EP0362292A1 - Vorrichtung zum schneiden, bohren o. dergl. bearbeiten von gestein, erzen, beton oder dergleichen - Google Patents

Vorrichtung zum schneiden, bohren o. dergl. bearbeiten von gestein, erzen, beton oder dergleichen

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EP0362292A1
EP0362292A1 EP88905802A EP88905802A EP0362292A1 EP 0362292 A1 EP0362292 A1 EP 0362292A1 EP 88905802 A EP88905802 A EP 88905802A EP 88905802 A EP88905802 A EP 88905802A EP 0362292 A1 EP0362292 A1 EP 0362292A1
Authority
EP
European Patent Office
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nozzle head
nozzle
rock
pendulum tube
control line
Prior art date
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EP88905802A
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English (en)
French (fr)
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EP0362292B1 (de
Inventor
Charles Loegel
Isabelle Durr
Sylvie Reichert
Patrick Loegel
Francine Schneider
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CIWJ Internationale du Water Jet Cie
Original Assignee
CIWJ Internationale du Water Jet Cie
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/18—Drilling by liquid or gas jets, with or without entrained pellets

Definitions

  • the invention relates to a device for cutting and drilling in particular rock, ore, natural rock, concrete or the like or for processing objects with the aid of a pressure medium under high pressure of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • a nozzle head is deflected transversely to the direction of the jet of pressure medium emerging from a nozzle opening by means of a drive unit in oscillating movements.
  • Ultrasonic transducers, electromechanical transducers and also mechanically or hydraulically driven ones are used as drive units.
  • the nozzle head itself is mounted in bearings in such a way that it can either be moved linearly or pivoted about a bearing shaft.
  • this bearing wears out quickly when working with oscillating movements of relatively high frequency, which are recommended for productive cutting.
  • the invention has for its object to improve the functionality of the device of the type mentioned in the introduction.
  • it is particularly desirable to design relatively narrow devices, in which there is also the possibility of working in long and narrow slots, bores and similar openings, for example in the rock.
  • the device should have a long service life.
  • the purpose is to improve the functionality of the nozzle head with little manufacturing effort and little space.
  • Fast processing is desirable, for example, slit-like clearing of rock, flötz and the like. the like, in particular also of great hardness such as granite and marble.
  • the invention is characterized in claim 1. In any case, part of the supply line is designed as a pinned tube, on which the drive unit may engage via a clutch unit.
  • a “pendulum tube” is understood here in particular to mean such a supply part to the nozzle head which executes such a movement when machining that the nozzle head executes a back and forth or a circular or even oval movement in particular in such a plane which essentially runs at right angles to the axis of the nozzle or center nozzle.
  • This "oscillating" movement in lateral view deflects the beam laterally. Due to the “oscillating” or oscillating movement, the beam describes a straight or curved line when it strikes the object to be processed (provided that a point of impact is assumed and the device is assumed to be at rest other than the "oscillating" supply part).
  • the drive unit is supported on a control line which extends essentially parallel to the supply line.
  • the control line directs the energy source to excite the drive unit, e.g. also mechanical rotary movements i.e. kinetic energy, to the drive unit and has a groove for the pendulum tube, which can also be formed by the drive unit itself.
  • the drive unit e.g. also mechanical rotary movements i.e. kinetic energy
  • the pendulum tube itself can be made relatively rigid and can be coupled to the supply line in particular via a bendable and / or pivotable coupling. It is advisable if the pendulum tube is also connected to the control line via one or more springs, so that the drive is transmitted by the drive unit via the spring in even better oscillating movements. However, it is also possible to use a pendulum tube, which is bendable but still sufficiently rigid, so that the nozzle head is sufficiently supported and guided by the pendulum tube itself. The latter alternative is even preferred; the nozzle head is attached to the free end of a bendable high pressure hose that can be expanded somewhat under internal pressure.
  • the nozzle head has several nozzles at such different angles of attack that the axes thereof are not in a common straight plane.
  • the nozzle axes should be offset from the longitudinal axis of the nozzle head.
  • a combined jet of the pressure medium is emitted from the nozzle head, the individual jets emanating from the individual nozzles, in contrast to the device mentioned in the introduction, not in a straight plane, in the manner of a fan, but in one or more curved and / or kinked Levels.
  • a nozzle head with a center nozzle and a side nozzle that is laterally offset and inclined outwards from the jet direction of the center nozzle offers particular advantages. If the nozzle head is in a e.g. circular path moves, the individual beams also sweep circular paths that partially overlap and, when the device moves transversely to the pendulum tube or high-pressure hose and to the control line, better work a slit-shaped path out of the irradiated rock or rock.
  • no nozzles are screwed onto the face of the nozzle head.
  • the nozzle head has an elastomeric cover on the front are provided and insert nozzles are inserted from a nozzle chamber into connecting channels of the nozzle head, which is made in particular of hard metal.
  • the pressure medium inevitably presses the respective insert nozzle onto stops which limit the connecting channels and form the transition points to the nozzles.
  • the insert nozzles nor the receiving devices of the same in the nozzle head must be provided with a thread, so that insert nozzles made of sapphire can also be used.
  • the design of the nozzle head according to the invention can be used not only in the device according to the invention with a pendulum tube and, in particular, in parallel control line, but also in a device known per se (DE-OS 34 10 981), in which a flexible or bendable high-pressure hose as a feed line to the nozzle head, which is caused by the ejected pressure medium itself - without a drive unit - in lashing movements or by a combination of a driving force from the pressure medium flowing through itself and by a drive unit in a circular, impact-like and / or wave-like movement.
  • the wavy movement of the pressure hose (in a plane running through its axis) is highly beneficial.
  • Figure 1 is a schematic plan view of a device according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic section according to II-II of Fig. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic top view according to FIG. 1 of another embodiment of the device
  • Fig. 4 is a front view of a nozzle head and 5 shows a partial section VV through the nozzle head according to FIG. 4;
  • Figure 6 is a partially broken plan view of an embodiment of the nozzle head in operation.
  • FIG. 7 shows a side view of the device according to FIG. 6 in partial section
  • FIG. 9 is a partial view of another embodiment of the device.
  • FIG. 11 shows an enlarged detail from FIG. 9;
  • Fig. 13 is a schematic plan view of the channel formation in the rock
  • Fig. 14 is a schematic partial view of an alternative embodiment of the device of Fig. 9 and
  • FIG. 15 shows a detailed view (partially broken away) of part of the device from FIG. 14
  • a pipe as a pressure medium supply line 12 is rigidly connected via connecting webs 36 to the dam line 31, which is also designed as a pipe; the tube 12 and the control line 3.1 run parallel.
  • a coupling 11 is attached which connects the pendulum tube 30 with the tube 12 connects so that the pendulum tube 30 around the articulation point of the coupling 11 in oscillating movement - as indicated in broken lines - by, for example, the pivot angle ⁇ can be brought.
  • a high-pressure hose HP hose
  • HP hose can also be installed between the tube 12 and the pendulum tube 30, for example in accordance with FIG not prevented.
  • the pendulum tube 30 is supported on the guide 6, which projects laterally from the control line 31. At the free end of the pendulum tube 30 there is a nozzle head 3, on the front side of which at least one nozzle is arranged, through which pressure medium can be expelled in the direction of the rock 15 under high pressure.
  • a drive unit 32 which is attached to the control line 31 and can be driven by an energy source, for example kinetic, electrical, electromagnetic, pneumatic or hydraulic energy, which through the control line 31 to Drive unit 32 is guided.
  • a plunger 33 of the drive unit 32 briefly pushes the pendulum tube 30 in the direction facing away from the control line 31.
  • a spring 34 is tensioned, which on the one hand prevents the pendulum tube 30 from being deflected too far, and on the other hand prevents the pendulum tube
  • the sensor element 35 is in particular an electrical one, the electrical signal lines of which are led through the control line 31 to a control unit (not shown here).
