DE3249247C2

DE3249247C2 - Gerät zum mechanischen Zerlegen von Gestein

Info

Publication number: DE3249247C2
Application number: DE19823249247
Authority: DE
Inventors: Friedhelm 8390 Passau Porsfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-07-30
Filing date: 1982-07-30
Publication date: 1985-10-17
Also published as: DE3249247A1

Abstract

Hydraulisches Gerät zum mechanischen Zerlegen von Gestein mit einem Zylinder (1), in dem ein hydraulisch betätigbarer Kolben mit einer Kolbenstange (3) längsbeweglich angeordnet ist. Am freien unteren Ende der Kolbenstange (3) ist ein Gleitkeil (18) befestigt, der auf in Bohrlöcher einsetzbare, seitlich beschränkt verschiebbare und mittels verstärkter Kopfstücke (32) lösbar angeordneten Zylinder-Unterteil (2) verbundenen Druckbacken (17) mit einer der Neigung des Gleitkeiles (18) entsprechenden Schrägung einwirkt. Die Druckbacken (17) sind im Zylinderblock oder Zylinder-Unterteil (2) auf diametral angeordneten Querbolzen (10) eingehängt und mit Federelementen (13, 24) elastisch fixiert und zentriert. Zur Verstellung des Arbeitskolbens und damit des Gleitkeils (18) ist dem Arbeitszylinder ein hydraulisches Steuergerät (35) vorschaltbar, mittels dem das zum Vorschub des Arbeitskolbens dienende Druckmittel vibrierend in den Arbeitszylinder auf der dem Gleitkeil (18) abgewandten Seite des Arbeitskolbens einführbar ist. Dadurch wird bei geringerer Druckbeaufschlagung des Arbeitskolbens eine vergleichsweise höhere Spaltleistung erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum mechanischen Zerlegen von Gestein gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Gerät ist aus der US-PS 41 14 951 bekannt. Die Vorschubeinheit für den Gleitkeil besteht aus einer hydraulisch betätigten Kolben-Zylinder-Einheit sowie einem zwischen dieser und dem Gleitkeil angeordneten pneumatischen Vibrator. Letzterer dient zur Erzielung einer höheren Spreng- bzw. Spaltleistung bei vergleichsweise geringerem hydraulischen Vorschub-Druck. Nachteilig ist jedoch der konstruktive Aufwand bedingt durch den zwischen der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit und dem Gleitkeil geschalteten pneumatischen Vibrator. Vor allem wird dadurch die Baulänge und das Gewicht des normalerweise handbetätigten Steinspaltgerätes erheblich erhöht. Die normalerweise geschätzte Handlichkeit derartiger Geräte geht dadurch verloren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der genannten Art so weiterzubilden, daß be: Beibehaltung der erwähnten Vorteile des bekannten Gerätes nach der US-PS 41 14 951 die übliche Baulänge und das übliche Gewicht beibehalten werden können, so daß insgesamt ein leicht handhabb-ves Steinspaltgerät mit hoher Spaltleistung erhalten wird,
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst

Es wird also für die Translation- und Vibrationsbewegung des Gleitkeils nur eine einzige hydraulische KoI-ben-Zylinder-Einheit verwendet, mit der durch Oberlagerung und Steuerung der Zuflußmengen des Druckmittels eine vibrierende Vorschubbewegung des Gleitkeils erhalten werden können. Das Steinspaltgerät gemäß der Erfindung weist also ebenso wie die herkömmliehen Steinspaltgeräte dieser Art nur eine einzige Kolben-Zylinder-Einheit auf. Die Handlichkeit des Steinspaltgerätes wird also durch die Vibrationseinrichtung nicht beeinträchtigt

Vorzugsweise ist das Steuergerät wahlweise zuschaltbar, je nachdem ob es benötigt wird oder nicht Dies hängt nicht zuletz·, von der Art des iu spaltenden Gesteins ab.

Die Drehzahl des erfindungsgemäßen Drehkolbens und die Anzahl der Ringnuten sowie seitlichen Aussparungen sind so gewählt daß das in den Arbeitszylinder eingeführte Druckmittel mit einer Frequenz von mindestens etwa 1000 Hz pulsiert Entsprechend pulsierend wird der Arbeitskolben und damit der unmittelbar mit diesem wirkverbundene Gleitkeil vorangetrieben bzw. die in ein Bohrloch eingesetzten Druckbacken auseinandergespreizt.

