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Verfahren und Werkzeug zum Spalten von Granit und ähnlichen Hartsteinen
Das Spalten von weichem oder mittelhartem Gestein, das bekanntlich keine den Gang
des Steines erkennen lassende Steinfaser aufweist, wird, um trotzdem den Stein in
verschieden große Blöcke aus dem Bruch zerkleinern zu können, seit Jahrzehnten (vgl.
z. B. die Patentschriften 397 132 und 207 038) in der Weise durchgeführt, daß man
in den Stein tiefe, der halben oder der ganzen Steindicke entsprechende Rundlöcher,
z. B. von 0,5 bis 1 m Länge, bohrt und in diese langen Löcher ebenfalls lang bemessene
Keile unter Zwischenfügung von außen zylindrischen und an der Innenfläche der Keilform
angepaßten Keilbacken einsetzt und durch eine schnelle Folge von Treibschlägen eines
Stoßhammers zum Sprengen des Steines veranlaßt.
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Im Gegensatz hierzu bezieht sich die Erfindung auf das Spalten von
Granit und ähnlichem Hartgestein mit einer den Gang des Steines andeutenden Steinfaser.
Derartiges Hartgestein wird bisher dadurch gespalten, daß man in dem Stein nach
der gleichen Steinfaser eine Reihe von im Querschnitt rechteckigen und im Längsschnitt
keilförmig nach unten verjüngten Löchern bis zu einer beschränkten Tiefe herausarbeitet
und in diese Löcher entsprechend bemessene Flachkeile unter Zwischenfügung von blättchenförmigen
Backen einsetzt und nacheinander mit Schlägen allmählich zunehmender Stärke gleichmäßig
an allen Löchern bis zur Erzielung der gewünschten Spaltwirkung eintreibt.
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Da bei der Keilform dieser Löcher von Rechteckquerschnitt das Verhältnis
von Breite und Tiefe praktisch nicht unter dem Wert i : 3 gewählt werden kann, ergibt
sich bei dieser Spaltung von Granit und ähnlichem Hartgestein eine ziemlich
erhebliche
Blindkomponente. Auch müssen zum Ausnehmen derartiger Löcher, wenn man dafür nicht
die ein umständliches und langwieriges Arbeiten von Hand erfordernden Meißel benutzen
will, Bohrhämmer mit sich nicht drehendem Bohrer und mit hoher Stoßkraft verwendet
werden, wofür praktisch lediglich Preßluftpistolen in Frage kommen, an denen aber
die Arbeiter zur Vermeidung einer durch die auftretenden Prellwirkungen hervorgerufenen
gesundheitlichen Schädigung nur für eine zeitlich begrenzte Dauer eingesetzt werden
können. Ein weiterer Mißstand besteht bei der gebräuchlichen Art der Spaltung von
Hartsteinen darin, daß die blättchenförmigen Keilbacken, damit sie sich am Lochgrund
nicht berühren, etwas anzuheben sind und dies, wenn die Backen genau sitzen sollen,
ohne Hilfskraft nicht ganz einfach zu bewerkstelligen ist. Auch werden diese Backen
infolge des beim Eintreiben der Keile auftretenden großen Stoßdruckes nach mehrfachem
Gebrauch so stark abgeplattet, daß ihr Ersatz durch neue Keilbacken in Kürze notwendig
ist.
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Diesen Mängeln des bisher für das Spalten von Granit und ähnlichen
Hartsteinen üblichen Verfahrens wird nach der Erfindung dadurch abgeholfen, daß
hierfür die bei weichem und mittelhartem Gestein für die Sprenglöcher seit langem
bekannte und angewendete Rundform in der Weise nutzbar gemacht wird, daß aus dem
Granit oder ähnlichem Hartstein zylindrisch gestaltete Löcher nur bis zu einem verhältnismäßig
kleinen Bruchteil der Steindicke, z. B. bei gangbarem Gestein nur auf etwa 1/5 bis
1/15 dieser Dicke, herausgearbeitet und in diese Löcher Keilbacken mit einer die
Form von Zylindersektoren von, wie an sich bekannt, zweckmäßigerweise weniger als
180° aufweisender Außenfläche und mit einer dem einzutreibenden Keil wie üblich
eng angepaßten Innenfläche eingesetzt werden.
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Das Verhältnis der Tiefe der zylindrischen Löcher zu der Hartsteindicke
ist um so kleiner zu wählen, je dicker der Stein ist, und geringer als 1 : 15 ist
es unter Umständen nur bei nicht oder schlecht gangbarem Hartgestein anzunehmen.
