DE2813142A1 - Verfahren zum schneiden von an einer bergmaennischen arbeitsflaeche anstehendem mineral und kombiniertes schneidwerkzeug zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum schneiden von an einer bergmaennischen arbeitsflaeche anstehendem mineral und kombiniertes schneidwerkzeug zur durchfuehrung des verfahrens

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DE2813142A1 DE19782813142 DE2813142A DE2813142A1 DE 2813142 A1 DE2813142 A1 DE 2813142A1 DE 19782813142 DE19782813142 DE 19782813142 DE 2813142 A DE2813142 A DE 2813142A DE 2813142 A1 DE2813142 A1 DE 2813142A1
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Description

2813U2
Bochumer Eisenhütte Heintzmann GmbH & Co., Bessemerstr. 8O3
4650 Bochum
Verfahren zum Schneiden von an einer bergmännischen Arbeitsfläche anstehendem Mineral und kombiniertes Schneidwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft in erster Linie ein Verfahren zum Schneiden von an einer bergmännischen Arbeitsfläche anstehendem Mineral in Form von Gesteins Kohle od. dgl. beim Streckenoder Tunnelvortrieb sowie bei der Hereingewinnung mittels in die Arbeitsfläche eintreibbarer und im wesentlichen parallel zu dieser bahnenförmig bewegbarer meißelartiger Zerspanungswerkzeuge und mit diesen zusammenwirkender Hochdruckwasserstrahlen.
Bei bekannten Verfahren dieser Gattung werden die Hochdruckwasserstrahlen in Schnittrichtung vor dem Meißel mehr oder weniger senkrecht auf die Arbeitsfläche gerichtet, dabei jedoch möglichst so geführt, daß sie im Bereich nahe vor der Meißelschneidkante auf die Arbeitsfläche auftreffen.
Es hat sich erwiesens daß es auf diese Weise möglich ist, die Löseleistung erheblich gegenüber rein mechanisch arbeitenden Zerspanungswerkzeugen zu erhöhen und gleichzeitig die Standzeit der Meißel gegenüber Verschleiß beträchtlich zu vergrößern.
Was zunächst die erheblich gesteigerte Löseleistung anlangt, so geht die Vermutung aufgrund von Versuchen dahin, daß
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o C β
die Meißel im Zuge ihres Vorschubs primär feine Haas-risse vor der Schneide erzeugen und daß in diese Haarrisse mit beträehtlieher Energie von außen eindringende Hochdruckuasserstrahlen eine Art hydraulischer Keilwirkung ausüben9 die die Lösearbeit des Meißels erleichtert und dadurch zu der erheblichen Verminderung der Schnitt- und Eindringkräfte führen» Hinzu kommt der Vorteil, daß die Hoehdruckwasserstrahlen mit einem Auftreffdruck in einer Größenordnung bis zu mehreren tausend bar die Schneidleistung auch durch das ständige Freispülen der Schnittstellen begünstigen.
Was die größeren Standseiten der Zerspanungsuerkzeuge bzw. Meißel anlangt, so beruhen diese offenbar auf der intensiven Kühlwirkung der Hochdruckwasserstrahlen;, die die Schneidtemperaturen der Meißel herabsetzt und dadurch deren Verschleiß selbst in äußerst hartem und abrasivera Gestein beträchtlich vermindert .
