EP0398405B1

EP0398405B1 - Doppelstrahlverfahren

Info

Publication number: EP0398405B1
Application number: EP90200978A
Authority: EP
Inventors: Charles Loegel
Original assignee: Loegel Patrick; Reichert Sylvie; Schneider Francine
Current assignee: Loegel Patrick; Reichert Sylvie; Schneider Francine
Priority date: 1989-05-16
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1992-12-16
Anticipated expiration: 2010-04-09
Also published as: ATE83421T1; ZA903356B; DE59000596D1; EP0398405A1; DK0398405T3; CA2042046A1; GR3006737T3; US5255959A; AU632325B2; AU5403890A; BR9006867A; DE3915933C1; ES2037518T3; EP0456768A1; WO1990014200A1; CA2042046C; TR25327A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden, Bohren und dergleichen Material abtragenden Bearbeiten von Gestein, Erzen, Kohleflözen, Beton oder anderen harten Gegenständen mittels eines Druckmittels nach den in den Patentansprüchen 1 und 11 genannten Gattungen.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind bereits bekannt (DE-A-3 739 825). Bei dem Düsenkopf der vorgenannten Vorrichtung sind Einzeldüsen unter einem Anstellwinkel in Bezug zur Hauptstrahlrichtung des Düsenkopfes angeordnet, um eine verhältnismäßig breite "Streuung" des Bündels der Einzelstrahlen zu erreichen, ehe diese so weit "Auffächern", daß sich die Randbereiche der Einzelstrahlen überlappen.
Dabei ist es auch schon bei anderen gattungsähnlichen Vorrichtungen (DE-B-3 410 981 und 3 516 572) bekannt, für die Düsen aus Hartmetall bestehende Einsätze zu verwenden und diese im Düsenkopf durch Schrauben oder Einstecken zu verankern.
Aus der Einsatz von Kühlmedium ist bereits bekannt. Bei der US-A-3 526 162 wird Kryogas über eine Düse auf das zu schneidende nichtmetallische Material geleitet. Durch eine zweite Düse wird anschließend ein das Material schneidender Druckmittelstrahl auf die unterkühlte Stelle gerichtet.
Ferner sind Vorrichtungen zum Bohren von Löchern in Beton und Fels bekannt (MACHINE DESIGN 57/1985, Seiten 114 - 117), bei denen mit abrasiven Partikeln versetzte Wasserstrahlen unter hohen Druck gesetzt werden und mittels eines rotierenden Düsenkopfes zum Bohren dienen. Dabei wird mit einem Wasserdruck bis zu etwa 100 bar gearbeitet.
Schließlich ist es auch bekannt (CH-A-370 717 und GB-A-718 735), Flüssigkeit durch Luft zu zerstäuben, um Oberflächen zu behandeln; dabei werden auch Drehdüsen verwendet, mit deren Hilfe die Innenwand der Bohrung eines Werkstücks bestrichen wird, um diese in den endgültigen Feinbearbeitungszustand zu bringen. Eine regelrecht Material abtragende ausfräsende Wirkung wird daher nicht erzielt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Bearbeiten insbesondere harter Gegenstände durch Ausräumen rillen- oder rinnenförmiger Schlitze mit einer hohen Räumrate ohne sperrige Zusatzaggregate zu verbessern; so soll vor allem der "Vortrieb" beim Aufschlitzen des Hartmaterials vergrößert werden.
