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Die Erfindung betrifft zunächst eine
Vorrichtung zur Spaltung von Gesteinsblöcken, insbesondere aus Schiefer
zu im Westlichen eine gleiche Dicke aufweisenden plattenförmigen Endprodukten,
mit einem spaltbildenden Werkzeug, wobei der Spaltvorgang parallel
zur natürlichen
Schieferung erfolgt.
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Eine solche Vorrichtung ist aus der
DE 2329855 A1 bekannt.
Hier wird eine schieferhaltige Materialplatte vertikal mittels eines
Messers in zwei Teilplatten gleicher Dicke gespalten. Dabei werden
in horizontaler Richtung mit Saugnäpfen Zugkräfte auf beide Seiten der Materialplatte
ausgeübt,
um die Spaltung zu unterstützen
und die gespaltenen Teilplatten zu halten. Dieser Stand der Technik
weist jedoch insofern Nachteile auf, als die gespaltenen Gesteinsplatten
manuell aus der Vorrichtung entnommen werden müssen, da eine automatische
Zu- und Abführung
mit dieser Vorrichtung nicht möglich
ist. Weiterhin besteht das Problem, dass die plattenförmigen Endprodukte
bei ausschließlich
mittiger Teilung nur dann innerhalb eines gewünschten Dickenbereichs liegt,
wenn die Materialplatte bereits auf eine bestimmte Höhe zugesägt ist,
bei der durch mittiges Teilen die gewünschte Dicke erzielt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb,
eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine Automatisierung des vollständigen Spaltens
ganzer Gesteinsblöcke
zu plattenförmigen
Endprodukten auf einfache Weise möglich ist.
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Die Lösung der Aufgabe ergibt sich
aus den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere aus den kennzeichnenden
Merkmalen, wonach die Vorrichtung eine Einrichtung zur hängenden
Befestigung des Gesteinsblock mit im wesentlichen horizontaler Orientierung
der Schieferung im geringen Abstand oberhalb einer Ablage und mindestens
ein horizontal auf den Gesteinsblock einwirkendes Werkzeug aufweist.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung
besteht darin, dass durch die hängende
Anordnung des Gesteinsblocks der abgespaltene Teil aus geringer Höhe automatisch
auf die Ablage fällt.
Da der Gesteinsblock lediglich in einer geringen Höhe aufgehängt ist,
befindet sich der abgespaltene Teil nach der Spaltung in einer definierten
Position auf der Ablage. Ohne großen Aufwand kann somit eine
maschinelle Weiterverarbeitung durchgeführt werden, da . der abgespaltene
Teil aufgrund der definierten Position problemlos zur Weiterverarbeitung
wieder von der Ablage aufgenommen werden kann. Darüber hinaus kann
das spaltbildende Werkzeug, welches die Spaltkräfte aufnehmen muss, quer zur
Vorschubrichtung des Werkzeugs fest gelagert sein. Schließlich ist
es auch möglich,
Gesteinsblöcke
unterschiedlicher Höhe
zu verarbeiten. Die Computersteuerung errechnet zu diesem Zweck
eine Teilungsstrategie, mit der Blöcke unterschiedlicher Höhe zu plattenförmigen Endprodukten
gespalten werden, die innerhalb des gewünschten Dickenbereichs liegen.
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In einer ersten Ausführungsform
weist die Vorrichtung ein Widerlager auf, welches dem Werkzeug entgegenwirkend
am Gesteinsblock anliegend angeordnet ist. Mittels dieser Lösung ist
es nicht erforderlich, die hängende
Befestigung des Gesteinsblock so auszuführen, dass die vom Werkzeug
auf den Gesteinsblock ausgeübten
Kräfte
davon aufgenommen werden. Das Widerlager kann beispielsweise beweglich
ausgebildet sein, so dass eine flexible Anpassung an die definierte
Position des Gesteinsblocks möglich
ist.
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Das spaltbildende Werkzeug kann gemäß einer
weiteren Ausführungsform
mindestens einen keilförmigen
Wirkbereich aufweisen, der durch eine Antriebseinrichtung zum Gesteinsblock
hin bewegbar und in Vibrationen versetzbar ist. Auf den Gesteinsblock
können
mit Hilfe dieser Ausführungsform in
der Spaltebene Kräfte
ausgeübt
werden, die zu einer schnellen Spaltung bei geringem Ausschuss führen.
