DE2232993B1 - Schneidvorrichtung zum Einschneiden von Schlitzen in eine Gesteinsoberfläche durch Flüssigkeitsstrahlen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneidvorrichtung zum Einschneiden von Schlitzen in eine Gesteinsoberfläche durch Flüssigkeitsstrahlen beim Abbau an einer Gesteinswand mit einem neben der Gesteinsoberfläche aufstellbaren Tragrahmen, auf welchem ein oder mehrere Strahleinheiten, bestehend jeweils aus einem Druckerzeuger mit fest angeschlossener Strahldüse, gelagert sind.

Die Strahldüsen müssen während des Schneidvoreanes in Schnittrichtung geführt werden. Dies geschah bei bekannten Ausführungen durch Bewegung allein der Strahldüsen, die in diesem Fall über gleitende Dichtungen an die Druckerzeuger, welche in bekannter Weise auch längs einer Gesteinswand verfahrbar sein können, angeschlossen sein müssen. Wegen des angestrebten sehr hohen Flüssigkeitsdrucks in den Leitungen vor den Strahldüsen wären gleitende Dichtungen jedoch nur schwierig und mit großem Aufwand herzustellen. Es ist auch eine Schneidvorrichtung für Laborversuche bekannt, bei welcher die Strahldüse mit dem Druckerzeuger ortsfest installiert ist und die zu schneidende Probe bewegt wird. Diese Anordnung ist jedoch für die Verwendung zum Abbau einer Gesteinswand ungeeignet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schneidvorrichtung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, welche durch Vermeidung gleitender Dichtungen gestattet, mit extrem hohen Strahldrücken zu schneiden.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strahleinheiten auf einem auf dem Tragrahmen geführten Schlitten montiert und während des Schneidvorgangs entlang der Gesteinsoberfläche verfahrbar sind.

Die vorgeschlagene Lösung kommt mit festen Leitungsverbindungen zwischen dem Druckerzeuger und den Strahldüsen aus, welche beide während des Schneidvorgangs gemeinsam bewegt werden. Trotz dieser funktionsnotwendigen Beweglichkeit der Strahldüsen stellen deshalb die Leitungsverbindungen keine Hindernisse für die angestrebte Steigerung des Strahldrucks dar.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Gesteinsschneidvorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach F i g. 1, aufgestellt vor einer zu schneidenden Wand,

F i g. 3 eine Frontansicht der Schneidvorrichtung nach F i g. 1 und 2,

F i g. 4 eine im Maßstab größere Schnittansicht durch die Flüssigkeits-Druckerzeuger der Schneidvorrichtung nach F i g. 1 bis 3,

F i g. 5 eine F i g. 2 entsprechende Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Es wird zunächst auf die F i g. 1 bis 4 Bezug genommen. Dort ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete Gesteins-Schneidvorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt, welche unter anderem aus einem Tragrahmen 12 besteht, dessen Füße ausfahrbare Kraftzylinder 14 bilden, die eine genaue Ausrichtung des Rahmens auf bestimmtem Niveau ermöglichen. Es sind an dem Tragrahmen 12 weiterhin nach oben ausfahrbare Kraftzylinder 16 angebracht, so daß er vor einer abzubauenden Wand, die in F i g. 2 mit 92 bezeichnet ist, zwischen Boden % und Decke 94 (F i g. 3) fest eingespannt werden kann. Am Tragrahmen 12 sind Steuerventile 18 angeordnet, die der Betätigung der Kraftzylinder 14 und 16 sowie der Steuerung anderer, nachstehend beschriebener Funktionen dienen. Ein Schlitten 20 mit einer oberen Platte 21, auf welcher ein Paar Druckverstärker bzw. Druckerzeuger 22 montiert ist, wird längs des Tragrahmens 12 verschieblich geführt. Zu jedem Druckerzeuger 22 gehört ein Kraftzylinder 24 und ein Pumpenzylinder 26. Letzterer ist über ein die Auslaßleitung bildendes Rohr 28 mit einer Düse 30 verbunden. Die Zylinder 24 und 26, welche beide sehr hohen Drük-

cen ausgesetzt sind, wie sich aus der nachfolgenden Beichreibung ergibt, sind außerordentlich stark ausgebiliet Eine von Hand zu betätigende Stellspindel 31 F i g. 2) dient dazu, die Platte 21 auf dem Schlitten 20 tu verschieben, um einen gewünschten Abstand der Düsen 30 mit Bezug auf die Wand 92 einzustellen.

