DE2639583A1

DE2639583A1 - Verfahren zum schraemen und schraemmaschine

Info

Publication number: DE2639583A1
Application number: DE19762639583
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl Ing Dr Sigott; Herwig Ing Wrulich; Alfred Ing Zitz
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1975-09-03
Filing date: 1976-09-02
Publication date: 1977-03-10
Also published as: ZA764886B; MX144311A; IN146098B; JPS5637398B2; JPS5245503A; GB1544943A; US4111488A; DE2639583C2; FR2323004A1; FR2323004B1; AT340349B; PL111445B1; AU505943B2; CA1061811A; ATA679675A; AU1728276A

Description

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Vereinigte Österreichische Eisen- und Stahlwerke - Alpine Montan Aktiengesellschaft

Wien (Österreich) Friedrichstraße

Verfahren zum Schrämen und Schrämmaschine

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schrämen von Gestein unter Verwendung eines mit Meißeln bestückten, um eine ungefähr parallel zur Abbaufront liegende Achse rotierenden Schrämkopfes, _der mit einer Vorschubgeschwindigkeit ungefähr in Achsrichtung vorgeschoben wird, sowie auf eine Sehräinmaschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Beim Schrämen mit einem Schrämkopf, dessen Vorschubbewegung in Richtung seiner Achse liegt, graben die einzelnen Meißel schraubenförmige Rillen in das Gestein. Da der Schrämkopf nicht über seinen ganzen Umfang schneidet, sondern nur etwa bis zu seiner Achse in das Gestein vorgetrieben wird, erstrecken sich diese Rillen nur über Sektoren

der Schraubenlinien. Bei einem solchen Schrämverfahren ist es bekannt, die in Anschlagfolge aufeinanderfolgenden Meißel so zu führen, daß sie in die Rille des jeweils vorhergehenden Meißels eintreten und diese Rille vertiefen. Eine solche Arbeitsweise ist nur möglich, wenn die Vorschubgeschwindigkeit des Schrämkopfes in Richtung seiner Achse mit der Rotationsgeschwindigkeit desselben in einem unveränderbaren Verhältnis steht. Wenn sich dieses Verhältnis ändert, so verändert sich die Relativlage der in Anschlagfolge nacheinander geschnittenen Rillen zueinander und der in Anschlagfolge nachfolgende Meißel tritt nicht mehr in die Spur des in Anschlagfolge vorhergehenden Meißels ein. Dadurch ändern sich die Belastungen der einzelnen Meißel. Ein Meißel wird in einem solchen Fall entweder ungenügend ausgenützt oder überbelastet, was zum Bruch führen kann. Bei Schrämmaschinen, bei welchen der Vorschub des Kopfes in Richtung seiner Drehachse parallel zur Abbaufront erfolgt, konnte daher bisher das Verhältnis zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes nicht verändert werden und es sind auch keine Schrämmaschinen dieser Art bekannt, welche eine Veränderung dieses Verhältnisses ermöglichen.

' Die vorliegende Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, daß bei einem Schrämverfahren, bei welchem der

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Vorschub in Richtung der Achse des Schrämkopfes parallel zur Abbaufront erfolgt, in Anschlagfolge hintereinander verschiedene Rillen in Abstand voneinander gegraben werden und in Abhängigkeit von der Gesteinsbeschaffenheit die Vorschubgeschwindigkeit relativ zur Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes bei sprödem Gestein vergrößert und bei zähem Gestein verkleinert wird. Dadurch, daß in Anschlagfolge hintereinander die Rillen in Abstand voneinander gegraben werden, zieht jeder Meißel seine eigene Spur und wenn das Verhältnis zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Rotationsgeschwindigkeit verändert ,wird, verändern sich nur die Abstände der einzelnen gegrabenen Rillen voneinander, jedoch ändert sich die Meißelbelastung nicht oder nur in annehmbaren Grenzen. Dadurch, daß das Verhältnis zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Rotationsgeschwindigkeit verändert wird, kann der Gesteinsbeschaffenheit weitgehend Rechnung getragen werden. Wenn bei sprödem Gestein die Vorschubgeschwindigkeit relativ zur Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes vergrößert wird, so vergrößert sich der Abstand zwischen den einzelnen Rillen. Die zwischen den einzelnen Rillen verbleibenden Rippen werden gebrochen und die für das Brechen erforderliche Leistung ist geringer als die für das Schneiden der Rillen erforderliche Leistung. Je spröder das Gestein ist, desto größer kann der Anteil des gebrochenen Materiales gegenüber dem Anteil des geschnittenen Materiales gewählt werden und es kann damit das in der Zeiteinheit geschrämte Volumen wesentlich vergrößert werden, ohne die für das Schrämen erforderliche Leistung zu erhöhen. Je kleiner die Vorschubgeschwindigkeit relativ zur Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes gewählt wird, desto näher rücken die gegrabenen Rillen zusammen und desto kleiner wird der Anteil des Gesteins, welcher zwischen den einzelnen Rillen gebrochen wird. Bei zähen Gesteinen ist es daher erforderlich, die Vorschubgeschwindigkeit relativ zur Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes zu verkleinern.

