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Schni ttspurbedü sungsvorri chtung
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Technische Bezeichnung und Beschreibung Schnittspurbedüsungsvorrichtung
zur sektor-,drehrichtungs- und drehzahlabhängigen gezielten Fluidzuführung an der
Schnittstelle.
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Anwendungsgebiet Gezielte Schnittspurbedüsung insbesondere bei Streckenvortriebsmaschinen
(Schrämmkopfvorrichtungen).
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Zweck Beim Streckenvortrieb wird zur Erhöhung der Schnittleistung,zur
Verminderung des Werkzeugverschleisses und zur Reduzierung des Staubanfalls im Bereich
des Schnittes Fluid zugeführt.
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Stand der Technik Gegenwärtig werden Schrämmkopfvorrichtungen mit
Vollbedüsung,Meisselbedüsung, manueller Bedüsung oder ohne jede Bedüsung verwendet.
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Kritik am Stand der Technik Bei der Vollbedüsung wird meist die maximal
zugelassene Fluidmenge überschritten.Besonders beim Streckenvortrieb in hartem Gestein
kommt es dann zu einem erheblichen Fluidüberschuss im Verhältnis zum abgebauten
Gestein;dies führt dann zu einem Abraumschlamm,welcher nicht abgepumpt werden kann.Dieser
Abraumschlamm beeinträchtigt unter anderem die Funktion des Fahrwerkes der Strekkenvortriebsmaschine.
Der entscheidende Faktor für die Menge des Abraumschlammes ist der,dass das Fluid
dauernd in alle Richtungen am Schrämmkopf austritt, also auch in jene,die sich nicht
im Eingriff(Schnitt) befinden.
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Bei der Meisselbedüsung muss sich der Meissel im Eingriff(Schnitt)
befinden und der Fluiddruck muss geringer als die Schnittwirkkraft sein;nur unter
diesen Voraussetzungen ist eine Meisselbedüsung überhaupt möglich.In der Praxis
hat sich ergeben,dass diese Art der Bedüsung meist nur zu einer Kühlung des Meissels
führt aber kaum eine wirksame Schnittspurbedüsung erzielt werden kann.
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Überdies ist hier ein sehr hoher Wartungsaufwand erforderlich.
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Bei der manuellen Bedüsung erfolgt keine gezielte Schnittspürbedüsung.Überdies
ist ein zusätzlicher Personalaufwand erforderlich.Auch ist das den Schlauch bedienende
Personal zusätzlich unfaligefährdet.Ausserdem ist eine gezielte und sparsame Bedüsung
im Bereich des Schnittes in Praxis meist nicht erzielbar.
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Findet keine Bedüsung statt,kann naturgemäss auch keine Schnittspurbedüsung
erfolgen;dadurch kann weder eine Erhöhung der Schnittleistung noch eine Reduzierung
des Abraumstaubanfalis noch eine Kühlung der Meissel erzielt werden.
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Schnittspurbedüsungsvorrichtung Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde,eine Schnittspurbedüsungsvorrichtung zu konstruieren,mit welcher das Fluid
in Abhängigkeit von Drehrichtung und Drehzahl jedem Sektor des Schnittes gezielt
zugeführt werden kann.Uberdies muss diese Vorrichtung in bereits vorhandene Streckenvortriebsmaschinen(Schrämmkopfvorrichtungen)
nachträglich eingebaut werden können.
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Lösung Diese Aufgabe wird erfindungsmässig dadurch gelöst,dass eine
Mehrfach-Drehdurchführung mit drehrichtungs-,drehzahl - und sektorabhängiger nachgeschalteter
Ventil steuerung und Fluiddruckerzeugung verwendet wird.
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Weitere Ausgestaltung der Erfindung Der Schrämmkopf wird in mehrere
Sektoren(z.B.: 4) gleichmässig aufgeteilt(Sektion A,B,C,D).Die Meissel und damit
die Schnittspur innerhalb eines Sektors werden durch im Schrämmkopf angeordnete
Düsen gleichzeitig bedüst.Die Düsen eines jeden Sektors werden mittels einer Fluidleitung
so zusammengeschaltet, dass sich für jeden Sektor jeweils ein gemeinsamer Fluidanschluss
ergibt.
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Die Antriebswelle des Schrämmkopfes wird stirnseitig mit axialen Sacklochbohrungen
in der Anzahl der Sektoren(z.B.:4) bis in den Bereich der Drehdurchführung und dort
mit radialen Bohrungen nach aussen in der Anzahl der Sektoren(z.B.: 4) versehen.