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Die gesamte Vorrichtung kann dabei
eine automatische Computersteuerung aufweisen, die alle Vorgänge optimal
aufeinander abstimmt und eine Spaltstrategie errechnet, welche den
Gesteinsblock nahezu vollständig
ausnutzt und bei der Gesteinsblöcke
unterschiedlicher Höhe
zu plattenförmigen
Endprodukten gespalten werden, die innerhalb des gewünschten
Dickenbereichs liegen.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass
der Gesteinsblock an einer bewegbaren Saugvorrichtung hängend angeordnet
ist und dass die Ablage als Transporteinrichtung ausgebildet ist.
Gesteinsblöcke
sowie abgespaltene Plattenförmige Endprodukte
lassen sich auf einfache Weise anheben und der Transportvorrichtung
zuführen
bzw. von dieser entnehmen. Es werden dabei durch die Saugvorrichtung
gleichmäßig auf
eine an der Oberseite angeordnete Fläche verteilte Kräfte auf
den Gesteinsblock aufgebracht, die nicht zu einer Beschädigung führen können.
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Indem gemäß einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung die Transportvorrichtung als Karussellscheibe ausgebildet
ist, deren Bewegungsbahn unterhalb des Werkzeugbereichs verläuft und
oberhalb der Bewegungsbahn die bewegliche Saugvorrichtung angeordnet
ist, wird für
die Vorrichtung lediglich ein geringer Platzbedarf benötigt.
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In dem Bewegungsbereich der Saugvorrichtung
kann eine Transporteinrichtung für
die Gesteinsblöcke
und zusätzlich
eine für
die Plattenförmige Endprodukte
angeordnet sein. Die Vorrichtung kann somit kontinuierlich arbeiten,
indem sie Mittel wie beispielsweise die bewegbare Saugvorrichtung
bereitstellt, die für
eine Zuführung
der Gesteinsblöcke
von der einen Transporteinrichtung und ein Abtransport der Plattenförmige Endprodukte
auf die weitere Transporteinrichtung vorsieht.
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. Des weiteren betrifft die Erfindung
ein Verfahren zur automatischen, computergestützten Spaltung von Gesteinsblöcke, insbesondere
aus Schiefer, in plattenförmige
Endprodukte mit einer, in einem bestimmten Zahlenbereich liegenden
Dicke mittels mindestens eines spaltbildenden Werkzeuges.
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Ein solches Verfahren ist ebenfalls
aus der
DE 2 329 855
A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Gesteinsblock
zunächst
zwischen zwei Saugnäpfen
eingelegt und anschließend
von diesen erfasst, wobei horizontal wirkende Zugkräfte auf
den Gesteinsblock ausgeübt
werden. Ein verschiebbares Messer wird in der Spaltebene, die vertikal
in der Mitte des Gesteinsblocks verläuft, angeordnet und schließlich zur
Spaltung gegen den Gesteinsblock bewegt. Auch das Verfahren weist
jedoch den Nachteil auf, dass die Zuführung der Gesteinsblöcke nur manuell
erfolgen kann, oder aber sehr aufwändig ist. Ferner ist es auch
bei diesem Verfahren nicht möglich,
Gesteinsblöcke
unterschiedlicher Dicke zu den gewünschten, innerhalb eines Dickenbereichs
liegenden plattenförmigen
Endprodukten zu spalten.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb
ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Automatisierung des vollständigen Spaltens
der Gesteinsblöcke
bei geringem Aufwand möglich
ist.
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Die Lösung der Aufgabe ergibt sich
aus den Merkmalen des Anspruchs 9, insbesondere aus den kennzeichnenden
Merkmalen, wonach das Verfahren vorsieht, dass:
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- – A.
die Gesamthöhe
des Gesteinsblockes gemessen wird,
- – B.
Festlegung der Teilungsstrategie für die Erstellung von identischen
oder gegebenenfalls unterschiedlich dicken Teilblöcken, die
alle nach dem Prinzip der sich wiederholenden, mittigen Teilung
unter Berücksichtigung
der gewünschten, innerhalb
eines Zahlenbereiches liegenden Plattendicke und bei vollständiger,
restloser Verwertung des Gesteinsblockes spaltbar sind
- – C.
der Gesteinsblock mit im wesentlichen horizontaler Orientierung
der Schieferung hängend
im geringen Abstand oberhalb einer Ablage angeordnet wird.
