EP0362292B1 - Device to cut, drill or similarly machine rock, ore, concrete or similar - Google Patents
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- E21B7/18—Drilling by liquid or gas jets, with or without entrained pellets
Definitions
- the oscillating movement of the pendulum tube 30 and therefore of the entrained nozzle head 3, which oscillates to the right and left by the pivoting angle ⁇ , is caused by a drive unit 32, which is attached to the control line 31 and by an energy source, for example kinetic, electrical, electronic. Magnetic, pneumatic or hydraulic energy can be driven, which is guided through the control line 31 to the drive unit 32.
- 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 pulls the pendulum tube 30 back in the opposite direction, that is to say to the control line 31.
- the pendulum tube 30 between the coupling 11 and the nozzle head 3 is of sufficient length to cause sufficiently wide deflections on the nozzle head 3, even by slight deflection by means of the tappet 33 of the drive unit 32, because this results in the effectiveness of the pressure medium when it strikes on the rock 15 is improved.
- the drive unit 32 acts much further than the spring 34 in the direction of the coupling 11 on the pendulum tube 30.
- 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).
- 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 socket is fixedly connected via a rigid arm serving as coupling element 103 to the connecting piece 1c, 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.
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Abstract
Description
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 Druckmittels der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung.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.
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 eines 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.Such a device is already known (GB-PS 1 460 711). In this case, a nozzle head is deflected in oscillating movements transversely to the direction of the pressure medium jet emerging from a nozzle opening by means of a drive unit. Ultrasonic transducers, electromechanical transducers and also mechanically or hydraulically driven 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. However, it has been shown that this bearing wears out quickly when working with oscillating movements of relatively high frequency, which are recommended for productive cutting.
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.The same problems arise in another known device (GB-
Ferner ist es bekannt (DE-OS 35 16 572), einen an einen biegbaren Hochdruckschlauch angebrachten Düsenkopf mit mehreren Düsen zu versehen, welche stirnseitig in den Düsenkopf eingeschraubt sind. Eine Mitteldüse verläuft in Axialrichtung des Düsenkopfes, während beidseitig der Mitteldüsen zwei weitere Düsen mit in Bezug zur Achse des Düsenkopfes geneigten Düsenachsen angeordnet sind. Dieser Düsenkopf hat sich zum Schneiden von Gestein bereits gut bewährt.Furthermore, it is known (DE-OS 35 16 572) to provide a nozzle head attached to a bendable high-pressure hose with a plurality of nozzles which are screwed into the end of the nozzle head. A center nozzle runs in the axial direction of the nozzle head, while two further nozzles with nozzle axes inclined with respect to the axis of the nozzle head are arranged on both sides of the center nozzles. This nozzle head has already proven itself well for cutting rock.
Schließlich ist es bekannt (DE-OS 26 07 097), einen mit einer Düse versehenen Düsenkopf an einem um ein Schwenklager schwenkbares Rohr zu befestigen, dessen düsenkopffernes Ende mittels eines Exzenterelements, wie eines Kurbelantriebs, in einer kreisförmigen Bahn in einer quer zur Rohrachse befindlichen Ebene bewegbar ist.Finally, it is known (DE-OS 26 07 097) to fasten a nozzle head provided with a nozzle to a pipe which can be pivoted about a pivot bearing, the end of which is remote from the nozzle head by means of an eccentric element, such as a crank drive, in a circular path in a direction transverse to the pipe axis Level is movable.
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.The invention has for its object to improve the functionality of the device of the type mentioned in the introduction. Thus, it is particularly desirable to design relatively narrow devices, which also offer the possibility of working in long and narrow slots, bores and the like, for example in rock. The device should have a long service life. In addition, the purpose is to improve the functionality of the nozzle head with little manufacturing effort and little space. It is desirable to quickly process, for example, slot-like clearing of rock, flötz and the like. the like, in particular also of great hardness such as granite and marble.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Dabei ist jedenfalls ein Teil der Zuleitung als Pendelrohr 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 eine 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).The invention is characterized in claim 1. In any case, part of the supply line is designed as a pendulum 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 during 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).
