DE2127186A1 - Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Auffahren von Tunnel und Strecken im Bergbau - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Auffahren von Tunnel und Strecken im Bergbau nach Patent (Patentanmeldung P 20 34 210.3) Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum mechanischen Auffahren von Tumel und Strecken im Bergbau mit von der Kreisform abweichendem Querschnitt mittels mechanischer Abbauwerkzeuge, wobei die Werkzeuge über Bohrköpfe hydraulisch gegen die Ortsbrust gedrückt werden, die von einem an der Strecke verspannten Stempelwerk getragen werden.
• Ein solches Verfahren ist durch das Hauptpatent (Patentanmeldung P 20 34 210.5) offenbart worden. Demgemaß werden die Werkzeuge über die Ortsbrust mittels einer hin- und hergehenden Bewegung geschwenkt. Dadurch können die allerverschiedensten Querschnitte, z.B. rechteckige Querschnitte mit gerader oder mit gewölbter Decke geschaffen werden, obschon der Aufwand zur Durchführung des Verfahrens vergleichsweise gering ist. Dabei werden die Seitenwände und der First geschont 1und mittels einer besonderen Anordnung und Ausbildung der Werkzeuge ist es auch möglich, Gestein mit den allerverschiedensten Härtegraden aufzubrechen.
• Es ist weiter eine Vortriebsmaschine dieser Art bekannt, die aber vor allem den schwerwiegenden Nachteil zeigt, daß ein hydraulischer Vorschub nicht vorgesehen ist, siehe die deutsche Offenlegungsschrift 1 534 648. Dadurch ist nämlich in erster Linie bedingt, daß nach jedem Durchfahren des Schwenkbereiches des schwenkbaren Rahmens die Verspannung der Hauptsäule gelöst, der Maschinenrumpf mit der Standsaule vorgeschoben und erneut im Tunnel verspannt werden muß. Darüber hinaus ist natürlich auch nicht möglich, den Vorschubdruck hydraulisch aufzubringen, wie das durch das vorangegangene erwahnte altere Patent vorgesehen ist. Ein weiterer großer Nachteil besteht darin, daß hier zwei dicht nebeneinander liegende Rollenbohrerreihen vorgesehen sind. Auf diese Weise können die Rollenbohrer ihre wirksamkeit praktisch nicht voll entfalten.
• Demgegenüber sind gemaß dem vorangegangenen Hauptpatent mindestens zwei Reihen von Werkzeugen in Schnittrichtung um 180 ° gegeneinander versetzt am Rahmen angeordnet. Die vorliegende Erfindung baut vor allem auf diesem wichtigen Merkmal auf, durch das eine erheblich größere Arbeitsgeschwindigkeit erzielt werden kann, es können auch mehr als zwei Reihen Werkzeuge vorgesehen sein.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erfindung nach dem Hauptpatent so zu verbessern, daß in einem Arbeitsgang eine glatte Sohle und eine gewölbte Ortsbrust erzielt wird.
• Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß zwei von ein ander getrennte Schwenk- und Drehbewegungen der Bohrköpfe um unterschiedliche Achsen derart zusammenwirken, daß beide zusammen eine glatte Sohle und eine gewölbte Ortsbrust ergeben. Hierbei ist besonders vorteilhaft, daß die Werkzeuge als ansich bekannte Rollenbohrer ausgebildet sind und daß die Bohrköpfe um freitragende, getrennte Achsen schwenkbar sind0 Die bekannten Rollenbohrer werden auf diese Weise sehr viel wirksamer zum Einsatz gebracht, als durch die bekannte Schwenkbewegung um nur eine Achse.
• Darüber hinaus wird die Maschine durch diese Maßnahme verhltnismsßig klein und leicht, ohne daß die Gesamtarbeitsleistung wesentlich gemindert ist. Durch die Erfindung wird somit eine wenig aufwendige aber dennoch sehr wirksame Maschine geschaffen, die unter Tage leicht montierbar ist und eine überraschend große Vortriebsleistung zeigt, die durch die Schwenkung um die zusätzliche Achse bewirkt wird.
• In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrensist vorgesehen, daß der Bohrkopf mit 2 Tragkränze mit einer Schwenkachse und Rollenbohrern von einem im Stempelwerk gelagerten Schubrohr getragen Ist, wobei außer der Schwenkung um die waagerechte Achse der Tragkränze eine gleichzeitige Schwenkung um eine senkrechte Achse um einen im Stempelwerk feststehenden Zylinder erfolgt.
• Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen: Fig. 1 Eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer ersten Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens; Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 1; Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform; Fig. 4 einen Schnitt senkrecht zur Vorschubrichtung durch die Ausführungsform nach Fig. 3; Fig. 4 a einen Schnitt ähnlich Fig. 4, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform; Fig. 5 einen Schnitt ähnlid Fig. 4 bei einer darüber hinaus gehenden Ausführungsform; Fig. 6 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 5; Fig. 7 einen Schnitt'ahnlich Fig. 4 bei einer weiteren Ausführungsform; Fig. 8 einen Axialschnitt des vordersten Teils der Ausführungsform nach Fig. 7.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Maschine mit einem Stempelwerk 1, das von dem Zylinder 2 festsitzend umfaßt wird, unten das Tragrohr 3 mit seinen beiden Armen 4 drehbar angeordnet ist. Das Tragrohr 3 dient dabei zur Führung des Schubrohres 6 mit seinem Bohrkopf 7 mit der Schwenkachse 8, auf die zwei Tragkränze 9 mit Rollenbohrern 10 aufgekeilt sind. In einem dieser Tragkränze 9 oder auch in beiden ist ein Stirn-Zahnrad19eingebaut, das von einem Ritzel 20 angetrieben wird und zwar mittels eines Schwenktriebes 18 das in. bekannter Weise die Tragkränze 9 in Richtung der Pfeile 22 und 22' hin- und herbewegt und zwar hier um 180 °. Dabei werden die Rollenbohrer 10 durch die beiden Druckzylinder 12, die sich einerseits am Stempelwerk und andererseits am Schubrohr 6 abstützen, unter hydraulischem Druck stark auf die halbbogenförmige Ortsbrust gedrückt. Außerdem wird der Bohrkopf durch die Erfindung nun noch hrizontal in Richtung der Pfeile 21 und 21', sihe Fig. 29 geschwenkt, und zwar dadurch, daß ein Schwenktrieb 25 ein Ritzel 23 auf dem am Zylinder 2 sitzenden Zahnkranz langsam abrollt, etwa um 30 also begrenzt. Anstelle dieses Ritzels und des Zahnkranzes kann die Schwenkung durch einen Hydraulikzylinder erfolgen, der fest am Zylinder 2 sitzt, und dessen Kolben doppelseitig abwechselnd beaufschlagt wird, wobei dann über einer Kolbenstange der Tragarm 3 hin- und herbewegt wird0 Um nun den Querschnitt des Rechteckes auf die Firstwölbung oder die Hufeisenform zu erweitern, ist der Zylinder 2 nach rückwärts mit einem Tragrohr 5 ausgerüstet, das verschiebbar den Schwenkarm 13 mit seinen Bohrwerkseugen 14 aufnimmt, die unter starken hydraulischen Druck durch einen im Tragrohr 5 mittig angeordneten Druckzylinder und durch Schwenken des Armes 13 beaufschlagt werden, so daß die Ortsbrust, d.h. der Streckenquerschnitt erweitert wird, wie dies dem erwähnten vorangegangenen Hauptpatent bereits zu entnehmen ist. Diese rückwärtige Anordnung hat den Vorteil, daß das Schwenken selbst ungehindert um je den beliebigen Winkel erfolgen kann, ohne den Schwenkarm mit sperrigen-Ansatzen versehen zu müssen. Soll der Querschnitt, wie auf manchen Schachtanlagen erwünscht, nur rechteckig bleiben, so kann der Schwenkarm entfallen. Es sei noch erwähnt, daß das Schwenken selbst durch einen herkömmlichen Schwenktrieb 17, siehe Fig. 1, über ein Ritzel 16 erfolgen kann, das auf einem auf der Nabe sitzenden Zahnkranz 15 abrollt, so daß der Arm 13 mit seiner Nabe gedreht wird.
