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Hammerbohrmaschine für waagerechte und senkrechte nach oben und unten
gerichtete Gesteinsbohrungen Die bekannten Hammerbohrmaschinen für Gesteinsbohrungen,
die durch die Erfindung verbessert werden, sind eine Kombination eines Meißels etwa
dachförmigen Längs- und Querschnittes und einer Meißelführung, die aus einer Mantelhülse
besteht, in der der Meißel hin und her geht. Durch Innendrallnuten in der Mantelhülse
und durch entsprechende schraubenförmige Federn am Kolben «erden die Teildrehungen
der Metallhülse bewirkt.
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Diese bekannte Kombination hat erhebliche Nachteile. Denn sie erlaubt,
nur Bohrlöcher mit höchstens 300 mm Durchmesser bei großem Materialverschleiß
und sehr erheblicher Arbeitszeit zu bohren.
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Die Gründe hierfür sind folgende: Die Bohrer dachförmigen Längs- und
Querschnittes greifen auf ihrer ganzen Schneidfläche gleichzeitig an und zermahlen
daher das Gestein zu Mehl. Der nicht verschieden einstellbare Drallantrieb für die
Teildrehungen der Mantelhülse hat zurr Folge, da@ß bei Bohrungen über
300 mm Durchmesser die zu leistende Arbeit das Vermögen der Hammerbohrmaschine
übersteigt, so daß er nicht mehr das Bohrloch voll ausschlagen kann. Daher bleiben
Längsrippen, die sogenannten Füchse, im Bohrloch stehen, wodurch das Weiterbohren
unmöglich gemacht wird.
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Das neue und erfinderische Merkmal der Hammerbohrmaschine gemäß der
Erfindung ist in einer Kombination eines neuartigen Meißels mit einem neuartigen
Getriebe für den Antrieb der Mantelhülse zu erblicken. Dabei weist die Bohrkrone
des Meißels stufenförmige Schneidkanten auf, die außen höher sind als innen:
Demgemäß
sind die im Gebirge erzeugten Bohrstufen außen tiefer als innen. Der am äußersten
Rand des Bohrrneißels ausgeschlagene Ring macht das in seinem Innern verbleibende
Gebirgsgestein spannungslos und dadurch bröckelig. Die einzelnen Brocken haben etwa
Faustgröße und können von den tiefer gelegenen Meißelstufen mühelos ausgeschlagen
werden.
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Das neue Getriebe für die Teildrehungen der Mantelhülse ermöglicht
es, einen beliebigen Winkel für die Teildrehungen einzustellen. Dieser Umstand hat
zur Folge, daß, unabhängig vom Durchmesser des Bohrmeißels, ein Punkt seines Umfanges
um den Betrag bei der Teildrehung gedreht «erden kann, den der Meißel noch bewältigen,
d. 1i. -völlig, ohne daß die Füchse stehenbleiben, ausschlagen kann.
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Bei den bekannten Drallsteuerungen für die Teildrehungen der Mantelhülse
des Meißels ist dies nicht möglich; da die Teilwinkel für ein und dieselbe Hammerbohrmaschine
immer die gleichen sind. Daher wird der Umfangsweg eines Meißelpunktes bei größer
werdendem Durchmesser entsprechend immer größer. Er erreicht seinen zulässigen Höchstwert
bei etwa 300 mm Durchmesser mit etwa 26 mm Umfangsweg. Dabei gilt dies nur für weiches
und mittelhartes Gestein. Daher versagt die Hammerbohrmaschine bekannter Bauart
schon bei kleineren Durchmessern als 300 mm.
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Durch die Kombination des neuartigen Meißels wird es möglich, Bohrlöcher
über 300 mm Durchmesser bis zu io ooo mm und darüber hinaus mit ein und .derselben
Hammerbohrmaschine auszuführen, und zwar deshalb, weil sich die Wirkungen des neuen
Meißels und des neuen Getriebes gegenseitig steigern. Die neue Kombination ergibt
daher keine Summe der Einzelwirkungen des Meißels und des Getriebes. Dies wird später
begründet werden.
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Es ist vorteilhaft, die Bohrkrone für den Meißel der Hammerbohrmaschine
so auszubilden, daß die die Rillen des Bohrloches erzeugenden Schneiden der Bohrkrone
z. B. quer gestellte angeschärfte Kreisschneiden sind.
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Zur Erhöhung der Schneidwirkung ist es vorteilhaft, zwischen den Kreisschneiden
noch z. B. pyramidenförmige Schneidspitzen anzuordnen.
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Endlich ist es zweckmäßig, die Schneiden der Bohrkrone nach ihrer
Mitte zu zur Verstärkung des Meißelkörpers gegen die Schlagbeanspruchungen wieder
etwas zu erhöhen, aber derart, daß sie nicht die Höhe der Außenschneiden erreichen.