Der Schlitten 20 sitzt gleitend auf einem Paar sich in Längsrichtung erstreckender Führungsstangen 32. Der Antrieb des Schlittens 20 erfolgt über ein Paar Ketten 34, die auf einer Seite des Tragrahmens 12 über ein Paar Ketten-Antriebsräder 36 laufen und auf der anderen Seite über Umlenkräder 38 geführt sind. Die letzteren sitzen auf einer Achse 40, die in Lagergehäusen 41 gelagert ist Die Antriebs-Kettenräder 36 sitzen auf einer Antriebswelle 42, die in Lagergehäusen 44 gelagert ist und durch einen in beiden Drehrichtungen betreibbaren hyd.~ulischen Motor 46, welcher mittels der Ventile 18 gesteuert wird, antreibbar ist Der Weg des Schlittens 20 wird nach beiden Seiten begrenzt durch als Endschalter dienende Umsteuerventile 48, bei deren Betätigung durch den Schlitten 20 dessen Fahrtrichtung gewechselt wird. Puffer oder Stoßdämpfer 50 an den seitlichen Enden des Tragrahmens 12 dienen dazu, den Schlitten 20 weich abzufangen, falls dieser über eine durch ein Umsteuerventil 48 begrenzte Endsteüung hinausfährt

Die Druckerzeuger 22 sind in F i g. 4 im Querschnitt dargestellt. Innerhalb jedes Kraftzylinders 24 gleitet ein Arbeitskolben 52. Eine mit diesem verbundene Kolbenstange 54 in vorzugsweise einstückiger Ausbildung ist dicht, aber verschieblich in dem Pumpenzylinder 26 geführt, und ihr freies Ende 56 dient als Pumpenkolben. Durch die hintere Endwand 60 der Kraftzylinder 24 führt je eine Druckleitung 58. Die beiden Druckleitungen 58 sind mit einem Umsteuerventil 62 verbunden, welches in einem auf dem Schlitten 20 befestigten Gehäuse 63 montiert ist. Das Umsteuerventil 62 ist an Druck- und Abflußleitungen 64 bzw. 66 angeschlossen und so eingestellt, daß abwechselnd jeweils einer der Kraftzylinder 24 an eine hydraulische Druckquelle angeschlossen ist, während der andere mit dem Ablauf verbunden ist. Nur in der Ausgangsposition sind beide Kraftzylinder an den Ablauf angeschlossen.

Die für den Rückhub der Arbeitskolben 52 mit Druck beaufschlagten Seiten der Kraftzylinder 24 (das sind die auf der den hinteren Endwänden 60 gegenüberliegenden Kolbenseite befindlichen Zylinderräume) stehen über eine kurze Leitung 68 miteinander in Verbindung. Dadurch wird erreicht, daß der jeweils von der hinteren Endwand 60 aus nach vorn geschobene, gerade pumpende Kolben 52, 54 einen in den vorderen Zylinderräumen der Zylinder 24 und in der Verbindungsleitung 68 befindlichen Flüssigkeitsvorrat in den jeweils anderen Zylinderraum verdrängt, wodurch der dortige Kolben 52 zur Endwand 60 hin zurückgeschoben wird.