  • the jacket-like wrapping thereof is recommended, as indicated by the dash-dotted lines 40.
  • the drive unit 32 is arranged relatively close to the clutch 11.
  • a drive rod 33a forms a relatively long arm between the free end 33c pressing against the pendulum tube 30 and a pivot axis 33b, about which the drive rod 33a and the actuating arm 33d connected in one piece and offset by approximately 90 ° can be pivoted when it is driven by the drive unit 32 is driven to a certain extent in a direction parallel to the control line 31 (counterclockwise).
  • the actuating arm 33d is designed to be several times, in particular four times shorter, than the drive rod 33a, only a slight movement of the free end of the actuating arm 33 ⁇ in the direction of the control line 31 leads to a substantially greater movement of the free end 33c of the actuating rod 33a in one transverse to this direction. Since with at high pressures of, for example, 2000 bar, the pressure medium conducted from the pipe 12 to the nozzle head 3 Pendulum movement of the pendulum tube 30 is not inhibited because the coupling 11 acting as a pendulum joint may become too rigid, it is advisable to conduct the pressure medium via a bendable high-pressure (HP) hose as a connecting line 41 from the tube 12 to the pendulum tube 30.
  • the connecting line 41 forms a coupling. It is led out of the tube 12 via connecting sleeves 42 and 43 and into the pendulum tube 42.
  • the nozzle head 3 is essentially rectangular in plan view, but it can also be essentially cylindrical.
  • the nozzle head according to FIG. 5 is provided on the front outer or front surface with an elastomeric coating layer 19 made of rubber, which extends both over the two outwardly inclined front surfaces 21, 22 and over the central end surface 23 , which runs at right angles to the axis 25 of the nozzle head 3, which is made of hard metal.
  • the chamber 7 On the other side of the nozzle head 3 is the chamber 7, on the annular side surface of which a connection piece 20 is arranged, by means of which the nozzle head 3 can be screwed onto the coupling member 1c of the pendulum tube 30 according to FIG. 8. If medium under pressure flows through the pendulum tube 30 into the chamber 7, it presses the cylindrical insert nozzles 17 made of sapphire onto the ends of the connecting channels 5 * b, which the chamber 7 with the nozzle outlets 5 spread outward in relation to the nozzle head axis 25 Connect a via the cylindrical nozzles 5a and the nozzle cones 5b.
  • the diameter of the nozzle outputs 5 * a is smaller than the diameter of the connecting channels 5 * b, so that such stops or shoulders 27 are formed for the insert nozzles 17.
  • the diameters of the nozzles 5a are considerably smaller than the diameters of the nozzle outlets 5 * a.
  • the nozzle cones 5b open from the nozzles 5a in the direction of the nozzle chamber 7.
  • the insert nozzles 17 are as close as possible to the end face in the area of the coating Layer 19 of the nozzle head 3 brought up, that is to say that the distance D between the shoulders 27 and the boundary surface between the hard metal body of the nozzle head 3 and the coating layer 19 is chosen to be sufficiently large that there is no risk of breakout even at high pressures of the medium .
  • the two nozzle outlets 5 * a 1 and 5 * a 3 end on the flat end surface 23, while the two nozzles 5 * a 2 and 5 * a 4 each end on one of the inclined front surfaces 21 and 22, respectively.
  • the axis 26 of the connecting channels 5 * b and thus of the nozzles 5a are arranged at angles of incidence ⁇ in relation to the nozzle axis 25. 4 clearly shows that the axis 26 1 is also inclined with respect to the axis 25 of the nozzle head 3, which is not to be expected without further ado in FIG. 5.
  • the pressure medium While the pressure medium is still compressed to the nozzles 5a via the nozzle cones 5b tapering at the spreading angle ⁇ , the pressure medium, in particular water, relaxes behind it first behind the area of the nozzles 5a and then outside the nozzle head 3 and its coating layer 19 In contrast to Fig. 6/7, the single beam should remain "compact" as far as possible, rather than diverge. Therefore the nozzle head 3 is as close as possible, e.g. up to a few centimeters, brought up to the rock.
  • the pressure medium in the direction of the arrow passes from the pendulum tube 30 into the chamber 7 and from there out of the nozzles 5a out of the nozzle head 3. From a pressure of about 250 bar, the oscillating nozzle head 3 swings back and forth between the stops 4 even more or less quickly, even without a separate drive unit 32, so that a "milling" effect in the rock 15 or the like is achieved without contact between the nozzle head 3 and the rock 15 exists.
  • the device has a pendulum tube 30 as a feed line, here in the form of a slightly resiliently flexible HP hose, with a nozzle head 3 and nozzles 5a on the end face, and a guide 6 with stops 4 and springs in the form of spring-elastic buffers 4a.
  • this preferably has a guide 2 which, together with the nozzle head 3 and in cooperation with the guide 6, leads to a striking or high-frequency movement Vibration of the pendulum tube 30 and the nozzle head 3 between the stops 4 according to the pivot angle ⁇ leads.
  • the pendulum tube 30 is preferably provided with reinforcing sleeves la in the area of the stops 4.
  • the cutting width C can be set so that the guide 6 with the walls 14 holding it can track the cut 16.
  • the pendulum tube 30 oscillates around the coupling 11 with the pressure medium supply line 12.
  • the pendulum tube 30 can also be a rigid tube, provided that it performs the desired pendulum movement, but there is a certain elasticity to achieve "whip-like" deflections cheaper.
  • a coupling 11 is used to connect a pressure medium line 12.
  • the stops 4 can also consist of a resilient Ma material such as rubber. With these stops 4, a longer service life compared to an embodiment without such stops 4 is possible.
  • the guide 6 can be supported on the walls 14, which are connected by straight (FIG. 7) or curved (FIG. 8) end walls 13, but it can also have other shapes, for example a sieve-like reinforcement, through which the material removed during the cutting process can flow off with the medium.
  • the guide 6 can be fastened with the screw bolts 13a.
  • the elongated structural unit which is only interrupted at the interruption points ü in the illustration, but in practice is continuous, is composed of the following parts:
  • the pressure medium supply line 12 is designed as a straight steel tube and extends from the connection point 1b for connecting a pressure medium line to the coupling 11 parallel to the control line 31, which is likewise designed as a steel tube, and is welded to it via the connecting webs 36.
  • a rotatable shaft 102 is mounted within the steel tube of the control line 31 and can be driven by a hydraulic motor 101 at the end shown on the left in FIG. 9 and is connected at the other end projecting from the free end of the control line 31 to an eccentric element serving as a drive unit 32 .
  • the clutch element 103 When the shaft 102 rotates about its axis, the clutch element 103 is moved in a circular path by the eccentric element acting like a crank; it also takes the connector lc at the free end of the bendable pendulum tube 30 in the form of a to some extent even inflatable, ie flexible, high-pressure hose, so that the nozzle head 3, which is interchangeably screwed onto the connector lc, rotates a circular with the rotation of the shaft 102 Performs movement. Corresponding circular paths sweep the jets 5b 1 , 5b 2 of the pressure medium emitted by the nozzle head 3, as will be explained in more detail with reference to FIG. 13.
  • the motor 101 can drive the shaft 102 and therefore also the nozzle head 3 at a frequency between 1500 and 10000 rpm, ie between 25 and approximately 167 Hz.
  • FIG. 10 which shows a partial section XX according to FIG. 9, legs 6a of a bow-shaped guide 6 extend on both sides of the control line 31 with the shaft 102 mounted therein.
  • the two legs 6a are connected at the bottom by a web 6b, so that the circular or oval movement path of the HD hose serving as a pendulum tube 30 can also be guided.
  • the free ends of the legs 6a are welded to the sides of the extension piece 100, which serves to receive the sensor element 35 and a line 35a leading to it.
  • the sensor element 35 can be movable in the longitudinal direction of the extension piece 100 in order to actuate a contact when striking a surface.
