DE2748582A1

DE2748582A1 - Ziehmeissel-abtragvorrichtung und abtragverfahren

Info

Publication number: DE2748582A1
Application number: DE19772748582
Authority: DE
Inventors: Allan Thomas Fisk; Carl Richard Peterson
Original assignee: Rapidex Inc
Current assignee: Rapidex Inc
Priority date: 1976-11-01
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1978-05-11
Also published as: CA1078882A; AU513975B2; GB1592200A; AU3017177A

Description

10299 So/Ri ■ ·■ ·

Rapidex, Inc.

USSN 737061 & 737Ο68 Or. Dieter ν. Bezold ^

filed Nov. 1, 1976 Dipl.- !,-,g. Peter Schütz

Dipl.-!ng. Wolfgang Hausler β München 86, Postfach Θ60ΜΘ

Rapidex, Inc.
18 Sargent Street, Gloucester, Massachusetts 01930, V.St.A.

Ziehmeißel-Abtragvorrichtung und Abtragverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ziehmeißel-Abtragvorrichtung, ein Abtragverfahren sowie eine Anordnung bestehend aus einer Mehrzahl derartiger Ziehmeißel-Abtragvorrichtungen. Allgemein betrifft die Erfindung das Abtragen mit Ziehschneidvorrichtungen (d.h. Schneidvorrichtungen, welche entsprechend wie Sägezähne mittels eines Kratzvorgangs arbeiten). Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf das Abtragen von weichen bis mittelharten nicht abreibenden Materialien, wie beispielsweise Kohle, Pottasche oder natürliche Soda, und sogar solche Materialien wie ölschiefer, welche trotz mäßiger Druckfestigkeit nicht abreibend sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders einfaches und wirksames Abtragen insbesondere derartiger Materialien mit einer wirtschaftlichen Energieausnutzung und geringem Verschleiß der Schneidvorrichtung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ziehmeißel-Abtragvorrichtung gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1, ein Abtrag-

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verfahren gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 31 sowie eine Anordnung gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 37 gelöst. Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Ziehmeißel-Abtragvorrichtung umfaßt somit einen auf dem Kern abgestützten Meißelträger, Schneidmeißel, welche durch den Meißelträger längs einer dreidimensionalen Spirale mit einer konstanten Teilung P und einem längs wenigstens eines Teils der Achse größer werdenden Radius abgestützt werden, wobei der Meißelträger ausgedreht ist zur Bildung von sich radial erstreckenden freien Räumen zwischen den Windungen der,Spirale, einen Rahmen, welcher den Kern, den Meißelträger

/■" die

und/Meißel abstützt für eine Rotation um/und einen Vorschub längs der Achse, eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung der Rotation und des Vorschubs längs der Achse, einen Antrieb zur Erzeugung der Rotation und des Vorschubs mit der Größe von einer Teilung P pro Umdrehung, sowie die Schneidmeißel umfassende Einrichtungen zum Hineinschneiden eines Einschnitts in das abzutragende Material, welcher sich mit dem Vorschub vergrößert, während der größere Teil des abzutragenden Materials zurückbleibt zwischen Teilabschnitten des Einschnitts und sich in die freien Räume erstreckt und nachfolgend weggebrochen wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgernäßen Vorrichtung weisen die folgenden Merkmale auf: Die Schneidmeißel sind an einer einzigen Spirale angeordnet; der Meißelträger ist wenigstens bis auf eine Tiefe ausgedreht, welche einen vorbestimmten radialen Abstand von der Achse längs des gesamten Teils der Achse hat, um zu ermöglichen, daß das Material sich in die freien Räume bis zu dieser Tiefe längs des gesamten Teils der Achse erstreckt, ohne weggebrochen zu werden· jeder Schneidmeißel ist breiter als der Meißelträger in Richtung quer zur momentanen Bewegungsrichtung des Schneidmeißels während des Betriebs, um zu erlauben, daß der Meißelträger sich in den Einschnitt hineinerstreckt j der Meißelträger ist längs des Teils der Achse ausgedreht, und der Kern weist eine konstante Querscbnittsflache längs des Teils der Achse auf, um zu ermöglichen,

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daß sich das Material in die freien Räume bis zu einer konstanten Tiefe längs dieser hineinerstreckt; die Teilung ist wenigstens dreimal so groß wie die Breite der Schneidmeißel, wobei die Breite eines Schneidmeißels in Richtung quer zu einer momentanen Bewegungsrichtung während des Betriebs gemessen wird; der radiale Abstand zwischen dem Kern und den Schneidmeißeln zumindest im Bereich des maximalen Radius des Meißelträgers ist wenigstens dreimal so groß wie die Breite der Schneidmeißel; der Kern trägt Einrichtungen zum V/egbrechen des sich in die freien Räume hineinerstreckenden Materials, wobei die Einrichtungen in ein^n Ausführungsformen Schneidkanten umfassen, welche an einer Fortsetzung des Meißelträgers angeordnet sind, um einen allgemein zylindrischen Schnitt quer zum Einschnitt zu erzeugen, während die Einrichtungen in anderen Ausführungsformen einen bogenförmigen Keil umfassen, welcher an einer Fortsetzung des Meißelträgers angeordnet ist; wenigstens einige der Schneidmeißel besitzen Schneidkanten in einem Winkel (welcher sich von der Vorschubrichtung weg öffnet) zu einer Linie senkrecht zur momentanen Bewegungsrichtung des betreffenden Meißels, um eine Reaktionskraft des Materials gegen die Schneidkanten mit einer Komponente in Richtung des Vorschubs zum Vorwärtstreiben der Vorrichtung längs der Achse zu erzeugen, wobei der Winkel vorzugsweise größer ist als der Mittelwert der Steigungswinkel der jeweiligen Pfade , welchen die Meißel während des Betriebs folgen; mehrere Kerne mit zugehörigen Meißelträgern und Meißeln sind in einer gemeinsamen Rahmenanordnunr; mit Gegenrotation angeordnet, um Drehmomenten- oder horizontale oder vertikale Reaktionskräfte auszugleichen, wobei die Rahmenanordnung vorzugsweise einstellbar ist zur Veränderung des Abstandes zwischen den Kernen; die Vorrichtung trägt Bohreinrichtungen vor den Meißeln, um eine Bohrung in festes Material für den Zutritt des Kerns zu bohren, und eine Einrichtung ist vorgesehen zum Hineindrücken von Spülflüssigkeit durch den Kern zu den Bohreinrichtungen, um das durch diese entfernte Material auszuspülen; schließlich weißt das sich in die freien Räume hinein erstreckende und weggebrochene Material wenigstens ein zweimal so großes Volumen wie das Material auf, welches beim Bilden