Versuche haben gezeigt, daß auf diese Weise äußerst exakte Bruchflächen bei geringerem Ausgangsdruck erzielt werden, wobei auch die Brucnzeiten sich dadurch erheblich reduzieren lasten. Besonders hohe Spaltleistungen erhält man dann, wenn die Druckmittelpulsation im Resonanzbereich des zu spaltenden Gesteins liegt. Die Druckmittel-Frequenz kann dabei sehr einfach durch Änderung der Drehzahl des Antriebs des Drehkolbens variiert werden.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gerätes anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein dem Arbeitszylinder eines Steinspaltgerätes vorschaltbares hydraulisches Steuergerät im Längsschnitt

Fig. 2 das Steuergerät nach Fig. 1 im Querschnitt und

Fig.3 einen hydraulischen Schaltplan für den hydraulischen Antrieb eines Steinspaltgerätes.

Zur Verstellung des nicht dargestellten Arbeitskolbens und damit des Gleitkeils 18 wird dem Arbeitszylinder vorzugsweise ein hydraulisches Steuergerät 35 vorgeschaltet, dessen Funktion nachstehend anhand der Fig. 1 bis 3 näher dargelegt werden soll. Durch das hydraulische Steuergerät 35 soli erreicht werden, daß das zum Vorschub des Arbeitskolbens dienende Druckmittel vibrierend in den Arbeitszylinder auf der dem Gleitkeil 18 abgewandten Seite des Arbeitskolbens eingeleitet bzv.·. eingeführt wird. Gemäß den F i g. 1 und 2 umfaßt das Steuergerät 35 einen in einem Steuergehäuse 37 drehbar gelagerten Drehkolben 36, der an einen nicht dargestellten äußeren Drehantrieb anschließbar

ist, wobei der Anschluß in F i g. 2 mit der Bezugsziffer 61 gekennzeichnet ist

Das Steuergehäuse 37 weist einen Dnickmitteleinlaß 38 auf, das in drei Einlaßkanäle 40,41 und 42 unterteilt ist Diese drei Einlaßkanäle kommunizieren jeweils mit einer Ringnut 43,44,45 läng: des Umfanges des Drehkolbens 36. Die Ringnuten 43, 44, 45 weisen jeweils seitliche Aussparungen 46,47 bzw. 48,49 bzw. 50,51,52 auf, durch die eine pulsierende Fluidverbindung zwischen den Ringnuten 43,44,45 mit zum Druckmittelauslaß 39 führenden Auslaßkanälen 53, 54, 55 herstellbar ist Jeder Ringnut 43, 44, 45 sind, wie F i g. 2 erkennen läßt vier gleichmäßig über dem Umfang verteilt angeordnete Aussparungen zugeordnet, wobei die Aussparungen der einzelnen Ringnuten so zueinander versetzt angeordnet sind, daß der Winkel&bstand zwischen sämtliche Aussparungen gleich ist Auf diese Weise wird bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 10 der Druckmittelstrom bei einer Umdrehung des Drehkolbens 36 in 12 Teilströme unterteilt Bei einer Umdrehung des Drenkoibens 36 erhält man also 12 Druckinipulse am Druckmittelauslaß 39.

Gemäß F i g. 3 wird das hydraulische Steuergerät (Impulsgenerator) 35 so angeordnet, daß der Druckmittelauslaß 39 mit dem der Kolbenstange 3 des Arbeitskolbens gegenüberliegenden Zylinderraum fluidverbunden ist Der Druckmittelauslaß 38 des Steuergerätes bzw. Impulsgenerators 35 ist über eine Leitung 62, 63 mit dem Hochdruckteil 64 einer Hydraulikpumpe 66 fluidverbunden. Das Steuergerät 35 ist umgehbar durch eine Bypass-Leitung 67, in der ein druckgesteuertes Ventil 68 angeordnet ist

Der Arbeitskolben ist im Arbeitszylinder 1 zweiseitig beaufschlagbar, wobei der der Kolbenstange 3 zugewandte Zylinderraum über eine Leitung 69 mit dem Niederdrückten 63 der Druckmittelpumpe 66 oder je nach Schaltung eines in dieser Leitung angeordneten Mehrwegeventils 71 mit dem Druckmittel-Reservoir 70 fluidverbindbarist

