschrieben. Hierbei ist (1) die in (2) exzentrisch gelagerte Exzenterwelle mit dem Gegengewicht (12) an der über (3) schnelldrehend angetriebenen Exzenterhülse (2). Der Innenzahnkranz (4) des Untersetzungsgetriebes ist mit der Welle (1) verbunden, mit (1a) als verstärkendem Lager. Der Außenzahnkranz (5a) an der An-/Abtriebswelle (5) ist im Gehäuse zentrisch gelagert und wird über (17) gedämpft gestellfest gehalten, wenn die optimalen Drehzahlen mit dem erforderlichen Untersetzungsverhältnis zuvor ermittelt und entsprechend installiert wurden (z. B. Exzenterwellendrehzahl 3.100 U/min, Werkzeugdrehzahl 65 U/min und Amplitude optimiert z. B. 5,5 mm). Die Optimierung der Drehzahl und -Richtung der Welle (1) mit dem jeweiligen Werkzeugen (6-8) erfolgt erfindungsgemäß jedoch über den Zapfen (5) aller Figuren.

In der Fig. 2 ist ein flächig arbeitendes Werkzeug (6) dargestellt, in der Fig. 3 ist unter (7) ein fräsendes schlitzendes Werkzeug dargestellt. Bei der Fig. 4 handelt es sich hier um exzenterinduziertes schlagendes Abrollen ein- oder zweiseitig konischer Disken, mit oder ohne Verzahnung, mit Hilfsantrieb über (5), um entweder die exakte Eigenabrolldrehzahl einhalten zu können und ein Schleißen, Schleifen oder gar Stehenbleiben zu verhindern oder um bei verzahnten Werkzeugen einen Fräseffekt zur Erhöhung der Löseleistung durch Erhöhung oder Reduzierung der exzenterinduzierten Selbstabrolldrehzahl zu überlagern. Hierfür wird gesonderter Schutz beansprucht.

Die Fig. 5 zeigt eines der anderen möglichen Aktivierungssysteme, hier mit Direktantrieb (4a), d. h. ohne das Getriebe (4). (5) ist die Antriebswelle mit der Kraftübertragung (4a) auf das Werkzeug (6a). Das Gegengewicht zum Auswuchten ist (12). Das Werkzeug ist (6a) - hier flächig abtragend.

In den Fig. 6 und 7 sind die Schlagkurven der Exzenteraktivierung bei verschiedenen Drehzahlen resp. Umfangsgeschwindigkeiten der Werkzeuge dargestellt, bei gleichbleibender Drehzahl und gleicher Drehrichtung der Exzenterwelle (9). Im Bereich der Fig. 6 sind radiale Schläge von maximalen bis minimalen Werkzeugdrehzahlen dargestellt, bis hin zur Werkzeugdrehzahl 0. Bei Werkzeugdrehzahlen darüber hinaus werden die Schläge systembedingt linear nach außen gerichtet (Fig. 7). Im Bereich des Pfeiles der Fig. 7, z. B. zwischen "min" und "max", liegt die exzenterinduzierte antriebslose Selbstabrolldrehzahl des linear nach außen schlagenden Werkzeuges.

In der Fig. 8a ist (8) hier eine verzahnte profilierte schlagend hinterschneidend arbeitende Diske, die über (10) aktiviert ist. (5) ist der variable Antrieb, um das Werkzeug (a) optimal auf der Sohle des Gesteins zum Abrollen zu bringen, (b) fräsüberlagert, oder (c) als Antrieb für ein um die Mittelachse (11) drehendes möglichst mehrstufiges Bohraggregat z. B. beim Schachtbohren.

Die Fig. 8b zeigt in (13) eine auf dieser Stufe abtragende erfindungsgemäß drehzahloptimierte Fräswalze - fremd- und/oder eigenangetrieben rotierend - Tunnelbohraggregat an einem Bohrkopf.

In der Fig. 9 und 10 sind die unterschiedlichen Drehschlagarten eines Werkzeuges bei gleichbleibender Amplitude, gleichbleibender Exzenter-, Werkzeugdrehzahl und -Richtung dargestellt. Die Fig. 9 zeigt den wirkungsvolleren aber schleißenderen Radialschlag; die Fig. 10 den werkzeugschonenderen Linearschlag von innen nach außen.