Das Verfahren ist grundsätzlich nicht auf die Arbeit in Strecken- oder Tunnelvortrieben beschränkt9 wo sein bevorzugter Anwendungsfall im profilgerechten Schneiden (sogenanntem "Konturschneiden") von Streckenquerschnitten als eine spezifische Sonderform des Teilschnittverfahrens liegt9 sondern mit Nutzen auch für die Hereingewinnung von Mineraliens insbesondere in Form von Kohle, mittels Hobel oder Schrämvorrichtungen geeignet ο
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das bekannte Schneidverfahren unter kombinierter Anwendung von Meißeln mit Hochdruckwasserstrahlen nicht, jedenfalls nicht unter allen Bedingungen9 optimal arbeitet= Auch wenn mit sehr fein gebündelten Hochdruckwasserstrahlen, z.B. mit Düsendurchmessern
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in einer Größenordnung zwischen etwa 0,2 und 0,8 mm, und sehr hohen Wasserdrücken von z.B. 3500 bar gearbeitet wird, ist nämlich die Eindringtiefe der Hochdruckwasserstrahlen bei ausreichend hoher Schnittgeschwindigkeit, zumal bei Mineralien mit hoher Druckfestigkeit, unbefriedigend. Zwar läßt sich die Eindringtiefe je nach der Festigkeit des Minerals durch Verringerung der Schnittgeschwindigkeit bis zu etwa 30 mm vergrößern. Die dabei nur etwa 0,2 m/s betragende Schnittgeschwindigkeit ist aber in den meisten Fällen für eine wirtschaftliche Anwendung dieses Verfahrens zu gering.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das gattungsgemäße Arbeitsverfahren so zu verbessern, daß es unter im übrigen vergleichbaren Bedingungen wesentlich höhere Löseleistungen und insbesondere größere Schnittgeschwindigkeiten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hochdruckwasserstrahlen durch Ausnehmungen innerhalb des Meißels hindurch in dessen Schnittrichtung nach vorn, gegenüber dieser jedoch derart geneigt zugeführt werden, daß sie nahe dem Schnittgrund unmittelbar in die sich dort unter dem Vorschubdruck des Meißels vor diesem im Mineral fortlaufend neu bildenden Risse und Klüfte eindringen.
Dadurch, daß die Hochdruckwasserstrahlen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unmittelbar dort in die Risse und Klüfte eintreten, wo sie im Zuge des Meißelvorschubs fortlaufend neu entstehen, läßt sich deren hydraulische Keilwirkung wesentlich wirksamer für die Lösearbeit des Meißels nutzen. Führt dies auf der einen Seite zu einer beträchtlichen Herabsetzung der erforderlichen Schnitt- bzw. Meißel-Vorschubkräfte, so hat dies ande-
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perseits eine wesentlich höhere Schnittgeschwindigkeit und damit auch eine entsprechend höhere Löseleistung zur Folge.
Dadurch, daß die hydraulische Keilwirkung der Hochdruckwasserstrahlen im wesentlichen vom Schnittgrundbereich und nicht von der Arbeitsfläche her erfolgt s ist es vor allem möglich, auch mit größeren Meißel-Schnittiefen zu arbeiten9 so daß die Löseleistung auch dadurch spezifisch vergrößert wird*
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin9 daß das durch den Meißel zerstörte Gestein durch di© am Meißel selbst, in dessen Schnittrichtung nach vorn, austreten·= den Hochdruckwasserstrahlen wesentlich i?irksamer aus dem Schnittgrund herausgespült wird und auch die Kühlung der Schneidkante des Meißels erheblich intensiver ist» Abgesehen davons daß die Hoehdruckwasserstrahlen in unmittelbarer Nähe der Zone austreten., in der die höchste Temperaturenttfieklung stattfindet;, ist ihr Kühleffekt auf die Schneidkante des Meißels selbst deswegen größer, weil sie den Meißel im Bereich entsprechender Ausnehmungen unmittelbar durchsetzen- Diese unmittelbare intensive Kühlung des Meißels bzw. dessen Schneidkante selbst ermöglicht auch bei härteren Mineralien versehleißbedingte Meißelstandzeitens die weit über denjenigen bisheriger Erfahrung liegen»
Das in su©it@s? Linie Gegenstand der Erfindung bildend® te©ubiniertea aus Meißel und zugeordneten Hochdruekwasserstrahldüsen bestehende Schneidwerkzeug aur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß der als Werkzeug·= körper dienende Meißelhalter im Höhenbereich des Meißels und nahe seinem dem Schnittgrund zugekehrten Tiefsten innerhalb entsprechender Halterungen mehrere ä über die Breite und gegebenenfalls
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die Höhe des Meißels im Abstand verteilt angeordnete Strahldüsen aufweist, deren durch die Düsenöffnung und eine sich daran zur Meißelstirnflache hin anschließende, gegenüber der Düsenöffnung vergrößerte Ausnehmung oder Bohrung hindurchgehende Längsachsen zum zur Arbeitsfläche parallel verlaufenden Schnittgrund hin unter einem flachen Winkel derart geneigt sind, daß sie die Verlängerung des Sehnittgrundes im Bereich unmittelbar vor dem Meißel bzw. der MeißeIschneidkante sshneiden.
Zweckmäßig liegt der Neigungswinkel zwischen den Längsachsen der Strahldüsen und dem Sehnittgrund bzw. dessen vorgezogener Verlängerung unter 20°j er beträgt bevorzugt 5° bis höchstens 15°.