- - D. der Gesteinsblock wird gemäß der unter B. errechneten
Teilungsstrategie von unten nach oben im wesentlichen parallel zum
Schieferungsverlauf in Teilblöcke
gespalten,
- – E.
dass der jeweils untere, abgespaltene Teilblock auf eine gering
beabstandete Ablage fällt und
aus dem Werkzeugbereich transportiert wird,
- – F.
dass der obere, hängende
Teilblock bis in eine Position gering oberhalb der Ablage abgesenkt wird,
- – G.
dass der letztgenannte Teilblock wiederum mittig gespalten wird
und der abgespaltene Teil aus dem Werkzeugbereich transportiert
wird,
- – H.
dass sich die Verfahrensschritte F. und G. solange wiederholen,
bis dass ein Teilblock in zwei Plattenförmige Endprodukte gespalten
wird, die eine übereinstimmende,
innerhalb des Zahlenbereiches liegender Dicke aufweisen,
- – I.
dass die vorgenannten Endprodukte aus dem Werkzeugbereich entfernt
werden,
- – J.
dass ein weiterer Teilblock hängend
im Werkzeugbereich angeordnet wird
- – K.
dass erneut die Verfahrensschritte F. bis I. stattfinden
- – L.
dass die Verfahrensschritte J. und K. solange wiederholt werden,
bis dass alle Teilblöcke
restlos zu Endprodukten gespalten sind,
- – M.
ein weiterer Gesteinsblock wird hängend im Werkzeugbereich angeordnet
und das Verfahren startet wieder mit dem Verfahrensschritt A.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat im wesentlichen
dieselben Vorteile wie die erfindungsgemäße Vorrichtung.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird
der Winkel zwischen einer Oberseite sowie einer Unterseite des Gesteinsblocks
in zwei zu Mantelseiten des Gesteinsblocks parallelen Richtungen
gemessen und der Gesteinsblock anschließend in einer Position hängend angeordnet,
wobei die Unterseite jeweils eine Winkelhalbierende zur Spaltebene
bildet. Diese Ausführungsform
basiert auf der Annahme, dass die Schieferungen innerhalb des Gesteinsblocks
nicht immer parallel zu der Oberseite und der Unterseite verlaufen.
Es soll deshalb verhindert werden, dass das Spaltwerkzeug in einem
zu großen Winkel
zur Schieferung auftrifft und den Gesteinsblock nicht teilt sondern
beschädigt.
Indem der Winkel zwischen der Oberseite des Gesteinsblocks und der
Spaltebene durch entsprechende Position des Gesteinsblocks halbiert
wird, kann diese Gefahr reduziert werden.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus einer nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spaltung
von Gesteinsblöcken,
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2 eine
vergrößerte, teilweise
geschnittene Darstellung eines spaltbildenden Werkzeugs der Vorrichtung
gemäß 1,
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3 eine
schematische Darstellung einer Winkelmessung an der Oberseite des
Gesteinsblocks,
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4 eine
schematische Darstellung eines Gesteinsblocks in Ausgleichsstellung,
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5a bis 5k eine schematische Darstellung der
vollständigen,
mittigen Teilung eines Teilblocks und
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6 eine
Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung.
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In den Zeichnungen wird eine Vorrichtung zur
Spaltung von Gesteinsblöcken
insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
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Gemäß 1 weist die Vorrichtung 10 im wesentlichen
ein Zuführband 11,
ein Ablagekarussell 12, ein Portal 13, eine Hebevorrichtung 14,
eine Spaltvorrichtung 15, eine nicht dargestellte automatische
Computersteuerung sowie ein Abführband 17 auf.
Vorgesägte
Gesteinsblöcke 18 werden
vom Zuführband 11 an
das Ablagekarussell 12 transportiert.
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Mittels der Hebevorrichtung 14 kann
der Gesteinsblock 18 vom Zuführband auf das Ablagekarussell 12 gehoben
und dort an einer definierten Position 23 im Wirkbereich
der Spaltvorrichtung 15 abgesetzt werden. Die Hebevorrichtung 14 ist
dafür parallel
zur Achse x auf dem Portal 13 beispielsweise mit Hilfe
eines nicht dargestellten Kettenantriebs bewegbar gelagert und weist
einen Hydraulikzylinder 19 auf, dessen Kolbenstange 20 mit
einer Saugeinrichtung 21 versehen ist. Der Gesteinsblock
kann mittels der Saugeinrichtung 21 an einer Oberseite 22 aufgenommen
und in Richtung y angehoben bzw. abgesenkt werden.
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Darüber hinaus ist es möglich, den
Winkel zwischen der Kolbenstange 20 und der Saugeinrichtung 21 zu
messen und diesen bei angehobenem Gesteinsblock 18 aktiv
zu ändern.