  • the sensor element 35 can also be rigidly connected to the spike-like extension 100; in any case, the sensor member 35 should protrude in the longitudinal direction LR of the lancet-like, elongated device over the nozzle head 3, in order to ensure that it is protected against striking against solid objects on the end face.
  • the guide element 6 which surrounds the "oscillating" HD tube 30 on a circular path in a bow-like manner should leave such a free space between the mutually facing sides of the legs 6a that the HD tube 30 is not hindered in its path of movement, which is that of the eccentric element trained drive member 32 is caused, surprisingly, namely, that the HD hose vibrates due to its bendable and even slightly flexible design using elastomeric material such as rubber, which even allows some inflation when passing the pressure medium, such as they are shown schematically in Fig. 12.
  • the clamping point A which corresponds to the coupling 11 of FIG.
  • the HP hose 30 may be at rest, while at the outer end H, to which the nozzle head 3 is fastened, one that is reciprocating in the plane of the drawing oscillating movement, but actually - as will also be explained with reference to FIG. 13 - executes a circular movement in such a plane that runs practically perpendicular or normal or at 90 ° to the nozzle axis.
  • FIG. 11 in which only the outer end of the high-pressure hose 30 facing the nozzle head 3 is moved around an intended center in the circular path and various positions, such as those in solid (30) and in interrupted (30 ') and in dash-dotted (30 ”) positions, there are actually antinodes E and F as well as oscillation nodes B and G.
  • Suitable prints are between 1500 and 2500 bar.
  • the design of the nozzle head 3 is a means of setting optimal conditions depending on the object to be machined or removed in connection with the movement of the nozzle head 3.
  • the nozzle head 3 is provided with a central nozzle and with two side nozzles.
  • the center nozzle directs a center jet 5b2 in the longitudinal direction or axial direction of the nozzle head 3, while the side jets 5b 1 , 5b 3 are offset by an angle of attack ⁇ of approximately 20 °.
  • the rays 5b 1 5b 2 and 5b 3 essentially hit the surface of the rock 15 or the channel-shaped “cutout” 16 that has already formed in a punctiform manner.
  • these points of incidence of the rays 5b 1 , 5b 2 , 5b 3 also correspond to the interrupted circles K 1 , K 2 and K 3 of FIG. 13 with the frequency between approximately 25 and 167 Hz guided, so that the material of the rock 15 is almost knocked out in order to mill the channel 16 out of the rock 15 in accordance with the width C of the total area covered by the rays.
  • a beneficial effect is that in the course of the feed movement of the device in the direction of arrow Y according to FIG.
  • Figs. 14 and 15 The alternative to the device of Fig. 9 is shown in Figs. 14 and 15.
  • the eccentric element or drive unit 32 is not a crank piece, but rather the shaft end 102a bent at an angle of approximately 10-25 ° to the longitudinal axis of the shaft 102, onto which a bushing as an eccentric element or drive unit 32 is attached and fastened.
  • This Buchs ⁇ is firmly connected via a rigid arm serving as a coupling element 103 to the connector lc, which is located at the end of the high-pressure hose 30 and is fixedly attached there by means of a connecting sleeve 30a.
  • the nozzle head 3 is not shown in FIG. 15.
  • the shaft 102 is supported at the end of the control line 31 - a tube - by means of a bearing 31b, so that the shaft end 102a rotates about the axis of rotation determined by the bearing 31b and due to the angle also gives the connector lc and the nozzle head 3 an oscillating movement.
  • a radially projecting arm 11a is attached to the coupling 11 in a rotationally fixed manner, which abuts a stop 31a on the control line 31 and thereby prevents the thread of the coupling 11 from becoming loose during the oscillating bwz. commuting movement loosening of the HD hose 30 or even unintentionally unscrewed.
  • the arrangement of the connector lc to the eccentric offers a further variation. If a further part of a bendable high-pressure hose 30 is installed as an “additional” pendulum tube between the connecting piece 1c and the nozzle head 3, then the whipping nozzle head movements are intensified. The mechanical and hydraulic alternating stress of the material to be processed is favored.
  • the device can not only be used for cutting and / or drilling rock 15 in open quarries, but also in underground mines, for example in salt deposits for salt extraction or in coal seams to break out the coal or also to expand the passages to better deficient seams to make it accessible. Also tunneling for e.g. underground traffic routes are thereby to be managed. It can also be used for cleaning runways, walls and the like, for removing road marking paints, for cleaning oil tanks or power station tanks or for cleaning ship walls below the waterline, namely for removing mussels, barnacles etc., and for roughening road surfaces . This gives the specialist further possible uses.

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Abstract

Zum Schneiden, Bohren o. dergl. Bearbeiten von Gestein, Erzen, Kohleflözen oder anderen Gegenständen wird durch eine Zuleitung (12) zu einem Düsenkopf (3) Medium unter hohem Druck zugeführt. Die als Pendelrohr (30) insb. in Form eines biegbaren Hochdruckschlauches ausgebildete Zuleitung führt mit dem Düsenkopf (3) schnelle z.B. oszillieren­ de und/oder kreisende Bewegungen längs einer Führung (6) aus. Hierdurch können sehr schnell und einfach gerade Schnitte und/oder Löcher in Gestein eingebracht werden. Die Schnittbreite (C) ist durch die Anordnung und Ausrichtung insb. mehrere Düsen (5) je nach Gestein und Druckmedium steuerbar. Eine kreisende Düsenkopfbewegung wird insb. durch ein als Antriebsorgan dienendes Exzenterelement (32, 103) veranlasst.
Abstract
To cut, bore or similarly machine rock, ore, stratified coal or other objects, a medium is delivered under high pres­ sure through a supply pipe (12) to a nozzle (3). The supply pipe is designed as a pendulum-type pipe (30), in particular in the form of a flexible high-pressure hose, and executes, together with the nozzle (3), rapid, for example oscillating and/or circular, movements along a guide (6). In this way, straight cuts and/or holes can be made very rapidly and simply in rock. The cut width (C) can be controlled by the arrangement and fitting in particular of a plurality of nozzles (5), depending on the rock and pressure medium. In particular, an eccentric element (32, 103) which functions as a drive mechanism permits a circular movement of the nozzle.

Description

Vorrichtung zum Schneiden, Bohren o. dergl. Bearbeiten von Gestein, Erzen, Beton oder dergleichen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum insbesondere Schneiden und Bohren von Gestein, Erzen, Naturfels, Beton oder dergleichen oder zum Bearbeiten von Gegenständen mit Hilfe eines unter hohem Druck stehenden Druckrαittels der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung.
Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt (GB-PS 1 460 711) . Dabei wird ein Düsenkopf quer zur Richtung des aus einer Düsenöffnung austretenden Strahles des Druckmittels mittels einer Antriebsaggregats in oszillierenden Bewegungen ausgelenkt. Dabei werden als Antriebsaggregate Ultraschallwandler, elektromechanische Wandler und auch mechanisch bzw. hydraulisch angetriebene verwendet. Der Düsenkopf selbst ist in Lagern so gelagert, daß er entweder linear verschiebbar oder um eine Lagerwelle schwenkbar ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Lagerung rasch verschleißt, wenn mit oszillierenden Bewegungen verhältnismäßig hoher Frequenz gearbeitet wird, die für ein produktives Schneiden empfehlenswert sind.
Dieselben Probleme ergeben sich bei einer anderen bekannten Vorrichtung (GB-PS 2 027 776), bei der ebenfalls ein Düsenkopf mit einem Nocken in einer linearen Führungsbahn eines Lagers hin- und herbewegbar ist, sofern nicht auch hier eine Lagerung mittels einer Lagerwelle Anwendung findet. Diese Vorrichtung dient zum Abschlagen von Beton von Stahlarmierungen oder zum Abtrennen eines Bodenbelags mit Hilfe eines Flüssigkeitsstrahls.