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der Einschnitte durch die Schneidmeißel weggeschnitten wird.

Erfindungsgemäß wird ferner eine Mehrzahl von Ziehmeißel-Vorrichtungen der oben beschriebenen Art mit ihren jeweiligen Achsen parallel zueinander in einer Reihe abgestützt, welche längs einer Ebene abfällt, wobei die Ebene in einer Richtung quer zu den Achsen abfällt, die Achsen längs der Ebene in der Neigungsrichtung mit Abstand voneinander angeordnet sind, die einzelnen Ziehmeißel-Vorrichtungen derart angeordnete Antriebe aufweisen, daß jeder Kern, Meißelträger und Meißelanordnung im Uhrzeigersinn drehen, wenn man längs seiner Achse von der Seite aus blickt, daß die Ebene schräg nach rechts oben verläuft. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen sind die einzelnen Ziehmeißel-Vorrichtungen längs der Richtung der Achsen versetzt, so daß die durch eine Ziehmeißel-Vorrichtung erzeugten Einschnitte nicht auf eine andere Vorrichtung herabfallen, und obere und untere Abstützfahrzeuge sind an den oberen bzw. unteren Enden der Abstützeinrichtung vorgesehen.

Die Erfindung ermöglicht ein merklich verbessertes Abtragen mit einer wirtschaftlichen Energieausnutzung und geringem Verschleiß der Schneidvorrichtung. Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen wird ein großer Teil (vorzugsweise wenigstens 2/3) des abgetragenen Materials in großen Stücken herausgebrochen, anstatt es gesägt oder zerbrochen wird. Bestehende Abbaustrecken können vergrößert werden oder neue Abbaustrecken können geschnitten werden. Dieselbe Vorrichtung kann verwendet werden, um in aufeinanderfolgenden Durchgängen wiederholt eine Abbaustrecke zu vergrößern, und kann sogar während des Betriebs an nachfolgende sich verändernde Schichthöhen angepaßt werden. Schneidgeschwindigkeit, Geräusche sowie Erzeugung von Peinstoffen sind besonders niedrig·

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

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Pig. 1 eine teilweise schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das abzutragende Material geschnitten dargestellt ist,

Fig. 2 eine Rückansicht einer Anordnung von zwei Vorrichtungselementen gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Rückansicht einer Anordnung von vier Vorrichtungselementen gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine teilweise Ansicht ähnlich der Fig. 4-, wobei jedoch eine andere Ausführungsform dargestellt ist,

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich der Fig. 5» wobei jedoch eine nochmals weitere Ausführungsform dargestellt ist,

Fig. 7 eine Detailansicht eines einzelnen Schneidmeißels sowie des benachbarten Bereichs des diesen tragenden Bandes, in Richtung radial nach innen gesehen,

Fig. 7a ein Vektordiagramm zur Veranschaulichung der momentanen Zahnbewegung,

Fig. 8 eine Seitenansicht des Zahns gemäß Fig. 7,

Figuren 9 und 10

den Figuren 7 und 8 ähnliche Darstellungen, wobei jedoch eine andere Ausführungsform dargestellt ist,

Fig. 11 eine teilweise geschnittene Ansicht einer anderen Ausführungsform eines schraubenartigen Vorrichtungselements,

Fig. 12 eine Rückansicht einer Anordnung von vier Vorrichtungselementen gemäß Fig. 11,

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Fig. 13 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung von vier Vorrichtungselementen gemäß Fig. 1 und