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Die Drehdurchführung besteht aus einem rohrförmigen Rotor(1),welcher
mit Durchtrittsbohrungen(z.B.: 4),welche im Bereich der radialen Bohrungen in der
Antriebswelle angeordnet sind,versehen ist.Der Rotor(1) ist auf der Antriebswelle
mittels der Fixierung(2+3) befestigt.Die Fluiddurchtritte(A,B,C,D) sind gegeneinander
und nach aussen mittels Dichtungen(4+5) abgedichtet.Der Stator(20) ist im Bereich
der Durchtrittsbohrungen(z.B.: 4) des Rotors(1) mit innenliegenden umlaufenden Nuten
versehen.Die Nuten sind gegeneinander und nach aussen mittels sich fl uiddruckproportional
selbstverstärkenden Dichtungen(40+41) abgedichtet.
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Der Stator(20) ist aussen im Bereich der innenliegenden Nuten mit
Anschlüssen (A»B,C,D) für die Fluidzuführung versehen.Der Stator(20) ist schwimmend
angeordnet;d.h.:der Stator(20) kann sich sowohl axial als auch radial auf dem Rotor
(1) innerhalb festgelegter Masse frei bewegen.Der Stator(20) ist mittels einer entsprechenden
Halterung(22-24) mit der Schrämmkopfvorrichtung verbunden.
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Die Antriebswelle wird mit einem kombinierten oder einzelnen Drehrichtungs-/
Drehzahlgeber(500) bestückt.Die sich ergebenden Messwerte werden als Eingangsparameter
zur Ventilsteuerung(510) weitergeleitet.
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Der/die Auslegerarm(e) der Streckenvortriebsmaschine,welche die Schrämmvorrichtung
trägt oder beinhaltet,wird z.B. mit Hegaufnehmern(für die vertikale Auslenkung(530)
und die horizontale Auslenkung(520)) bestückt.Die sich ergebenden Messwerte werden
als Eingangsparameter zur Ventilsteuerung(510) weitergeleitet.
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Die Ventilsteuerung(510) ermittelt aufgrund der Eingangsparameter(aus
500+520+ 530) welcher Sektor(A,B,C,D) des Schrämmkopfes sich jeweils im Schnitteingriff
befindet und steuert das diesem Sektor zugeordnete Ventil(209-211).Beim Ein-
Schni
ttspurbedü sungsvorri chtung drehen des Sektors des Schrämmkopfes(z.B.: A) in den
entsprechenden Sektor des Schnittquerschnittes(z.B.:I) wird das diesem Schrämmkopfsektor(z.B.:A)
zugeordnete Ventil(z.B.: 209) geöffnet;beim Ausdrehen des Sektors des Schrämmkopfes
(z.B.:A) aus dem entsprechenden Sektor des Schnittquerschnittes(z.B.: I) wird das
diesem Schrämmkopfsektor zugeordnete Ventil(z.B.:209) geschlossen. Je nach Drehrichtung
wiederholt sich dieser Vorgang zunächst bei den Schrämmkopfsektoren B(Drehrichtung
im Uhrzeigersinn) oder D(Drehrichtung gegensinnig) und gleichzeitig in den Sektoren
des Schnittquerschnittes(II oder IV).
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Durch Wahlschalter in der Ventilsteuerung(510) für die maximal mögliche
vertikale Auslenkung des Auslegerarmes(V1+V2) abweichend von der horizontalen Mittellinie
und der maximal möglichen horizontalen Auslenkung des Auslegerarmes(H1 + H2) abweichend
von der axialen Mittellinie des Auslegerarines der Streckenvortriebsmaschine wird
die Sektorlage und -abmessung(I-IV) des Schnittquerschnittes eingestellt.
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Zur Verbesserung der Schnittleistung kann über einen Wahlschalter
in der Ventilsteuerung(510) der Anstellwinkel der Schrämnkopfsektoren(A-D) verändert
werden.
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Ferner kann über einen Wahlschalter in der Ventil steuerung (510)
die Betätigung der Ventile(209-212) ausgeschaltet oder aber auf Vollbedüsung(bei
lediglich axialem Bohren) geschaltet werden.
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Bei Stillstand der Antriebswelle wird die Fluidzufuhr automatisch
dadurch unterbrochen,dass entweder die Fluiddruckerzeugung(400) ausgeschaltet oder
das By-Pass-Ventil(420) geöffnet wird.
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Die Ventile(209 -212) sind über Verbindungsleitungen mit dem Stator(20)
der Drehdurchführung und der Fluiddruckerzeugung verbunden.
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Erzielbare Vorteile Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen
insbesondere darin,dass durch die gewählte Konstruktion die Aufgabenstellung in
vollem Umfang erfüllt wurde.
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Überdies ist verglichen mit der Vollbedüsung eine wirksame Schnittspurbedüsung
bei wesentlich verringerter Fluidmenge(z.B.:bei Verwendung von 4-fachen Sektorenaufteilung
des Schrämmkopfes sind nur 25% der bei der Vollbedüsung erforderlichen Fluidmenge
erforderlich) erzielt worden.
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Ferner erfolgt im Gegensatz zur Meisselbedüsung eine Fluidabgabe an
der Schnittstelle unabhängig vom Fluiddruck und unabhängig von der Schnittwirkkraft.