Zum Erzeugen der erfindungsgemäß runden und kurzen Löcher aus dem Granit oder ähnlichem
Hartstein lassen sich elektrische Bohrhämmer mit sich drehendem Stoßstück verwenden,
mit denen wesentlich angenehmer zu arbeiten ist als mit Preßluftpistolen, da sie
den Körper nicht so wie diese erschüttern. Außerdem sind sie billiger und selbst
bei tiefen Temperaturen noch betriebsfähig. Auch ermöglichen sie eine besonders
genaue und einwandfreie Ausführung der Löcher und erfordern für deren Herstellung
weniger Geschick und Übung als Preßluftpistolen.
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Mit der Zylinderform der im Hartgestein vorzusehenden Löcher steht
die an sich bekannte Verwendung von teilzylindrischen Keilbacken mit weniger als
180° betragendem Kreisbogen insofern in vorteilhafter Beziehung, als infolge des
unvermeidlichen Verschleißes der zur Lochherstellung benutzten Bohrkrone deren Durchmesser
und dadurch auch der Bohrlochdurchmesser allmählich kleiner wird und diesen Veränderungen
sich die, wie angegeben, ausgeführten Keilbacken ohne weiteres von selbst anpassen,
während dies bei halbzylindrischen Keilbacken mit einer vollen Bogenlänge von 180°
nicht möglich ist. Diese selbsttätige Einstellung der Keilbacken nach dem jeweiligen
Bohrlochdurchmesser erhöht gleichzeitig die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der
Spaltwirkung der Keile.
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Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung gelingt es, mit Hilfe
von ganz kurzen Rundlöchern mit kleinem Durchmesser, beispielsweise von Löchern
mit einer Tiefe von 5 bis 8 cm und mit einem Durchmesser von 20 bis 22 mm, sowie
mittels Rund- oder Flachkeilen entsprechend geringer Länge, z. B. mittels 8 bis
10 cm langen Keilen, Granitblöcke öder ähnliche Hartsteinblöcke von 1 bis 2 m Dicke
rasch und sicher mit einwandfreier Trennfläche zu spalten. Die Erzeugung eines Kurzrundloches
durch einen sich drehenden Bohrhammer dauert bei einer Bohrkrone von 20 bis 22 mm
Durchmesser je nach der Härte des Granits oder sonstigen Hartsteins 60 bis 90 Sekunden,
während die Herstellung des bisher üblichen rechteckigen, spitz zulaufenden Spaltloches
mit dem hierfür gebräuchlichen Handmeißel 8 bis 10, ja vielfach sogar 15 Minuten
in Anspruch nimmt und die Bohrung eines Langloches bei Weichstein, z. B. Marmor,
die gleiche Arbeitszeit erfordert. Da ferner der Hartstein auf Grund der kurzen,
im Durchmesser beschränkten Rundlöcher beim Eintreiben der Keile sofort seinen naturgesetzlich
bestimmten Weg nach der Steinfaser suchen kann, entsteht der natürliche Gangriß,
durch den sich eine schöne gleichmäßige Gangseite ergibt, die nur noch wenig Zeit
für die Bearbeitung der gestockten oder polierten Fläche verlangt. Auch kommt man,
wie Vergleichsversuche erwiesen haben, erfindungsgemäß mit einer erheblich geringeren
Anzahl von Löchern, meist sogar mit halb soviel Löchern wie bei der bisherigen,
mit rechteckigen Löchern arbeitenden Art der Hartsteinspaltung aus. Auf Grund aller
dieser Vorzüge bedeutet das Verfahren nach der Erfindung, wie die Praxis bestätigt
hat; für die Spaltung von Hartgestein, z. B. Granit, eine achtbis zehnfache Arbeitszeitersparnis
gegenüber der bisher bei Granit angewendeten Spaltungsweise und somit nicht nur
eine ganz wesentliche technische Verbesserung, sondern auch eine weitgehende Verbilligung
der Hartsteinspaltung.
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Vorteilhaft ist es, zur Herstellung der kurzen Rundlöcher nach der
Erfindung im Hartgestein sich einer Bohrlehre zu bedienen, die sowohl ein Abrutschen
des Bohrers von der vorgeritzten Steinfaser als auch ein Schiefbohren verhindert
und dadurch die Ausführung des Bohrvorganges wesentlich erleichtert und diesen sicher
und zuverlässig gestaltet. Diese Lehre kann erfindungsgemäß aus einer Leiste bestehen,
die im vorgesehenen Lochabstand in gerader Reihe angeordnete Durchbohrungen und
hier angebrachte Führungsaufsätze für die Bohrstange aufweist. Die Führungsaufsätze
können
durch Rohrlinge gebildet und die ganze Lehre kann aus Metall, vorzugsweise Eisen,
hergestellt sein.
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Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise zwei Ausführungsformen
für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Spaltwerkzeug und eine Verwirklichungsmöglichkeit
der Bohrlehre nach der Erfindung und läßt auch das mit diesen Geräten erfindungsgemäß
durchführbare Hartsteinspaltverfahren im einzelnen näher erkennen.