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Eine vorteilhafte Ausführung der Vorrichtung, die Mantelhülse der
Hammerbohrmaschine bezüglich der Teildrehungen zu steuern, besteht darin, daß sie
außen ein Stirnrad trägt, in das ein oder mehrere beim Rückgang des Schlagkolbens
eine entsprechende Teildrehung ausführende Ritzel eingreifen.
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Eine weitere Vervollkommnung dieser neuen Vorrichtung für die Teildrehungen
der Mantelhülse der z. B. mit Preßluft angetriebenen Hammerbohrmaschine ist darin
zu erblicken, daß jedes Ritzel durch einen von der Rückluft angetriebenen Rotor
angetrieben wird. Um die Vorrichtung vollkommen selbsttätig ohne Bedienungsmann
in Betrieb zu setzen und darin zu halten, ist es vorteilhaft, an ihr sich gegen
das Gebirge stützende Beine anzuordnen, die je aus einer Hülse bestehen, aus der
je ein abgefedertes als Preßluftkolben ausgebildetes Fußstück herausragt. Diese
Kolben sind so eingerichtet, daß sie beim Rückgang des Schlagkolbens infolge einströmender
Rückluft aus der Hülse austreten, sich mit ihrem Fußteil gegen die Innenwand des
Bohrloches pressen, während beim Arbeitsgang des Schlagkolbens infolge der den Preßkolben
umgebenden Schraubenfeder die Stützfüße in ihre Hülsen zurückgezogen werden.
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Es liegt im Bereich des Erfindungsgedankens, um die Wirkung der Hammerbohrmaschine
zu steigern, mehrere solcher Maschinen zu einer Vorrichtung zu vereinigen.
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Sollen Hochbohrungen ausgeführt werden, so ist es vorteilhaft, zwei
oder mehr Hammerbohrmaschinen gemäß der Erfindung auch mit ihrer Mantelhülse fest
auf einer Drehscheibe anzuordnen, die ihrerseits die Teildrehungen ausführt und
z. B. durch ein von der Rückluft gesteuertes Klinkengetriebe, das in eine entsprechende
Verzahnung der Drehscheibe eingreift, weitergeschaltet wird, während die Mäntel
der Einzelbohrmaschinen nur die Steuerung für die Hinundherbewegung der Schlagkolben
enthalten.
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Für Tunnelbohrungen ist es zweckmäßig, die einzelnen Bohrmaschinen
gemäß der Erfindung bis zu 25 Stück und mehr fest auf einem Teller anzuordnen, der
seinerseits die Teildrehungen ausführt. Dabei ist seine Achse, die z. B. auf einem
besonderen Vorschubwagen gelagert ist, durch irgendein Getriebe (Preßluft- oder
elektrisches Getriebe) gesteuert. Der Wagen kann vor- und rückwärts gefahren werden.
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Um die vorteilhafte Wirkung der stufenförmigen Anordnung der Schneiden
der Bohrkrone der einzelnen Meißel auch bei der Gesamtheit aller Einzelbohrmaschinen
zu erzielen, also die vorteilhafte Wirkung der einzelnen Bohrmaschine entsprechend
der Anzahl der verwendeten Bohrmaschinen zu steigern, ist es vorteilhaft, die Bohrmaschinen
zu mehreren konzentrischenRi,ngenzusammenzufassen und diese Ringe nach der Mitte
der Vorrichtung stufenförmig niedriger zu gestalten. Eine weitere Verbesserung der
zuletzt genannten, mit Recht als Großbohrmaschine zu bezeichnenden Maschine besteht
darin, daß, um das anfallende. Gestein wegzuschaffen, jeder Bohrkrone eine an dem
alle Bohrmaschinen tragenden Teller befestigte Rutsche zugeordnet ist, die, sobald
sie in den unteren Bereich des Bohrloches gelangt, das anfallende Gestein nach einem
Förderband schafft, welches es nach einem Wagen zum Abfahren befördert.
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Die Zeichnung veranschaulicht mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt nach der Linie.4-B der Fig. 2 eines mit seinen
äußersten Schneidstufen in das Gebirge eingedrungenen Meißels, Fig. 2 eine Draufsicht
auf die Meißelkrone,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Meißel
mit etwas anderen Schneidstufen, Fig.4 im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel der
Bohrmaschine mit dem neuartigen Meißel und der neuartigen Vorrichtung zur Steuerung
der Teildrehungen der Mantelhülse für den Meisel im Augenblick der Umsteuerung des
Schlagkolbens, Fig.5 eine Seitenansicht einer Bohrmaschine, vornehmlich für Hochbohrungen,
Fig. 6 eine Seitenansicht eines Bohrers, ebenfalls vornehmlich für Hochbohrungen,
aber mit zwei Bohrmaschinen, Fig. 7 eine Bohrmaschine für Bergbau- und Tunnelbohrungen
mit einem Durchmesser des Bohrers von 4ooo bis 12000 mm, der auf einem Wagen mit
Antriebs- und Vorschiebeinrichtung gelagert ist, und Fig. 8 eine Ansicht auf die
Bohrkrone der Bohrmaschine.