• Die Figuren 3 und 4 zeigen eine gegenüber dem erwähnten Hauptpatent insgesamt neue Ausführungsform, mit der die rechteckige Ortsbrust mit erweiterter Hufeisenform dadurch erreicht wird, daß ein Bohrkopf 27 eine runde trichterförmige Ortsbrust auffährt. Er besteht aus einem Doppel- oder Mehrarm, z.B. einem Dreiarm oder Armkreuz mit zur Mitte im stumpfen Winkel auslaufenden Auflageflächen 68 für die Bohrwerkzeuge. Die Erfahrung hat gelehrt, daß die trichterförmige runde Ortsbrust den wirksamsten Ansatz der Rolenbohrer bietet. Um die runde Ortsbrust auf das Rechteck zu erweitern ist dann nur nötig, die Dreiecke a-b-c-a und a-b-cla zu beseitigen, d.h. mitaufzufahren. Hierbei erhält somit die Maschine den nun folgenden Aufbau: Das Stempelwerk 30 und 31 ist mit einem Bohrarmkreuz 29 ausgerüstet, dessen rückwärtiges Kreuzstück kurz gehalten ist. Das schwächere Rohr 29' ist in das senkrechte Hohr 29 eingeschoben, und beide sind miteinander verschweißt, wodurch sich ein einfaches und stabJes Stempelwerk ergibt, welches das Schubrohr 25 aufnimmt, in dem das Schwenkrohr 26 gelagert ist, das den Bohrkopf 27 mit seinen Bohrwerkzeugen 28 trägt, die trichterförmig angeordnet sind und in Richtung der Pfeile 45 und 45' schwenkbar sind, selbstverständlich unter starkem hydraulischen Druck durch die beidenDruckzylinder 38. Die Schwenkbewegung wird hier durch zwei Schwenktriebe 37 erzeugt, deren Ritzel 36 den Zahnkranz 35 zum Drehen bringen, und zwar hier um 180 ° vor- und rückwärts. Der Grundgedanke und die Wirkung bleiben unverändert, wenn die hydraulischen Schwenktriebe 37 und 37' durch Hydromotoren ersetzt werden, so daß der Bohrkopf nicht geschwenkt, sondern ständig gedreht wird.
• * Damit nun die Dreiecke a-b-c-a aufgefahren werd-en können, ist das Schubrohr 25 mit einem Rahmen 40 ausgerüstet, dessen Schwenkachse 41 den breiten Schwenkarm 42 mit den Bohrwerkzeugen 43 trägt. Die freien Enden der Schwenkachse dienen der Aufnahme der hier nicht dargestellten hydraulischen Schwenktriebe, die die Bohrwerkzeuge um 180 ° in Richtung der Pfeile 47 und 47' hin- und herschwenken. Die aufzufahrende Oberfläche ist in Fig. 4 waagerecht schraffiert. Der auf dem Schubrohr 25 sitzende zweiteilige Rahmen 40 umschließt die beiden Verbindungsringe 64 mit dem dazwischen angeordneten Nadellager, das den Druck vom Schubrohr 25 auf das Schwenkrohr 26 überträgt.
• Wenn der Bohrkopf um seinen vollen Hub vorgeschoben ist, so ist das Stempelwerk zunächst, wie bekannt, etwas zu lockerneund dann von den Stufenkolben der Zylinder 38 nach-* und a-bl-c'-a zuziehen. Vorher muß der Bohrkopf natürlich blockiert werden, was durch das Ausfahren des Blockierungszylinders 46 gegen den Streckenfirst erfolgt.
• Bei der Arbeit werden die Stempel 30 durch die Hydraulikzylinder 44 fest gegen First und Sohle der Strecke gedrückt.
• Die vorerwahnte Ausführungsform kann gemäß Fig0 4a dahin geändert werden, daß anstelle der waagerechten Achse 41 nach Fig. 4 zwei senkrechte Achsen 72 nach Fig. 4 a angeordnet sind, die in den Armen 71 des Schubrohres 25 zum Schwenken der beiden Rahmen 73 mit ihren Rollenbohrern 74 gelagert sind. An den oberen Enden der Wellen 72 sind nicht dargestellte Schwenktriebe angeordnet, die die Tragarme 73 in Richtung der Pfeile 75 und 75' um 180 schwenken, woraufhin ein Schwenken in Richtung det Pfeile 76 und 76' erfolgt. Dadurch werden die schraffiert angedeuteten Ecken a-b-c und a-b-c- aufgefahren, so daß die runde Querschnittsform als Grundform um die zusätzliche Rechteckform erweitert wird. Die Breite "B" ist ein wenig geringer als der Durchmesser der Kreisform, damit an dem Ansatz bei "c" und "cit" kein unnötiger Rand stehenbleibt.