Die Erfindung ist in den Patentansprüchen 1 und 11 gekennzeichnet und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen derselben beschrieben.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem mit mindestens einem Strahl des Druckmittels mindestens ein Richtstrahl eines Kühlmittels auf die Ausräumstelle des Gegenstands gerichtet wird, auf den Gegenstand eine Kühlwirkung ausgeübt wird, durch die eine wesentlich größere Räumrate erzielbar ist, als wenn dieses Kühlmedium fehlt. Das Kühlmedium muß selbst nicht unbedingt kühler als das Druckmittel sein; es genügt, wenn es an der Auftreffstelle am zu schlitzenden Gegenstand im Bereich des Auftreffens des Druckmittelstrahls eine stark kühlende Wirkung ausübt. So wird die Räumrate um beispielsweise den Faktor³⁻⁴ gegenüber fehlendem Kühlmedium sogar dann verbessert, wenn als Druckmittel Wasser und als Kühlmedium Luft verwendet wird, sofern der Druck des Wassers mindestens 1500 bar beträgt. Es wird vermutet, daß durch das Zusammentreffen des Hochdruck-Wassers mit dem Richtstrahl bzw. mit mehreren Richtstrahlen der Luft dem Wasser noch vor dem Auftreffen auf beispielsweise harten Granit so viel Wärme entzogen wird, daß eine wesentliche Erwärmung des Granits vermieden werden kann. Untersuchungen haben nämlich gezeigt, daß beim Fehlen des Kühlmediums der Granit am Grund bzw. Boden des rillenförmigen Schlitzes so stark erwärmt wird, daß sich dort eine glasige bzw. keramikartige Überzugsschicht bildet, welche die Räumrate stark herabsetzt. Durch die Erfindung wird die Ausbildung einer solchen dem Bearbeiten einen hohen Widerstand entgegensetzenden Überzugsschicht über dem Granit vermieden. Darüber hinaus wirkt das Wechselspiel der das Gestein beim Auftreffen der punktförmigen Druckmittelstrahlen erheblich erhitzenden Strahlen mit dem diesselbe Gesteinsstelle beim pendelnden Bestreichen kühlenden Richtstrahl begünstigend auf Rissebildungen im Gestein und zu dessen Aufbrechen und partikelmäßigen Zertrümmern.
Die Aufgabe der Erfindung wird dann besonders gut gelöst, wenn das Druckmittel in Form mehrerer schmaler Einzelstrahlen aus einem Düsenkopf unter dem hohen Druck von bis zu und über 2000 bar ausgestoßen wird und wenn die einzelnen schmalen Strahlen nicht parallel, sondern in Form eines sich mit zunehmendem Abstand von der Stirnfläche des Düsenkopfen divergierenden Strahlenbündels angeordnet sind. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Dichte (pro Flächeneinheit) an Strahlen im Zentralbereich des Bündels wesentlich größer ist als im Randbereich.
Darüber hinaus empfiehlt es sich, wenn Richtstrahlen des Kühlmediums so auf die Strahlen des Druckmittels gerichtet werden, daß sich Richtstrahlen und Einzelstrahlen des Druckmittels schneiden. Selbst wenn der Strahl des Kühlmediums durch Einzelstrahlen des unter hohen Druck stehenden Druckmittels aus der ursprünglichen Richtung des Richtstrahles abgelenkt werden, ergeben sich starke Kühleffekte, da die Geschwindigkeit der Druckmittelstrahlen sehr hoch ist und bis über 2000 km/h beträgt. Wird Luft als Kühlmedium verwendet, so genügt ein Luftdruck in der Größenordnung zwischen 1 und 10 bar. Vereisungseffekte begünstigen die Zertrümmerung im Auftreffbereich am Gestein.
Mindestens teilweise kann anstelle von Luft auch ein kühles Flüssiggas verwendet werden, wodurch die Ergebnisse noch verbessert werden, wodurch sich allerdings auch die Verfahrenskosten erheblich vergrößern.
Im übrigen können auch abrasive Partikel insbesondere dem Kühlmedium und/oder dem Druckmittel zugesetzt werden.
Besonders bevorzugt wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung, bei der der Düsenkopf für das Druckmittel und ein Richtkopf für das Kühlmedium so nebeneinander angeordnet sind, daß die oben erwähnte Wirkung eintritt. Dabei ist es besonders empfehlenswert, wenn zumindest der Düsenkopf des Druckmittels eine pendelnde Bewegung in einer Pendelebene ausübt, die der Längsrichtung des im Gestein oder dergleichen harten Gegenstand auszuräumenden rillenförmigen Schlitzes entspricht. Die einzelnen Strahlen des Druckmittels sind unter unterschiedlichen Anstellwinkeln in Bezug zu dieser Pendelebene angeordnet. Außerdem empfiehlt es sich, wenn solche Düsen verwendet werden, die verhindern, daß sich die Einzelstrahlen schon kurz nach Verlassen des Düsenkopfes aufspreizen. Vielmehr sollten die einzelnen Strahlen im wesentlichen punktförmig - beim Pendeln linienförmig - auf den Gegenstand auftreffen, sofern nicht das Kühlmedium eine "vereisende" Wirkung auf die Druckmittelstrahlen ausübt. Die Anstellwinkel betragen insbesondere bis zu 25 Grad gegenüber der Pendelebene. Die Druckmittelzuleitung ist zweckmäßigerweise biegbar, während die Kühlmedium-Zuleitung starr ausgebildet sein kann.
