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Titel: Schneiddüsenvorrichtung für Vortriebs-und Abbaumschinen u.dgl.
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Die Erfindung betrifft eine Schneiddüsenvorrichtung für Vortriebs-
und Abbaumaschinen u.dgl. zum Schneiden eines Schlitzes in den Arbeitsstoß mittels
Hochdruckwasserstrahlen.
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Es ist bekannt, Vortriebsmaschinen, wie Streckenroder Tunnelvortriebsmaschinen,
oder auch der bergbaulichen Gewinnung dienende Abbaumaschinen, wie vor allem Kohlenhobel,
mit Schneiddüsen auszurüsten, die energiereiche kontinuierliche oder auch pulsierende
Hochdruckwasserstrahlen erzeugen, mit deren Hilfe Schlitze im Arbeitsstoß geschnitten
werden. Die bekannten Schneiddüsenvorrichtungen arbeiten mit Wasserdrücken von mindestens
etwa 500 bar, nicht selten mit Drücken von 1000 bar und weit darüber.
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Zum Abbau von flözartigen Lagerstätten, wie vor allem Kohlenflözen,
ist es bekannt, einen am Abbaustoß entlangbewegten Hobel mit einer Vielzahl hydraulischer
Schneiddüsen auszustatten, die parallel und quer zueinander verlaufende Schlitze
schneiden und das Flöz, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit mechanischen Lösewerkzeugen,
mehr oder weniger vollständig zerspanen (DE-AS 23 07 413, DE-AS 28 32 319, DE-OS
24 06 893, Zeitschrift "Glückaut" 1981, Seiten 919 bis 922)o Auch gehört
es
bereits zum Stand der Technik, Schrämmaschinen mit Schneiddüsen oder mit diisenbestückten
Schrämmeißeln auszurüsten, um Hartgestein oder Erzlagerstätten mit Hilfe von Hochdruckwasserstrahlen
zu schneiden bzw.
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hereinzugewinnen (Zeitschrift "GlUckauf" 1977, Seiten 720/721). Ferner
sind Vortriebs- und Abbaumaschinen bekannt, die an einem am Arbeitsstoß entlangbewegten
Tragrahmen Schneiddüsen aufweisen, die Schlitze im Stoß schneiden, wobei das Pumpenaggregat
für die Erzeugung des Hochdruckwassers auf dem Tragrahmen angeordnet ist (DE-BS
22 32 993). Um Schlitze größerer Tiefen und Breiten auf hydraulischem Wege zu schneiden,
werden bei bekannen Maschinen mehrere Schneiddüsen so angeordnet, daß sie mit sich
kreuzenden Hochdruckwasserstrahlen in denselben Schlitz aussprühen (DE-OS 23 48
431). Dabei können an einem gemeinsamen Düsenhalter mehrere Schneiddüsen angeordnet
sein.
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Bei den bekannten Abbau- und Vortriebsmaschinen, die mit feststehend
oder einstellbar am Werkzeugträger angeordneten Schneiddüsen und zum Teil auch mit
im Betrieb oszillierenden Schneiddüsen arbeiten, lassen sich Schlitze von der gewunsohten
Spantiefe, die in der Grö-Benordnung von etwa 40 bis 70 mm liegt, nur dann auf hydraulischem
Wege in den Abbaustoß schneiden, wenn mit verhältnismäßig hohen Wasserdrücken gearbeitet
wird und/oder die Schneiddüsen mit verhältnimäßig geringer Geschwindigkeit gegenüber
dem Abbaustoß bewegt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schneiddüsenvorrichtung zur Verwendung
bei Vortriebs- und Abbaumaschinen u.dgl., insbesondere bei Tunnel- und Streckenvortriebsmaschinen,
Kohlenhobeln und Schrämmaschinen herk6smlicher Art zu schaffen, mit der es möglich
ist, Schlitze der gewünschten Tiefe in der genannten Größenordnung von
etwa
40 bis 70 mm in einem Arbeitsgang hydraulisch zu schneiden, ohne daß mit übermäßig
hohen Wasserdrücken und mit solch kleinen Arbeitsgeschwindigkeiten der Maschinen
bzw. ihrer Werkzeugträger gearbeitet werden muß, daß die Wirtschaftlichkeit der
Maschinen in Frage gestellt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schneiddüsenvorrichtung
aus einer Flachstrahldüse oder einem Düsenstock mit einer Gruppe von in Bewegungsrichtung
der Schneiddüsenvorrichtung dicht hintereinander angeordneten, in denselben Schlitz
ausspritzenden Strahldüsen besteht, wobei die Flachstrahldüse bzw. der Düsenstock
einen Flachstrahl bzw. ein Flachstrahlbündel erzeugt, dessen Abmessung in Bewegungsrichtung
der Schneiddüsenvorrichtung um ein Mehrfaihe s größer ist als seine Strahldicke
senkrecht zur Bewegungsrichtung der Schneiddüsenvorrichtung.