Die Längsachsen mindestens eines Teils der Strahldüsen sind parallel zur Schnittrichtung des Meißels ausgerichtet. Gegebenenfalls können die Längsachsen der beiden mit Bezug auf die Breite des Meißels außen liegenden Strahldüsen gegenüber der Schnittrichtung des Keißels unter einem flachen Winkel nach außen geneigt sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die Düsen derart in den Meißel eingebaut, daß die sich an die Düsenöffnungen in deren zum Sehnittgrund hin geneigten Achsverlängerungen anschließenden verbreiterten Austrittsbohrungen für die Hochdruckwasserstrahlen an der in Schnittrichtung vorn liegenden Stirnfläche des Meißels im baulich kleinstmöglichen Abstand oberhalb deren Unterkante münden.
Besteht der Meißel, mindestens aber dessen in Schnittrichtung vorn liegender Teil, d.h. die Schneidkante, in bekannter Weise aus einem Hartmetalleinsatz, ist die Anordnung zweck-
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mäßig derart getroffens daß di© den Düsenöffnungen vorgelagerten Austrittsbohrungen für die Hoehdruelcwasserstrahlen den Hartmetalleinsatz durchsetzen und an dessen in Schnittrichtung vorn liegender. Stirnfläche bzw« Schneidkante münden.
Gemäß einer demgegenüber bevorzugten Ausführungsform münden die den Düsenöffnungen vorgelagerten Austrittsbohrungen für die Hochdruekwasserstrahlen vor einem mehrteilig ausgebildeten Hartmetalleinsatzs wobei die Hochdruekwasserstrahlen je= weils im Bereich schmaler Schlitze zwischen zueinander benachbarten,, voneinander getrennten Hartmetall-Einsatzkörpern an deren in Schnittrichtung vorn liegender Stirnfläche austreten.
Nachstehend sind Äusführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. I einen vertikalen Längsschnitt durch einen Streckenvortriebs
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Strecke gemäß Fig. 1 mit Blick auf die Ortsbrusts
Fig. 3 das kombinierte Schneidwerkzeug gemäß Ausschnitt A in Fig. 1 im Längsschnitt und vergrößertem Maßstab^
Fig. iJ das kombinierte Schneidwerkzeug gemäß Fig. 3 in der Stirnansieht s
Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Streb mit Kohlegewinnung durch Hobel,
Fig. 6 das kombinierte Schneidwerkzeug gemäß Ausschnitt B in Fig. 5 in vergrößertem Maßstab in Stirnansicht und
Fig. 7 einen Längsschnitt durch das Schneidwerkzeug gemäß Linie VII - VII in Fig. 6.
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- ίο -
In Pig. 1 und 2 sind die Strecke mit 1, die Streckensohle mit 2, die Streekenfirste mit 3 und die im Vortrieb befindliche Ortsbrust mit 4 bezeichnet.
Zum profilgerechten Schneiden der Streckenquerschnittskontur dient vor der Ortsbrust 4 ein Führungsrahmen 5 mit an diesem in Umfangsrichtung verschieblich geführtem Support 6, der seinerseits das kombinierte Werkzeug 7 für die Herstellung eines Mantelschlitzes 9 trägt.
Die Fig. 3 und 4 geben die Einzelheiten des kombinierten Schneidwerkzeuges gemäß Ausschnitt A in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab deutlicher wieder.
Der als Werkzeugkörper dienende Meißelhalter 7 weist im Höhenbereich des eigentlichen Meißels 8 und nahe seinem dem Schnittgrund 9a zugekehrten Tiefsten innerhalb entsprechender Halterungen mehrere über die Breite des Meißels 8 im Abstand verteilt angeordnete Strahldüsen 10 auf, deren durch die Düsenöffnung 11 und eine, sich daran zur Meißelstirnfläche 8a hin anschließende, gegenüber der Düsenöffnung vergrößerte Ausnehmung 12 hindurchgehende Längsachsen zum zur Arbeitsfläche 4 parallel verlaufenden Schnittgrund 9a hin unter einem flachen Winkel oC von 12° derart geneigt sind, daß sie die Verlängerung desSchnittgrundes 9a im Bereich unmittelbar vor dem Meißel schneiden.