Fig. 14· eine Endansicht der Anordnung gemäß Fig. 13·

Das grundlegende Abbauelement ist eine schraubenartige verjüngte Säge, wie in Fig. 1 dargestellt. Die spiralförmige Sägenanordnung 108 weist einen Meißelträger von der Form eines dreidimensionalen Spiral-Sägeblatts 110 mit konstanter Teilung P auf, welches auf einem zentralen zylindrischen Kern 112 angeordnet ist. Der äußere Radius des Bandes 110 vergrößert sich monoton vom Vorderende 114 bis zu einem Maximum bei 116 nahe dem hinteren Ende, und hinter dem Punkt 116 bleibt der Bandradius konstant. Die äußere Kante des Bandes 110 ist mit einer Mehrzahl von Schneidmeißeln oder Zähnen 118 ausgerüstet, welche zum Einschneiden in das Gestein 50 angeordnet sind. Die Zähne 118 sind weiter als die Dicke des Bandes 110 (in Richtung quer zur momentanen Bewegungsrichtung der Meißel 118 während des Betriebs) und schneiden somit einen spiralförmigen Einschnitt 120, welcher breiter ist als das Band 110, in das Gestein 50, so daß bei Drehung des Kerns 12 und des Bandes 110 das letztere nicht gegen die Seiten des Einschnitts 120 reibt. Während des Betriebs schreitet die Anordnung 108 parallel zur Kernachse 113 voran, und zwar genau um eine Teilung P pro Umdrehung. Wie in Fig. 1 dargestellt, steht die Anordnung 108 nur längs einer Seite mit dem Gestein im Eingriff, und, obwohl der Einschnitt 120 scheinbar aus mehreren Einschnitten besteht, sind diese tatsächlich Segmente eines einzelnen Einschnitts 120, entsprechend wie bei einem Schraubengewinde, welcher durch das Fehlen von Gestein an der gegenüberliegenden Seite der Anordnung 108 unterbrochen ist.

Der Kern 112 ist an seinem vorderen Ende in einem Rahmen 124· durch ein Lager 122 und an seinem hinteren Ende durch ein Lager 126 drehbar abgestützt. Ein hinteres Wellenende 127 erstreckt sich durch das Lager 126 für einen Antrieb durch eine Motor-Antriebsanordnung 128 (welche beispielsweise hydraulisch ist,

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wobei sie ein durch geeignete nicht dargestellte Rohre zugeführtes Fluid verwendet), die an dem Rahmen 124 angebracht ist.

Fig. 2 zeigt ein Paar von Anordnungen 108, 208, welche an einem Rahmen 124 angebracht sind. Die rechte Anordnung 108 entspricht der gemäß Fig. 1, während die linke Anordnung 208 spiegelbildlich zur rechten Anordnung ausgebildet ist, wobei in der Anordnung 208 zur Bezeichnung 200er-Zif fern sind, welche im übrigen den lOOer-Bezugsziffern der Anordnung 108 entsprechen. Die Anordnung 108 dreht sich im Uhrzeigersinn, während sich die Anordnung 208 im Gegenuhrzeigersinn dreht, wobei die Gegendrehung der beiden Anordnungen den Zweck einer Beseitigung des resultierenden Drehmoments der Gesamtanordnung hat. Diese Vorrichtung trägt Gestein von beiden Seitenwänden einer Öffnung 40 ab, wobei sie die ursprüngliche rechte Wand 52 (vgl. auch Fig. 1) nach 54 hin und die linke Wand 252 nach 254 hin bewegt. Das Material zwischen den Flächen 52 und 5^· sowie 252 und 254 fällt zum Boden und wird von dort durch eine andere nicht dargestellte Einrichtung aufgenommen.

Fig. 3 zeigt vier drehbare Anordnungen von der oben beschriebenen Art, welche an einem Rahmen 124 getragen werden. Bei dieserVorrichtung werden die Schrauben an gegenüberliegenden Seiten einander entgegengedreht, wie in Fig. 2, und die Schrauben auf derselben Seite werden ebenfalls einander entgegengedreht, um jegliche resultierende Vertikalkraft an der Gesamtanordnung zu beseitigen. Ein nicht geschnittener Streifen von Gestein S6 und 256 wird zwischen den Schrauben an jeder Seite zurückgelassen, um durch nicht dargestellte Hilfseinrichtungen weggebrochen zu werden. Der Rahmen 124 ist verstellbar, um eine Änderung des vertikalen Abstands zwischen den Schrauben an jeder Seite und somit der Dicke der Streifen 56 und 256 zu ermöglichen. Somit kann die Gesamtanordnung zum Abtragen auf veränderliche Gesamthöhen verwendet werden, beispielsweise zum Abtragen von Flözen unterschiedlicher Dicken. Eine Veränderung der Breite des Rahmens 124 ermöglicht ein Aushöhlen von Öffnungen 40 von veränderlicher Breite, und zwar gewöhnlich in mehreren Durchgängen von

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einer anfänglichen engen öffnung bis zur (für Bergwerksanwendungen) maximalen Breite, welche durch Grenzen der Deckenstabilität erlaubt ist.

Die Zähne 118 schneiden die mit Abstand voneinander angeordneten Teilabschnitte des Einschnitts 120, wobei sie dazwischen Gesteinsstreifen 58 übriglassen, welche sich, da das Trägerband 110 über die gesamte Lange bis zum Kern 112 ausgedreht ist, in die freien Zwischenräume zwischen den Trägerwindungen längs der gesamten Spirale hinein erstrecken. Der zylindrische Abschnitt 130 der Anordnung 108 ist dazu angeordnet, um diese "viertelmondⁿ-förmigen Streifen herauszubrechen. In einer Ausführungsform (Figuren 1 und 4) ist der zylindrische Ausläufer des Bandes 110 mit einem sich nach hinten erstreckenden keilförmigen Vorsprung 132 ausgestattet, welcher seinerseits mit Zähnen 134 an seinem Kopf versehen ist. Bei Drehung des Kerns 112 und des Bandes 110 tritt der Vorsprung 132 in den Einschnitt 120 ein, wobei er hinten in den Gesteinsstreifen 58 einschneidet und sich einkeilt mit dem Ergebnis, daß ein Riß 60 entsteht und der Gesteinsstreifen 58 wegbricht, wodurch neue Gesteinsfläche 54 erzeugt wird.