Ferner ist es bekannt (DE-OS 35 16 572), einen an einen biegbare Hochdruckschlauch angebrachten Düsenkopf mit mehreren Düsen zu versehen, welche stirnseitig in den Dusenkopf eingeschraubt sind. Eine Mitteldüse verläuft in Axialrichtung des Dusenkopfes, während beidseitig der Mitteldüsen zwei weitere Düsen mit in Bezug zur Achse des Düsenkopfes geneigten Düsenachsen angeordnet sind. Dieser Dusenkopf hat sich zum Schneiden von Gestein bereits gut bewährt.
Schließlich ist es bekannt (DE-OS 26 07 097), einen mit einer Düse versehenen Düsenkopf an einem um ein Schwenklager schwenkbaren Rohr zu befestigen, dessen dusenkopffernes Ende mittels eines Exzenterelements, wie eines Kurbelantriebs, in einer kreisförmigen Bahn in einer quer zur Rohrachse befindlichen Ebene bewegbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit zu verbessern. So ist es vor allem wünschenswert, verhältnismäßig schmale Vorrichtungen auszubilden, bei denen auch die Möglichkeit besteht, in langen und schmalen Schlitzen, Bohrungen und dergl. Öffnungen z.B. im Gestein zu arbeiten. Die Vorrichtung soll sich durch lange Lebensdauer auszeichnen. Darüber hinaus wird bezweckt, den Düsenkopf hinsichtlich seiner Funktionsfähigkeit mit geringem Herstellungsaufwand und geringem Raumbedarf zu verbessern. Erwünscht ist das schnelle Bearbeiten z.B. schlitzartige Ausräumen von Fels, Flötz u. dergl. insb. auch großer Härte wie Granit und Marmor. Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Dabei ist jedenfalls ein Teil der Zuleitung als Peπdelrohr ausgebildet, an dem das Antriebsaggregat gegebenenfalls über ein Kupplungsaggregat angreift. Unter einem "Pendelrohr" wird hier insbesondere ein solcher Zuleitungsteil zum Düsenkopf verstanden, der beim Bearbeiten einer solchen Bewegung ausführt, daß der Düsenkopf eine hin- und hergehende oder auch eine kreisförmige oder sogar ovale Bewegung insbes. in einer solchen Ebene ausführt, die im wesentlichen im rechten Winkel zur Achse der Düse bzw. Mitteldüse verläuft. Diese in Queransicht "pendelnde" Bewegung lenkt den Strahl seitlich ab. Durch die "pendelnde" oder auch schwingende Bewegung beschreibt der Strahl beim Auftreffen auf dem zu bearbeitenden Gegenstand eine gerade oder gekrümmte Linie (sofern von einem Auftreffpunkt ausgegangen und eine sonst ruhende Stellung der Vorrichtung außer dem "pendelnden" Zuleitungsteil angenommen wird.
Das Antriebsaggregat stützt sich an einer Steuerleitung, die sich im wesentlichen parallel zur Zuleitung erstreckt, ab.
Die Steuerleitung leitet den Energieträger zum Erregen des Antriebsaggregates, z.B. auch mechanische Drehbewegungen d.h. kinetische Energie, zum Antriebsaggregat und weist eine Fünrung für das Pendelrohr auf, welche auch vom Antriebsaggregat selbst gebildet sein kann.
Das Pendelrohr selbst kann verhältnismäßig starr ausgebildet und insbesondere über eine biegbare und/oder schwenkbare Kupplung mit der Zuleitung gekuppelt sein. Dabei empfiehlt es sich, wenn das Pendelrohr zusätzlich über eine oder mehrere Federn mit der Steuerleitung in Verbindung steht, so daß der Antrieb durch das Antriebsaggregat über die Feder in noch besser oszillierende Bewegungen übertragen wird. Es ist jedoch auch möglich, ein zwar biegbares, aber noch genügend eigensteifes Pendelrohr zu verwenden, damit der Dusenkopf genügend vom Pendelrohr selbst abgestützt und geführt wird. Die letztgenannte Alternative wird sogar bevorzugt; dabei ist der Düsenkopf am freien Ende eines biegbaren und unter Innendruck etwas aufweitbaren Hochdruckschlauches befestigt.
Nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung weist der Düsenkopf mehrere Düsen unter derart verschiedenen Anstellwinkeln auf, daß sich die Achsen, derselben nicht in einer gemeinsamen geraden Ebene befinden. Die Düsenachsen sollten gegenüber der Längsachse des Düsenkopfes versetzt sein. Bei dieser Ausbildung der Erfindung wird ein kombinierter Strahl des Druckmittels vom Dusenkopf abgestrahlt, dessen von den einzelnen Düsen ausgehenden Einzelstrahlen im Unterschied zur eingangs genannten Vorrichtung nicht in. einer geraden Ebene, nach Art eines Fächers, sondern in einer oder mehreren gekrümmten und/oder geknickten Ebenen verlaufen. Durch Wahl der Anzahl und Anordnung der Anstellwinkel bzw. Düsenachsen, wird eine schnellere und genauere Steuerung der "Schnittbreite" im Gestein, Flöz, Erzgang, Beton der dergl. erreicht. Diese Ausbildung ist besonders dann zweckmäßig, wenn nicht nur gerade Schnitte im Gestein durchgeführt v/erden sollen.
Besondere Vorteile bietet ein Düsenkopf mit einer Mitteldüse und je einer seitlich versetzten und von der Strahlrichtung der Mitteldüse nach außen geneigten Seitendüse. Wird der Dusenkopf in einer z.B. kreisförmigen Bahn bewegt, so bestreichen auch die Einzelstrahlen Kreisbahnen, die sich teilweise überlappen und bei einer Querbewegung der Vorrichtung quer zum Pendelrohr bzw. Hochdruckschlauch und zur Steuerleitung noch besser eine schlitzförmige Bahn aus dem bestrahlten Fels bzw. Gestein herausarbeiten.
Nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung werden keine Düsen stirnseitig auf den Düsenkopf aufgeschraubt. Vielmehr ist der Dusenkopf stirnseitig mit einer elastomeren Abdeckung versehen und sind Einsatzdüsen von einer Düsenkammer aus in Verbindungskanäle des insbesondere aus Hartmetall bestehenden Düsenkopfes eingesteckt. Das Druckmedium drückt die jeweilige Einsatzdüse zwangsläufig an Anschläge an, welche die Verbindungskanäle begrenzen und die Übergangsstellen zu den Düsen bilden. Weder die Einsatzdüsen noch die Aufnahrαevorrichtungen derselben im Düsenkopf müssen mit Gewinde versehen sein, so daß auch Einsatzdüsen aus Saphir verwendet werden können.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Düsenkopfes ist nicht nur bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Pendelrohr und insbesondere parallel geführter Steuerleitung verwendbar, sondern auch bei einer an sich bereits bekannten Vorrichtung (DE-OS 34 10 981), bei der ein flexibler bzw. biegbarer Hochdruckschlauch als Zuleitung zum Dusenkopf dient, der durch das ausgestoßene Druckmittel selbst - ohne ein Antrisbsaggregat - in peitschende Bewegungen oder der durch eine Kombination einer Antriebskraft vom durchströmenden Druckmittel selbst und von einem Antriebsaggrsgat zusätzlich in kreisende, stoßartige und/oder wellenartige Bewegung gebracht wird. Dabei ist die wellenförmige Bewegung des Kocndruckschlauches (in einer durch seine Achse verlaufenden Ebene) höchst förderlich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf eine Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 einen schematischen Schnitt nach II-II von Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Aufsicht gemäß Fig. 1 auf eine andere Ausbildung der Vorrichtung;
Fig. 4 eine Frontansicht auf einen Düsenkopf und Fig. 5 einen Teilschnitt V-V durch den Düsenkopf gemäß Fig. 4;
Fig. 6 eine teilweise gebrochene Draufsicht auf eine Ausbildung des Düsenkopfes in Betrieb;
Fig. 7 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 6 im Teilschnitt;
Fig. 8 einen Teilschnitt auf eine andere Ausbildung der Vorrichtung;
Fig. 9 eine Teilansicht einer anderen Ausbildung der Vorrichtung;
Fig.10 einen Schnitt X-X von Fig. 9 vergrößert;
Fig.11 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 9;
Fig.12 ein schematisches Schwingungsbild des HD-Schlauches;
Fig.13 eine schematische Aufsicht auf die Rinnenbildung im Gestein
Fig.14 eine schematische Teilansicht einer alternativen Ausbildung der Vorrichtung von Fig. 9 und
Fig.15 eine Detailansicht (teilweise aufgebrochen) auf einen Teil der Vorrichtung von Fig. 14
Gemäß Fig. 1 ist ein Rohr als Druckmittelzuleitung 12 über Verbindungsstege 36 mit der ebenfalls als Rohr ausgebildeten Stauerleitung 31 starr verbunden; das Rohr 12 und die Steuerleitung 3.1 verlaufen parallel. Am freien Ende des Rohres 12 ist eine Kupplung 11 angebracht, die das Pendelrohr 30 mit dem Rohr 12 so verbindet, daß das Pendelrohr 30 um die Anlenkstelle der Kupplung 11 in pendelnde Bewegung - wie in unterbrochenen Linien angedeutet - um beispielsweise den Schwenkwinkel α bringbar ist. Anstelle der Kupplung 11 kann auch z.B. gemäß Fig. 3 ein Hochdruckschlauch (HD-Schlauch) zwischen das Rohr 12 und das Pendelrohr 30 so eingebaut sein, daß das Druckmittel durch den biegbaren HD-Schlauch strömt, der die pendelnde Bewegung des Pendelrohres 30 im Betrieb nicht verhindert.