Zu diesem Zweck ist im Übergang
zwischen Kolbenstange 20 und Saugeinrichtung 21 ein
bewegbares Gelenk vorgesehen.
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Das Ablagekarussell 12 ist
mittels eines nicht dargestellten Antriebs um die Achse d drehbar.
Ablagepositionen für
die Gesteinsblöcke 18,
Teilblöcke
T oder plattenförmige
Endprodukte P lassen sich auf diese Weise in den Wirkbereich der
Spaltvorrichtung 15 drehen. Die Spaltvorrichtung 15 weist
gemäß 2 einen horizontal angeordneten
Zylinder 24 auf, an dessen Kolbenstange 25 ein
Spaltwerkzeug 26 mit einem keilförmigen Werkzeugbereich derart
angeordnet ist, dass ein Spalten des Gesteinsblocks 18 in
einer horizontalen Ebene H möglich
ist. Mit Hilfe des auf einem Tragarm 29 der Vorrichtung
gelagerten Zylinders 24 lässt sich das Spaltwerkzeug 26 in Vibrationen
versetzen. Eine Widerlagereinrichtung 16 zur horizontalen
Aufnahme der Spaltkräfte
weist ferner einen Anlageblock 27 auf, welcher mittels
einer Kolbenstange 28 eines Antriebs 30 flexibel
an die Größe und Ablageposition
des Gesteinsblocks 18 angepasst werden kann. Mit Hilfe
des Abführbandes 17 können gemäß 1 plattenförmige Endprodukte P
gestapelt und abtransportiert werden.
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Das Verfahren wird nun wie folgt
durchgeführt:
Es
wird zunächst
ein Gesteinsblock 18 von dem Zuführband 11 mittels
der Hebevorrichtung 14 angehoben und an einer definierten,
im Wirkbereich der Spaltvorrichtung 15 liegenden Position 23 auf
dem Ablagekarussell 12 abgesetzt. Anschließend wird seine
Höhe gemessen,
um mittels der Computersteuerung eine Teilungsstrategie zu errechnen.
Ziel dieser Strategie ist es, plattenförmige Endprodukte P zu erhalten,
die in einem bestimmten Dickenbereich zwischen etwa 3,5 und 6 mm
liegen.
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Dabei muss berücksichtigt werden, dass bei Unterschreitung
einer bestimmten Mindestdicke von 35 bis 40 mm des Teilblocks T
nur noch ein mittiges Spalten möglich
ist, da bei nicht mittiger Spaltung die Biegesteifigkeit des dünneren Spaltprodukts überschritten
wird und dieses folglich bricht. Die Computersteuerung errechnet
deshalb eine Teilungsstrategie, bei welcher der Gesteinsblock 18 zunächst zu identischen
oder gegebenenfalls unterschiedlich dicken Teilblöcken T gespalten
wird, welche sich durch wiederholtes mittiges Teilen alle restlos
zu identischen plattenförmigen
Endprodukten P spalten lassen. Dabei ist es möglich, dass, aus unterschiedlichen
Teilblöcken
T jeweils verschieden dicke plattenförmige Endprodukte P erzeugt
werden, solange die plattenförmigen
Endprodukte P innerhalb oben genannten Dickenbereiches liegen.
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Während
der Höhenmessung
wird gemäß 3 auch eine Winkelmessung
der Oberfläche 22 im
Verhältnis
zu einer Bodenfläche 31 des
Gesteinsblocks 18 vorgenommen. Aufgrund der Annahme, dass
sich der Winkel α der
Schieferung von der Oberfläche 22 zu
einer Bodenfläche
31 kontinuierlich ändert, geht
man davon aus, dass in der Mitte des Gesteinsblocks die Schieferung
einen Winkel von α/2 zur
Bodenfläche 31 bildet.
Damit beim Spalten des Gesteinsblocks 18 der Winkel zwischen
dem Spaltwerkzeug 26 und dem Schieferungsverlauf in der Spaltebene
H, die der Wirkrichtung des Spaltwerkzeuges 26 entspricht,
nicht zu groß ist
und es somit zu Beschädigungen
des Gesteinsblocks 18 kommt, wird die Bodenfläche 31 zur
waagerechten Oberfläche
des Ablagekarussells 12 um α/2 angehoben. Auf diese Weise
ist die Gefahr der Beschädigung
des Gesteinsblocks 18 wesentlich geringer.