Die Pumpenzylinder 26 werden durch Axialbohrungen durch die Kolben 52 und 54 mit Wasser unter niedrigem Druck gefüllt. Ein Rückschlagventil 72 in jeder Bohrung 70 verhindert den Rückfluß des Wassers, wenn beim Vorschieben der Kolben der Druck im Zylinder 26 ansteigt. Jede Bohrung 70 findet nach hinten ihre Fortsetzung in einem dicht und fest in den Kolben 52 eingesetzten, nach hinten herausragenden Rohr Dieses ist so lang, daß es durch eine Bohrung in der hinteren Endwand 60 reicht, wo eine Dichtung 76 vor- ⁶S gesehen ist. Das hintere, freie Ende jedes Rohres wird überdeckt durch einen auf der Außenseite der hinteren Endwand 60 dicht befestigten, geschlossenen Rohrstutzen 78, der ausreichend lang ist, um die Hubbewegung des Rohres 74 zusammen mit dem Kolben 52 zu ermöglichen. Vom Rohrstutzen 78 zweigt jeweils eine Leitung 80 für die Zufuhr von Wasser ab. Beide Leitungen 80 führen zu dem Ventilgehäuse 63, wo sie sich vereinigen und an eine Wasserzufuhrleitung 82 angeschlossen sind.

In den Rohrstutzen 78 ist ein hydraulisches Ventil 84 mit einem beweglichen Fühlglied, das an dem Rohr 74 gleitet, montiert. Wenn der Kolben 52 in die vordere Endstellung seines Hubs gelangt, kommt das Fühlglied 86 vom Rohr 74 ab und verursacht ein an das Ventil 62 geleitetes Signal, durch welches die hydraulische Druckflüssigkeit zu den Kraftzylindern 24 umgesteuert

Jedes zu der Düse 30 führende Rohr 28 ist flach Z-förmig gekrümmt und hat am hinteren Ende einen Flansch 88. Eine den Flansch 88 übergreifende Schraube 90, die in die vordere Endwand des Zylinders 26 eingeschraubt wird, zieht das Rohr 28 in jeder gewünschten Drehwinkelstellung fest

Am Tragrahmen 12 sind ösen 91 angebracht, an denen sich Ketten befestigen lassen. Mittels nicht gezeigter Winden kann auf diese Weise der Tragrahmen 12 mit Bezug auf die Wand 92 bewegt werden.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die wirksame Kolbenfläche des Arbeitskolbens 52 wesentlich größer ist als die des Pumpenkolbens 54, und zwar zweckmäßigerweise 12 bis 24 mal so groß. Im Rahmen dieser Größenverhältnisse wird der Bereich, wo die Kolbenfläche des Arbeitskolbens 15 bis 18 mal so groß ist wie die wirksame Fläche der Kolbenpumpe, bevorzugt. Insbesondere das Verhältnis von ungefähr 17:1 wird vorzugsweise verwendet. Da der Druck des Hydrauliköls, mit welchem die Kraftzylinder 24 beaufschlagt werden, in der Größenordnung von 300 Bar liegt, ergibt sich bei dem angegebenen Verhältnis der Kolbenflächen für das Wasser ein Pumpendruck von etwas weniger als dem 17fachen des vorstehend genannten Drucks. Der Durchmesser der Düsenöffnung 30 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,4 bis 1,2 mm, insbesondere wird eine öffnungsweite von 0,6 mm vorgezogen. Die Dauer eines Pumpenhubs beträgt 2,5 sek. Die Geschwindigkeit des Schlittens liegt zur Zeit bei bis zu einem Meter pro Sekunde. Die bevorzugte Weglänge des Schlittens 20 von einer Seite des Tragrahmens zur gegenüberliegenden Seite ist so gewählt, daß der Pumpenhub des Pumpenkolbens 54 mit der Verfahrbewegung des Schlittens synchronisiert werden kann. Die Düse besteht aus geeignetem widerstandsfähigem Material, z. B. Hartmetall oder Keramik.