Dabei stützt sich das Pendelrohr 30 auf der Führung 6 ab, welche seitlich von der Steuerleitung 31 absteht. Am freien Ende des Pendelrohres 30 befindet sich ein Düsenkopf 3, an dessen Frontseite mindestens eine Düse angeordnet ist, durch welche im Betri Druckmittel unter hohem Druck in Richtung auf das Gestein 15 ausgestoßen werden kann. Die pendelnde bzw. nach rechts und links um den Schwenkwinkel α oszillierende Bewegung des Pendelrohres
30 und daher auch des mitgeführten Dusenkopfes 3 wird durch ein Antriebsaggregat 32 veranlaßt, das an der Steuerleitung 31 angebaut ist und durch einen Energieträger, beispielsweise kinetische, elektrische, elektro-magnetische, pneumatische oder hydraulische Energie, antreibbar ist, welche durch die Steuerleitung 31 zum Antriebsaggregat 32 geführt wird. Ein Stößel 33 des Antriebsaggregats 32 stößt das Pendelrohr 30 kurzzeitig in die von der Steuerleitung 31 abgewandte Richtung. Hierdurch wird eine Feder 34 gespannt, die einerseits das zu weite Auslenken des Pendelrohres 30 verhindert und andererseits das Pendelrohr
30 wieder in die entgegengesetzte Richtung, d.h. zur Steuerleitung
31 zurückzieht. Durch die Kombinationswirkung des Antriebsaggregats 32 und der Feder 34 mit dem Pendelrohr 30 schwingt dieses um den Schwenkwinkel α , so daß der in der Fig. 1 nicht dargestellte Strahl des Druckmittels entsprechend α hin- und hereilend auf das Gestein 15 auftrifft und dort einen schlitzförmigen Schnitt 16 einschneidet, wenn die Vorrichtung in Pfeilrichtung
P an der Frontseite des Gesteins 15 entlanggeführt wird. Am freien Ende der Steuerleitung 31 befindet sich ein Fühlerelement 35, mit dessen Hilfe insbesondere die Schnittiefe und die Schnitt breite des Schnitts 16 oder auch der Abstand zur Frontseite des Gesteines 15 ermittelt werden kann. Es empfiehlt sich, wenn das Pendelrohr 30 zwischen der Kupplung 11 und dem Dusenkopf 3 genügend lang ausgebildet ist, um selbst durch geringe Auslenkung mittels des Stößels 33 des Antriebsaggregats 32 genügend weite Ausschläge am Düsenkopf 3 zu bewirken, weil dadurch die Wirksamkeit des Druckmittels beim Auftreffen auf das Gestein 15 verbessert wird. Zu diesem Zweck empfiehlt es sich auch, wenn das Antriebsaggregat 32 wesentlich weiter als die Feder 34 in Richtung zur Kupplung 11 am Pendelrohr 30 angreift. Das Fühlerelement 35 ist insbesondere ein elektrisches, dessen elektrische Signalleitungen durch die Steuerleitung 31 zu einem hier nicht dargestellten Steueraggregat geführt sind.
Zum Schutz der rohrförmigen Körper mit dem Pendelrohr 30 empfiehlt sich die mantelförmige Umhüllung derselben, wie durch die strichpunktierten Linien 40 angedeutet.
Bei der alternativen Ausbildungsform von Fig. 3 ist das Antriebsaggregat 32 relativ nahe an der Kupplung 11 angeordnet. Eine Antriebsstange 33a bildet einen verhältnismäßig langen Arm zwischen dem an das Pendelrohr 30 andrückenden freien Ende 33c und einer Schwenkachse 33b, um die die Antriebsstange 33a und der mit dieser einstückig verbundene und um etwa 90° versetzte Betätigungsarm 33d schwenkbar sind, wenn dieser durch das Antriebsaggregat 32 in einer zur Steuerleitung 31 im wesentlichen parallelen Richtung (entgegen dem Uhrzeigersinn) ein Stück weit angetrieben wird. Da der Betatigungsarm 33d um ein Mehrfaches, insbesondere über das Vierfache kürzer ausgebildet ist als die Antriebsstange 33a, führt eine nur geringfügige Bewegung des freien Endes des Betätigungsarms 33α in Acnsrichtung der Steuerleitung 31 zu einer wesentlich größeren Bewegung des freien Ende 33c der Betätigungsstange 33a in einer quer zu dieser Achsrichtung liegenden Richtung. Da mit bei hohen Drucken von z.B. 2000 bar des vom Rohr 12 zum Düsenkopf 3 geleiteten Druckmittels die Pendelbewegung des Pendelrohres 30 nicht gehemmt wird, weil die als Pendelgelenk wirkende Kupplung 11 evtl. zu starr wird, empfiehlt es sich, das Druckmittel über einen biegbaren Hochdruck (HD)-Schlauch als Verbindungsleitung 41 vom Rohr 12 zum Pendelrohr 30 zu leiten. Die Verbindungsleitung 41 bildet eine Kupplung. Sie wird über Anschlußmuffen 42 und 43 aus dem Rohr 12 heraus- und in das Pendelrohr 42 hineingeführt.
Gemäß Fig. 4 ist der Dusenkopf 3 in Draufsicht im wesentlichen rechteckförmig, er kann aber auch im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein. Bei der vorliegenden Ausbildungsform ist der Düsenkopf gemäß Fig. 5 an der stirnseitigen Außen-, bzw. Frontfläche mit einer elastomeren überzugsschicht 19 aus Gummi versehen, die sich sowohl über die beiden nach außen geneigten Frontfläσhen 21, 22 als auch über die mittige Stirnfläche 23 erstreckt, die im rechten Winkel zur Achse 25 des Dusenkopfes 3 verläuft, der aus Hartmetall besteht.