Das Antriebsaggregat stützt sich an einer Steuerleitung, die sich im wesentlichen parallel zur Zuleitung erstreckt, ab.The drive unit is supported on a control line which extends essentially parallel to the supply line.
Die Steuerleitung leitet den Energieträger zum Erregen des Antriebsaggregates, z.B. auch mechanische Drehbewegungen d.h. kinetische Energie, zum Antriebsaggregat und weist eine Führung für das Pendelrohr auf, welche auch vom Antriebsaggregat selbst gebildet sein kann.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 guide for the pendulum tube, which can also be formed by the drive unit itself.
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 Düsenkopf 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.The pendulum tube itself can be made relatively rigid and can be coupled to the feed line in particular via a bendable and / or pivotable coupling. It is recommended 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 that is bendable, but still sufficiently rigid, so that the nozzle head is adequately 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.
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 Düsenkopf 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 oder dergl. erreicht. Diese Ausbildung ist besonders dann zweckmäßig, wenn nicht nur gerade Schnitte im Gestein durchgeführt werden sollen.According to a special embodiment of the invention, the nozzle head has a plurality of 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. In this embodiment of the invention, 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 above, not in a straight plane, in the manner of a fan, but in one or more curved and / or kinked planes run. By selecting the number and arrangement of the angles of attack or nozzle axes, a faster and more precise control of the "cutting width" in the rock, seam, vein, concrete or the like is achieved. This training is particularly useful if not only straight cuts are to be made in the rock.
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 Düsenkopf 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.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, which partially overlap and, when the device moves transversely to the pendulum tube or high-pressure hose and to the control line, better work out a slit-shaped path from the irradiated rock or rock.
Nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung werden keine Düsen stirnseitig auf den Düsenkopf aufgeschraubt. Vielmehr ist der Düsenkopf 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 Aufnahmevorrichtungen derselben im Düsenkopf müssen mit Gewinde versehen sein, so daß auch Einsatzdüsen aus Saphir verwendet werden können.According to a special embodiment of the invention, no nozzles are screwed onto the face of the nozzle head. Rather, 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 against stops which limit the connecting channels and form the transition points to the nozzles. Neither the insert nozzles nor their receptacles in the nozzle head have to be threaded, so that insert nozzles made of sapphire can also be used.
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 Düsenkopf dient, der durch das ausgestoßene Druckmittel selbst _ ohne ein Antriebsaggregat _ in peitschende Bewegungen oder der durch eine Kombination einer Antriebskraft vom durchströmenden Druckmittel selbst und von einem Antriebsaggregat zusätzlich in kreisende, stoßartige und/oder wellenartige Bewegung gebracht wird. Dabei ist die wellenförmige Bewegung des Hochdruckschlauches (in einer durch seine Achse verlaufenden Ebene) höchst förderlich.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 circular, shock-like and / or wave-like movement. The wavy movement of the high-pressure hose (in a plane running through its axis) is extremely beneficial.
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 nicht zur Erfindung Eugehörige Ausbildung einer Schneiderrichtung;
- 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.
- 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 plan 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;
- 6 is a partially broken top view of a cutting direction not belonging to the invention;
- FIG. 7 is a side view of the device according to FIG. 6 in partial section;
- 8 shows a partial section of another embodiment of the device;
- 9 is a partial view of another embodiment of the device;
- 10 shows a section XX of FIG. 9 enlarged;
- 11 shows an enlarged detail from FIG. 9;
- 12 shows a schematic vibration pattern of the high-pressure hose;
- 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
- 15 shows a detailed view (partially broken away) of part of the device from FIG. 14.