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Gegenüber der mauellen Bedüsung findet eine wirksame und gezielte
Schnittspurbedüsung statt;das Bedienungspersonal für die Wasserzuführung wird überflüssig.
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Darüber hinaus erfolgt eine dosierte Fluidzuführung bei verminderter
Fluidmenge.
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Verglichen mit der Methode den Schrämmkopf nicht zu bedüsen,ist durch
die hier dargestellte Schnittspurbedüsungsvorrichtung eine wirksame und gezielte
Schnittspurbedüsung erzielt.
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Schni ttspurbedü sungsvorri chtung Die Fluiddruckerzeugung(400) kann
im Dauerbetrieb(und damit schonender) laufen,da der Fluidstrom ununterbrochen abgenommen
wird.
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Die seitens der zuständigen Behörden geforderte Reduzierung der dem
Schnitt zugeführten Fluidmenge wird mit dieser Schni ttspurbedü sungsvorrichtung
erzielt; damit ist ein aktiver Beitrag zum Umweltschutz geleistet.
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Beschreibung der Ausf"uhrungsbei spiele In Figur 1 kann anstelle des
Drehrichtungs-/Drehzahlgebers(500) eine Nockenansteuerung für die Betätigung der
Ventile(209-212) vorgesehen werden;ebenfalls kann anstatt durch Wegaufnehmer(520+530)
die Stellung des Auslegerarmes an den entsprechenden Stellzylindern erfasst und
verwertet werden.
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In Figur 2 ist die Drehdurchführung,bestehend aus Rotor(1) und Stator(20)
einschliesslich der Halterung(22-24) und der sonstigen Einzelheiten dargestellt.
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Damit bei Einsatz der Drehdurchführung von aussen eindringender Staub
oder sonstige Verunreinigungen die Funktion der Drehdurchführung nicht beeinträchtigen
können,sind Staubabweiser(25+ 29) vorgesehen.In axialer Richtung sind am Rotor Befestigungsbohrungen
vorgesehen,die zur Aufnahme der Nockenansteuerung und/ oder zum Anschluss des Drehrichtungs-/Drehzahlgebers(500)
dienen.
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In Figur 3 sind Einzelheiten der Dichtungen(40+41) dargestellt. Die
Dichtungen (40+41) dienen nicht nur der Abdichtung sondern haben darüberhinaus die
Funktion,den Stator(20) am Innendurchmesser vom Aussendurchmesser des Rotors(1)
in einem definierten Abstand zu halten und dadurch eine direkte Berührung dieser
beiden Teile zu verhindern,wenn zwischen den Dichtungen(d.h.:in den Sektoren A-D)
kein Druck aufgebaut wi rd; dies ist bei Stillstand in drucklosem Zustand der Fall.Dieser
Abstand wird dadurch erzielt,dass der aussenliegende Elastomermantel(A) durch die
innenliegende spiral- oder u-förmige endlose Expanderfeder (B) nach innen und aussen(bezogen
auf die hier dargestellte Dichtung) gedrückt wird.Im nicht eingebauten Zustand hat
die Expanderfeder(B) in diesem Fall einen kreisfömiigen Querschnitt.In eingebautem
Zustand wird die Expanderfeder(B) durch Dimensionierung der Durchmesser(Innendurchmesser
des Stators(20) und Aussendurchmesser des Rotors (1)) in diesem Fall in einen elyptischen
Querschnitt verändert.Da der elyptische Querschnitt aufgrund der Federeigenschaften
der Expanderfeder(B) das Bestreben hat,wieder einen kreisförmigen Querschnitt einzunehmen,werden
in diesem Fall radiale Kräfte frei,die letzlich den Stator (20) vom Rotor(1) abheben.Die
Dichtwirkung wird überdies dadurch verstärkt,dass im Innenraum der Expanderfeder(B)
zusätzlich der Druck des Systems tätig wird; dies führt zu einer weiteren Aufspreizung
der Dichtung und hat zur Folge,dass in diesem Fall druckproportionale Radialkräfte
wirksam werden und dadurch eine zusätzlich verbesserte Dichtwirkung entsteht.Die
in diesem Fall entstehenden axialen Wirkdruckkräfte aufgrund des im Innenraum der
Expanderfeder (B) wirksam werdenden Systemdruckes werden durch die in diesem Fall
hierzu rechtwinklig angeordnete (n) Stützflächen übertagen(hier in den Stator (20)).
Derartige Dichtungen sind auch für andere Dichtungsrichtungen und andere Anwendungen
geeignet.
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In Figur 4 ist Stellung des Schrämmkopfsektors in Relation zum Sektor
des Schnittquerschnittes dargestellt und zwar für die Drehrichtung im Uhrzeigersinn.
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Bei gegenläufiger Drehrichtung ist die Schnittrichtung und damit die
Schrämmkopfsektoreinteilung ebenfalls gegensinnig.