An der anderen Seite des Dusenkopfes 3 befindet sich die Kammer 7, an deren ringförmiger Seitenfläche ein Anschlußstück 20 angeordnet ist, mit dem der Dusenkopf 3 auf das Kupplungsorgan 1c des Pendelrohres 30 gemäß Fig. 8 aufschraubbar ist. Strömt unter Druck stehendes Medium durch das Pendelröhr 30 in die Kammer 7 ein, so drückt sie die aus Saphir bestehenden zylindrischen Einsatzdüsen 17 an die Enden der Verbindungskanäle 5*b, welche die Kammer 7 mit den in Bezug zur Düsenkopfachse 25 nach außen gespreizten Düsenausgänge 5*a über die zylindrischen Düsen 5a und die Düsenkegel 5b verbinden. Der Durchmesser der Düsenausgänge 5*a ist kleiner als der Durchmesser der Verbindungskanäle 5*b, so daß solche Anschläge oder Schultern 27 für die Einsatzdüsen 17 gebildet werden. Die Durchmesser der Düsen 5a sind dagegen wesentlich kleiner als die Durchmesser der Düsenausgänge 5*a. Die Düsenkegel 5b öffnen sich von den Düsen 5a ausgehend in Richtung zur Düsenkammer 7. Die Einsatzdüsen 17 sind möglichst nahe an die Stirnfläche im Bereich der Überzugs Schicht 19 des Düsenkopfes 3 herangeführt, d.h., daß der Abstand D zwischen den Schultern 27 und der -Grenzfläche zwischen dem Hartmetallkörper des Düsenkopfes 3 und der Überzugsschicht 19 gerade so ausreichend groß gewählt ist, daß keine Gefahr eines Ausbrechens auch bei hohen Drucken des Mediums besteht.
Bei der dargestellten Ausbildungsform enden die beiden Düsenausgänge 5*a1 und 5*a3 an der ebenen Stirnfläche 23, während die beiden Düsen 5*a2 und 5*a4 an jeweils einer der geneigten Frontflächen 21 bzw. 22 enden. Die Achse 26 der Verbindungskanäl 5*b und damit der Düsen 5a sind unter Anstellwinkeln β in Bezug zur Düsenachse 25 angeordnet. Dabei bringt die Fig. 4 deutlich zum Ausdruck, daß auch die Achse 261 in Bezug zur Achse 25 des Dusenkopfes 3 geneigt ist, was nach Fig. 5 nicht ohne weiteres zu erwarten ist.
Während das Druckmedium über die unter dem Spreizwinkel α zulaufenden Düsenkegel 5b zu den Düsen 5a noch korαprimiert wird, entspannt sich das Druckmedium, insb. Wasser, hinter demselben zuerst hinter dem Bereich der Düsen 5a und danach außerhalb des Dusenkopfes 3 und dessen Überzugsschicht 19. Jeder Einzelstrahl sollte im Gegensatz zu Fig. 6/7 so weit wie möglich "kompakt" bleiben, als wenig divergieren. Deshalb wird der Dusenkopf 3 möglichst nahe, z.B. bis auf wenige Zentimeter, an das Gestein herangeführt.
Bei einer anderen Ausbildung gemäß den Fig. 6 und 7 gelangt bei Inbetriebnahme der Vorrichtung das Druckmedium in Pfeilrichtung aus dem Pendelrohr 30 in die Kammer 7 und von dort aus den Düsen 5a aus dem Dusenkopf 3 wieder heraus. Ab einem Druck von etwa 250 bar schwingt der pendelnd gelagerte Düsenkopf 3 zwischen den Anschlägen 4 auch ohne ein separates Antriebsaggregat 32 weiter mehr oder weniger schnell hin und her, so daß eine "fräsende" Wirkung im Gestein 15 oder dergleichen erzielt wird, ohne daß Kontakt zwischen dem Düsenkopf 3 und dem Gestein 15 besteht .
Die Vorrichtung v/eist als Zuleitung ein Pendelrohr 30, hier in Form eines leicht federelastisch biegbaren HD-Schiauchs, mit einem Dusenkopf 3 und Düsen 5a an der Stirnseite sowie eine Führung 6 mit Anschlägen 4 und Federn in Form von federelastischen Puffern 4a auf. Um beim Betrieb der Vorrichtung eine zu starke Abnutzung des Pendelrohrεs 30 zu vermeiden, weist dieses vorzugsweise eine Führung 2 auf, die zusammen mit dem Dusenkopf 3 und im Zusammenwirken mit der Führung 6 zu einer schlagenden bzw. mit hoher Frequenz hin- und herpendelnden Bewegung oder Schwingung des Pendelrohres 30 und des Düsenkopfes 3 zwischen den Anschlägen 4 gemäß dem Schwenkwinkel α führt. Das Pendelrohr 30 ist im Bereich der Anschläge 4 vorzugsweise mit Verstärkungsmanschetten la versehen. Die Düsen 5a des Düsenkopfes 3 nehmen gemäß Fig. 4, 5 gegenüber der Längsachse 25 des Düsenkopfes 3 verschiedene Anstellwinkel β ein. Die Schnittbreite C kann so eingestellt werden, daß die Führung 6 mit den diese haltenden Wänden 14 dem Schnitt 16 nachgeführt werden kann. Das Pendelrohr 30 pendelt um die Kupplung 11 mit der Druckmittelzuleitung 12. Das Pendelrohr 30 kann wie im Falle der Fig. 1 - 3 auch ein starres Rohr sein, sofern es die gewünschte Pendelbewegung ausführt, doch ist eine bestimmte Elastizität zur Erzielung "peitschenartiger" Ausschläge günstiger. Eine Kupplung 11 dient zum Anschluß einer Druckmediums leitung 12.
Die Anschläge 4 können auch selbst aus einem federelastischen Ma- Material wie Gummi bestehen. Mit diesen Anschlägen 4 ist eine längere Lebensdauer gegenüber einer Ausführungsform ohne solche Anschläge 4 möglich.
Die Führung 6 kann sich an den Wänden 14 abstützen, die durch gerade (Fig. 7) oder gebogene (Fig. 8) Stirnwände 13 verbunden sind, sie kann jedoch auch andere Formen, beispielsweise eine siebartige Verstärkung, aufweisen, durch die das durch den Schneidvorgang entfernte Material mit dem Medium abfließen kann. Mit den Schraubbolzen 13a kann die Führung 6 befestigt werden.
Es ist zweckmäßig, das Gewicht des Pendelrohres 30 mit dem Dusenkopf 3, die ein einheitliches um die Kupplung 11 pendelfähiges Aggregat bilden, gering zu halten, so daß bei geringem Trägheitsmoment eine hohe Pendelfrequenz möglich ist; Reibungskräfte auf der Führung 6 sollen gering sein.
Mit der Vorrichtung ist es möglich. Schnitte 16 in praktisch beliebiger Tiefe unter Nachführung der kleinen, wenig ausladenden Vorrichtung in das Gestein 15 zu führen, ohne dieses starken Erschütterungen auszusetzen, die eine Rißbildung fördern und bei späterer Verarbeitung zu erhöhtem Ausschuß führen würden.