Die Erfindung und besonders bevorzugte Ausbildungen derselben werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht auf eine Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 einen schematsichen Schnitt II-II durch die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung;
Fig. 3 eine schematische Ansicht gemäß Fig. 1 einer anderen Ausbildung der Vorrichtung;
Fig. 4 eine teilweise Querschnittsansicht durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung - hier ohne Richtkopf für das Kühlmedium - und zwar mit einem Querschnitt durch den rinnenförmigen Schlitz in Granit;
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer anderen Ausbildung der Erfindung;
Fig. 6 eine Ansicht der Stirnseite eines Düsenkopfes;
Fig. 7 einen Querschnitt A-B von Fig. 6 und
Fig. 8 einen Querschnitt A-C von Fig. 6 des Düsenkopf;
Fig. 9 einen teilweisen Querschnitt einer Düse;
Fig. 10 eine aufgebrochene Seitenansicht eines anderen Düsenkopfes und
Fig. 11 eine schematische Erläuterung des Gesteinszertrümmerns.

Gemäß Fig. 1 ist eine starre Druckmittelzuleitung 12 über Verbindungsstege 36 mit der ebenfalls starren Zuleitung 31 für Kühlmedium verbunden. Sowohl die Druckmittelzuleitung 12 als auch die Kühlmedium-Zuleitung 31 sind parallel angeordnete Rohre. Am freien Ende des Rohres 12 ist eine Kupplung 11 angebracht, die die als biegbares Pendelrohr ausgebildete Druckmittelzuleitung 30 mit dem Rohr 12 so verbindet, daß das Pendelrohr um die Anlenkstelle der Kupplung 11 in Pendelbewegung - wie in unterbrochenen Linien angedeutet - um beispielsweise den Schwenkwinkel α bringbar ist. Anstelle der Kupplung 11 kann beispielsweise gemäß Fig. 3 auch ein Hochdruckschlauch (HD-Schlauch) zwischen das Rohr 12 und das Pendelrohr so eingebaut sein, daß das Druckmittel durch den biegbaren HD-Schlauch strömt, der die pendelnde Bewegung des Pendelrohrs, d.h. der Druckmittel-Zuleitung 30, im Betrieb nicht behindert.
Die im Betrieb oszillierende Zuleitung 30 stützt sich auf einer Führung 6 ab, welche seitlich von der Kühlmedium-Zuleitung 31 absteht. Am freien Ende des Pendelrohrs befindet sich der Düsenkopf 3, an dessen Front- bzw. Stirnseite 3a hier nicht gezeigte Düsen angeordnet sind, durch welche im Betrieb Druckmittel unter hohem Druck von beispeilsweise 2000 bar in Form der Strahlen 5b auf das Gestein 15 ausgestoßen werden kann. Die pendelnde bzw. nach rechts und links um den Schwenkwinkel α oszillierende Bewegung des Pendelrohrs und daher auch des mitgeführten Düsenkopfes 3 und der Strahlen 5b wird bei diesem Beispiel durch ein Antriebsaggregat 32 veranlaßt, das an der Kühlmedienzuleitung 31 angebaut ist und durch einen Energieträger, beispielsweise kinetische, elektrische, elektromagnetische, pneumatische oder hydraulische Energie antreibbar ist, welche durch die Zuleitung 31 zum Antriebsaggregat 32 geführt wird. Ein Stößel 33 stößt das Pendelrohr kurzzeitig in die von der Zuleitung 31 abgewandte Richtung. Hierdurch wird die Feder 34 gespannt, die einerseits das zu weite Auslenken des Pendelrohrs verhindert und andererseits dasselbe wieder in die entgegengesetzte Richtung zurückzieht. Durch die Kombinationswirkung des Antriebsaggregats 32 und der Feder 34 mit dem Pendelrohr schwingt dieses zwischen den unterbrochenen Linien hin und her. Die schmalen Strahlen 5b treffen auf das Gestein 15 auf und räumen dort einen rinnenförmigen Schlitz 16 aus, wenn die Vorrichtung allmählich in Pfeilrichtung P an der Frontseite des Gesteins 15 entlang geführt wird.