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Es kann aber nun auch die Härte des Gesteins, und zwar sowohl bei zähem Gestein, als auch bei sprödem Gestein, verschieden groß sein. Je weicher das Gestein ist, desto größer kann die Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes gewählt werden, ohne eine Überbelastung der Meißel befürchten zu müssen. Gemäß der Erfindung wird daher vorzugsweise die Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes bei hartem Gestein verringert und bei weichem Gestein vergrößert.

Die Erfindung ermöglicht somit, bei sprödem Gestein und bei zähem Gestein und bei Verschiedenen Härten des spröden oder zähen Gesteins jeweils die Belastbarkeit der Meißel voll auszunützen und auf diese Weise jeweils das Optimum der Schrämleistung bzw. das größtmögliche in der Zeiteinheit geschrämte Volumen zu erreichen, ohne die Gefahr einer Überlastung des Antriebes oder der Meißel in Kauf nehmen zu müssen.

Gemäß der Erfindung wird zweckmäßig so vorgegangen, daß in Anschlagfolge zwischen zwei in Abstand voneinander gegrabenen Rillen eine Rille gegraben wird. Auf diese Weise wird ein Brechen des Gesteins begünstigt, da den Rändern der zwischen zwei Rillen gegrabenen Rillen durch die beiden benachbarten Rillen die Unterstützung entzogen wurde. Es kann auch bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung so vorgegangen werden, daß in Anschlagfolge zuerst zwei Rillen in Abstand voneinander gegraben werden, hierauf eine Rille ungefähr mittig zwischen diesen gegraben wird und hierauf wieder je eine Rille zwischen diesen Rillen geschnitten wird. Hiedurch wird der Bruchanteil beim Schrämen noch weiter vergrößert.

Bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Schrämmaschine, welche einen Schrämarm aufweist, an dessen Ende wenigstens ein Schrämkopf um eine senkrecht zur Mittellinie des Schrämarmes stehende Achse rotierbar gelagert ist, wobei der Schrämarm durch ein hydraulisches Zylinder-Kolben-Aggregat zu einer Schwenkbewegung in Richtung

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der Achse des Schrämkopfes antreibbar ist, kann gemäß der Erfindung der Querschnitt des Zuführungsweges für das hydraulische Medium zum Zylinder des hydraulischen Zylinder-Kolben-Aggregates zumindest für die größte Schwenkgeschwindig-

werden _ς

keit bemessen/ wobei im Zuführungsweg ein steuerbares Reduzierventil vorgesehen sein kann. Vorzugsweise ist aber gemäß der Erfindung für die Zuführung des hydraulischen Mediums zu dem hydraulischen Zylinder-Kolben-Aggregat eine gesonderte Pumpe mit veränderbarer Fördermenge vorgesehen. Damit wird der Nachteil ausgeschaltet, daß das hydraulische Medium durch die Drosselung in einem Reduzierventil zu stark erhitzt wird. Eine solche Pumpe kann zweckmäßig eine schwenkbare Axialkolbenpumpe sein, bei welcher die Veränderung der Fördermenge durch Verschwenkung des oder der Zylinder relativ zu dem oder den Kolben erfolgt. Auf diese Weise kann die Veränderung der Schwenkgeschwindigkeit des Schrämarmes und damit, die Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit des Schrämkopfes in einfacher Weise bewerkstelligt werden. Bei der erfindungsgemäßen Schrämmaschine ist zweckmäßig in die Kraftübertragung vom Antriebsmotor zum Schrämkopf ein Getriebe mit veränderbarer Übersetzung eingebaut, um die Rotationsgeschwindigkeit veränderbar zu machen. Ein solches Getriebe mit veränderbarer Übersetzung kann zweckmäßig von einem hydraulischen Drehmomentwandler oder von einem Zahnradgetriebe mit auswechselbaren Wechselradsätzen gebildet sein.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles schematisch erläutert. ■

Fig. 1 und 2 zeigen eine Schrämmaschine in Betriebsstellung, wobei Fig. 1 eine Seitenansicht und Fig. 2 eine Draufsicht darstellt. Fig. 3 zeigt in größerem Maßstab das Schema eines Schrämkopfes bei seiner Arbeit im Gestein. Fig. 4, 5 und 6 zeigt Anschlagbilder" der Meißel." ".