Gemäß Fig. 1 ist ein Rohr als Druckmittelzuleitung 12 über Verbindungsstege 36 mit der ebenfalls als Rohr ausgebildeten Steuerleitung 31 starr verbunden; das Rohr 12 und die Steuerleitung 31 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 Betrieb 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 Düsenkopfes 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 auftritt 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 Düsenkopf 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.According to FIG. 1, a pipe as a pressure
The
Zum Schutz der rohrförmigen Körper mit dem Pendelrohr 30 empfiehlt sich die mantelförmige Umhüllung derselben, wie durch die strichpunktierten Linien 40 angedeutet.To protect the tubular body with the
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 Betätigungsarm 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 33d in Achsrichtung der Steuerleitung 31 zu einer wesentlich größeren Bewegung des freien Endes 33c der Betätigungsstange 33a in einer quer zu dieser Achsrichtung liegenden Richtung. Damit bei hohen Drücken 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 30 hineingeführt.In the alternative embodiment of FIG. 3, the
Gemäß Fig. 4 ist der Düsenkopf 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 Frontflächen 21, 22 als auch über die mittige Stirnfläche 23 erstreckt, die im rechten Winkel zur Achse 25 des Düsenkopfes 3 verläuft, der aus Hartmetall besteht.4, the
An der anderen Seite des Düsenkopfes 3 befindet sich die Kammer 7, an deren ringförmiger Seitenfläche ein Anschlußstück 20 angeordnet ist, mit dem der Düsenkopf 3 auf das Kupplungsorgan 1c des Pendelrohres 30 gemäß Fig. 8 aufschraubbar ist. Strömt unter Druck stehendes Medium durch das Pendelrohr 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 solcherart 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.On the other side of the
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 Verbindungskanäle 5*b und damit der Düsen 5a sind unter Anstellwinkeln ß 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 Düsenkopfes 3 geneigt ist, was nach Fig. 5 nicht ohne weiteres zu erwarten ist.In the illustrated embodiment, the two
Während das Druckmedium über die unter dem Spreizwinkel γ zulaufenden Düsenkegel 5b zu den Düsen 5a noch komprimiert wird, entspannt sich das Druckmedium, insb. Wasser, hinter demselben zuerst hinter dem Bereich der Düsen 5a und danach außerhalb des Düsenkopfes 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 Düsenkopf 3 möglichst nahe, z.B. bis auf wenige Zentimeter, an das Gestein herangeführt.While the pressure medium is still compressed to the
Bei einer anderen nicht zur Erfindung gehörenden Schneiderrichtung 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 Düsenkopf 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.In another cutting direction according to FIGS. 6 and 7 which is not part of the invention, when the device is started up, the pressure medium in the direction of the arrow passes from the
Die Vorrichtung weist als Zuleitung ein Pendelrohr 30, hier in Form eines leicht federelastisch biegbaren HD-Schlauchs, mit einem Düsenkopf 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 Pendelrohres 30 zu vermeiden, weist dieses vorzugsweise eine Führung 2 auf, die zusammen mit dem Düsenkopf 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 1a 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 Druckmediumsleitung 12.The device has as a feed line a
Die Anschläge 4 können auch selbst aus einem federelastischen Material wie Gummi bestehen. Mit diesen Anschlägen 4 ist eine längere Lebensdauer gegenüber einer Ausführungsform ohne solche Anschläge 4 möglich.The stops 4 can also consist of a resilient material such as rubber. With these stops 4, a longer service life compared to an embodiment without such stops 4 is possible.