In der Fig. 11, nur einem Ausführungsbeispiel einer Lagerung zur Aufnahme der Axialkräfte, insbesondere bei einseitig konischen Diskenrollenmeißeln, sind (14) die den jeweiligen Axialschub aufnehmenden Lagerungen. (15) ist eine auf der Exzenterwelle angeordnete Scheibe oder dgl. Die sonstige Bauart entspricht den Fig. 1 bis 3, insbesondere der Fig. 4 und 8a.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle, gekennzeichnet durch die Kombination

a) der Änderbarkeit der Drehrichtung der Exzenterwelle und/oder
b) der der Werkzeuge sowie
c) der Regel- und Einstellbarkeit der Drehzahl der Exzenterwelle und/oder
d) der der Werkzeuge [Fig. 1 bis 5 und Fig. 8(a) und (b)].

2. Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Betort, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für die Exzenterwellen und Werkzeuge, gekennzeichnet durch die Kombination

3. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Festeinstellung der zuvor ermittelten optimalen Parameter entweder maximaler Löseleistungen, mittlerer Werte oder minimalen Werkzeugverschleißes in Abhängigkeit der unterschiedlichen Konsistenz des zu bearbeitenden Gestein, Minerals oder dgl.

4. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge fragende Welle nach Anspruch 1 bis 3 gekennzeichnet durch kontinuierliches Nachjustieren auf die jeweils optimalen Parameter zum Erreichen entweder maximaler Löseleistungen, mittlerer Werte oder minimaler Werkzeugverschleiß in Abhängigkeit der unterschiedlichen Konsistenz des zu bearbeitenden Gesteins, Minerals oder dgl.

5. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, mit dem radialen Schlag [Fig. 6] oder mit dem linearen Werkzeugschlag [Fig. 7] in Abhängigkeit der unterschiedlichen Konsistenz des zu bearbeitenden Gesteins, Minerals oder dgl. zu arbeiten.

6. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch exzenterinduziertes selbständiges Drehen der Werkzeuge durch Abrollen auf dem Gestein, Mineral oder dgl. [z. B. Fig. 4] ggf. mit Hilfsantrieb über (5).

7. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung des gleichen Aggregates [Fig. 1] entweder zum flächigen Fräsen [Fig. 2], zum fräsenden Schlitzen [Fig. 3] oder zum diskenartigen Arbeiten [Fig. 4].

8. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle nach Anspruch 1 und 7, gekennzeichnet durch Veränderung der Amplitude in Abhängigkeit der Konsistenz des zu bearbeitenden Gesteins, Minerals oder dgl.

9. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein im vorderen Bereich der Weile (1) liegendes verstärkendes Lager (1a) [Fig. 1 bis 3, insbesondere Fig. 4 und 8a].

10. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle nach Anspruch 6 sowie 1 bis 9, gekennzeichnet durch Eigenantrieb vorzugsweise mehrerer um eine Mittelachse drehender Bohrköpfe [Fig. 8a und 8b].

11. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle nach Anspruch 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen gepuffert gedämpften An-/Abtrieb der Welle (1) aller Figuren über den Zapfen (5) aller Figuren, entweder über die Torsion der Welle (1) oder über Dämpfungselemente (17) der Fig. 1.

12. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch Erhöhung der Löseleistung selbständig abrollender Werkzeuge [(6) bis (8)] durch Fräseffektüberlagerung über den Zapfen (5) aller Figuren.

13. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialkräfte über hydrostatische Gleitlagerungen aufgenommen werden [Fig. 11].

14. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Verwendung von Verzahnung bei schlagenden hinterschneidend abtragenden diskenartigen Werkzeugen [Fig. 4 (8), Fig. 8a, (8)].

15. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1), der Zapfen (5) oder der Außenzahnkranz des Getriebes (4) gedämpft gestellfest gehalten werden und die Welle (1) mit den Werkzeugen 6 bis 8 durch ein zuvor ermitteltes Getriebeuntersetzungsverhältnis drehzahlbestimmt gedreht werden.