Die Schrämmaschine nach Fig. 1 und 2 weist einen Schrämarm 101 auf, der um eine vertikale Achse 102 schwenkbar ist. Der Schrämarm 101 ist weiters noch um eine horizontale Achse 1Ο3 schwenkbar, so"daß die allseitige Schwenkbarkeit

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gegeben ist. 104 sind die Schrämköpfe, welche um eine Achse 105 drehbar gelagert sind. Der Vorschub erfolgt durch Schwenken des Schräxnarmes 101 um die vertikale Achse 102 in Richtung der Achse 105. Da der Schrämarm 101 um die Achse 102 geschwenkt wird, ist die Vorschubrichtung ein Bogen, an welchen die Achse 105 tangiert. Je nachdem, ob der rechte oder der linke Schrämkopf 104 schneidet, erfolgt der Vorschub entweder in Richtung des Pfeiles 1O6 oder in Richtung des Pfeiles 1O7.

108 ist ein hydraulischer Zylinder, welcher auf eine Zahnstange wirkt, der mit einem Zahnkranz kämmt, der an dem Querhaupt 109 befestigt ist. In die Ölzuführungsleitung zu diesem hydraulischen Zylinder 108, deren Querschnitt entsprechend der größten Schwenkgeschwindigkeit ge-, messen ist, ist beispielsweise ein steuerbares Reduzierventil eingeschaltet, in welchem Falle das hydraulische Druckmedium dem Ölkreislauf der Schrämmaschine entnommen werden kann. Ein solches Reduzierventil bewirkt aber eine Erhitzung des Druckmediums, was bei langer Betriebsdauer schädlich ist. Es ist daher zweckmäßig, für die Druckmittelzufuhr zum hydraulischen Zylinder 108 eine gesonderte Förderpumpe mit regelbarer Fördermenge vorzusehen, wie beispielsweise eine schwenkbare Axialkolbenpumpe. Eine solche schwenkbare Axialkolbenpumpe weist eine drehbare Welle mit einem Querhaupt auf, an welchem exzentrisch zur Welle ein oder mehrere Kolben angelenkt sind. Die Arbeitszylinder für diese Kolben sind in einem mit der Welle rotierenden Teil angeordnet, welcher gegenüber der Welle um eine die Achse der Welle kreuzende Achse verschwenkbar ist. In Abhängigkeit von der Schwenkstellung dieses die Zylinder aufweisenden Teiles verändert sich die Fördermenge, wobei die Fördermenge größer wird, wenn der Winkel, welchen der die Zylinder aufweisende Teil mit der Welle einschließt, vergrößert wird. Auf diese Weise kann die Schwenkgeschwindigkeit des Schrämarmes 101 und damit die Vorschubgeschwindigkeit des Schrämkopfes 104 in seiner Achsrichtung verändert werden. Im Schrämarm 101 ist ein Motor 110 für den Antrieb des Schrämkopfes und ein Getriebe 111 mit

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veränderbarer übersetzung eingebaut, so daß auch die Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes 104 verändert werden kann. Es können somit Rotationsgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit in gewissen Grenzen beliebig gewählt werden und es kann damit das Verhältnis zwischen Rotationsgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit verändert werden.

Die Schrämköpfe arbeiten in Richtung ihrer Achse 104 abwechselnd nach rechts oder nach links entlang des in Fig. 2 eingezeichneten Bogens 112, wobei jeweils eine horizontale Reihe geschrämt wird. Am Ende der Schwenkbewegung wird der Schrämkopf durch Schwenken des Schrämarmes 101 um die Achse 103 um den Betrag a angehoben, welcher Betrag a die Gesamtspanstärke genannt wird. Hiebei arbeiten sich die beiden Schrämkopfe in das volle Material ein. Mit der schraffierten Zone 113 ist die Materialstärke angedeutet, welche zeilenweise (jeweils in einer Zeile mit der Gesamtspanstärke a) bei einer Stellung der Schrämmaschine geschrämt wird. Wenn diese Zone 113 geschrämt ist, wird die Schrämmaschine unter Vermittlung des Raupenfahrwerkes 114 um die Stärke b dieser Zone vorgefahren.