Gemäß Fig. 9 bis 13 ist eine besonders bevorzugte Ausbildung der Erfindung im folgenden näher erläutert:
Danach ist gemäß Fig. 9 die langgestreckte und an den Unterbrechungsstellen ü lediglich in der Darstellung unterbrochene, in der Praxis aber durchgehende langgestreckte Baueinheit aus unter anderen folgenden Teilen zusammengesetzt:
Die Druclcmittelzuleitung 12 ist als gerades Stahlrohr ausgebildet und zieht sich von der Anschlußstelle 1b zum Anschluß einer Druckmittelleitung bis zur Kupplung 11 parallel zu der ebenfalls als Stahlrohr ausgebildeten Steuerleitung 31 hin und ist mit dieser über die Verbindungsstege 36 verschweißt. Innerhalb des Stahlrohres der Steuerleitung 31 ist eine drehbare Welle 102 gelagert, die am in der Fig. 9 links dargestellten Ende durch einen hydraulischen Motor 101 antreibbar und an deren anderem am freien Ende der Steuerleitung 31 herausragenden Ende mit einem als Antriebsaggregat 32 dienenden Exzenterelement verbunde ist. Beim Drehen der Welle 102 um deren Achse wird das Kupplungs element 103 durch das nach Art einer Kurbel v/irkende Exzenterelement in einer Kreisbahn bewegt; es nimmt auch das Anschlußstück lc am freien Ende des biegbaren Pendelrohres 30 in Form eines in einem gewissen Ausmaß sogar aufblähbaren, d.h. flexiblen HD- Schlauches mit, so daß auch der auswechselbar an das Anschlußstück lc angeschraubte Düsenkopf 3 mit der Umdrehung der Welle 102 eine kreisförmige Bewegung durchführt. Entsprechende Kreisbahnen bestreichen die vom Dusenkopf 3 abgestrahlten Strahlen 5b1, 5b2 des Druckmittels, wie dies noch näher anhand der Fig. 13 erläutert wird. Der Motor 101 kann die Welle 102 und daher auch den Düsenkopf 3 mit einer Frequenz zwischen 1500 und 10000 U/min, d.h. zwischen 25 und etwa 167 Hz antreiben.
In Fig. 10, welche einen ϊeilschnitt X-X nach Fig. 9 zeigt, erstrecken sich zu beiden Seiten der Steuerleitung 31 mit der darin gelagerten Welle 102 Schenkel 6a einer bügelförmigen Führung 6. Die beiden Schenkel 6a sind unten durch einen Steg 6b verbunden, so daß die kreisförmige oder ovale Bewegungsbahn des als Pendelrohr 30 dienenden HD-Schlauches zusätzlich geführt werden kann. Die freien Enden der Schenkel 6a sind an den Seiten des Ansatzstückes 100 angeschweißt, das zur Aufnahme des Fühlerelements 35 und einer zu diesem führenden Leitung 35a dient. Das Fühlerelement 35 kann in Längsrichtung des Ansatzstückes 100 bewegbar sein, um beim Anschlagen an eine Fläche einen Kontakt zu betätigen. Das Fühlerelement 35 kann aber auch starr mit dem dornartigen Ansatzstück 100 verbunden sein; in jedem Fall sollte das Fühlerorgan 35 in Längsrichtung LR der lanzettenartigen, langgestreckten Vorrichtung über den Düsenkopf 3 vorstehen, um dafür zu sorgen, daß dieser vor dem Anschlagen an festen Gegenständen und zwar stirnseitig geschützt ist. Das dem etwa auf einer Kreisbahn "oszillierenden" HD-Schlauch 30 bügelartig umgebende Führungsorgan 6 soll einen solchen freien Raum zwischen den einander zugewandten Seiten der Schenkel 6a belassen, daß der HD-Schlauch 30 nicht in seiner Bewegungsbahn behindert wird, welche von dem als Exzenterelement ausgebildeten Antriebsorgan 32 veranlaßt wird, überraschenderweise hat sich nämlich gezeigt, daß der HD-Schlauch aufgrund seiner biegbaren und sogar leicht flexiblen Ausbildung unter Verwendung von elastomerem Material, wie Gummi, die sogar ein gewisses Aufblähen beim Durchleiten des Druckmittels zuläßt, in Schwingungen gerät, wie sie schematisch in Fig. 12 dargestellt sind. So mag an der Einspannstelle A, welche der Kupplung 11 von Fig. 9 entspricht, der HD-Schlauch 30 sich in Ruhe befinden, während er am äußeren Ende H, an dem der Dusenkopf 3 befestigt ist, eine in der Zeichenebene hin- und hergehende oszillierende Bewegung, tatsächlich aber - wie noch anhand Fig. 13 verdeutlicht wird - eine kreisförmige Bewegung in einer solchen Ebene ausführt, die praktisch senkrecht bzw. normal bzw. unter 90° auf die Düsenachse verläuft. Im Unterschied zu der in Fig. 11 schematisch dargestellten Situation, bei der lediglich das äußere dem Dusenkopf 3 zugewandte Ende des HD-Schlauches 30 um ein gedachtes Zentrum in der kreisförmigen Bahn bewegt wird und verschiedene Stellungen, wie die in durchgezogenen (30) sowie in unterbrochenen (30') und in strichpunktierten (30") gezeigten Stellungen einnimmt, ergeben sich tatsächlich Schwingungsbäuche E und F sowie Schwingungsknoten B und G. Diese "wellenförmige" Schlauchbewegung ist nun aber nicht unerwünscht, sondern zu Erzielung einer guten Bearbeitungsbzw. Abtragrate des Gesteins überraschenderweise sogar besonders vorteilhaft. Dagegen sollte ein zu großes Auslenken des Schlauches, d.h. zu große Schwingungsamplituden an Wellenbäuchεn E, F durch das Führungsorgan 6 vermieden v/erden. Das Führungsorgan kann daher ebenso wie das als Exzenterelement ausgebildete Antriebsorgan 32 mit seiner Kupplung 103 zum HD-Schlauch 30 in Verbindung mit dem Material des HD-Schlauches und dem Druck des hindurchgeleiteten Druckmittels zur Steuerung der genannten Abtragrate verwendet werden.
Es empfiehlt sich, einen möglichst hohen Druck des Druckmittels zu verwenden. Geeignete Drucke befinden sich zwischen 1500 und 2500 bar .
Ebenso ist die Ausbildung des Dusenkopfes 3 ein Mittel, um je nach dem zu bearbeitenden bzw. abzutragenden Gegenstands in Verbindung mit der Bewegung des Dusenkopfes 3 optimale Verhältnisse einzustellen.
So empfiehlt es sich, nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung, wenn der Dusenkopf 3 mit einer Mitteldüse sowie mit zwei Seitendüsen versehen ist. Die Mitteldüse richtet einen Mittelstrahl 5b2 in Längsrichtung bzw. Axialrichtung des Düsenkopfes 3, während die Seitenstrahlen 5b1, 5b3 hierzu um einen Anstellwinkel β von etwa 20° versetzt sind. Die Strahlen 5b 1 5b2 und 5b3 treffen im wesentlichen jewεils punktförmig auf der Oberfläche des Gesteins 15 bzw. der schon gebildeten rinnen förmigen "Ausfräsung" 16 auf. Da sich der Düsenkopf 3 in der genannten kreisförmigen Bewegung befindet, werden auch diese Auftreffstellen der Strahlen 5b1, 5b2, 5b3 entsprechend den unterbrochenen Kreisen K1, K2 und K3 von Fig. 13 mit der Frequenz zwischen etwa 25 und 167 Hz geführt, so daß das Material des Gesteins 15 geradezu ausgeschlagen wird, um entsprechend der Breite C der von den Strahlen insgesamt bestrichenen Fläche die Rinne 16 aus dem Gestein 15 auszufrasen. Begünstigend wirkt, daß sich im Verlauf der Vorschubbewegung der Vorrichtung in Pfeilrichtung Y nach Fig. 13 Überlappungsbereiche Ü 1/2 und Ü 2/3 zwischen benachbarten Kreisen K1/K2 einerseits und K2/K3 andererseits ergeben, während in den Randbereichen, das heißt an den Rändern der Rinne 16, keine solchen Überlappungen auftreten. Bei einem Abstand zwischen dem Frontende des Dusenkopfes 3 und der von den Strahlen 5b1, 5b2 und 5b3 zu bestreichenden Fläche des Gesteins 15 von etwa 1 bis 2 cm und der Verwendung dieser drei Düsen wird bei einem Druckmitteldruck von 2000 bar und einer Frequenz von 50 Hz bei Sandstein eine Abtragrate von 15 m2/h und bei Granit auch noch eine so unerwartet hohe Abtragrate von 3 m2/h erreicht. Hierbei hat der Mittelstrahl 5b2 einen Durchsatz von 8 1/min und die Seitenstrahlen 5b1, 5b3 einen größeren Durchsatz von 14 1/min des aus Wasser bestehenden Druckmittels. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß diese hohe Abtragrate nur bei Verwendung eines solchen biegbaren Hochdruckschlauches als Pendelrohr 30 und als Verbindungselement zwischen Düsenkopf 3 und der im wesentlichen starren Zuleitung 12 unter Anwendung des Exzenterelements als Antriebsaggregat 32 möglich ist. Offensichtlich überlagern sich Bewegungen, die einerseits vom Exzenter, andererseits von der biegbaren und flexiblen Eigenschaft des Hochdruckschlauches und schließlich sogar von Druckstößen des Druckmittels selbst veranlaßt sind, welche die nicht dargestellte Hochdruckpumpe erzeugen.