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Die Bohrkrone i des Meißels (s. Fig. i) ist mit ihren äußersten Schneiden
2 so weit in das Gebirge 3 eingedrungen, daß die weiter zurückliegenden Schneiden
4 das innerhalb des durch die Schneiden 2 aus dem Gebirge herausgeschlagenen Ringes
befindliche spannungslose Gebirgsmaterials berühren. Bei weiterem Vordringen des
Bohrers vertiefen die äußersten Schneiden :2 den von ihnen aus dem Gebirge herausgeschlagenen
äußersten Ring, während gleichzeitig die Schneiden 4 das bröckelige Gebirgsgestein
-der Kreisscheibe 5 mühelos, d. h. ohne wesentliche Arbeitsleistung der Maschine
und ohne wesentliche Abnutzung der Schneiden 4, herausschaffen. Bei dem weiteren
Vordringen der Schneiden 2 entsteht naturgemäß nach Maßgabe des Vordringens immer
wieder eine neue spannungslose Scheibe 5 aus faustgroßen Gesteinsbrocken, die ebenso
mühelos wie die erste von den Schneiden 4 entfernt wird.
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Das bisher Gesagte gilt für weiches und mittelhartes Gestein. Bei
hartem Gestein ist die Entspannung der Scheibe 5 zwar auch vorhanden, aber der Zusammenhalt
der Brocken der Scheibe 5 ist noch etwas größer, so daß auch die Schneiden 4. und
die am Grund der Meißelkrone befindlichen Schneiden 6 eine höhere Arbeitsleistung
vollbringen.
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Der Meißel gemäß Fig.3 arbeitet nach dem gleichen Grundgedanken und
eignet sich vermöge der besonderen Ausbildung seiner. Schneiden für hartes Gestein.
Die äußersten Schneiden bestehen aus den quer gestellten und angeschärften Kreisschneiden
7, zwischen denen pyramidenförmige Schneidspitzen 8 angeordnet sind. Die tiefergelegenen
Schneiden 9 dieses Bohrers setzen sich aus gleichartigen Kreisscheiben 1o und dazwischen
befindlichen pyramidenförmigen Schneidspitzen i i zusammen, während die im Mittelpunkt
angeordneten Schneiden 12 den Schneiden 6 des Meißels nach Abb. i entsprechen. Die
Hammerbohrmaschine gemäß Fig. 4 zeigt einen Bohrmeißel 13 mit etwas abgewandelter
Bohrkrone. Zwar besitzt auch dieser Meißel die wesentlichen Stufen, jedoch weist
die äußerste Stufenschneide eine Unterteilung in je zwei quer gestellte Kreisschneiden
14 mit darauf befindlichen Spitzen 15 auf, welche Anordnung sich ebenfalls für besonders
hartes Gebirge eignet: Diesem harten Gebirge entsprechend sind auch die Kreisschneiden
16, 17, 18 und i9 der näher nach dem Mittelpunkt zu gelegenen Stufen ausgebildet.
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Wie aus Fig.4 hervorgeht, steckt der Stiel 20 des Meißels in einer
Mantelhülse 21 und ist darin gegen Verdrehen durch zwei sich gegenüberliegende Federn
22, die in entsprechenden Längsnuten der Mantelhülse 21 hin und her gleiten, gesichert.
Die Länge der Längsnuten 23 bestimmt den Hub. Auf den Meißelstiel 2o schlägt der
Schlagkolben 24 der Bohrmaschine, der in bekannter Weise durch Preßluft angetrieben
wird..
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Die Vorrichtung für die Steuerung der Teildrehungen der Mantelhülse
21 besteht aus folgenden Teilen: Am linken Ende der Mantelhülse ist ein Stirnrad
25 befestigt, in das ein oder mehrere Ritzel 26 eingreifen. Diese Ritzel werden
durch an sich bekannte druckluftgesteuerte Läufer (Rotoren) 27 angetrieben. Wie
aus der Fig. q. hervorgeht, hat der Kolben 28 des Schlaghammers 24 gerade die Stellung
der Umsteuerung für den Rückweg erreicht. Deshalb gelangt die im Raum 29 sich hinter
dem Kolben 28 befindliche Rückluft durch die Bohrungen 30 in die Kanäle 31
und von da durch die Bohrungen 32 vor den Kolben in, den Raum 33, der dadurch zur
Rückbewegung veranlaßt wird.