• Der Halbmesser des Tragarmes 76 ist etwas kleiner als B/ Viertel, damit sich die Arme beim Einschwenken zur Mitte nicht berühren. Dadurch kennen die Wellen 72 auch mit einem Drehantrieb versehen sein, so daß die Tragarme 73 walsenartig umlatfin, Die Figuren 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführtmgsform der Vortriebsmaschine, deren grundtzlicher Aufbau bereits durch das erwahnte vorangegangene Hauptpatent offenbart ist. Der Bohrkopf zeigt hier einen Schwenkarm 61 mit BohrwerkKugen 51, der vor der Ortsbrust in Richtung der Pfeile 63 und 63' hin- und hergeschwenkt wird. In der Mitte-zeigt der Arm die Form eines Trichters 49 mit seinen Bohrwerkzeugen 50. Beide werden gleichzeitig um 180 ° geschwenkt0 Die W werkzeuge des Armes 61 und die des Trichters 49 liegen genau einander gegenüber, so daß die auf die Ortsbrust einwirkende Gesamtkraft etwa zentral in der Mittelachse der Maschine liegt. Wie die Figur 6 erkennen läßt, ist die an den Schwenkarm 61 sich anschließende Trichterform von Werkzeugen frei. Die Bohrwerkzeuge 50 an dem Bohrkopf 49 sind somit nur an der halben Seite angeordnet, Der Bohrkopf sitzt auf dem Schwenkrohr 48, das den Rahmen 52 aufnimmt, der nach unten breit ausladend ausgebildet ist und einen Schlitten 57 mit Bohrwerkzeugen 58 führt, Diese Werkzeuge unterfahren die Ortsbrust, damit die Werkzeuge des Armes 61 in ihrer ausgeschwenkten Stellung unten frei auslaufen können. Die Schwenkungen um die Schwenkachsen werden von einem hydraulischen Schwenkantrieb 62 abgeleitet, der sein Drehmoment über das Zahnrad 56 auf den Zahnkranz 53 weitergibt,-also die Werkzeuge an der Ortsbrust hin- und herbewegt, wobei der Antrieb über das Zahnrad 54 und das Ritzel 55 auf die Zahnstange 59 des Schlittens 57 weitergeleitet wtS, so daß der am Rahmen 52 hängende Schlitten 57 in Richtung der Pfeile 65 und 65' vor der Ortsbrusi-Unterfahrung hin- und herfahrt.
• Die Welle 60 treibt den Bohrkopf 59, sie ist bis zum Vortriebsmaschinen-Ende geführt, wie dies die Figuren 3 und 4 zeigen.
• Dieser Schlitten 57 stellt lediglich ein Beispiel für die Lösung der Aufgabe des Hin- und Herfahrens dar. Das gleiche gilt auch für die Unterteilung der Werkzeugträger in einem Schwenkarm und einen Kegel, der mit den Werkzeugen eine trichterförmige Ortsbrust auffährt. Durch die auf die Trichterwände ausgeben Andruckkräfte entsteht nun aber eine seitliche Komponente, die die Maschine mit ihrem Stempelwerk aufzunehmen hat. Zur Vermeidung dieser Komponente wrdempfohlen, den Kegel 49 mit Konsolen 68 zur Aufnahme der Werkzeuge 50 zu versehen, siehe die Figuren 7 und 8, wodurch die Andruckkräfte der erkzeuge 50 genau parallel zu den Andruckkräften der Werkzeuge 51 und parallel zur Maschinenachse verlaufen. Die Schwenkrichtung ist durch die Pfeile 63 und 63' in Fig. 7 angegeben.
• Die Zahl der Stufen 67 richtet sich nach den Umständen, z.B. nach der Größe der Ortsbrust. Diese Stufen können auch ganz entfallen, so daß zur Aufnahme der Werkzeuge 50 und 51 eine gerade verrippte Platte a*,bF,c,d mit einem Halbrund der glatten Scheibe 49 entsteht, siehe Figur 7.
• Dadurch wird der Bohrkopf einfacher und leichter. Allgemein zeichnet sich der Erfindungsgegenstand durch Einfachheit, geringes Gewicht und niedrigen Aufwand aus, dennoch ist aber die größtmögliche Leistung nicht nur zum Auffahren von Gestein niedriger Härtegrade, sondern auch mit mittleren und großen Härtegraden gewährleistet, wie z.B. zum Aufbrechen von Sandstein und Quarzit. Alle drei Härtegrade können in der gleichen Strecke vorkommen.