In Fig. 3 ist im größeren Maßstab der Umriß des Schrämkopfes dargestellt. Die Gesamtspanstärke ist wieder mit a angegeben. 113 ist die Zone mit der Stärke b, welche bei einer Stellung der Schrämmaschine geschrämt wird. Die schraffiert dargestellte Zone 115 mit der Gesamtspanstärke a ist wiederum die Zone,welche bei einem Durchgang durch eine Zeile durch den Schrämkopf geschrämt wird. Es sind auch am. Umfang des Schrämkopfes 104, dessen Drehrichtung durch einen Pfeil 116 angedeutet ist, bei diesem Ausführungsbeispiel 24 Meißel vorgesehen, deren Spitzen mit den Ziffern 1 bis bezeichnet sind. Diese Meißel kommen der Reihe nach zum An-. schlag an die Abbaufront 117. Die Meißel sind in 16 Radialebenen angeordnet, die jeweils um einen Winkel (A von 22 1/2 gegeneinander versetzt sind. Die Meißel in diesen Radialebenen kommen der Reihe nach zum Anschlag an die Abbaufront 117, wobei die Reihenfolge der Anschläge mit den in Kreisen eingesetzten Zahlen 1 bis 16 bezeichnet ist.

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In den Fig. 4, 5 und 6 sind nun die sogenannten Anschlagbilder dieser Meißel dargestellt. Die Stellung der Meißel wiederholt sich bei diesem Ausführungsbeispiel bei jeweils 90 , so daß die Meißel in gleicher Stellung auf vier Quadranten verteilt sind. In den Fig. 4 und 5 sind alle Meißel 118 in die Zeichenebene gedreht dargestellt. Die Zahlen 1 bis 24 bezeichnen wieder die Spitzen der verschiedenen Meißel. Bei jeder Umdrehung rückt der Meißelkopf 104 umjeinen bestimmten Vorschubweg in Richtung des Pfeiles vor. Der Vorschubweg pro Umdrehung ist in denFig. 4, 5 und mit c angegeben. Die Gesamtspanstärke ist wieder mit a bezeichnet. Es gelangen somit bei jeder Umdrehung des Schrämkopfes die einzelnen Meißelspitzen 1 bis 24 um den Vorschubweg c nach rechts. Im Anschlagbild nach Fig. 4, 5 und 6 sind nun die Meißelspitzen dargestellt, wie sie während der Arbeitsbewegung nach rechts gelangen. Es sind wieder hier im Anschlagbild die nach rechts gewanderten Meißelspitzen ebenso wie in Fig. 3 mit den Zahlen 1 bis 24 bezeichnet/ während die Folge, in welcher diese Meißelspitzen zum Anschlag an die Abbaufront 117 gelangen (Anschlagfolge) mit den in Kreise gesetzten Zahlen 1 bis 16 bezeichnet sind.

Die einzelnen Meißel schneiden nicht nur, sondern brechen vor allem das Gestein, da ja, wie bereits erwähnt, die Meißelspuren in Abstand voneinander liegen. In den Anschlagbildern sind die angenommenen Bruchlinien eingezeichnet, wobei die gebrochenen Querschnitte jeweils nach verschiedenen Richtungen schraffiert dargestellt sind.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen die Anschlagbilder bei verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten relativ zu einer gleichbleibenden Rotationsgeschwindigkeit des Meißelkopfes. Diese Anschlagbilder sind in Richtung des Pfeiles IV, V und VI der Fig. 3 gesehen. Fig. 4 zeigt das Anschlagbild bei kleinster Vorschubgeschwindigkeit, Fig. 5 bei größerer Vorschubgeschwindigkeit und Fig. 6 bei größter Vorschubgeschwindigkeit im Verhältnis zur Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes. Der Wert c für den Vorschubweg pro Umdrehung des

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Schrämkopfes ist daher in Fig. 5 größer als in Fig. 4 und in Fig. 6 noch größer.