In der Nähe des Düsenkopfes 3 für das unter hohem Druck stehende Druckmittel befindet sich am freien Ende der Zuleitung 31 der Richtkopf 31a, durch den Richtstahlen 5g von als Kühlmedium dienender Luft sowohl in Richtung auf das Gestein 15 als auch in Richtung auf die einzelnen Druckmittelstrahlen 5b gerichtet sind.
Diese Vorrichtung wird durch das hier schematisch dargestellte Gehäuse 40 bis auf dessen offene Stirnseite schützend umhüllt.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Alternative der Vorrichtung wird anstelle des Stößels 33 ein aus mehreren Hebeln zusammengesetztes Gestänge verwendet, mit dem das Antriebsaggregat 32 die Zuleitung 30 des Druckmittels in die pendelnde Bewegung bringt. Der Richtstrahl 5g ist unter 45 Grad auf die Hauptstrahlrichtung des Druckmittels geneigt, die hier durch den Strahl 5b des Düsenkopfes 3 veranschaulicht ist; Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die anderen Strahlen des Druckmittels nicht angegeben.
Gemäß Fig. 4 ist schematisch die Breite C des aus dem Gestein 15 auszuräumenden rinnenförmigen Schlitzes 16 veranschaulicht. Im Düsenkopf 3 befinden sich Düsen 5a für das Druckmittel, das gegebenenfalls auch in Form von sich vom Düsenkopf 3 mit zunehmender Richtung aufspreizenden Strahlenkegeln ausgebildet sein kann, obwohl sich schmale Einzelstrahlen als wesentlich günstiger erwiesen haben.
Die Ausbildungsform nach Fig. 5 ist die bevorzugteste; dabei dient das unter hohem Druck aus dem Düsenkopf 3 in Form der schmalen Einzelstrahlen 5b austretende Druckmittel zum selbstätigen Antreiben des biegbaren Pendelrohrs bzw. der Zuleitung 30 in der Richtung, die durch die bügelförmige insbesondere geradlinige Führung 6 vorgegeben ist. Hier liegt die Pendelebene in der Zeichnungsebene, das heißt in der gleichen Ebene, in der sich die Zuleitung 12 für das Druckmittel einerseits und die Zuleitung 31 für das Kühlmittel andererseits befinden. Auch bei dieser Ausbildung der Erfindung wird dafür gesorgt, daß mindestens ein Richtstrahl 5g der als Kühlmedium dienenden Luft derart aus dem Richtkopf 31a austritt, daß sich eine zumindest fiktive Schnittstelle 200b mit dem nächstbenachbarten Strahl 5b des Druckmittels noch vor Erreichen des hier nicht dargestellten Gesteins ergibt.
In den Fig. 6, 7 und 8 wird eine besonders bevorzugte Ausbildung eines Düsenkopfs demonstriert. Der rechteckförmige Düsenkopf 3 weist an seiner freien Front - bzw. Stirnseite 3a eine Anzahl von Düsen 5a auf, von denen die mittlere Düse 5a1 an der Schnittstelle zwischen der Symmetrieebene 25s (bildet gleichzeitig die Pendelebene PE) und der dazu unter rechtem Winkel verlaufenden Querebene 25q angeordnet ist. In dem Zentralbereich 3a1 um die Mitteldüse 5a1 sind weitere Düsen 5a angeordnet, so daß die Dichte, d.h. die Anzahl von Düsen pro Flächeneinheit, im Zentralbereich 3a1 größer ist als außerhalb desselben. Die äußersten Düsen 5a2 werden von Düsenelementen gebildet, welche noch näher anhand der Fig. 9 erläutert werden.