Pig· 5 zeigt eine alternative Konstruktion zum Abtragen von weichem Material, wie beispielsweise Kohle. In desem Fall ist nur ein einfacher Keil 136 ohne Zähne vorgesehen. Fig. 6 zeigt eine nochmals andere Konstruktion. Dabei ist eine zylindrische (d.h. im Querschnitt nicht keilförmige wie 132) Säge 138 mit Zähnen 139 zum Heraussägen des Gesteinsstreifens 58 versehen und wahlweise ist eine Rampenfläche 140 am Band 110 vorgesehen, um das Biegen des GesteinsStreifens 58 nach hinten zu unterstützen.

Bei den soweit beschriebenen Vorrichtungen haben die Elemente jeweils eine unterbrochene Schraube gegen nur eine Seite einer bestehenden öffnung geschnitten. Daher tritt jeder Schneidezahn 118 einmal pro Umdrehung in den Einschnitt 120 ein und verläßt diesen. Beim Verlassen des Einschnitts 120 hat somit jeder Zahn 118 die Möglichkeit, die von ihm beim Vertiefen des Einschnitts

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120 mitgenommenen Gesteinsteilchen wieder abzuwerfen.

Fig. 11 zeigt eine Vorrichtung, welche ihre eigene Bohrung vollständig aushöhlen kann. Teile, welche denen der 100er-Bezugsziffern in Fig. 1 entsprechen, sind in Fig. 11 mit entsprechenden 300er-Bezugsziffern versehen. Ein zylindrischer Kern 312 ist hohl und trägt ein Spiralband 310» welches seinerseits an seinem Kopf mit Zähnen 318 versehen ist. Der vordere Abschnitt des Bandes 310 ist verjüngt, während der hintere Abschnitt einen zylindrischen Außendurchmesser hat. Der hintere Bandabschnitt 330 ist mit einem hinteren vorspringenden Keil 336 (vgl. Fig. 5) versehen, um das zwischen den Einschnittsabschnitten zurückgelassene Gestein nach hinten zu brechen. Der zylindrische Kern 312 enthält eine Hohlwelle 368, welche an ihrem Vorderende, sowie am Vorderende des Kerns 312, mit einem Bohrkopf 307 verbünden ist, welcher mit Zähnen 372 versehen ist. Die Hohlwelle 368 wird (durch nicht gezeigte Mittel) gedreht, so daß der Bohrkopf 370 in das Gestein 350 eine Bohrung 374- bohren kann, wenn die Anordnung (von links nach rechts in Fig. 11) voranschreitet. Der Durchmesser der Bohrung 374- reicht aus, damit das zylindrische Kernelement 312 mit einem ausreichenden freien Raum umgeben wird, um ein Strömen von Spänen im Ringraum 376 zwischen der Bohrung 374· und dem Kern 312 zu ermöglichen. Während des Betriebs drehen sich der Kern 312 und das Band 310 (in dieselbe oder entgegengesetzte Richtung wie der Bohrkopf 370) bei wesentlich geringerer Geschwindigkeit als der Bohrkopf 370).

Ein Mittel zum Ausspülen von Bohrspänen nach hinten ist dadurch gegeben, daß man eine Flüssigkeit (beispielsweise Wasser) in der Durchgangsbohrung 38O im Kern 312 (oder der Bohrung 378 in der Welle 368 oder in beidei Bohrungen) dazu zwingt, durch (nicht dargestellte) Öffnungen im Bohrkopf 370 in die Bohrung einzutreten. Diese Flüssigkeit nimmt dann die Bohrspäne beim Aushöhlen der Bohrung 374- auf und fließt im Ringraum 376 nach hinten. Die durch die Zähne 318 erzeugten Späne werden ebenfalls

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durch diesen Rückstrom aufgenommen· Um das Ausspülen der Späne von den Zähnen 318 (tief im (nicht dargestellten) Spiraleinschnitt 320) zu begünstigen, können Radialbohrungen 382 im Band 310, welche mit der einströmenden Flüssigkeit innerhalb des Kerns 312 in offener Verbindung stehen, die Ausspülflüssigkeit direkt zu den Zähnen 318 tragen.

Fig. 11 zeigt ein anderes Spülsystem. Die Flüssigkeit (Wasser) tritt von der Leitung 384- in eine sich nicht drehende Kappe 386, welche den Kern 312 umgibt, ein. Dichtungen 388 und 389 dichten rund um den Kern gegen diesen ab. Die Flüssigkeit tritt in den Ringraum 380 innerhalb des Kerns 312 durch radiale Öffnungen 390 ein. Diese einströmende Flüssigkeit tritt zum Bereich um den Bohrkopf 370 genauso wie vorher hin (wobei auch ein gewisses radiales Ausströmen durch die Bohrungen 382 stattfindet). Etwas fließt rückwärts im Ringraum 376 während ein anderer Teil rückwärts durch die Hohlwelle 368 (durch die Bohrung 378) strömt.

Die gesamte sich drehende Anordnung ist in Lagern im Rahmen 324 getragen, von denen nur das Lager 326 dargestellt ist. Der Rahmen 324 ist genügend entfernt vom Keil 336, um ein Dazwischenkommen von abgetragenem Material zu verhindern.