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Fig. 1 zeigt die Seitenansicht der Bohrlehre, teilweise im Schnitt,
und Fig.2 die zugehörige Draufsicht. In Fig. 3 ist die Seitenansicht eines Spaltwerkzeuges
mit Rundkeil und in Fig. 4 dessen Ansicht von oben und in Fig. 5 ein Längsschnitt
dieses Werkzeuges wiedergegeben. Fig. 6 läßt den Längsschnitt eines Spaltwerkzeuges
mit Flachkeil und Fig. 7 den zugehörigen Querschnitt erkennen.
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Die Bohrlehre nach Fig. 1 und 2 besteht aus der zweckmäßig aus dickem
Blech hergestellten Leiste a, die im Abstand der in den Stein einzulassenden zylindrischen
Löcher mit Durchbohrungen b versehen ist. In diese Durchbohrungen, die, entsprechend
dem regelmäßigen Verlauf der Steinfaser, in gerader Reihe liegen, sind die Rohringe
c eingesetzt und eingeschweißt. Die Lehre wird in der Weise gehandhabt, daß man
zunächst im Abstand der beiden äußersten Rohrlinge in den Granit oder sonstigen
Hartstein genau auf der vorgeritzten Steinfaser liegende Rundlöcher bohrt, an denen
sie dann mittels der durch die erwähnten Rohrlinge einzuführenden Bolzen d festgesteckt
wird. Darauf bohrt man die zwischenliegenden Löcher, wobei die Rohrlinge c als Führung
für die Bohrstange benutzt werden. Die zylindrischen Löcher von z. B. 20 bis 25
mm Durchmesser werden nur bis zu einem verhältnismäßig kleinen Bruchteil der Steindicke,
z. B. bei gangbarem Hartgestein auf etwa 1/5 bis 1/15 der Steindicke, aus dem Hartstein
herausgearbeitet. Man erhält so eine gerade Reihe von kurzen, mittig auf der Steinfaser
sitzenden Rundlöchern, die genau senkrecht zur Steinoberfläche verlaufen. Sie ergeben
eine regelmäßige Spaltfläche, die so eben ist, daß sie wesentlicher Nachbearbeitung
nicht mehr bedarf, wogegen bei nicht in genauer Flucht liegenden oder schief gebohrten
Löchern die Spaltfläche bucklig ausfällt, so daß sie nachträglich eben zu arbeiten
ist, was meist einen erheblichen Zeitaufwand in Anspruch nimmt. Die Länge der Lehre
wird durch ihre Handlichkeit bestimmt. Ist die zu bohrende Lochreihe länger, so
löst man den einen der Steckbolzen d, schwenkt die Lehre um 180° um den anderen
Bolzen, nimmt im gleichen Abstand wie vorhin ein weiteres Steckloch aus und fixiert
an ihm das Schwenkende der Lehre mittels des frei gewordenen Steckbolzens, um anschließend
wieder die Zwischenlöcher in der dargelegten Weise auszunehmen. Es ist übrigens
nicht immer nötig, so viele Löcher zu bohren, als Rohrlinge vorhanden sind. Mitunter,
vor allem bei schwächeren Steinen, kann man einen oder zwei Rohrlinge überspringen.
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Das Spaltwerkzeug nach Fig. 3 bis 5 besteht aus dem Rundkeil e von
kreisförmigem Querschnitt und den beiden Keilbacken f. Letztere haben entsprechend
der erfindungsgemäß zylindrischen Lochform außen die Form von Zylindersektoren,
und diese zwei Zylindersektoren weisen je einen Umfang von weniger als 180° auf.
Die inneren Oberflächen der Keilbacken f werden zum weitaus überwiegenden Teil von
den rundkonischen Flächen g eingenommen, deren Konizität der des Keiles e entspricht,
so daß beide Konusflächen satt aneinander anliegen. Die Konizität wird dabei wesentlich
kleiner gehalten als bei den bisher für Hartgestein angewendeten rechteckigen Spaltlöchern.
Als praktisch vorteilhaft geeignet hat sich auf Grund eingehender Versuche eine
Keilform erwiesen, die sich z. B., wie an sich bekannt, auf etwa 15 bis 25 mm Länge
um 1 mm verjüngt. Die beim Eintreiben der Keile auftretende blinde, also unwirksame
Kraftkomponente fällt dann so gering aus, daß ihr eine praktische Bedeutung nicht
mehr zukommt. Aus diesem Grund spaltet sich mit dem vorgeschlagenen Werkzeug auch
wesentlich leichter als bisher, wozu bis zu einem gewissen Grade auch das gleichmäßige
und satte Anliegen des Keiles an den Keilbacken und der Keilbacken an den Lochwandungen
beiträgt.