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Die Verwendung einer Flachdüse, die einen Hochdruckwasserstrahl in
Form eines Flachstrahles erzeugt, dessen Abmessung in Bewegungsrichtung der SchneiddUsenvorrichtung,
d.h. der Abbau- oder Vortriebsmaschine bzw. ihres Werkzeugträgers, um ein Mehr-
oder Vielfaches größer ist als die Strahldicke an der Düsenmündung , ermöglicht
es, einen Schlitz in den Arbeitsstoß in nur einem einzigen Durchgang auf die gewünschte
Spantiefe von im allgemeinen etwa 40 bis 70 mm zu schneiden, ohne daß mit übermäßig
hohen Wasserdrücken gearbeitet werden muß. Der mit Hilfe der Flachstrahldüse erzeugte
Flach strahl hat etwa dieselbe Wirkung wie eine Einzeldüse, die in zahlreichen aufeinanderfolgenden
Durchgängen (Bestreichungen) unter stufenweiser Schlitzvertiefung durch ein und
denselben Schlitz hindurchgeführt wird. Die Verwendung der Flachstrahldüse ermöglicht
es daher, den Schramschlitz
im Gesteins- oder Nineralstoß mit der
gewünschten Spantiefe bei nur einer einzigen Bestreichung zu schneiden und dabei
mit ausreichend großer Geschwindigkeit der die Schneiddüsenvorrichtung aufweisenden
Maschine bzw.
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ihres Werkzeugträgers zu arbeiten.
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Die gleiche Wirkung läßt sich erzielen, wenn eine Gruppe von Einzeldüsen
in dichtem Abstand zueinander derart zu einem Düsenstock bzw. einer Düsenreihe zusammengefaßt
wird, daß ein dem Flachstrahl der FlachstrahldU-se in der Wirkung vergleichbares
Flachstrahlbündel erzeugt wird. Der dichte Abstand der Einzeldüsen innerhalb des
Düsenstocks stellt sicher, daß beim Vorbeigang der Schneiddüsenvorrichtung sämtliche
Düsen des DEsenstocks, ungeachtet des FUhrungs- und/oder Bewegungsspiels des die
Schneiddüsenvorrichtung aufweisenden Werkzeugträgers, in derselben Spur laufen,
also in denselben Schlitz ausspritzen und diesen stufenweise auf die gewünschte
Spantiefe vertiefen. Bei einem zu großen Abstand der Düsen in Bewegungsrichtung
der Schneidddsenvorrichtung würde aufgrund des unvermeidlichen Furungsspiels nicht
sichergestellt sein, daß alle DUsen in denselben Schlitz ausspritzen. Unter "dichtem"
Abstand der Strahldüsen des Düsenstocks ist zu verstehen, daß der Abstand der von
den benachbarten DUsen erzeugten Strahlkegel im Schlitztiefsten nicht wesentlich
größer ist als der Durchmesser des Strahlkegels einer Einzeldüse im Schlitztiefsten,
vorzugsweise sogar so klein ist, daß sich die Strahlkegel der benachbarten Düsen
im Schlitztiefsten berühren oder übergreifen.