In den der Kolbenstange 3 abgewandten Zylinderraum mündet noch eine weitere Leitung 72, die über ein hydraulisch geschaltetes Rückschlagventil 73 unmittelbar mit dem Reservoir 70 in Verbindung steht Die parallel dazu angeordnete Leitung 62 ist ebenfalls über ein hydraulisch geschaltetes Rückschlagventil 74 unmittelbar mit dem Reservoir 70 fluidveruindbar, wobei das hydraulisch geschaltete Rückschlagventil 74 in der Verbindungsleitung zwischen dem Reservoir 70 und der mit dem Hochdruckteil 74 der Druckmittelpumpe 66 in Verbindung stehenden Hochdruckleitung 62,63 angeordnet ist.

Zwischen der Hochdruckleitung 63 und der vorerwähnten zum Reservoir 70 führenden Verbindungsleitung 75 sind noch zwei weitere Fluidverbindungen vorgesehen, wobei in der einen ein Sicherheitsventil 76 und in der anderen ein Schaltventil 77 angeordnet sind, das in der Hochdruck-Phase geschlossen und in der Niederdruck-Phase geöffnet wird. Damit kann in der Niederdruck-Phase der Hochdruckteil 34 der Druckmittelpumpe 66 unverändert weiterarbeiten. Das unter Hochdruck stehende Druckmittel wird dann über das Schaltventil 77 unmittelbar in das Reservoir zurückgepumpt. Das Sicherheitsventil 76 öffnet bei 400 bar.

Der zwischen dem Mehrwege-Ventil 71 und dem Niederdruckteil 63 der Druckmittelpumpe 66 liegende Abschnitt der Leitung 6? ist über eine Leitung 78 unmittelbar mit dem Reservoir ΐΟ fluidverbindbar, wobei in der Verbindungslcitung 78 ein druckgesteuertes Ventil 79 angeordnet ist, derart daß es während der Hochdruck-Phase geöffnet wird. Dann kann während der Hochdruck-Phase, also beim Vorschub des Arbeitskolbens bzw. der Kolbenstange 3 in Richtung des Pfeiles P, der Niederdrückten* 63 der Druckmittelpumpe 66 unverändert weiterarbeiten. Das Niederdruck-Druckmittel wird dann über die Leitung 78 unmittelbar in das Reservoir 70 zurückgepumpt
In der Niederdruckleitung 69 sowie Hochdruckleitung 63 sind Meßsteilen Mi und M 2 vorgesehen zur Ermittlung von Defekten in der Hydraulik. Bei Niederdruck wird mit etwa 30 bar gearbeitet, während der Betriebsdruck vorzugsweise 350 bar beträgt
Die Funktionsweise der Hydraulik ist nun wie folgt Bei pulsierendem Vorschub des Arbeitskolbens bzw. der Kolbenstange 3 im Arbeitszylinder 1 sind die Schaltventile 68 und 77 geschlossen, während das Ventil 79 geöffnet ist Ferner ist der Antrieb des Drehkolbens des Steuergerätes 35 in Betrieb. Das Mehrwege-Ventil 71 ist so geschaltet daß die Leitung 69 über '»ie Leitung 75 mit dem Reservoir 70 verbunden ist Hoeiidruck-Druckniittei wird dann durch den Hochdruckteil 64 der Druckmittelpumpe 66 über die Leitung 63,62 in den Druckmitteleinlaß 38 des Steuergerätes 35 eingeleitet Es gelangt pulsierend vom Druckmittelauslaß 39 des Steuergerätes 35 in den Arbeitszylinder auf der der Kolbenstange 3 abgewandten Seite des Arbeitskolbens. Der Arbeitskolben wird dann pulsierend in Richtung des Pfeiles P bewegt Das sich auf der anderen Seite des Arbeitskolbens befindliche Druckmittel wird über die Niederdruckleitung 69, das Mehrwege-Ventil 71 und Leitung 75 in das Reservoir 70 abgeführt Wird der Druck in der Hochdruckleitung 63 zu hoch, öffnet das Sicherheitsventil 76 und schafft eine unmittelbare Verbindung zum Reservoir70.

