Optimierung exzenterschlagüberlagerter gegengewuchteter Werkzeuge

Abstract

 Optimierung exzenterschlagüberlagerter gegengewuchteter Rollenmeißel zum Abtragen und Schlitzen von Gestein, Mineralien und dgl.

Beschreibung

[0001] Es gibt Systeme und Entwicklungen zur Schlagüberlagerung von Rollenbohrwerkzeugen zum Tunnel- und Schachtbohren sowie zum Schlitzen und Abtragen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. unter Verwendung schnellaufend angetriebener Exzenter mit auf ihnen drehend gelagerten, gegengewuchteten und untersetzt langsamer drehend angetriebenen schlagüberlagerter Rollenmeißel konstanter Drehzahlen und konstant hohen Werkzeugumfangsgeschwindigkeiten. Bereits diese Technik hat gezeigt, daß der Energiebedarf sowie der erforderliche Andruck nur noch 1/3 konventioneller Werkzeuge beträgt - bei vergleichsweise geringem Werkzeugverschleiß.

[0002] In sehr harten und abrassiven festen Gesteinen oder Mineralien bedingen u.a. die hohen Werkzeugumfangsgeschwindigkeiten zwangsläufig eine geringere Schlageffizienz sowie hohen Verschleiß der Werkzeuge - bis hin zur Unwirtschaftlichkeit oder gar Unmöglichkeit der Verwendung dieser Technik.

[0003] Auf der Basis der Erfahrungen mit o.a. exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln wurde ermittelt und wird erfindungsgemäß beansprucht, daß man zur Maximierung der Löseleistung die optimale Drehrichtung und Werkzeugdrehzahl sowie optimale Drehrichtung des Exzenters sowie die optimale Amplitude auf das jeweils zu bearbeitende Material zunächst ermitteln und danach einstellen muß, um maximale Löseleistungen bei geringst möglichem Werkzeugverschleiß zu erzielen.

[0004] In der Figur 1, nur einem Ausführungsbeispiel, wird nur eines der exzenterschlagüberlagerten Systeme beschrieben. Hierbei ist (1) die in (2) exzentrisch gelagerte Exzenterwelle mit dem Gegengewicht (12) an der über (3) schnelldrehend angetriebenen Exzenterhülse (2). Mit (1a) ist das zusätzlich verstärkende vordere Lager bezeichnet (siehe auch Figur 4). Der Innenzahnkranz (4) des Untersetzungsgetriebes ist mit der Welle (1) verbunden. Der Außenzahnkranz (5a) an der An-/ Abtriebswelle (5) ist im Gehäuse zentrisch gelagert und wird über (17) gedämpft gestellfest gehalten, wenn die optimalen Drehzahlen mit dem erforderlichen Untersetzungsverhältnis zuvor ermittelt und entsprechend installiert wurden (z.B. Exzenterwellendrehzahl 3.100 U/min, Werkzeugdrehzahl 65 U/min und Amplitude optimiert z.B. 5,5 mm). Die Regulierung und damit Optimierung der Drehzahl und -Richtung der Welle (1) mit dem jeweiligen Werkzeugen (6-8) erfolgt erfindungsgemäß jedoch über den Zapfen (5) aller Figuren.

[0005] In der Figur 2 ist ein flächig arbeitendes Werkzeug (6) dargestellt, in der Figur 3 ist unter (7) ein fräsendes schlitzendes Werkzeug dargestellt. Bei der Figur 4 handelt es sich um exzenterinduziertes schlagendes Abrollen ein- oder zweiseitig konischer Disken, mit oder ohne Verzahnung, hier mit Verzahnung (8) und Hilfsantrieb über (5), um entweder die exakte Eigenabrolldrehzahl einhalten zu können und ein Schleißen, Schleifen oder gar Stehenbleiben zu verhindern oder um bei verzahnten Werkzeugen einen Fräseffekt zur Erhöhung der Löseleistung durch Erhöhung oder Reduzierung der exzenterinduzierten Selbstabrolldrehzahl zu überlagern. Hierfür wird gesonderter Schutz beansprucht.