Im Düsenkopf 3 sind von der Stirnseite 3a ausgehend Bohrungen mit Innengewinde 50 so angeordnet, daß die Achsen der Bohrungen unter Anstellwinkeln β und δ in Bezug zur Achse der mittleren Düse 5a1 und daher der Hauptstrahlrichtung geneigt sind. Die Strahlen 5b2 verlaufen daher von der Stirnfläche 3a des Düsenkopfes 3 ausgehend diametral nach außen. Dabei empfiehlt es sich, wenn der Anstellwinkel in der Pendelebene PE deutlich größer ist als der Anstellwinkel β in der quer dazu verlaufenden Querebene 25q. Bei diesem Beispiel beträgt der erstgenannte Anstellwinkel δ₂ 23 Grad, während der zweitgenannte Anstellwinkel β₂ 6 Grad beträgt. Die Düsenelemente bestehen aus den in die Innengewinde 50 von der Stirnseite 3a aus einschraubbaren Schraubbolzen 100 und den zylindrischen Ansätzen 101 die zweckmäßigerweise bis in die Sammelkammer 7 im Düsenkopf 3 ragen. Die Sammelkammer 7 ist durch einen mit Innengewinde 20 versehenen Durchgang mit der in Fig. 7 nicht dargestellten Zuleitung 30 für das Druckmittel verbunden. Der lichte Durchmesser der Düsen 5a im Bereich der Durchtrittsöffnung 102a beträgt 0,5 - 1 mm.
Es empfiehlt sich, wenn der Schraubbolzen 100 aus insbesondere Stahl mit einem ringförmigen Einsatz 102 aus insbesondere Saphir und/oder Hartmetall versehen ist, dessen Durchtrittsöffnung 102a den kleinsten Durchflußquerschnitt aller am Durchleiten des Druckmittels beteiligten Aggregate aufweist. Der Ansatz 101 des Schraubbolzens 100 weist einen in Durchflußrichtung D des Druckmittels konisch abnehmenden Durchflußquerschnitt auf. Dabei ist am Eingang des Ansatzes 101 eine perforierte Scheibe 103 beispielsweise aufgelötet. Der Gesamtquerschnitt aller Perforationslöcher 103a in der Scheibe 103 ist größer als der Durchflußquerschnitt der Durchtrittsöffnung 102a des ringförmigen Einsatzes 102. Der Ansatz 101 schließt mit einem Teil an den Einsatz 102 an, der eine im wesentlichen zylindrische Bohrung 101b aufweist, an die sich die konische Sammelkammer 101a anschließt. Die perforierte Scheibe 103 vermindert insbesondere zusammen mit der sich konisch bzw. kegelig verengenden Sammelkammer 101a Druckstöße. Hierdurch wird besser gewährleistet, daß die einzelnen Strahlen 5b1, 5b2 des Druckmittels bis zur Auftreffstelle auf dem zu bearbeitenden Gegenstand schmal bleiben.
Bei der besonderen Ausbildung von Figur 10 umhüllt die Kühlmittel-Zuleitung 31 die Druckmittel-Zuleitung 30 koaxial; beide Zuleitungen sind biegbar, wobei die Druckmittel-Zuleitung 30 aus einem Hochdruckschlauch besteht, da der Druckmitteldruck innerhalb derselben sehr groß ist. Während das Druckmittel durch die Düsen, hier die Düsen 5a1 und 5a2, austritt und Druckmittel-Strahlen 5b1, 5b2, 5b3 bildet, und der Düsenkopf 3 in der Pendelebene PE, d.h. senkrecht auf die Zeichnungsebene, sehr schnell hin und her pendelt, wird das von den einzelnen sehr schmalen Strahlen 5b1, 5b2, 5b3 und gegebenenfalls weiteren Einzelstrahlen gebildete Strahlenbündel umhüllt von einer Art "Vorhang" aus Luft, welches als Kühlmedium durch die ringförmige Richtdüse 201 strömt. Dabei ist die Achse der Richtdüse 201 unter dem Anstellwinkel γ von etwa 20° radial nach innen gerichtet mit der Folge, daß der unter dem Anstellwinkel β zum mittleren Strahl 5b1 angestellte Strahl 5b2 jedenfalls fiktiv an der Schnittstelle 200b2 vom Richtstrahl 5b getroffen bzw. geschnitten wird. Tatsächlich wird der Richtstrahl 5g des Unterdrucks um den Strahl 5b2 abgelenkt, der mit sehr großer Geschwindigkeit von beispielsweise 2000 km/h aus der Düse 5a2 ausströmt.