Ein Anordnung für vier Elemente von der Art gemäß Fig. 11 ist schematisch in Fig. 12 gezeigt. Die einzelnen Elemente 308 werden in Gegenrichtung zueinander gedreht wie in Fig. 3 und aus demselben Grund. Sämtliche vier Elemente 3Ο8 sind an einem einzigen Rahmen 324 angebracht. Nicht abgetragenes Material zwischen den Elementen 3Ο8, wie bei 394» kann von dem umgebenden Gestein durch Abgratmittel (beispielsweise Kettensägen) abgegratet werden, wie schematisch bei 396 gezeigt· Nicht abgetragenes Material im Zentrum 398 ist nicht abgestützt und fällt somit leicht zum Boden. Es ist zu bemerken, daß die Elemente 308 das gesamte Material innerhalb ihres kreisförmigen Querschnitts abtragen durch Bohren eines relativ kleinen zentralen Bereichs,

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spiralförmiges Schlitzen des übrigen Materials und Herausbrechen des geschlitzten Materials nach hinten. Der Betrieb einer derartigen Anordnung van vier Elementen ist relativ langsam, wodurch sich ausreichend Zeit ergibt für das Ausspülen von direkt abgetragenem Material (d.h. Leitbohrung 374· und Spiraleinschnitt 320) nach hinten. Beispielsweise schreiten vier Elemente, welche miteinander vereinigt sind, um einen 1,829 χ 2,134 m-Stollen in Kohle bei 6000 kg pro Minute mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,707 m/min voran. Bei Annahme einer Teilung von 152,4- mm (ein vernünftiger Wert für Kohle) ist die Drehzahl jedes Schraubenelements nur 11,2 Umdrehungen pro Minute. Die Spitzengeschwindigkeit an 0,914- m-Durchmesser-Schrauben beträgt nur 32,309 m/min, also weit weniger als typische Spülflüssigkeitsgeschwindigkeiten.

Fig. 7 zeigt im Detail einen einzelnen Schneidzahn 118 und den benachbarten örtlichen Bereich des Bandes 110. Der augenblickliche V/eg des Zahns HS ist gezeigt als die Seiten 120' und 120" des in den früheren Figuren gezeigten Einschnitts 120. Wie in Fig. 7a gezeigt, besteht die Abwicklung der Bewegung eines einzelnen Zahns 118 während einer Umdrehung der Spiralsägenanordnung 108 aus einer Komponente P (Schraubenteilung) in Richtung der Achse 113 der Anordnung und eine Umfangskomponente entsprechend 2XR, worin R der örtliche Radius von der Achse 113 zum Kopf des Zahns 118 ist. Die resultierende Bewegung beschreibt eine Schraubenlinie mit einem Winkel θ mit der Tangentialrichtung, wobei

tan θ ^

Beispielsweise beträgt für einen Zahn hinten an einer 0,6096 m-Radius-Einheit mit einer Teilung von 152,4- mm der Steigungswinkel ε

^{tan Θ}2 ⁼ 2 χ 3 J14- χ 2

θ₂ = 2,3°

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Für einen anderen Zahn weiter vorn an derselben Einheit, und zwar an einem Radius von 0,304-8 m, beträgt der Steigungs winkel

tan

2 χ 3,14 χ 1

Es ist zu beachten, daß, wie groß auch immer der örtliche Radius R ist, die Teilung P für sämtliche Zähne an einer gegebenen Einheit gleich bleibt; somit variiert der Steigungswinkel G mit dem Radius.

In Fig. 7 ist ein "quadratischer" Zahn dargestellt, dessen eine Fläche 119 im Winkel von 90° zum augenblicklichen Zahnweg liegt. Fig. 8 zeigt die Seite des Zahns 118 und des Bandes 110. Die Linie 12O¹¹¹ zeigt die konstante Radiustiefe des Einschnitts 120, welche durch diesen besonderen Zahn 118 erzeugt wird, wenn die Anordnung sich um die Achse 113 dreht (und längs dieser vorwärtsschreitet). Es ist zu beachten, daß die Einschnittiefe 12O¹¹'¹ vor diesem Zahn, welche von einem vorangehenden Zahn an einem kleineren Radius erzeugt wurde, kleiner ist und daß der in Fig. 8 dargestellte Zahn die Tiefe des Einschnitts 120 um einen konstanten Zuwachs & vergrößert wfe bei einer Säge. Fig. 8 zeigt auch einen Zahn-'^Neigungswinkel"«*· (welcher in der konventionellen "positiven" Form dargestellt ist, jedoch für einige Materialien vorteilhafterweise "negativ" sein kann) sowie einen "Hinterdrehwinkel"β, wobei beide der konventionellen Praxis entsprechen (und um ein Zusammenstoßen mit der gekrümmten Fläche 120¹¹¹¹ zu vermeiden).

Der Bewegung des quadratischen Zahns 118 in der Spiralrichtung wirkt eine Kraft F entgegen, welche durch das Material (von der Dicke d ) erzeugt wird, welches durch diesen Zahn entfernt wird. Im allgemeinen ist für einen quadratischen Zahn wie dargestellt (oder für jede andere Zahnform, welche zur zentralen Zahnebene 121 symmetrisch ist) die Kraft F parallel zu und entgegengesetzt der Richtung der Momentanbewegung des Zahns 118. Im einzelnen

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hat diese Gegenkraft F eine axial nach hinten gerichtete Komponente, welche durch den den Zahn 118 antreibenden Mechanismus überwunden werden muß. Für die Mehrzahl der mit dem Gestein in K_ontakt befindlichen Zähne 118 muß dann eine resultierende Vorwärtskraft aufgebracht werden, um die Anordnung 108 vorwärtszutreiben, wenn sie rotiert. Diese Kraft kann von einer externen Quelle, wie beispielsweise einem die Anordnung tragenden Zugfahrzeug, kommen oder sie kann örtlich auftreten, wenn die hintere Flanke 123 des Zahns 118 gegen die Seite 12O¹ des Einschnitts 120 reibt und dieser folgt. Dieser letztere Vorgang jedoch ergibt einen übermäßigen Verschleiß der Zahnflanke 123 und verbraucht übermäßige Energie.

