DE4128422C2 - Vorrichtung und Verwendung der Vorrichtung zum Abtragen von Material - Google Patents
Vorrichtung und Verwendung der Vorrichtung zum Abtragen von MaterialInfo
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- B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet
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- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C25/00—Cutting machines, i.e. for making slits approximately parallel or perpendicular to the seam
- E21C25/60—Slitting by jets of water or other liquid
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abtragen von
Material, wie Schneiden, Bohren und dergleichen Material
abtragendem Bearbeiten von Gestein, Erzen, Kohle, Beton oder
anderen harten Gegenständen, mittels eines Druckmittels nach der im
Patentanspruch 1 genannten Gattung sowie auf eine Verwendung der
Vorrichtung.
Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt (DE-PS 37 39 825 und
DE-PS 39 15 933). Dabei ist es auch bekannt (DE-PS 34 10 981 und
DE-PS 36 16 572), Düsenköpfe mit einer Mehrzahl von Düsen zu versehen. Ferner
ist es bekannt (DE-PS 34 22 311 und DE-OS 26 07 097) Düsenköpfe so
zu lagern, daß sie durch Kurbelwellen verschwenkbar sind. Schließ
lich ist die Anwendung von Düsen mit pendelnden Strahlen in
Bohrköpfen bekannt (DE-PS 36 10 015).
Die erstgenannten Vorrichtungen haben sich bereits gut bewährt, da
mit ihrer Hilfe auch lange und schmale Schlitze aus hartem Ge
stein herausgearbeitet werden können und da die Vorrichtungen
verhältnismäßig schmal und lang ausbildbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dieser
Gattung mit einfachen Mitteln hinsichtlich ihrer Funktionsfähig
keit noch weiter zu verbessern. So sollen auch bei sehr hartem
Gestein mit insbesondere harten Kristallkörnern noch größere
Bearbeitungsleistungen erzielbar sein. Darüber hinaus soll die
Vorrichtung möglichst verschleißarm arbeiten. Mit anderen Worten:
Die Geschwindigkeit zur Herstellung eines Schlitzes bestimmter Breite, Länge und Höhe soll vergrößert und die Bearbeitungs kosten sollen vermindert werden.
Die Geschwindigkeit zur Herstellung eines Schlitzes bestimmter Breite, Länge und Höhe soll vergrößert und die Bearbeitungs kosten sollen vermindert werden.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Eine
bevorzugte Verwendung ist im Patentanspruch 10 gekennzeichnet.
Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen
beansprucht und anhand der folgenden Figurenbeschreibung und den
Zeichnungen selbst noch näher erläutert.
In Versuchen hat sich gezeigt, daß die Erfindung eine Vergröße
rung der Bearbeitungsleistung bis zu etwa 100% ermöglicht, je nach
Art des zu bearbeitenden Gegenstands und der verwendeten Druck
mittel und evtl. Kühlmittel. Die Vorrichtung arbeitet ver
schleißarm auch in tiefen Schlitzen.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1a einen Querschnitt in Querrichtung QR durch
einen im Gestein entstehenden Schlitz 16 im
Bereich des Strahlenbündels eines ersten
Düsenkopfes 3a und
Fig. 1b einen entsprechenden Querschnitt im Bereich
eines dem ersten Düsenkopf 3a im Abstand nach
eilenden Düsenkopfes 3b,
Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf eine zwei
Düsenköpfe 3a, 3b umfassende Baueinheit mit
zu dieser hinführenden Zuleitungen 30a, 30b,
31,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht in Bewegungs
richtung BR auf einen Teil der Zuleitungen
30b im Bereich derer Führung und
Fig. 4 eine schematische Draufsicht nach A ./. A
von Fig. 3 und
Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf den oberen
Teil der durch die zwei Düsenköpfe 3a, 3b
gebildeten Baueinheit in Querrichtung QR.