Mit dem Pfeil X ist die Vorschub- bzw. Schnittrichtung des kombinierten Schneidwerkzeuges bezeichnet.
Aus Fig. 4 ist in Verbindung mit Fig. 3 ersichtlich, daß die den Düsenöffnungen 11 vorgelagerten Bereiche für den Austritt der Hochdruckwasserstrahlen durch vertikale Schlitze 12
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gebildet sind9 die dem Abstand seitlich sueinander benachbarter getrennter Hartmetall-Sinsatskörper 8 entsprechen»
Die Ansehlußmittel für das Hochdruekuasser zu den Düsengshäusen 10 sind nicht dargestellt» Der Druck des Wassers beträgt etwa 2500 bara wobei die öffnungsueite der Düsen zwischen ©tua 0s2 und 0s8 sam liegt« Auf dies® Gleise entstehen sehr scharf gebündelte feine Hoehdruekwasserstrahlen hohes3 kinetischer Auf= fersffenergias die nah® dezs Schnittgrund 9a unmittelbar in die sich dort unter dem Vorsehubdruek desMeißels 8 vor diesem im Miaeral fortlaufend neu bildenden Riss© und Klüfte eindringen «.nd auf diese Weise ihre hydraulische Keilt7irkung ausüben«
Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig» 5 ist flor Streb mit 13 beseiebnetB uobei die anstehende Kohle ait IH9 dor Kohlenstoß mit 159 das Liegende ait 1β und das Hangende mit 17 bezeichnet sindο
Die Hereingewinnung der Kohle Ik geschieht Mittels ©ines Sm Kohlenstoß 15 hin= und herbewegten Kohlenhobels 18 ΰ d©3? rückseitig gsgen einen Förderer 19 Qbgestütst ist und diesen Bit ©in@m schwertförmigen Führungsansata ISa untergreift„
aus Fig« 5 ©rsiehtlieh ist9 ist auch der Kahlsnh© 18 mit mshreren im Abotand übereinander angoordnoton und in &®n lohlenstoß 15 eingreifendGn kombinierten S T VG2"sehens öia sed je oiaoe ElsiSol 8 unü H@@Mruekwasser-Strahldtsen 1O0 11 bestehen»
Die einseinen Sahn©idw@rkseuge sehneiden in die Kohle 14 ähnliche Sehlitse 9S ui© das kombinierte Sehneidwerks@ug ia Falle des Äusführungsbeispiols geialB Fig» 1 und 2S uobei der SSetoittgrund im Schlitz mit 9a b@&eieta©t ist.
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Bei der gegenüber Fig. 3 und k geringfügig abweichenden Ausführungsform des kombinierten Schneidwerkzeugs gemäß Fig. 6 und 7 ist der Hartmetalleinsatz des Meißels aus einem Stück gearbeitet, wobei die den Düsenöffnungen 11 der Düsenkörper 10 vorgelagerten und im Querschnitt verbreiterten Bohrungen 20 den Hartmetall-Einsatzkörper mit Schnittrichtung nach vorn durchsetzen.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, münden an der Meißelstirnfläche bzw. -schneidkante 8a im Abstand nebeneinander drei verbreiterte Austrittsbohrungen 20 für die Hochdruckwasserstrahlen.
Selbstverständlich ist es in gewissen Fällen möglich, auch eine weitere, höher angesetzte Reihe von Hochdruckwasserstrahlen vorzusehen, doch genügt es in der Regel, mit nur einer Reihe von nebeneinanderliegenden Hochdruckwasserstrahlen zu arbeiten.
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Leerseite

Claims (1)

  1. DR.-ING. STUHLMANN - OlPL.-JNia. WILLERT DR.-ING. OIDTMANN - DIPL.-PHYS. DR. JUR. REUTERS
    PATENTANWÄLTE
    AKTEN-NR. 559/27704 4630 BOCHUM, 22.3.1978 ΧΧ/Ββ
    Postschließfach 10 24 5Ο
    Ihr Zeichen Fernruf Ο234/5 19 S7
    Bergstraße 1S9 Telegr.: Stuhlmannpatent
    Bochumer Eisenhütte
    Heintzmann GmbH & Co.