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 Schniedvorgang entfernte Material mit dem Medium abfließen kann. Mit den Schraubbolzen 13a kann die Führung 6 befestigt werden.The
Es ist zweckmäßig, das Gewicht des Pendelrohres 30 mit dem Düsenkopf 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.It is expedient to keep the weight of the
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.With the device, it is possible to make
Gemäß Fig. 9 bis 13 ist eine besonders bevorzugte Ausbildung der Erfindung im folgenden näher erläutert:9 to 13, a particularly preferred embodiment of the invention is explained in more detail below:
Danach ist gemäß Fig. 9 die langgestreckte und an den Unterbrechungsstellen U lediglich in der Darstellung unterbrochene, in der Praxis aber durchgehende langgestreckte Baueinheit aus unter anderen folgenden Teilen zusammengesetzt:According to FIG. 9, the elongated structural unit, which is only interrupted at the interruption points U in the illustration, but in practice is continuous, is composed of the following parts:
Die Druckmittelzuleitung 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 verbunden ist. Beim Drehen der Welle 102 um deren Achse wird das Kupplungs element 103 durch das nach Art einer Kurbel wirkende Exzenterelement in einer Kreisbahn bewegt; es nimmt auch das Anschlußstück 1c 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 1c angeschraubte Düsenkopf 3 mit der Umdrehung der Welle 102 eine kreisförmige Bewegung durchführt. Entsprechende Kreisbahnen bestreichen die vom Düsenkopf 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.The pressure
In Fig. 10, welche einen Teilschnitt 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 Düsenkopf 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 außere dem Düsenkopf 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 (30ʹ) und in strichpunktierten (30ʺ) 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 Bearbeitungs- bzw. Abtragrate des Gesteins überraschenderweise sogar besonders vorteilhaft. Dagegen sollte ein zu großes Auslenken des Schlauches, d.h. zu große Schwingungsamplituden an Wellenbäuchen E, F durch das Führungsorgan 6 vermieden werden. 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.In FIG. 10, which shows a partial section XX according to FIG. 9,
Es empfiehlt sich, einen möglichst hohen Druck des Druckmittels zu verwenden. Geeignete Drücke befinden sich zwischen 1500 und 2500 bar.It is recommended to use the highest possible pressure medium pressure. Suitable pressures are between 1500 and 2500 bar.
Ebenso ist die Ausbildung des Düsenkopfes 3 ein Mittel, um je nach dem zu bearbeitenden bzw. abzutragenden Gegenstand in Verbindung mit der Bewegung des Düsenkopfes 3 optimale Verhältnisse einzustellen.Likewise, the design of the
So empfiehlt es sich, nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung, wenn der Düsenkopf 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 5b₁ 5b₂ und 5b₃ treffen im wesentlichen jeweils punktförmig auf der Oberfläche des Gesteins 15 bzw. der schon gebildeten rinnenförmigen "Ausfräsung" 16 auf. Da sich der Düsenkopf 3 in der genannten kreisförmigen Bewegung befindet, werden auch diese Auftreffstellen der Strahlen 5b₁, 5b₂, 5b₃ entsprechend denanterbrochenen 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 auszufräsen. 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 Düsenkopfes 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 l/min und die Seitenstrahlen 5b₁, 5b₃ einen größeren Durchsatz von 14 l/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.So it is recommended, according to a special embodiment of the invention, if the
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 Buchse ist über einen als Kupplungselement 103 dienenden starren Arm mit dem Anschlußstück 1c fest verbunden, das sich am Ende des Hochdruckschlauches 30 befindet und mit Hilfe einer Verbindungsmuffe 30a dort fest angebracht ist. Der Düsenkopf 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 η auch dem Anschlußstück 1c und dem Düsenkopf 3 eine oszillierende Bewegung verleiht.The alternative to the device of Fig. 9 is shown in Figs. 14 and 15. There, the eccentric element or drive
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 baro. pendelnden Bewe gungen des HD-Schlauches 30 lockert oder gar ungewollt aufdreht.A radially protruding
Bei der Erfindung bietet auch die Anordnung des Anschlußstückes 1c zum Exzenterorgan eine weitere Variationsmöglichkeit. Ist zwischen dem Anschlußstück 1c 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.In the invention, the arrangement of the
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.The device can not only be used for cutting and / or
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