Fig. 9 zeigt einen Zahn 118' mit einer (Stirnfläche 119'» welche in einem Winkel φ (welcher sich in die Richtung des Vorschubs längs der Achse 113 öffnet) relativ zu einem "quadratischen Zahn" (d.h. relativ zu einer Linie, welche senkrecht zur momentanen Zahnbewegungsrichtung verläuft). In diesem Fall hat die Gegenkraft F¹, welche um grob 90° zur Stirnfläche 119¹ verläuft, eine Vorwärtskomponente, wenn der Anstellwinkel φ größer ist als der örtliche Steigungswinkel ö. Somit kann eine angestellte Zahnstirnfläche verwendet werden, um eine axiale Vortriebskraft-Komponente zu erzeugen, wobei sowohl eine externe Einrichtung, wie beispielsweise ein Zugfahrzeug, als auch ein Reiben gegen die Flanke des Werkzeugs vermieden werden. Da θ mit der radialen Anordnung des Zahns variiert, kann eine praktische Konstruktion einen φ-Wert verwenden, welcher größer ist als der maximale 6-Wert, wobei man eine übermäßig große Vorwärtskraft-Komponente (und ein sich daraus ergebendes Reiben an der Vorderflanke des Zahns) vermeidet, oder man kann vorzugsweise einen φ-Wert verwenden, welcher größer ist als der mittlere Θ-Wert für sämtliche Zähne.

Vorzugsweise sind sowohl die Teilung P als auch die radiale Entfernung zwischen der zylindrischen Oberfläche des Kerns 112 und der Schneidkante des Zahns 118 am Maximalradius-Bereich des Bandes 110 wenigstens dreimal, und in besonders bevorzugter Weise

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wenigstens fünfmal, so groß wie die Breite des Zahns 118 in der Richtung quer zur momentanen Richtung der Zahnbewegung während des Betriebs. Somit wird gut über 2/3 des abgetragenen Materials eher in großen Stücken weggebrochen als daß es durch die Zähne direkt gesägt würde.

Die Figuren 13 und 14 zeigen vier Elemente 108, wobei jedes mit seinem eigenen Rahmen 124 und (nicht dargestellten) Antrieb in einer gemeinsamen Rahmenanordnung 200 gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Die horizontale Versetzung von Schraube zu Schraube, wobei sämtliche Schrauben in derselben Richtung drehen (im Uhrzeigersinn, in axialer Richtung gesehen, wobei die Böschung sich nach rechts oben erstreckt), erzeugt die notwendige Horizontalkraft, um das Fahrzeug in Stirnrichtung zu drücken, während das Gewicht der Maschinenausrüstung es nach unten hält. Die selbst vorwärtsschreitenden Schrauben erfordern selbstverständlich keine Kraft in Querrichtung, obwohl die Querrichtung aller Wahrscheinlichkeit nach durch gewöhnliche Zugmittel über die Abstützfahrzeuge 202 und 204 oben und unten an der Schraubenanordnung gesteuert wird.

Jede Schraube ist im Anschluß an die Hinterseite der in der Anordnung unmittelbar darunter befindlichen Schraube angeordnet. Dies ermöglicht, daß identische Schraubenelemente (d.h. sämtlich mit derselben Schraubrichtung) in derselben Richtung drehen ohne Klirren, und es wird ferner ermöglicht, daß das von den einzelnen Schrauben abgetragene Material frei herabfallen kann, ohne dabei mit den darunter befindlichen Schraubenelementen zusammenzutreffen.

Durch Veränderung der Anzahl der Schrauben in einer Anordnung läßt sich diese Schichthöhen von weit unterschiedlichen Dicken anpassen, wobei die Bequemlichkeit und Wirtschaftlichkeit einer einzigen standardisierten Schraubenelement-Konstruktion beibehalten wird· An Änderungen in der Schichtdicke längs der Länge einer einzelnen Mine ist die Vorrichtung leicht anpaßbar dadurch, daß sie auf einfache Weise eine notwendige Änderung des Winkels der Stirnböschung ermöglicht. Es ist ferner zu beachten, daß

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innerhalb vernünftiger Grenzen gekrümmte Minenebenen keine Probleme bereiten.

Ein Förderer 206 erstreckt sich in Längsrichtung der Mine längs der Basis der Kohlenfläche. Die Kohle fällt entweder auf diesen Förderer oder wird auf ihn gerichtet, wird danach zum Ende der Mine zu einem anderen Förderer befördert,welcher die Kohle von der Mine abgibt. Der Stirnförderer wird seitlich bewegt, wenn die Stirnfläche zurückweicht, wie in einem langwandigen Bergwerk.