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Bei einer Flachstrahldüse ist die Länge des DUsenschlitzes um mindestens
etwa das 10- bis 35fache, vorzugsweise das 20- bis 30fache, größer als die Dicke
des Düsenschlites an der Mündung Mit einer solchen Flachstrahldüse lassen
sich
bei normalen Gesteinsmächtigkeiten in einem einzigen Durchgang Schlitze mit einer
Spantiefe von etwa 40 bis 70 mm schneiden, wobei mit Wasserdrücken in der Größenordnung
von etwa 500 bis 800 bar und mit bei den herkömmlichen Vortriebs- und Abbaumaschinen
Ublichen Arbeitsgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann. Um Mit einem DUsenstock
gleichartige Ergebnisse zu erzielen, weist dieser zweckmäßig mindestens 5 bis 35
Strahidüsen, vorzugsweise 20 bis 30 Strahldüsen, in Bewegungsrichtung der Schneiddüsenvorrichtung
dicht hintereinander auf. Bestehen die Strahldüsen des Dusenstocks aus den herkömmlichen
Düsen mit runden DU-senöffnungen, so empfiehlt es sich, am Düsenstock mindestens
20 bis 30 Düsen dieser Art in Form einer Düsenreihe vorzusehen, Andererseits kann
der Düsenstock aber auch mehrere Einzeldüsen mit schlitzartigen DU-senöffnungen
aufweisen. In diesem Fall genügen gegebenenfalls schon 5 bis 15 solcher Düsen, Die
zu dem Dusenstock vereinigten Strahldüsen sind zweckmäßig so ausgerichtet, daß sie
parallele Hochdruckwasserstrahlen erzeugen.
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Die Flachstrahldüse bzw. der Düsenstock kann so gegenüber dem Arbeibætoß
ausgerichtet sein, daß der bzw.
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die Hochdruckwasserstrahlen etwa senkrecht gegen den Arbeitsstoß gerichtet
sind. Andererseits läßt sich die Anordnung mit Vorteil aber auch so treffen, daß
die Flachstrahldüse bzw. der Düsenstock Hochdruckwasserstrahlen erzeugt, die unter
einem spitzen Winkel auf den Arbeitsstoß auftreffen. Hierdurch wird der "Ladeeffektn,
d,h. das Herausspülen des gelösten Guts aus dem Schramschlitz verbessert.
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In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindu E kann die Flachdüse
bzw. der Düsenstock mit der bzw. den
Düsenmündungen schräg zur
Bewegungsrichtung der Schneiddüsenvorrichtung derart angeordnet sein, daß der Abstand
der Düsenmündung vom Arbeitsstoß entgegen der Bewegungsrichtung der Schneiddüsenvorrichtung
abnimmt.
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Bei einer Flachdüse ist demgemäß der Abstand der schlitzartigen Düsenmündung
vom Arbeitsstoß über deren gesamte Länge zumindest angenähert gleich groß. Entsprechendes
gilt bei einem Düsenstock für den Abstand der DUsenmündungen der Einzeldüsen. Mit
dieser Maßnahme wird der Schneideffekt verbessert.
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Bei Verwendung eines Düsenstocks empfiehlt es sich, sämtliche Strahldüsen
an einem gemeinsamen Düsenträger anzuordnen, der lösbar am Werkzeugträger der Vortriebs-bzw.
Abbaumaschine angeordnet werden kann.
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Selbstverständlich kann die Vortriebs- oder Abbaumaschine bzw. ihr
Werkzeugträger auch mit mehreren Flachdüsen oder Düsenstöcken der genannten Art
ausgestattet sein, um mehrere parallele oder auch quer zu einander verlaufende Schlitze
im Arbeitsstoß zu schneiden. Zusätzlich kann die Maschine mit mechanischen Ldsewerkzeugen,
z.B. Meißeln, und/oder Brechwerkzeugen u.dgl.
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ausgestattet sein, um die zwischen den Schlitzen zunächst stehenbleibenden
Stege zu lösen. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schneiddtisenvorrichtung bei
einer Vollschnittmaschine wird die Schneiddüsenvorrichtung am rotierenden Bohrkopf
der Maschine angeordnet, so daß die Flachdüse bzw. der Düsenstock sich auf einem
Kreisbogen um die Drehachse des Bohrkopfes bewegt0 Die Flachdüse kann hierbei entsprechend
dem Radius des zu schneidenden Schlitzes bogenförmig gekrtlmmt sein. Entsprechendes
gilt für den Düsenstock, bei dem also die Einzeldüsen auf einem Kreisbogensegment
dicht nebeneinander angeordnet sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit den in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig.
1, 2 und 3 Jeweils in Draufsicht und in schematischer Veretiachung eine erfindungsgemäße
Schneiddüsenvorrichtung in ihrer Arbeitsposition gegenüber einem Arbeitsstoß; Fig.
4, 5 und 6 Jeweils eine SchneiddUsenvorrichtung in einer Ansicht vom Arbeitsstoß
her.