Gemäß Fig. 1a strömen aus den Düsen 5aα, 5aβ des Düsenkopfes
3a Strahlen 25aα, 25aβ von Druckmittel aus. Als Druckmittel
wird bei diesem Beispiel Wassers verwendet, das unter einem
Druck von insbesondere zwischen 800 und 3000 bar, z. B. 2400 bar,
steht. Während die mittleren Düsen 5aα die mittleren Strahlen 25aα
unter einem Anstellwinkel αa zur Hauptstrahlrichtung HR von etwa
5° gerichtet sind, beträgt der Anstellwinkel βa der stärker ge
spreizten Strahlen 25aβ bis zu 27°, insb. 17°. Diese äußeren
Strahlen 25aβ bestimmen die Breite B des aus dem Gestein des
Gegenstandes 15 auszufräsenden Schlitzes 16. Es hat sich gezeigt,
daß in machen Fällen des Bearbeitens im Querschnitt zapfenartige
Gebilde 15a am Grund 15b des Schlitzes 16 verbleiben. Dies führt
gelegentlich zum Anschlagen des Düsenkopfes 3a, wenn er in der
Hauptstrahlrichtung HR bewegt wird, um den Schlitz 16 tiefer zu
machen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun dem Düsenkopf 3a
gemäß Fig. 1b ein weiterer Düsenkopf 3b nachgeführt. Dieser
Düsenkopf 3b unterscheidet sich vom Düsenkopf 3a und dessen
Führung in folgendem:
Die mittleren Strahlen 25bα weisen einen etwa 0° betragenden
Anstellwinkel αβ zur Hauptstrahlrichtung HR auf, während die
seitlichen Strahlen 25bβ des Druckmittels unter einem Anstell
winkel βb von etwa 11° zur Hauptstrahlrichtung HR gerichtet
sind. Hierdurch ergibt sich ein geringerer Spreizwinkel als
bei den die Schlitzbereite B bestimmenden äußeren Strahlen
25aβ des ersten Düsenkopfes 3a. Darüber hinaus wird gemäß
der Erfindung dafür gesorgt, daß der Düsenkopf 3b - wie in
unterbrochenen Linien und mit dem Bezugszeichen 3′ angedeu
tet - um eine Auslenkung E in Querrichtung QR (d. h. in der
Zeichnungsebene von Fig. 1b) ausgelenkt wird. Die hin- und her
pendelnde bzw. oszillierende Bewegung erfolgt mit einer
Frequenz zwischen etwa 10 und 250 Hz. Beim vorliegenden Bei
spiel beträgt die Auslenkung E 4 mm bei einem Abstand AB der
Achsen der Düsenköpfe 3a, 3b von etwa 60 mm. Überraschender
weise hat sich gezeigt, daß die Verwendung eines Strahlenbün
dels im Bereich des zapfenförmigen Gebildes 15a allein noch
nicht zum schnellen Abtragen desselben führt; vielmehr führt
erst die hin- und herschlagende Bewegung der Strahlen 25bα,
25b β zu einem in diesem Umfang bei weitem nicht erwarteten
synergistischen Effekt im Sinne der Aufgabenlösung.
Während nach dem bisher bekannten Verfahren in Porphyr mit
einer Bearbeitungsgeschwindigkeit von etwa 2 m/h gearbeite
tet werden konnte, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine
Verdopplung auf etwa 4 m/h. Der Verbrauch von Wasser als Druck
mittel beträgt etwa 50 l/min, wenn dieses durch die Zuleitungen
30a, 30b den beiden Düsenköpfen 3a, 3b zugeführt und durch
die acht Düsen 5a, 5b derselben ausgestoßen wird.
In Fig. 2 ist schematisch angedeutet, daß der erste Düsenkopf
3a mit seiner Zuleitung 30a in Querrichtung QR nicht, der zwei
te und zwar insbesondere nacheilende Düsenkopf 3b mit seiner
Zuleitung 30b dagegen um die Auslenkung E in Querrichtung QR
schnell hin und her bewegt wird, wie dies durch 3b′, 5bβ, und
30b′ angedeutet ist. Die beiden Düsenköpfe 3a und 3b sind durch
Platten 23 so miteinander verbunden, daß die Platten 23 jeweils
an den Außenseiten der außen zylindrischen Düsenköpfe 3a, 3b
durch die Schweißnähte 23a angeschweißt sind, so daß sich zwischen
diesen und den Düsenköpfen 3a eine Kammer 23a bildet, welche
nach unten (in der Figur nicht sichtbar) durch eine weitere
Querplatte abgeschlossen ist, in welcher die Zuleitung 31 für
Kühlmittel eingepaßt ist, das dann durch die oben offene Kammer
13 hindurch im wesentlichen in der Hauptstrahlrichtung HR, jedoch
bevorzugt in Form des in Fig. 5 dargestellten Strahlenbündels
25g zwischen den Strahlen 25a des ersten Düsenkopfes 3a und den
Strahlen 25b des Druckmittels des zweiten Düsenkopfes 3b ausströmt.