Die dargestellte Anordnung ermöglicht vorteilhafterweise einen extrem engen Minenboden. Die rainimalmögliche Bodenbreite ist die für das untere Abstützfahrzeug erforderliche, obwohl es wahrscheinlich ratsam ist, einen etwas breiteren Boden zu haben, um einen Zugang durch Wartungsfahrzeuge längs des Förderers zu ermöglichen. Es ist ersichtlich, daß die beschriebene Anordnung verwendbar ist zum gleichzeitigen Abtragen der gegenüberliegenden Böschungsflächen einer entsprechend geformten Mine, indem man separat abfallende Anordnungen von Schraubenelementen Seite an Seite an einer gemeinsamen Rahmenanordnung anbringt.

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Leerseit

Claims

Ansprüche

1. Ziehmeißel-Abtragvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Kern (112, 212, 312), welcher sich längs einer Achse (113) erstreckt, einen Meißelträger (110, 210, 310), welcher an dem Kern (112, 212, 312) abgestützt ist, Schneidmeißel (118, 21S, 318), welche durch den Meißelträger (110, 210, 310) längs einer dreidimensionalen Spirale mit einer konstanten Teilung (P) und einem längs wenigstens eines Teils der Achse (113) größer werdenden Radius (R) abgestützt sind, wobei der Meißelträger (110, 210, 310) ausgedreht ist zur Erzeugung von sich radial erstreckenden freien Räumen zwischen den Windungen der Spirale, einen Rahmen (124, 324) zur Abstützung des Kerns (112, 212, 312), des Meißelträgers S10, 210, 310) und der Schneidmeißel (118, 218, 318) für eine Rotation um und einen Vorschub längs der Achse (113)* einen Antrieb (128) zur Erzeugung der Rotation und dies Vorschubs mit einem Wert von einer T_eilung (P) pro Umdrehung sowie die Schneidmeißel (118, 218, 318) umfassende Einrichtungen zum Einschneiden eines Einschnitts (120) indas abzutragende Material (50), wobei sich die Tiefe des Einschnitts mit dem Vorschub vergrößert, während der größere Teil (58) des Materials (50) zwischen Teilabschnitten des Einschnitts (120) zurückbleibt und sich in die freien Räume hinein erstreckt und nachfolgend weggebrochen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidmeißel (118, 218, 318) in einer einzigen Spirale angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißelträger (110, 210, 310) wenigstens bis zu einer Tiefe ausgedreht ist, welche einen vorbestimmten radialen Abstand von der Achse (113) längs des gesamten T_eils der Achse (113) aufweist, wobei sich das Material (58) in die

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freien Räume bis zu der Tiefe längs des Teils der Achse erstreckt, ohne weggebrochen zu werden.

4-. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneidmeißel (118, 218, 318) breiter ist als der Meißelträger (110, 210, 310) in Richtung quer zur momentanen Bewegungsrichtung des Schneidmeißels (118, 218, 318) während des Betriebs, derart, daß sich der Meißelträger 110, 210, 310) in den Einschnitt (120) hinein erstreckt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißelträger (110, 210, 310) längs des Teils der Achse (113) bis zu dem Kern (112, 212, 312) ausgedreht ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (112, 212, 312) eine konstante Querschnittsfläche längs des Teils der Achse (113) hat, derart, daß das Material (58) sich längs dieses in die freien Räume bis zu einer konstanten Tiefe erstreckt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung (P) wenigstens dreimal so groß ist wie die Breite der Schneidmeißel (118, 218, 318), wobei die Breite eines Schneidmeißels (118, 218, 318) gemessen wird in Richtung quer zu seiner momentanen Bewegungsrichtung während des Betriebs.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand zwischen dem Kern (112, 212, 312) und den Schneidmeißeln (118, 218, 318) im Bereich (116) des maximalen Radius des Meißelträgers (110, 210, 310) wenigstens dreimal so groß ist wie die Breite der S^hneidmeißel (118, 218, 318), wobei die Breite der Schneidmeißel (118, 218, 318) gemessen wird in Richtung quer zu ihrer momentanen Bewegungsrichtung während des Betriebs.

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9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (128) sowohl eine Rotationsais auch eine axiale Antriebskraft erzeugt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch weitere Einrichtungen außer den Schneidmeißeln (118, 218, 318), welche von dem Kern (112, 212, 312) getragen werden zum Wegbrechen des sich in die freien Räume hinein erstreckenden Materials (58).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen Schneidkanten (134-, 139) umfassen, welche an eher Portsetzung des Meißelträgers (110) angeordnet sind zur Erzeugung eines allgemein zylindrischen Einschnitts/quer zu dem Einschnitt (120).

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen einen bogenförmigen Keil (132, 136, 336) umfassen, welcher an einer Portsetzung des Meißelträgers (110, 310) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten (134·» 139) sich an einem konstanten Radius (R) der Achse (113) befinden, welcher dem maximalen Radius (R) der Spirale entspricht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (132, 136, 336) sich am maximalen Radius (R) der Spirale befindet.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten (134) sich an einem bogenförmigen Keil (132) befinden, welcher an dem Meißelträger (110) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen eine Rampe (140) umfassen, welche an dem Meißelträger (110) radial innerhalb bezüglich der SchjLftyi^aftlpe/h^i^) angeordnet ist.

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17· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißelträger (110, 210, 310) ein schraubenförmiges Band mit konstanter Teilung (P) ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Schneidmeißel (118') Schneidkanten (1190 aufweisen, welche in einem Winkel (φ) (der sich von der Richtung des Vorschubs weg öffnet) zu einer Linie senkrecht zur momentanen Bewegungsrichtung des betreffenden Schneidmeißels (118*) angeordnet sind zur Erzeugung einer Reaktionskraft (F¹) des Materials (50) gegen die Schneidkanten (119¹), welche eine Komponente in Richtung des Vorschubs aufweist zum Vorwärtstreiben der Vorrichtung längs der Achse (113).