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In der Zeichnung ist mit 1 der Arbeitsstoß und mit 2 eine Schneiddüsenvorrichtung
in ihrer Arbeitsposition gegenuber dem Arbeitsstoß 1 bezeichnet. Der Arbeitsstoß
1 besteht aus einem Gesteins stoß oder einem abzubauenden Mineralstoß, z.B. einem
Erz- oder Kohlenstoß, Die Schneiddüsenvorrichtung 2 ist, vorzugsweise leicht auswechselbar,
an einem Werkzeugträger 3 angeordnet, der bei der Herstellung eines Schlitzes im
ArbeMfoB 1 in Pteilrichtung 4 gegenüber dem Arbeitsstoß bewegt wird. Der Werkzeugträger
3 kann mehrere Schneiddüsenvorrichtungen 2 und/oder zusätzliche mechanische Lösewerkzeuge
aufweisen.
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Auch kann die Abbau- oder Vortriebsmaschine mit mehreren Werkzeugträgern
als Träger für mindestens eine Schneiddüsenvorrichtung 2 und mechanische Lösewerkzeuge
ausgerüstes sein.
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Die Schneiddüsenvorrichtung 2 besteht bei den Ausführungsformen nach
den Figuren 1 bis 3 aus einer Flachdüse 5, die gemäß Fig. 4 eine schlitzartige Düsenmundung
6 aufweist und somit das Hochdruckwasser in Form eines Flachstrahles gegen den Arbeitsstoß
1 ausspritzt. Die Länge L
des Düsenschlitzes 6 ist zweckmäßig um
mindestens das 10- bis 35fache, vorzugsweise das 20- bis 30fache, größer als seine
Dicke D, die im allgemeinen in der GröBenordnung von 0,5 mm bis 2 mm, vorzugsweise
etwa 0,8 bis 1,5 mm, liegt.
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Fig. 1 läßt erkennen, daß die Flachdüse 5 so gegenüber dem Arbeitsstoß
1 ausgerichtet ist, daß der DUsenschlitz 6 sich in Bewegungsrichtung 4 des Werkzeugträgers
3 erstreckt und daß das Hochdruckwasser etwa senkrecht auf den Arbeitsstoß 1 ausgespritzt
wird. Die den Flachstrahl bildenden Hochdruckwasserstrahlen sind hier durch die
Pfeile 7 angegeben. Es ist erkennbar, daß bei der Bewegung des Werkzeugträgers 3
und der Flachdüse 5 in Pfeilrichtung 4 in den Arbeitsstoß 1 ein Schlitz 8 mit der
Schlitztiefe T geschnitten wird, die im allgemeinen 40 bis 70 mm beträgt. Dabei
wird im Arbeitsbereich der Flachdüse 5 der Schlitz durch den energiereichen Flachstrahl
über die Länge der Flachdüse gesehen allmählich auf die volle Schlitztiefe T geschnitten.
Die allmähliche Vertiefung des Schlitzes 8 im Arbeitsbereich der Flachdüse 5 ist
in der Zeichnung durch die Kurve 8' bezeichnet, die die Form einer Parabel hat.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die schlitzartige Düsenmündung
6 der Flachdüse 5 gegenüber dem Arbeitsstoß 1 unter einem spitzen Winkel X geneigt
verlaufend angeordnet, derart, daß der Abstand deB Düsenschlitzes von der Auftreffstelle
des Hochdruckwasserstrahls 7 auf den Arbeitsstoß 1 bzw. auf den Boden des sich über
den Bereich 8s langsam vertieienden Schlitzes 8 auf der gesamten Länge des Düsenschlitzes
etwa gleich groB ist0 Dies bedeutet, daß der Abstand des Düsenschlitzes 6 von dem
Arbeitsstoß 1 entgegen der Bewegungsrichtung
4 entsprechend dem
sich vertieienden Schlitz 8 abnimmt, so daß sämtliche etwa senkrecht auf den Arbeitsstoß
1 gerichteten Hochdruckwasserstrahlen, die gemeinsam den Flachstrahl bilden, etwa
denselben Weg bis zum Auftreffen im jeweiligen Schlitztesten haben. Hierdurch wird
die Schneidwirkung erhöhe, Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von
derJenigen nach Fig. 2 nur dadurch, daß der Flachstrahl nicht senkrecht, sondern
unter einem spitzen Winkel s zum Arbeitsstoß 1 bzw. zur Bewegungsrichtung 4 der
Schneiddüsenvorrichtung 2, also in bezug auf die Bewegungsrichtung 4 schräg nach
hinten, ausgespritzt wird, wodurch der "LadeeSfekt", d.h. das Herausspülen des gelösten
Gesteinsmaterials od.dgl. aus dem Schlitz 8, verbessert wird. Diese Maßnahme läßt
sich auch bei der Ausführungsform nach Fig. 1 anwenden, bei der der DU-senschlitz
6 etwa parallel zum Arbeitsstoß 1 verläuft.