Zur Inbetriebnahme wird die vorstehend beschriebene Vorrichtung vor der zu schneidenden Wand 92 aufgesetzt und zwischen Decke 94 und Boden % mittels der Kraftzylinder 14 und 16 eingespannt. Die zu den Düsen 30 führenden gekrümmten Rohre 28 werden in die gewünschte Stellung gedreht und mittels der Schrauben 90 festgezogen. Die Lage der Platte 21 mit Bezug auf den Schlitten 20 wird durch die Stellspindel 31 so einjustiert, daß die Düsen 30 genau den gewünschten Abstand von der Wand 92 haben. Danr wird der Schlittenantrieb eingeschaltet, und währenc der Schlitten parallel zur Wand verfährt, wird unter ho hem Druck ein Flüssigkeitsstrahl aus einer der Düser ausgespritzt. Am Ende der Fahrbewegung des Schiit tens in der einen Richtung erfolgt zur Richtungsumkeh die Umsteuerung des Schlittenantriebs, und währen« der Schlitten zurückfährt, wird durch die andere Düsi

ein Strahl ausgespritzt. Nach einer Anzahl Hin- und Hergängen des Schlittens kann in Granit ein Schlitz von bis zu 5 cm (zwei Zoll) und in Quarzit ein Schlitz von bis zu 2,5 cm (1 Zoll) eingeschnitten sein. Die Schlitzbreite liegt in der Größenordnung von 1 bis 2 mm. Die Ausrichtung der gekrümmten Rohre 28 kann entweder so gewählt sein, daß zwei Schlitze geschnitten werden, es ist aber auch möglich, beide Düsen auf denselben Schlitz auszurichten. Beim Einsatz in tiefen Goldminen ist der innere Druck auf das Gestein infolge der darüber lagernden Gesteinsschichten so groß, daß es sich beim Schneiden eines Schlitzes selbst von der Wand abspaltet. Es ist deshalb in diesem Fall sehr oft gar nicht nötig, zwei Schlitze zu schneiden. Beim Abbau von Kohle und anderen Bergbauarbeiten in geringerer Tiefe werden hingegen regelmäßig zwei Schlitze und das Herausbrechen des Materials zwischen den Schlitzen notwendig sein.

Eine gegenüber F i g. 1 bis 4 abgewandelte Ausführung einer Schneidvorrichtung ist in der F i g. 5 dargestellt. Diese insgesamt mit HO bezeichnete Maschine hat einen Rahmen mit Endstücken 112 und 114, die zum Aufstellen und Einspannen nach unten und oben auszufahrende Kraftzylinder 116 und 118 tragen und durch sich in Längsrichtung erstreckende Führungen 120 verbunden sind. Die Führungen 120 bestehen aus einem Paar Kolbenstangen, deren jede einen nicht gezeigten Kolben trägt. Auf den Kolben gleiten Zylinder 122, welche an ihren Enden durch Querverstrebungen 124 verbunden sind. Eine Halterung 126, welche dem bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel genannten Schlitten 20 entspricht, überspannt die Zylinder 122 und trägt einen doppeltwirkenden Druckverstärker bzw. Druckerzeuger 128, welcher so befestigt ist, daß er insgesamt um eine Querachse gedreht und festgestellt werden kann. Die Halterung 126 kann an jedem Ende der Zylinder 122 angebracht werden.

Es wurde gefunden, daß die zuerst beschriebene Ausführung (F i g. 1 bis 4) sich sehr gut als Schneidvorrichtung zur Verwendung in tiefen Goldminen eignet. Sie kann aber auch an anderen Stellen im Bergbau eingesetzt werden. Die beschriebenen Schneidvorrichtungen sind nicht einmal auf das Schneiden von Gestein beschränkt. Zum Beispiel können sie auch nach Vornahme entsprechender Änderungen, vornehmlich am Tragrahmen, zum Schneiden anderer Materialien, wie z. B. Papier, Sperrholz und Kunststoff, eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung zum Schneiden von Asbest.