[0006] Die Figur 5 zeigt den getrennten Antrieb für den Exzenter und exzenterinduziert drehende Werkzeuge, hier ohne (5) [Figur 4], jedoch mit der beanspruchten verstärkendem Lager (1a) und dem die extremen axialdruckaufnehmenden hydrostatischen Gleitlagerung (9), (10). Für dieses System und deren Kombination wird gesonderter Schutz beansprucht - mit und ohne (5) [Figur 4].

[0007] In den Figuren 6 und 7 sind die Schlagkurven der Exzenteraktivierung bei verschiedenen Drehzahlen resp. Umfangsgeschwindigkeiten der Werkzeuge dargestellt, im Beispiel bei gleichbleibender Drehzahl und gleicher Drehrichtung der Exzenterwelle (9). Im Bereich der Figur 6 sind die radialen Schläge dargestellt, bis hin zur Werkzeugdrehzahl 0. Bei Werkzeugdrehzahlen darüber, die jeweils über (5) regulierbar sind, werden die Schläge systembedingt linear nach außen gerichtet (Figur 7). Im Bereich des Pfeiles der Figur 7 liegt z.B. die exzenterinduzierte antriebslose Selbstabrolldrehzahl der linear nach außen schlagenden Werkzeuge.

[0008] In der Figur 8 ist nur eine andere Bauart der Aktivierung dargestellt, wobei der Antrieb der Werkzeuge über (5) und (11) außen erfolgt - über Kardan, Mitnehmer oder das Zahnradpaar entsprechend Figur 1 (4).

Ansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für den Exzenter und die die Werkzeuge tragende Welle, gekennzeichnet durch die Kombination

(a) - der Änderbarkeit der Drehrichtung der Exzenterwelle und / oder

(b) - der der Werkzeuge sowie

(c) - der Regel- und Einstellbarkeit der Drehzahl der Exzenterwelle und / oder

(d) - der der Werkzeuge [Figur 1 bis 5 und Figur 8 (a) und (b)].

2. Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. mit exzenterschlagüberlagerten Rollenmeißeln, die zur Auswuchtung in ihrem Gewicht auf die Gegengewichte am Exzenter abgestimmt und ausgewogen sind, mit gesondertem Antrieb für die Exzenterwellen und Werkzeuge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination

(a) - der Änderbarkeit der Drehrichtung der Exzenterwelle und / oder

(b) - der der Werkzeuge sowie

(c) - der Regel- und Einstellbarkeit der Drehzahl der Exzenterwelle und / oder

(d) - der der Werkzeuge [Figur 1 bis 5 und Figur 8 (a) und (b)].

3. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Festeinstellung der zuvor ermittelten optimalen Parameter entweder maximaler Löseleistungen, mittlerer Werte oder minimalen Werkzeugverschleißes in Abhängigkeit der unterschiedlichen Konsistenz des zu bearbeitenden Gestein, Minerals oder dgl.

4. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, mit dem radialen Schlag [Figur 6] oder mit dem linearen Werkzeugschlag [Figur 7] in Abhängigkeit der unterschiedlichen Konsistenz des zu bearbeitenden Gesteins, Minerals oder dgl. zu arbeiten.

5. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch exzenterinduziertes selbständiges Drehen der Werkzeuge durch Abrollen auf dem Gestein, Mineral oder dgl. [Figur 4 und 5] ggf. mit Hilfsantrieb über (5).

6. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung des gleichen Aggregates [Figur 1] entweder zum flächigen Fräsen [Figur 2], zum fräsenden Schlitzen [Figur 3] oder zum diskenartigen Arbeiten [Figur 4 und 5].

7. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. nach Anspruch 1 und 6, gekennzeichnet durch Veränderung der Amplitude in Abhängigkeit der Konsistenz des zu bearbeitenden Gesteins, Minerals oder dgl.

8. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch Erhöhung der Löseleistung exzenterinduziert abrollender Werkzeuge [(6) bis (8)] durch Fräseffektüberlagerung über den Zapfen (5) aller Figuren.

9. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein im vorderen Bereich der Welle (1) liegendes verstärkendes Lager (1a) [Figur 1 bis 3, insbesondere Figur 4].

10. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Einstellung der jeweils optimalen Parameter beim Bohren, Abtragen und Schlitzen von Beton, Gestein, Mineralien und dgl. nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialkräfte über hydrostatische Gleitlagerungen aufgenommen werden [Figur 5].

Zeichnung