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Anstelle der Flachdüse 5, die gemäß Fig. 4 einen durchgehenden Düsenschlitz
6 aufweist, kann bei den Ausftihrungsformen nach den Figuren 1 bis 3 als Schneiddüsenvorrichtung
2 auch ein Düsenstock nach Figo 5 oder 6 vorgesehen werden. Der Düsenstock 9 nach
Fig. 5 weist in dichter Nebeneinanderanordnung mehrere, hier neun, Strahldüsen 10
auf, die Jeweils mit einem schmalen Düsenschlitz 11 versehen sind. Mit einem solchen
Düsenstock 9 läßt sich ein dem Flachstrahl der Flachdüse 5 im wesentlichen entsprechendes
Flachstrahlbündel erzeugen, dessen Hochdruckwasserstrahlen den Düsenschlitz 8 beim
Vorbeigang der Schneiddüsenvorrichtung 3 am Arbeitsstoß 1 stufenweise bis auf die
gewünschte Spantiefe vertiefen.
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Bei dem Düsenstock 9 nach Fig. 6 sind eine größere Anzahl einzelner
Strahldüsen 12 in dichtem Abstand nebeneinander angeordnet, die jeweils eine runde
Düsenöffnung 13 aufweisen. Auch mit dieser Anordnung läßt sich ein Flachstrahlbündel
erzeugen. Die einzelnen Strahldüsen 10 bzw. 12 der Düsenstöcke 9 nach den Figuren
5 und 6 sind zweckmäßig zu einer Baueinheit vereinigt an einem gemeinsamen DUsen-
bzw. Werkzeugträger 3 angeordnet0 Die Anzahl der Einzeldüsen 10 bzw. 12 ist im Jeweiligen
Fall so gewählt, daß bei der gegebenen Festigkeit des Arbeitsstoßes 1, dem gegebenen
Wasserdruck und der Arbeitsgeschwindigkeit des Werkzeugträgers 3 in Pfeilrichtung
4 ein Schlitz mit der gewünschten Spantiefe T geschnitten wird. Die Strahldüsen
10 bzw. 12 der Düsenstöcke 9 nach den Figuren 5 und 6 erzeugen parallel gerichtete
Hochdruckwasserstrahlen.
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Falls die Schneiddüsenvorrichtung 2 an einem rotierenden Werkzeugträger
3 angeordnet ist, wie dies z.B. bei einer Vollschnittmaschine für den Strecken-
oder Tunnelvortrieb der Fall ist, so kann der DUsenschlitz 6 der Flachdüse 5 auch
entsprechend dem Radius des zu schneidenden kreisbogenförmigen Schlitzes gekrümmt
sein. Entsprechendes gilt bei Verwendung eines Düsenstocks nach Fig. 5 oder 6. Wie
erwähnt, können auch mehrere Schneiddüsenvorrichtungen 2 der beschriebenen Art vorgesehen
werden, um gleichzeitig mehrere Schlitze im Arbeitsstoß 1 zu schneiden. Die zwischen
den Schlitzen stehenbleibenden Stege im Arbeitsstoß können mittels mechanischer
Lösewerkzeuge oder aber auch mittels hydraulischer Schneiddüsen gelöst werden. Die
Anordnung sollte vorzugsweise so getroffen weizen, daß die Länge der Hochdruckwasserstrahlen,
d.h. der Abstand der Düsenöffnung von der Auftreffstelle des DUsenstrahls
am
Arbeitsstoß 1 bzw. im Schlitztiefsten, nicht mehr als etwa 40 mm, vorzugsweise 20
bis 30 mm, beträgt.
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Dies läßt sich insbesondere mit der in Fig. 2 gezeigten Anordnung
ohne weiteres erreichen. Die Dicke des Hochdruckwasserstrahls, d.h. die Weite D
des DUsenschlitzes 6 oder der Düsenöffnungen 11 bzw. 13 der Düsenstöcke 9, liegt
bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1,5 mm. Es besteht auch die Möglichkeit, mehrere
Flachdüsen 5 oder Düsenstöcke 9 unmittelbar übereinander anzuordnen, falls Schlitze
8 größerer Breite geschnitten werden sollen.