Soll der Gleitkeil 18 bzw. die Kolbenstange 3 wieder zurückbewegt werden in ihre Ausgangsstellung, werden die Ventile 68 und 77 geöffnet, das Ventil 79 geschlossen. Das Hochdruck-Druckmittel gelangt über das Schaltventil 77 unmittelbar zurück in das Reservoir 70. Das Mc ",irwege-Ventil 71 wird zugleich so geschaltet, daß die vom Niederdruckteil 63 der Druckmittelpumpe 66 kommende Leitung 69 mit dem der Kolbenstange 3 zugewandten Teil des Arbeitszylinders 1 in Fiuidverbindung steht, so daß mit Niederdruck dei Arbeitskolben zurückbewegt werden kann. Da die Zurückbewegung sehr schnell erfolgen soll, muß das Druckmittel auf der der Kolbenstange 3 abgewandten Seite schnell aus dem Arbeitszylinder entweichen können. Dies erfolgt über die Bypass-Leitung 67 sowie die zusätzliche Leitung 72, wobei die Rückschlagventile 73, 74 jeweils hydraulisch geöffnet sind. Ober die beiden Leitungen 67, 72 sowie die z'-rn Reservoir führende Leimng 75 kann das Druckmittel auf der der Kolbenstange 3 abgewandten Seite sehr schnell aus de-r>. Arbeitszylinder abgeführt werden. Während des Rückhubes des Gleitkeües bzw. des Arbeitskolbens wird der Antrieb für den Drehkolben des Steuergerätes 35 ausgeschaltet.

Um zu vermeiden, daß der Niederdruckteil 63 der Druckmittdpumpe 66 bei öffnung des Sicherheitsventils 76 versehentlich mit Hochdruck beaufschlagt wird über das Mehrwege-Ventil 71 und die Leitung 69, ist in letzterer ein Rückschlagventil 81 angeordnet, das einen Rückfluß in der Niederdruckleitung 69 zum Niederdruckteil 63 der Druckmittdpumpe 66 verhindert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zum mechanischen Zerlegen von Gestein mit einem Zylinder (I)₁ in dem ein hydraulisch betätigbarer Kolben mit einer Kolbenstange (3) längsbeweglich angeordnet ist, und mit einem durch die Kolbenstange (3) verschiebbaren Gleitkeil (18), der auf in Bohrlöcher einsetzbare, seitlich beschränkt verschiebbare und mittels verstärkter Kopfstücke lösbar mit dem Zylinderblock oder mit einem an diesem lösbar angeordneten Zylinder-Unterteil (2) verbundenen Druckbacken (17) mit einer der Neigung des Gleitkeils (18) entsprechenden Schrägung einwirkt, wobei der Verstellbewegung des Gleitkeils (18) eine Vibrationsbewegung überlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur vibrierenden Verstellung des Gleitkeils (18) dem Arbeitszylinder ein hydraulisches Steuergerät vorschaltbar ist, mittels dem das 2um Vorschub des Arbeitskolbens bzw. Gleitkeils (18) dienende Druckmittel vibrierend in den Arbeitszylinder auf der dem Gleitkeil (18) abgewandten Seite des Arbeitskolbens einführbar ist und das einen in einem Steuergehäuse (37) drehbar gelagerten und mit einem äußeren Drehantrieb koppelbaren Drehkolben (36) umftSt, wobei das Steuergehäuse (37) einen Druckmitteleinlaß (38) sowie einen Druckmittelauslaß (39) aufweist, der Druckmitteleinlaß (38) in mindestens zwei Einlaßkanäle (40, 41, 42) unterteilt ist, diese Einlaßkanäle jeweils mit einer auf dem umfang des Drehkolbens (36) angeordneten Ringnut (43, 44, 45) ko- .,munizieren, und wobei die Ringnuten jeweils -nindestens eine seitliche Aussparung (46,47; 48,49; 5Ö, 51, ~2) aufweisen, über die eine Fluidverbindung mit zum Druckmittelauslaß (39) führenden Auslaßkanälen (53,54,55) herstellbar ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (35) wahlweise zuschaltbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (35) durch eine 3ypass-Leitung (67) umgehbar ist, insbesondere bei Zurückbewegung des Arbeitskolbens bzw. Gleitkeils (18) in die Ausgangsstellung.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit des Drehkolbens (36) variierbar ist.