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Um zu verhindern, daß das untere Keilende beim Keilen auf die Konusflächen
g schabend und damit abnutzend sowie zugleich kraftverzehrend wirkt, ist sein Durchmesser
gleich oder kleiner zu halten als der Durchmesser des Keilbackenhohlkonus g an seinem
verjüngten Ende. Das Keilende befindet sich dann bereits zu Beginn des Keilens am
unteren Ende des Backenkonus, bzw. es ragt sogar schon etwas darüber hinaus, so
daß eine schädliche Wirkung der erwähnten Art mit Sicherheit unterbunden wird. Die
konischen Keilbackenflächen g setzen sich nach unten in die hohlzylindrische Ausnehmung
h fort, deren Länge, wie an sich bekannt, etwas größer ist als die Gangtiefe des
Keiles e, gerechnet vom Beginn des Keilens bis zum Eintritt der Spaltung. Infolge
der geringeren Konizität der Ausnehmung h kommt also hier der Keil mit den Backen
f nicht in Berührung. Erfahrungsgemäß genügt für diesen Backenabschnitt eine Länge
von 2 bis 3 cm.
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An ihrem oberen Ende sind die Keilbacken f außen durch die Absetzung
i verjüngt, so daß beim Eintreiben des Keiles die Schläge nicht auf die oberen Randteile
des Bohrloches, die unter deren Wirkung abblättern würden, übertragen werden. Ferner
wird, damit in allen Phasen des Keilens die Gleichmäßigkeit der Druckverteilung
auf die ganze Länge des hohlkonischen Teiles der Keilbacken gewährleistet ist, der
eigentliche Keil, also abzüglich seines zylindrischen Schlagendes, um das Maß seines
maximalen Tiefganges, das ist ungefähr die Ausnehmung lt, länger bemessen als die
Konushohlform der Keilbacken. Im ganzen hat der Keil ebenso wie jedes Rundbohrloch
eine im Verhältnis zur Steindicke geringe Länge.
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In Radialrichtung der Keilbackentrennfugen k, die bei eingesetztem
Gerät senkrecht zum Spaltdruck liegen, ist eine Druckerzeugung überflüssig; sie
würde daher einen nutzlosen Kraftaufwand erfordern.
Aus diesem Grund
ist der Keil c, wie schon bei unmittelbar, also ohne Keilbalken auf das Gestein
wirkenden Keilen bekannt, an diesen sich gegenüberliegenden Stellen mit den längs
verlaufenden Abflachungen 1 versehen, die seine unmittelbare Berührung mit den fugseitigen
Randpartien der Keilbacken ausschließen.
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In der Praxis erweist es sich als zweckdienlich, daß die von Anfang
an gemeinsam benutzten und daher aufeinander eingearbeiteten sowie gleichmäßig abgenutzten
Keilbacken ständig zusammenbleiben. Sie sind daher im vorliegenden Falle durch die
Sprengringe m, die in entsprechend tiefen Rillen liegen, zu einer Gebrauchseinheit
vereinigt. Dadurch wird einerseits dem Verlust einer der Keilbacken vorgebeugt,
anderseits vereinfacht sich so auch das Einsetzen der Keilbacken in das Bohrloch.
Am besten ordnet man die Sprengringe m im Höhenabschnitt der Ausnehmung h an, wo
sie beim Spalten am wenigsten beansprucht werden.
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Von der aus Fig. 3 und 4 ersichtlichen Ausführungsform des Spaltwerkzeuges
unterscheidet sich die Bauart nach Fig. 6 und 7 im wesentlichen lediglich dadurch,
daß hier statt eines Rundkeiles ein Flachkeil n zur Anwendung kommt, dem die durch
die ebenen Schrägflächen o und die seitlichen Stege p gebildete Keilhohlform angepaßt
ist. Entsprechend dieser rechteckigen Querschnittsform des Keiles und des Hohlraumes
der Keilbacken ist auch die untere Ausnehmung q hier rechtwinklig ausgeführt. Die
Stege p können gegebenenfalls auch wegbleiben, und in diesem Falle sind dann auch
die Sprengringe entbehrlich. Die übrigen Einzelheiten, wie das Maß der Keilverjüngung
sowie das Maß der unteren Keilbreite zur unteren Hohlformbreite, ferner die Länge
des Hohlraumes q und die Länge des Keiles, stimmen mit denen der Bauart nach Fig.
3 bis 5 überein.
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In beiden Fällen wird dem Keil, um seinen Verschleiß zu verringern,
vorzugsweise eine größere Härte verliehen als den Keilbacken. Auch werden die Rundlöcher
im Hartstein zweckmäßig so tief ausgenommen, daß der Lochrand mit dem oberen Keilbackenrand
ungefähr gleich abschneidet.