Im übrigen wurde festgestellt, daß es nicht immer erforderlich ist, daß Richtstrahlen 5g schon vor dem Auftreffen von Druckmittelstrahlen 5b auf den Gegenstand 15 solche Strahlen 5b schneiden, obwohl dieses "Berühren" des Kühlmediums, beispielsweise der Luft des Richtstrahls 5g, mit dem Hochdruck-Druckmittel zu einem starken Abkühlen schon vor dem Auftreffen auf dem Gestein 15 führt.
Gemäß Figur 11 trifft der Richtstrahl 5g nicht unmittelbar mit dem Strahl 5b des Druckmittels zusammen; vielmehr werden der Richtstrahl 5g und der Druckmittelstrahl 5b im wesentlichen parallel nebeneinander bei der pendelnd oszillierenden Bewegung des Düsenkopfs 3 um den Schwenk- bzw. Pendelwinkel α aus der einen Stellung in die andere strichpunktierte Stellung verschwenkt, in der der Richtstrahl mit dem Bezugszeichen 5g′ und der Druckmittelstrahl mit dem Bezugszeichen 5b′ versehen sind. Aufgrund der hohen Energie, mit der der Strahl 5b, 5b′ des Druckmittels, beispielsweise Wasser, mit dem Druck von 2000 bar im Auftreffbereich 209 am Anfang des Schlitzes 16 auf der Granit-Gestein 15 an den Auftreffstellen 210 - und kurz danach 210′ - auftrifft, findet eine plötzliche Erhitzung des Granits durch die hochenergetischen Druckmittelstrahlen 5b, 5b′ statt. Kurze Zeit später berühren Richtstrahlen 5g′ der Luft denselben Auftreffbereich 209 beispielsweise an der Auftreffstelle 211′ mit einer plötzlichen erheblichen Temperaturverminderung. Dieses schnelle Wechselspiel von Erhitzen und Abkühlen innerhalb kurzer Zeit von weniger als einer Sekunde und innerhalb kurzer Bereiche führt zur geradezu explosionsartigen Rissebildung im Gestein, so daß Partikel geradezu ab- bzw. ausplatzen. Der Abtrag- bzw. Ausräumeffekt im Auftreffbereich 209 ist daher um ein Vielfaches größer als wenn nur die Druckmittelstrahlen 5b, 5b′ dort hin und her pendeln würden. Das ohne Abkühlungsunterbrechungen erfolgende Erwärmen (ohne Anwendung der kühlenden Richtstrahlen) bildet bei vielen Gesteinssorten einen als Hitzeschild dienenden Überzug gerade im Auftreffbereich, was die Wirkung der hochenergetischen Strahlen 5b, 5b′ bei längerem Betrieb gegenüber dem beginnenden Ausräumen, wenn das Gestein noch nicht sehr stark erwärmt ist, reduziert.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar beim Einbringen von geraden oder auch bogenförmigen oder gar kreisförmigen Schlitzen in Granit und dergleichen hartem Gestein. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bis zu metertiefe Schlitze in Granit einschneiden, so daß Granitblöcke wesentlich schneller und einfacher als durch Einbringen von Bohrlöchern und Absprengen mittels Sprengstoff in vorgegebener Quaderform ausgebrochen werden können Dabei sind die bei der Erfindung benutzten Medien, wie Wasser für das Hochdruckmittel und Luft für das Kühlmedium, wohlfeil und bietet die lanzenförmige Vorrichtung die Möglichkeit bei schmaler Ausbildung auch tiefe Schlitze im Granit auszuräumen. Die Wechselbeanspruchung zwischen Erhitzungseffekten beim Auftreffen der punktförmigen Einzelstrahlen des Druckmittels auf das Gestein und der Kühlwirkung dort auftreffender kühler Medien führt zu einer "Versprödung" des Gesteins im Gegensatz zu bisher bekannten Verfahren, bei denen ohne Verwendung des Kühlmediums sich ein dem Ausräumen von Granit entgegenstellender Hartstoff-Überzug ergab.