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (φ) größer ist als der Mittelwert des Steigungswinkels (ö) der jeweiligen Pfade, welche von den Schneidmeißeln (119¹) während des Betriebs durchlaufen werden.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch wenigstens ein Paar von Kernen (112, 212) mit zugehörigen Meißelträgern (110, 210) und Schneidmeißeln (118, 218), wobei die Kerne (112, 212) des Paars, seitlich zueinander in einer gemeinsamen Rahmenanordnung/angebracht sind für eine Rotation in Gegenrichtung zueinander zum Ausgleich des Drehmoments und der horizontalen Reaktionskräfte an der Vorrichtung.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch ein erstes Seite an Seite angeordnetes Paar von Kernen (112, 212) und ein zweites oberhalb des ersten Paars angeordnetes Paar von Kernen (112, 212), wobei einander entsprechende rechte und linke Kerne der jeweiligen Kernpaare angeordnet sind für eine Rotation in Gegenrichtung zueinander zum Ausgleich von vertikalen Reaktionskräften auf die Vorrichtung.

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22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19» gekennzeichnet durch wenigstens ein Paar von Kernen (312) mit zugehörigen Meißelträgern (310) und Schneidmeißeln (318), wobei die Kerne (312) des Kernpaars einer über dem andern in einer gemeinsamen Rahmenanordnung (32²I-) angeordnet sind für eine Rotation in Gegenrichtung zueinander zum Ausgleich des Drehmoments und der vertikalen Reaktionskräfte an der Vorrichtung.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch eine Bohreinrichtung (370), welche durch die Vorrichtung vor den Schneidmeißeln(318) getragen wird zum Bohren einer Bohrung (374·) in festem Material (350) für den Zutritt des Kerns (312).

24-. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohreinrichtung (370) an einer Welle (368) angebracht ist,welche sich durch den Kern (312) erstreckt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Drücken von Spülflüssigkeit durch den Kern (312) zu der Bohreinrichtung (370) zum Ausspülen des durch diese entfernten Materials.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch Durchtrittsöffnungen (382 in dem Meißelträger (310) zum Leiten von Spülflüssigkeit zu den Meißeln (318).

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Bohrung (374) einen größeren Durchmesser hat hat als der Kern (312), wobei ein Ringraum (376) rund um den Kern (312) gebildet wird zum Zurückführen eines Breis aus der Flüssigkeit und dem entfernten Material.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, gekennzeichnet durch eine Rückführbohrung (378) in dem Kern (312) zum Hinausbefördern eines Breis aus der Flüssigkeit und dem entfernten Material.

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29. Vorrichtung nach Anspruch 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenanordnung (124·) verstellbar ist zur Veränderung des Abstandes zwischen den Kernen (112, 212).

30. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenanordnung (324·) verstellbar ist zur Veränderung des Abstandes zwischen den Kernen (312).

31. Abtragverfahren, gekennzeichnet durch Vorwärtsbewegen der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, längs der Achse, wobei der Kern, der Meißelträger und die Meißel um die Achse gedreht werden, und V/egbrechen des sich in die freien Räume hinein erstreckenden Materials nach Hindurchtreten des Schneidmeißels am maximalen Radius des Meißelträgers durch den Einschnitt.

32. Verfahren nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnetj daß die Meißel während des Vorschubs und der Rotation in K_ontakt mit einer Fläche einer bestehenden Öffnung gehalten werden, welche vergrößert wird, und außer Kontakt mit der gegenüberliegenden Fläche der Öffnung gehalten werden.

33· Verfahren zum Abtragen von Kohle, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte gemäß Anspruch 31.

34. Verfahren zum Abtragen von natürlicher Soda, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte gemäß Anspruch 31,

35« Verfahren zum Abtragen von Ölschiefer, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte gemäß Anspruch 31.

36· Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß das sich in die freien Räume hinein erstrekkende und weggebrochene Material ein wenigstens zweimal so großes Volumen hat wie das Material, welches durch die Schneidmeißel bei der Bildung des Einschnitts herausgeschnitten wird.

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37. Anordnung, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Vorrichtungen (iO8)gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19» gekennzeichnet durch eine Einrichtung (200) zum Abstützen der Vorrichtungen (108) in einer längs einer Ebene abfallenden Reihe mit zueinander parallelen Achsen (113)» wobei die Ebene in einer Richtung quer zu den Achsen (113) geneigt ist und die Achsen (113) mit Abstand voneinander längs der Ebene in der Neigungsrichtung angeordnet sind, und wobei die Antriebe (128) der Vorrichtungen (8) derart angeordnet sind, daß jeder Kern (112), Meißelträger (110) und Schneidmeißelanordnung (118) im Uhrzeigersinn rotiert, längs der Achse (113) gesehen, wobei die Ebene in Richtung nach rechts oben verläuft,

38. Anordnung nach Anspruch 37» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorichtungen (108) längs der Richtung der Achsen (113) versetzt sind derart, daß durch eine Vorrichtung (108) abgetragenes Material nicht auf eine andere Vorrichtung (108) herabfällt.

39. Anordnung nach Anspruch 37 oder 38, gekennzeichnet durch ein oberes (202) und eil unteres (204) Abstützfahrzeug am oberen bzw. unteren Ende der Abstützeinrichtung (200).

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