Als Kühlmittel wird insbesondere Luft unter einem Druck zwischen
etwa 1 und 10 bar verwendet. Das Kühlmittel der Kühlmittelstrahlen
25g ist um einige 10°C, insbesondere etwa 50°C kühler als
das durch die Düsen 5a, 5b austretende Druckmittel.
In Fig. 3 und 4 ist eine Ausbildung für die Auslenkung E der
Zuleitung 30b bzw. des betreffenden Düsenkopfes 3b schematisch
dargestellt:
Dabei werden die beiden Zuleitungen 30a und 30b in je einer Führung 44, 44a geführt, welche durch angeschweißte Verbindungs stangen 45 im Abstand voneinander gehalten sind, so daß diese Halterung eine im wesentlichen starre Baueinheit bildet. Wäh rend die untere Halterung 44a in einer an einer Gestängeplatte oder dergleichen Bauteil 40 befestigten Halteschiene 46 gelagert ist, drückt eine Zugfeder 42, welche einerseits durch eine Öse 41 an dem Bauteil 40 und andererseits über einen Haltezapfen 43 an der oberen Haltevorrichtung 44 angreift, diese Haltevorrichtung 44 an einen Exzenternocken 47, welcher durch ein Antriebsaggregat 48, beispielsweise ein Elektromotor, ein Hydraulikmotor oder ein pneumatischer Motor, auf einer Konsole 49 montiert ist, welche ebenfalls am Halteorgan oder dergleichen Bauteil 40 befestigt ist. Während derjenige Teil der Haltevorrichtung 44, welcher der Zuleitung 30a für den Düsenkopf 3a zugewandt ist, um einen Lagerzapfen 50 eines am Halteorgan 40 befestigten Trägers 46 angelenkt ist, drückt der Exzenternocken 47 den anderen, der anderen Zuleitung 30b zugewandten Teil der Haltevorrichtung 44 beim Umlaufen um die Auslenkung E in Fig. 4 nach rechts (unter brochene Linienzüge), wodurch mit der hin- und hergehenden Bewegung in Querrichtung QR auch der entsprechende Düsenkopf 3b und die betreffenden Strahlen 25bα, 25bβ sich entsprechend bewegen. Es wird vermutet, daß hierdurch eine Art "Hammereffekt" auf am Schlitzgrund 15b befindliche Zapfen oder anderweitige Gebilde 15a ausgeübt wird, so daß der Schlitzgrund 15b gemäß Fig. 1b im wesentlichen eben ausgefräst werden kann.
Dabei werden die beiden Zuleitungen 30a und 30b in je einer Führung 44, 44a geführt, welche durch angeschweißte Verbindungs stangen 45 im Abstand voneinander gehalten sind, so daß diese Halterung eine im wesentlichen starre Baueinheit bildet. Wäh rend die untere Halterung 44a in einer an einer Gestängeplatte oder dergleichen Bauteil 40 befestigten Halteschiene 46 gelagert ist, drückt eine Zugfeder 42, welche einerseits durch eine Öse 41 an dem Bauteil 40 und andererseits über einen Haltezapfen 43 an der oberen Haltevorrichtung 44 angreift, diese Haltevorrichtung 44 an einen Exzenternocken 47, welcher durch ein Antriebsaggregat 48, beispielsweise ein Elektromotor, ein Hydraulikmotor oder ein pneumatischer Motor, auf einer Konsole 49 montiert ist, welche ebenfalls am Halteorgan oder dergleichen Bauteil 40 befestigt ist. Während derjenige Teil der Haltevorrichtung 44, welcher der Zuleitung 30a für den Düsenkopf 3a zugewandt ist, um einen Lagerzapfen 50 eines am Halteorgan 40 befestigten Trägers 46 angelenkt ist, drückt der Exzenternocken 47 den anderen, der anderen Zuleitung 30b zugewandten Teil der Haltevorrichtung 44 beim Umlaufen um die Auslenkung E in Fig. 4 nach rechts (unter brochene Linienzüge), wodurch mit der hin- und hergehenden Bewegung in Querrichtung QR auch der entsprechende Düsenkopf 3b und die betreffenden Strahlen 25bα, 25bβ sich entsprechend bewegen. Es wird vermutet, daß hierdurch eine Art "Hammereffekt" auf am Schlitzgrund 15b befindliche Zapfen oder anderweitige Gebilde 15a ausgeübt wird, so daß der Schlitzgrund 15b gemäß Fig. 1b im wesentlichen eben ausgefräst werden kann.