Die Alternative zu der Vorrichtung von Fig. 9 ist in Fig. 14 und 15 gezeigt. Dort dient als Exzenterelement bzw. Antriebsaggregat 32 nicht ein Kurbelstück, sondern das unter einem Winkel von ca. 10 - 25° zur Längsachse der Welle 102 abgebogene Wellenende 102a, auf das eine Buchse als Exzenterelement bzw. Antriebsaggregat 32 aufgesteckt und befestigt ist. Diese Buchsε ist über einen als Kupplungselement 103 dienenden starren Arm mit dem Anschlußstück lc fest verbunden, das sich am Ende des Hochdruckschlauches 30 befindet und mit Hilfe einer Verbindungsmuffe 30a dort fest angebracht ist. Der Dusenkopf 3 ist in Fig. 15 nicht dargestellt. Die Welle 102 ist am Ende der Steuerleitung 31 - einem Rohr - mittels eines Lagers 31b gelagert, so daß sich das Wellenende 102a um die vom Lager 31b bestimmte Drehachse dreht und infolge des Winkels auch dem Anschlußstück lc und dem Düsenkopf 3 eine oszillierende Bewegung verleiht.
An der Kupplung 11 ist drehfest ein radial abstehender Arm 11a befestigt, der an einem Anschlag 31a an der Steuerleitung 31 anschlägt und hierdurch verhindert, daß sich das Gewinde der Kupplung 11 bei den oszillierenden bwz. pendelnden Bewe gungen des HD-Schlauches 30 lockert oder gar ungewollt aufdreht.
Bei der Erfindung bietet auch die Anordnung des Anschlußstückes lc zum Exzenterorgan eine weitere Variationsmöglichkeit. Ist zwischen dem Anschlußstück lc und dem Düsenkopf 3 ein weiterer Teil eines biegbaren Hochdruckschlauches 30 als "zusätzliches" Pendelrohr eingebaut, dann werden die peitschenden Düsenkopfbewegungen noch verstärkt. Die mechanische und hydraulische Wechselbeanspruchung des zu bearbeitenden Materials wird begünstigt.
Die Vorrichtung kann nicht nur zum Schneiden und/oder Bohren von Gestein 15 in offenen Steinbrüchen eingesetzt werden, sondern auch in Bergwerken unter Tage, beispielsweise in Salzlagerstätten zur Salzgewinnung oder in Kohleflözen zum Herausbrechen der Kohle oder auch zum Erweitern der Gänge, um unzulängliche Flöze besser zugänglich zu machen. Auch Tunnelvortriebe für z.B. unterirdische Verkehrswege sind hierdurch zu bewerkstelligen. Sie kann ferner zum Reinigen von Landebahnen, Mauern und dergleichen, zum Entfernen der Straßenmarkierungsfarben, zum Reinigen von Ölbehältern oder Kraftwerktanks oder auch zum Reinigen der Schiffswände unterhalb der Wasserlinie, nämlich zum Entfernen von Muscheln, Seepocken usw., und zum Aufrauhen von Straßendecken verwendet werden. Damit werden dem Fachmann weitere Einsatzmöglichkeiten an die Hand gegeben.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Schneiden, Bohren oder dergl. Bearbeiten von Gestein, Erzen, Naturfels, Beton oder dergl. mittels eines Druckmittels, bei der Druckmittel über eine Zuleitung einem Düsenkopf zuführbar und durch mindestens eine Düse desselben als Strahl unter einem Schwenkwinkel insb. oszillierend auf das Gestein oder dergl. richtbar ist und ein Antriebsaggregat den Dusenkopf in eine insb. oszillierende Bewegung im wesentlichen quer zur Strahlrichtung antreibt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zuleitung ein die insb. oszillierende Bewegung des Dusenkopfes (3) bewirkendes Pendelrohr (30) aufweist, an dem das Antriebsaggregat (32, 33) angreift, welches sich an einer Steuerleitung (31) abstützt, die sich im wesentlichen parallel zum Pendelrohr (30) erstreckt, den Energieträger zum Erregen des Antriebsaggregats (32) zu diesem leitεt und eine Führung (6) für das Pendelrohr (30) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Dusenkopf (3) mit mindestens zwei Düsen (5a) versehen und an einem als Antriebsaggregat (32) dienenden Exzenterelement angelenkt ist, das dem Düsenkopf (3) in einer Ebene im wesentlichen normal auf die Pendelrohrachse in einer im wesentlichen kreisförmigen oder ovalen Bahn bewegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Düsenkopf (3) am freien Ende des als biegbarer Hochdruckschlauch ausgebildeten Pendelrohres (30) angeordnet ist, das elastomeres Material aufweist und unter Innendruck aufweitbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Exzenterelement am Ende der Steuerleitung (31) gelagert und als Energieträger eine Welle (102) verwendet ist, welche die von einem am anderen Ende der Steuerleitung (31) angeordneten Motor (101) erzeugte kinetische Energie in Form einer Drehbewegung an das Exzenterelement überträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine zum Hochdruckschlauch (30) führende starre Zuleitung (12) über Verbindungsstege (36) mit der Steuerleitung (31) verbunden ist und mit dieser eine im wesentlichen langgestreckte und flache Baueinheit bildet.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der dem Düsenkopf (3) benachbarte Teil des als Hochdruckschlauch ausgebildeten Pendelrohrs (30) in einem bügeiförmigen Führungsorgan (6) geführt ist, von dem je ein Schenkel (6a), mit der Steuerleitung (31) und/oder einem Halteorgan (100) verbunden ist und die Seiten des Düsenkopfes (3) bzw. des diesen benachbarten Teils des Pendelrohres (30) mit Abstand umgibt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an die Steuerleitung (31) ein Ansatzstück (100) angesetzt ist, das in Längsrichtung (LR) der Vorrichtung über den Düsen kopf (3) übersteht.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Innendurchmesser des als Hochdruckschlauch ausgebildeten Pεndelrohrs (30) beträchtlich größer als der Innendurchmesser der im wesentlichen starren Zuleitung (12) gewählt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hochdruckschlauch (30) derart ausgebildet, angeordnet und bemessen ist, daß er beim Antrieb des Düsenkopfes (3) über das Exzenterelement eine wellenförmige Eigenverformung ausführt, und daß der Düsenkopf (3) so gelagert ist, daß dessen Bewegung außer durch das Exzenterelement auch durch die wellenförmige Eigenverformung des Hochdruckschlauchs (30) steuerbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Dusenkopf (3) auswechselbar an einem Kupplungsstück (lc) anschraubbar bzw. aufsteckbar ist, das mit dem Exzenterelement über ein Kupplungsteil (103) in AntriebsVerbindung steht.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Düsenkopf (3) mit einer Mitteldüse (5a) und mindestens einem Paar Seitendüsen (5a) versehen ist, die je einen seitlich des aus der Mitteldüse (5a) austretenden Mittelstrahles (5b2) versetzten und gegenüber dessen Strahlrichtung unter einem Anstellwinkel β geneigten Seitenstrahlen (5b1, 5b3) erzeugen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Anstellwinkel β etwa 15 bis 30° beträgt.
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