Claims

Verfahren zum Material abtragenden Bearbeiten, wie Schneiden, von Gestein, Erzen, kohle, Beton oder anderen harten Gegenständen mittels eines Druckmittels, das in Form von unter Anstellwinkeln (β) zueinander gerichteten schmalen Strahlen (5b) unter hohem Druck derart auf den Gegenstand (15) gerichtet wird, daß zur Bildung eines Schlitzes (16) im Gegenstand (15) Partikel desselben abgetragen werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gegenstand (15) im Auftreffbereich (209 bis 211) der Strahlen (5b) des Druckmittels durch mindestens einen Richtstrahl (5g) eines Kühlmediums gekühlt wird und daß der (die) Richtstrahl(en) (5g) derart in Bezug zu mindestens einem Strahl (5b) des Druckmittels gerichtet wird (werden), daß der (die) Richtstrahl(en) (5g) mit dem Strahl (5b) des Druckmittels im Auftreffbereich (205 bis 211) auftrifft (auftreffen).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flächendichte (Anzahl Strahldüsen pro Flächeneinheit) der Strahlen (5b) im Zentralbereich (3a1) des aus den einzelnen schmalen Strahlen (5b) gebildeten Strahlenbündels wesentlich größer gewählt ist als außerhalb des Zentralbereichs (3a1).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der/die Richtstrahl(en) (5g) derart auf schmale Strahlen (5b) des Druckmittels gerichtet sind, daß sich die Schnittpunkte bzw. Schnittlinie (200b2) des Richtstrahls (5g) mit mindestens dem äußersten schmalen Strahl (5b) des Druckmittels im Abstand von der Auftreffstelle (210, 211) auf den Gegenstand (15) befindet (befinden).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß auf das aus den einzelnen Strahlen (5b) gebildete Strahlenbündel ein ringförmiger Richtstrahl (5g) des Kühlmittels gerichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß Druckmittel unter hohem Druck von mindestens 1500 bar angewendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß kühles Wasser als Drückmittel verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß Luft als Kühlmedium verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß kaltes Flüssiggas als Kühlmedium verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Druckmittel abrasive Partikel zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Druckmittel und/oder das Kühlmedium unter pulsierenden Druck gesetzt wird.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10, bei der das Druckmittel über eine Zuleitung (30) einem Düsenkopf (3) zugeführt wird und durch mindestens zwei Düsen (5a) desselben in Form schmaler Strahlen (5b) auf den zu bearbeitenden Gegenstand (15) richtbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie einen mit einer Zuleitung (31) für Kühlmedium verbundenen Richtkopf (31a) mit mindestens einer Richtdüse (201) aufweist, deren Strahlrichtung derart in Bezug zu mindestens einem Strahl (5b) des Druckmittels positioniert ist, daß der Richtstrahl (5g) des Kühlmediums mit dem Strahl (5b) im Auftreffbereich (209-211) auftrifft.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anstellwinkel (β) der Mehrzahl der Düsen (5) zwischen etwa 10 und 25 Grad gewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckmittel-Zuleitung (30) im wesentlichen biegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckmittel-Zuleitung (20) durch eine Führung (6) in der Pendelebene (PE) geführt ist, welche mit der im wesentlichen starren Kühlmedium-Zuleitung (31) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß im Düsenkopf (3) Verbindungskanäle angeordnet sind, welche die Düsen (5a) einerseits mit einer Sammelkammer (7), in welche das Druckmittel über die Zuleitung (30) einströmt, und andererseits mit der Stirnseite (3a) des Düsenkopfes (3) verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß Düsen (5a) je einen rohrartigen Schraubbolzen (100) aufweisen, der in einen zu einem Verbindungskanal führendes Innengewinde (50) des Düsenkopfes (3) einschraubbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Schraubbolzen (10) ein ringförmiger Einsatz (102) aus Saphir und/oder Hartmetall eingesetzt ist, dessen Durchtrittsöffnung (102a) den kleinsten Durchflußquerschnitt aller am Durchlaß des Druckmittels beleitigten Aggregate aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schraubbolzen (100) mit einem Ansatz (101) versehen ist, dessen Durchflußquerschnitt in Durchflußrichtung (D) des Druckmittels konisch abnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß der Eingang in den Ansatz (101) mit einer perforierten Scheibe (103) abgedeckt ist, deren lichter Gesamtdurchflußquerschnitt aller Perforationslöcher (103a) größer ist als der Durchflußquerschnitt der Durchtrittsöffnung (102a) des Einsatzes (102).