Der zweite Düsenkopf 3b pendelt dabei um einen Winkel von z. B.
4° um den ersten Düsenkopf, welcher längs einer insbesondere
geraden Bahn in Bewegungsrichtung BR sich fortbewegt und schma
le Schlitze 16 ohne viel Materialabfall ausräumt.
Die Auslenkung E kann auch durch die Wirkung eines Schlagkolbens
erzielt werden, wie dies bei Druck- bzw. Preßlufthämmern der
Fall ist.
Die Erfindung bietet sich vor allem zum erschütterungsarmen
Ausräumen von Fels oder anderem harten Untergrund an, wenn
z. B. in Großstädten ohne Erschütterungen und die damit ver
bundenen Beschädigungen von Nachbargebäuden Fundamente neuer
Gebäude tief in den Boden eingesenkt werden sollen. Die Bear
beitung, d. h. das Ausräumen von Schlitzen erfolgt nicht nur
exakt und schnell, sondern vermeidet auch das Aussprengen von
Gestein und/oder die Anwendung von Preßlufthämmern. Die Erfin
dung trägt insofern auch durch die Lärmverminderung zum Um
weltschutz bei.
Claims (10)
1. Vorrichtung zum Abtragen von Material, wie Schneiden von
Gestein, Erzen, Kohle, Beton oder Bearbeiten von harten
Gegenständen, mittels eines Druckmittels, das in Form von
unter Anstellwinkeln zueinander gerichteten Strahlen unter
hohem Druck auf das Material gerichtet ist, bei der erste
Strahlen in einer Bewegungsrichtung und weitere Strahlen
in einer quer dazu verlaufenden Querrichtung pendeln bzw.
oszillieren,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Düsenkopf (3a) die in Bewegungsrichtung (BR) pendeln
den ersten Strahlen (25a) und ein weiterer Düsenkopf (3b) für
die in Querrichtung (QR) pendelnden weiteren Strahlen (25b) in
Abstand zueinander angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Antrieb die weiteren Strahlen (25b) mit einer Frequenz
zwischen 10 und 250 Hz pendelnd bewegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb (48) die Zuleitung (30b) zum weiteren Düsenkopf
(3b) in Bewegung bringt und diese Zuleitung (30b) mit der
Zuleitung (30a) zum ersten Düsenkopf (3a) zu einer Baueinheit
vereint ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß beide Düsenköpfe (3a, 3b) zu einer in Bewegungsrichtung
(BR) der ersten Strahlen länglichen Baueinheit verbunden
sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Kühlmittel in Form eines Bündels von Kühlmittelstrahlen
(25g) zwischen den beiden Düsenköpfen (3a, 3b) ausströmt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuleitungen (30a, 30b) und/oder die Baueinheit der
Düsenköpfe (3a, 3b) mittels eines vom Antrieb (48) an
treibbaren Exzenternockens (47) in die pendelnde bzw.
oszillierende Bewegung versetzbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Feder (42) die Zuleitung (30b) und/oder den weiteren
Düsenkopf (3b) in Anlage an den Exzenternocken (47) hält.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düsenköpfe (3a, 3b) Düsen (5a, 5b) für das Druck
mittel aufweisen, welche unter Anstellwinkeln (α, β) zwischen
0 und 27° zur Hauptstrahlrichtung (HR) der Strahlen (25a,
25b) gerichtet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Düsenköpfe (3a, 3b) mittels zweier Platten
(23) im Abstand voneinander gehalten sind und die Platten
(23) mit den Düsenköpfen (3a, 3b) und einer Querplatte eine
Kammer (13) bilden, von der die Kühlmittelstrahlen (25g)
ausgehen.
10. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche zum erschütterungsarmen Aushöhlen bzw. Vertiefen
von Baugruben, die zur Aufnahme von Gebäudefundamenten dienen.
Priority Applications (4)
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