Diese Anschlagbilder zeigen nun, daß bei verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten die zur Wirkung gelangenden Meißelflächen verschieden groß sind. Bei dem kleinsten Wert gemäß Fig. 4 sind die zur Wirkung gelangenden Meißelflächen am kleinsten. Beim größeren Wert c gemäß Fig. 5 sind die zur Wirkung gelangenden Meißelflächen größer und beim größten Wert c gemäß -Fig. 6 sind die zur Wirkung gelangenden Meißelflächen am größten. Innerhalb der einzelnen Bilder, d.h. bei einem bestimmten Wert c der Vorschubgeschwindigkeit im Verhältnis zur Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes sind innerhalb eines Anschlagbildes die zur Wirkung gelangenden Flächen der Meißel durchwegs ungefähr gleich. Eine Abweichung ergibt sich nur auf der linken Seite, da hier davon ausgegangen ist, daß der Schnitt erst begonnen wird. Das Anschlagbild verlängert sich aber nach rechts über die Pfeilgröße c hinaus und daraus ist ersichtlich, daß die zur Wirkung gelangenden Meißelflächen ungefähr gleich sind.

Der kleine Wert c für das Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeit relativ zur Rotationsgeschwindigkeit gemäß Fig. 4 wird somit für weniger sprödes Gestein und gegebenenfalls härteres Gestein gewählt werden, während der große Wert c für das Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeit zur Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes gemäß Fig. 6 für spröderes Gestein und gegebenenfalls weicheres Gestein gewählt werden wird. Auf diese Weise kann die Schrämleistung bei spröderem Gestein und gegebenenfalls weicherem Gestein (Fig. 6) wesentlich gegenüber der Schrämleistung bei weniger sprödem Gestein und gegebenenfalls härterem Gestein (Fig. 4) erhöht werden.

Patentansprüche:

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Claims

Ad Patentansprüche

1. Verfahren zum Schrämen von Gestein unter Verwendung eines mit Meißeln bestückten, um eine ungefähr parallel zur Abbaufront liegende Achse rotierenden Schrämkopfes ,der mit einer Vorschubgeschwindigkeit ungefähr in Achsrichtung vorgeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Anschlagfolge hintereinander verschiedene Rillen in Abstand voneinander gegraben werden und in Abhängigkeit von der Gesteinsbeschaffenheit die Vorschübgeschwindigkeit relativ zur Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes bei sprödem Gestein vergrößert und bei zähem Gestein verkleinert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Schrämkopfes bei hartem Gestein verringert und bei weichem Gestein vergrößert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Anschlagfolge zwischen zwei in Abstand voneinander gegrabenen Rillen eine Rille gegraben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Anschlagfolge zuerst zwei Rillen in Abstand voneinander gegraben werden, hierauf eine Rille ungefähr mittig zwischen diesen gegraben wird und hierauf wieder je eine Rille zwischen diesen Rillen geschnitten wird.

5. Schrämmaschine mit einem Schrämarm, an dessen Ende wenigstens ein Schrämkopf um eine senkrecht zur Mittellinie des Schrämarmes stehende Achse rotierbar gelagert ist und der durch ein hydraulisches Zylinder-Kolben-Aggregat zu einer Schwenkbewegung in Richtung der Achse des Schrämkopfes antreibbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt

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des Zuführungsweges für das hydraulische Medium zum Zylinder (108) des hydraulischen Zylinder-Kolben-Aggregates zumindest für die größte Schwenkgeschwindigkeit bemessen ist und im Zuführungsweg ein steuerbares Reduzierventil vorgesehen ist.

6. Schrämmaschine mit einem Schrämarm, an dessen Ende wenigstens ein Schrämkopf um eine senkrecht zur Mittellinie des Schrämarmes stehende Achse rotierbar gelagert ist und der durch ein hydraulisches Zylinder-Kolben-Aggregat zu einer Schwenkbewegung in Richtung der Achse des Schrämkopfes antreibbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung des hydraulischen Mediums zum Zylinder (108) des hydraulischen Zylinder-Kolben-Aggregates eine Pumpe mit veränderbarer Fördermenge, beispielsweise eine schwenkbare Axialkolbenpumpe, vorgesehen ist.

7. Schrämmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kraftübertragung vom Antriebsmotor

(110) zum Schrämkopf (104) ein Getriebe. (111) mit veränderbarer Übersetzung eingebaut ist.

8. Schrämmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (111) mit veränderbarer Übersetzung ein hydraulischer Drehmomentwandler oder ein Zahnradgetriebe mit Wechselradsätzen ist.

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