Es ist ersichtlich, daß bei den vorstehend beschriebenen Ausführungen das Teilaggregat zur Erzeugung des gewünschten hohen Drucks während des Betriebs der

ίο Maschine relativ zur Düse feststeht. Sowohl der Druckerzeuger als auch die Düse sind fest auf dem Schlitten montiert und werden zusammen relativ zu dem zu schneidenden Material bewegt Durch diese Anordnung wird erreicht, daß keine gleitenden Dichtungen, welche den hohen Druck aushalten müssen, erforderlich sind, wie es z. B. der Fall sein würde, wenn die Düse relativ ?um Druckerzeuger beweglich wäre. Durch die beschriebene Lösung wird das Problem, wie derartige druckfeste leitende Dichtungen ausgebildet werden sollen, in einfacher Weise umgangen.

Weiterhin ergibt sich aus dem Vorstehenden, daß sich der Abstand der Düsen von der Gesteinswand sehr leicht einstellen läßt, so daß im Betrieb mit optimalem Abstand gearbeitet werden kann. Auch bei dieser Einstellung des Abstands der Düsen von der Wand führen der Druckerzeuger und die Düse die Einstellbewegung gemeinsam aus.

In praktischer Ausführung der Erfindung sind weitere Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele möglich. So können z. B. die Druckerzeuger derart ausgelegt und gesteuert werden, daß ein Strahl jeweils nur während eines Teils eines Hubs des Schlittens ausgespritzt wird. Gewöhnlich wird man dann so arbeiten, Haß während der Fahrt des Schlittens in einer Richtung die Düsen eine Anzahl Schlitze schneiden und dann während der Fahrt des Schlittens in Gegenrichtung die Düsen die Strahlen gegen Bereiche der Wand richten, welche bei der Fahrt in der ersten Richtung nicht beaufschlagt worden sind. Auf diese Weise können z. B. ein oder zwei aus je zwei sich fortsetzenden Teilstücken bestehende Schlitze nach zwei und mehr Fahrbewegungen des Schlittens geschnitten werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schneidvorrichtung zum Einschneiden von Schlitzen in eine Gesteinsoberfläche durch Flüssigkeitsstrahlen beim Abbau an einer Gesteinswand mit einem neben der Gesteinsober fläche aufstellbaren Tragrahmen, auf welchem ein oder mehrere Strahleinheiten, bestehend jeweils aus einem Druckerzeuger mit fest angeschlossener Strahldüse gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahleinheiten (22, 30; 128,148) auf einem auf dem Tragrahmen (12; 112, 114, 120) geführten Schlitten (20: 26) montiert und während des Schneidvorgangs entlang der Gesteinsoberfläche verfahrbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Schlitten (20; 126) zwei Strahleinheiten (22, 30; 128, 148) derart montiert find, daß ihre Strahlen bei der Bewegung des Schlittens zwei parallele Schlitze in die Gesteinsoberfläthe schneiden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüse (30) über ein im wesentlichen schwach Z-förmig gekrümmtes Rohr (28) an den Druckverstärker (26, 54) angeschlossen ist, welches zur Veränderung der Lage der Strahldüse (30) in seiner Aufnahme (90) drehbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Befestigungs- oder Einspannmittel (90) zum Festlegen des Rohres (28) in einer bestimmten Stellung.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitshub des Druckverstärkerkolbens (28, 54; 134, 138) zeitlich zusammenfällt mit der Dauer der Schlittenbewegung in einer Richtung längs des Tragrahmens.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (126) mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Kraftzylinders (120/122) längs des Tragrshmens (112,114,120) verfahrbar ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (20) durch eine Antriebskette (34) längs des Tragrahmens (12) verfahrbar ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Endschalter (48) am Tragrahmen (12) und einen durch diese umsteuerbaren Schlittenantrieb (46).

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor für den Schlittenantrieb auf dem Schlitten montiert ist.