• Die Lösungsmöglichkeiten für diese Aufgabe nach dem vorangegangenen Hauptpatent werden durch die vorliegende Erfindung erweitert. Auch im vorliegenden Falle finden hierzu vorzugsweise Rollenbohrer bekannter Bauart Verwendung.
• Gemaß Fig. 3 erhalt die Vortriebsmaschine noch einen schnellaufenden Vorbohrer, der über die Welle 33 vom Hydro- oder Elektromotor 34 angetrieben wird. Dieser ist im Rohr 26 untergebracht und nimmt an den Vorwartsbewegungen teil.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum mechanischen Auffahren von Tunnel und Strecken im Bergbau mit von der Kreis form abweichendem Querschnitt mittels mechanischer Abbauwerkzeuge, wobei die Werkzeuge über Bohrköpfe hydraulisch gegen die Ortsbrust gedrückt werden, die von einem an der Strecke verspannten Stempelwerk getragen werden, nach Patent .............. (Patentanmeldung P 20 34 210.3), dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander getrennte Schwenk- oder Drehbewegungen der Bohrköpfe um unterschiedliche Achsen derart zusammenwirken, daß beide zusammen eine glatte Sohle und eine gewölbte Ortsbrust ergeben.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge als ansich bekannte Rollenbohrer 510) ausgebildet sind und daß die Bohrköpfe (9) um freitragende, getrennte Achsen (8, 2, 5) schwenkbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkop3zwei Tragkränze (9) mit einer Schwenkachse (8) und Rollenbohrern (10) von einem im Stempelwerk gelagerten Schubrohr (6) getragen ist, wobei außer der Schwenkung um die waagerechte Achse (8) der Tragkränze (9) eine gleichzeitige Schwenkung um eine senkrechte Achse um einen im Stempelwerk feststehenden Zylinder (2) erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Stempelwerk festsitzendes Tragrohr (5) einen zweiten Bohrkopf trägt, bestehend aus einem als Kreissektor ausgebildeten Rahen (13) mit Rollenbohrern (14), der die von den Tragkränzen (9) gebildete rechteckige- Grundform zusätzlich umfährt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf aus einem doppel- oder Mehrarm gebildeten Rahmen (27) mit Auflageflächen (68) für die Rollenbohrer (28) von einem Schwenkrohr (26) getragen ist und um eine zur Ortsbrust senkrechte Achse geschwenkt oder gedreht wird, um die kreisrunde Grundform der Ortsbrust zu erzeugen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schubrohr (25) mit Armen (40), Rahmen (42) und Rollenbohrern (43) eine Querachse (41) frei tragt, die von Schwenktrieben hin und her geschwenkt wird, um die Kreisform zur rechteckigen Querschnittsform zu ergänzen

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schubrohr (25) mit Armen (71) zwei senkrechte Achsen (72) trägt, welche mit einem Schwenk- oder Drehantrieb versehen sind, die Arme (73) mit Rollenbohrern (74) vor der Ortsbrust hin- und herschwenken oder drehen, um die zusätzliche rechteckige Querschnittsform an der Sohle aufzufahren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen (68) für die Rollenbohrer (28) des Rahmens (27) zur Mitte einen stumpfen Winkel bilden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrwerkzeuge (50) an den Bohrkopf (49) nur an der halben Seite angeordnet sind, und daß auf der gegenüberliegenden Seite weitere Bohrwerkzeuge (51) rechtwinkelig zur Vorschubrichtung an einem Schwenkarm (61) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf dem Schwenkrohr (48) lose sitzender Rahmen (52) einen Schlitten (57) mit einer Zahnstange (59) und Bohrwerkzeugen (58) führt, der über ein Zahnräderpaar (53, 54) und ein Ritzel (55) antreibbar ist, wobei es sich in Abhängigkeit von dem Vor- und Rückwärtsschwenken des Zahnräderpaares um ein Hin- und Herbewegen des Schlittens handelt, wobei die Schlittenbahn des Rahmens als Querachse anzusehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stempelwerk ein Rohrkreuz aufweist, bei dem das waagerechte schwächere Rohr (29') in das starkere Rohr (29) eingeschoben ist und beide miteinander verschweißt sind.

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