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Die Hebevorrichtung 14 hält gemäß 1 den Gesteinsblock 18 in
einer Position, in welcher nach der Berechnung der Computersteuerung
im Zusammenwirken mit der Spaltvorrichtung 15 der Erste von
möglicherweise
mehreren Teilblöcken
T in der Spaltebene H abgespalten werden kann. Der Teilblock T lässt sich
später
durch wiederholte mittige Spaltung vollständig in plattenförmige Endprodukte
P spalten.
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Der abgespaltene Teilblock T fällt aus
geringer Höhe
in eine definierte Position auf das Ablagekarussell 12 und
wird aus dem Wirkbereich der Spaltvorrichtung 15 bewegt,
bis sich unterhalb der Hebevorrichtung 14 ein freier Platz
auf dem Ablagekarussell 12 befindet. Der auf der Hebevorrichtung 14 verbliebene
obere Teilblock T des Gesteinsblocks 18 kann erneut in
einem geringen Abstand über
das Ablagekarussell 12 bewegt werden. Weitere möglicherweise
ungleiche Teilblöcke
T werden abgespalten, bis nur noch ein vollständig mittig spaltbarer Teilblock T
an der Hebevorrichtung 14 hängt. Dieser Teilblock T wird
dann durch mittiges Spalten gemäß der 5a bis k in
plattenförmige
Endprodukte P geteilt. Im Ausführungsbeispiel
werden dafür
sieben Spaltschritte benötigt.
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Gemäß 5a wird ein beispielsweise 40 mm dicker
Teilblock T zunächst
mittig gespalten. Der abgespaltene Teilblock T/2 fällt auf
das Ablagekarussell 12 und wird aus dem Wirkbereich der
Spaltvorrichtung 15 bewegt. Der an der Hebevorrichtung 14 verbleibende
Teil T/2 wird, gemäß 5b, nochmals mittig gespalten.
Der abgespaltene Teil T/4 wird erneut aus dem Wirkbereich transportiert,
so dass eine weitere Spaltung in die beiden plattenförmigen Endprodukte
P vorgenommen werden kann, die eine Dicke von 4 mm aufweisen und
somit innerhalb des Dickenbereiches von 3,5 bis 6 mm liegen. Gemäß 5e wird der Gesteinsblock
T/4 aufgenommen und ebenfalls in zwei plattenförmige Endprodukte P gespalten,
wie in 5f dargestellt.
Jetzt wird der Block T/2 aufgenommen und gemäß 5g in die beiden Blöcke T/4 gespalten, die im Anschluss – wie bereits
oben geschildert – ebenfalls
mittig zu plattenförmige
Endprodukte P gespalten werden, wie in den 5j und 5k dargestellt.
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Die mit der errechneten Plattendicke
versehenen plattenförmige
Endprodukte P werden schließlich
von der Hebevorrichtung 14 auf einen Stapel von plattenförmiger Endprodukte
P des Abführbandes 17 befördert. Anschließend wird
mittels des Ablagekarussells 12 ein weiterer Teilblock
in den Wirkbereich der Spaltvorrichtung 15 bewegt, von
der Hebevorrichtung 14 aufgenommen und die eben beschriebene
mittige Teilung zu Plattenförmige
Endprodukte P durchgeführt.
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Neben den in der 1 dargestellten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen
der Vorrichtung 10 möglich.
Gemäß 6 ist die Hebevorrichtung 14 beispielsweise
an dem Tragarm 29 fest angeordnet. Das Zuführband 11 sowie
das Abführband 17 liegen
auf einer gemeinsamen Achse Z, auf der sich auch eine Be- und Entladeposition 33 des
Ablagekarussells 12 befindet. Mittels eines Roboterarms 32 ist
es möglich,
Gesteinsblöcke 18 vom Zuführband 11 auf
die Position 33 zu transportieren. Des Weiteren können plattenförmige Endprodukte
P von der Position 33 auf das Abführband 17 geladen werden.
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Anstelle des Roboterarms 32 wäre es ebenso
möglich,
dass ein Portal mit einer weiteren Hebevorrichtung, gemäß dem in 1 dargestellten, auf der
Achse z angeordnet ist und die weitere Hebevorrichtung in Richtung
der Achse z zwischen dem Zuführband 11,
der Position 33 und dem Abführband 17 beweglich
ist. Auf diese Weise ist es möglich
das Spalten sowie die Be- und Entladung vom Ablagekarussell 12 parallel
vorzunehmen, um somit eine höhere
Geschwindigkeit der Vorrichtung 10 zu erreichen.