    Patentansprüche:
    1. Verfahren zum Schneiden von an einer bergmännischen Arbeitsfläche anstehendem Mineral in Form von Gestein, Kohle od. dgl. beim Strecken- oder Tunnelvortrieb sowie bei der Hereingewinnung mittels in die Arbeitsfläche eintreibbarer und im wesentlichen parallel zu dieser bahnenförmig bewegbarer meißelartiger Zerspanungswerkzeuge und mit diesen zusammenwirkender Hochdruckwasserstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckwasserstrahlen durch Ausnehmungen (12; 20) innerhalb des Meißels (8) hindurch in dessen Schnittrichtung (X) nach vorn, gegenüber dieser jedoch derart geneigt zugeführt werden, daß sie nahe dem Schnittgrund (9a) unmittelbar in die sich dort unter dem Vorschubdruck des Meißels vor diesem im Mineral fortlaufend neu bildenden Risse und Klüfte eindringen.
    2. Kombiniertes, aus Meißel und zugeordneten Hochdruckwasser-Strahldüsen bestehendes Schneidwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der als Werkzeugkörper dienende Meißelhalter (7) im Höhenbereich des Meißels (8) und nahe seinem dem Schnittgrund (9a) zugekehrten Tiefsten innerhalb entsprechender Halterungen mehrere, über die Breite des Meißels (8) im Abstand verteilt angeordnete Strahldüsen (10, 11) aufweist, deren durch die Düsenöffnung (11) und eine sich daran zur Meißelstirnfläche(8a) hin anschließende, gegenüber der Düsenöffnung vergrößerte Ausnehmung (12) oder Bohrung (20) hindurchgehende Längsachsen zum zur Arbeitsfläche (4 bzw. 15) parallel verlaufenden Schnittgrund (9a) hin
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    unter einem flachen Winkel (oC) derart geneigt sind, daß sie die Verlängerung des Schnittgründes (9a) im Bereich unmittelbar vor dem Meißel (8) schneiden.
    3· Kombiniertes Werkzeug nach Anspruch 2, d a durch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (oC) zwischen den Längsachsen der Strahldüsen (10, 11) und dem Schnittgrund (9a) bzw. dessen vorgezogener Verlängerung kleiner als 20° ist.
    H. Kombiniertes Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Neigungswinkel (oC) 5° bis höchstens 15° beträgt.
    5. Kombiniertes Werkzeug nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen mindestens eines Teils der Strahldüsen (10, 11) parallel zur Schnittrichtung (X) des Meißels (8) ausgerichtet sind.
    6. Kombiniertes Werkzeug nach Anspruch 5» d a durch gekennzeichnet, daß die Längsachsen mindestens der beiden mit Bezug auf die Breite des Meißels (8) außen liegenden Strahldüsen gegenüber der Schnittrichtung des Meißels unter einem flachen Winkel nach außen geneigt sind.
    7· Kombiniertes Werkzeug nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an die Düsenöffnungen (11) in deren zum Schnittgrund (9a) hin geneigten Achsverlängerungen anschließenden verbreiterten Austrittsöffnungen (12; 20) für die Hochdruckwasserstrahlen an der in Schnittrichtung (X) vorn liegenden Stirnfläche (8a) des Meißels (8) im baulich kleinstmöglichen Abstand oberhalb deren ünterkante münden.
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    8. Kombiniertes Werkzeug nach Anspruch J, d a -durch gekennzeichnet s daß der Meißel (8), mindestens aber dessen in Schnittrichtung Vorn liegender Teil, in bekannter Weise aus mindestens einem mit dem Meißelhalter bzw. Werkzeugkörper verbundenen .Hartmetalleinsatz besteht.
    9· Kombiniertes Werkzeug nach Anspruch 8, d a durch gekennzeichnet, daß die den Düsenöffnungen (1-) vorgelagerten Austrittsbohrungen (20) für die Hochdruckwasserstrahlen den Hartmetalleinsatz (8) durchsetzen und an dessen in Schnittrichtung vorn liegender Stirnfläche (8a) münden.
    10. Kombiniertes Werkzeug nach Anspruch 8, d a durch gekennzeichnet, daß die den Düsenöffnungen (11) vorgelagerten Austrittsbohrungen für die Hochdruckwasserstrahlen vor einem mehrteilig ausgebildeten Hartmetalleinsatz (8) münden und die Hochdruckwasserstrahlen jeweils im Bereich schmaler Schlitze (12) zwischen zueinander benachbarten, voneinander getrennten Hartmetall-Einsatzkörpern an deren in Schnittrichtung vorn liegender Stirnfläche (8a) austreten.
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