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Gleichzeitig gelangt durch die Kanäle 31 Rückluft in den Raum der
Rotoren durch die Bohrungen 34. Da die Dauer einer jeden Teildrehung der Rotoren
und damit die Teildrehung der Ritzel26 in Einklang gebracht ist mit dem erforderlichen
Teil des Rückweges des Kolbens 28, so steuert der Kolben 28 selbsttätig bei seinem
Hinundhergang immer auch den für die Teildrehung des Meißels 13 erforderlichen Teil
der zugehörigen Teildrehungen der Mantelhülse 21.
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Wie aus Fig. 4 ferner ersichtlich ist, führen von den Kanälen 31 Seitenkanäle
35 in den Zylinderraum 36 der Hülsen 37 der Beine für den aus dem Kolben 38 der
Kolbenstange 39 und dem Fußteil 4o bestehenden beweglichen Teil, der durch die Schraubenfedern
41 in seiner Ruhelage gehalten wird. Tritt nun die Rückluft in den Raum 36 der Hülse
37, so überwindet die Preßluft die Spannung der Federn 41 und preßt die Fußstücke
4o gegen die Innenwand des erzeugten Bohrloches. Diese Bewegung der Fußteile 4o,
d. h. ihr Anlegen an das Gebirge und das Wiederzurückweichen vom Gebirge, erfolgt
im Rhythmus des Vorschubs des Meißels 13, und zwar derart, daß beim Schlaghub des
Kolbens die Fußteile der Beine eingezogen sind. Dabei nimmt die Masse des Hammers
die vom Kolben ausgehenden Kräfte auf. Sobald aber der Meißel auf das Gebirge aufschlägt,
entsteht ein Rückstoß, und dieser wird durch das Anlegen der Fußteile an die Innenwand
des Bohrloches aufgefangen, so daß die Bohrmaschine ruckweise im Rhythmus des Schlages
vorwärts bewegt wird, während er beim Rückstoß an seiner Stelle bleibt.
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Die bekannten Bohrmaschinen werden vom Bedienungsmann getragen und
gesteuert. Die selbsttätige
Auffangvorrichtung des Rückstoßes,
d. h. die durch Rückluft gesteuerten Beine mit Kolben 38, Stange 39 und Fußteil
4o nehmen dem Bedienungsmann diese anstrengende und gesundheitsschädliche Arbeit
ab.
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Bei hartem und mittelhartem Gebirge wird der Meißel 13 nach jedem
Schlag allein durch den Rückstoß rückwärts befördert. Um zu vermeiden, daß der Meißel
in weichem und zerklüftetem Gebirge steckenbleibt, ist die Rückschlagfeder 42 in
einer Eindrehung der Verschlußscheibe 43 und vor den Federn 22 am Meißelschaft angeordnet.
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Die übrige Bauart, die zum Teil bekannt ist, erhellt aus der Zeichnung.
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Wie aus der Zeichnung (Fig. 5) des Bohrers für Hochbohrungen ersichtlich
ist, unterscheidet sich die Steuerung der Bohrmaschine für die Teildrehungen dadurch,
daß die Mantelhülse 4.4 aus dem Gehäuse 45 der Bohrmaschine hinten herausragt und
an Stelle des Stirnrades 25 ein daran befestigtes Kegelrad 46, in das ein kleineres
Kegelrad 47 eingreift, aufweist. Die Zahnstange 48 greift in ein auf der Welle 49
des Kegelrades 47 befestigtes Stirnrad 5o ein und bewegt somit die Räder 5o und
47 immer eine Teildrehung weiter, sobald der Kolben 5 i in der Hülse 52 von der
aus dem Rohr 53 in den Raum 54 eintretenden Rückluft gesteuert wird.
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Die Räder des Antriebes für die Teildrehungen sind von einem Gehäuse
umgeben zum Schutz dieser Teile. Die Bohrmaschine trägt zu beiden Seiten die mit
Rollen 56 ausgestatteten Führungsarme 57. Die Rollen 56 drehen sich an der Bohrlochinnenwand.
Die ganze Hochbohrmaschine ist auf das bekannte Gestänge zum Hochdrücken der Bohrmaschine
aufgesetzt, dessen oberes Ende 58 ein Kugellager 59 trägt, um die Teildrehungen
der Hülse 4 4 zu ermöglichen. Der Meißel 6o mit ähnlicher Krone wie die bisher beschriebenen
kann einen Durchmesser von etwa rooo mm erhalten.
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Die Fig. 6 veranschaulicht in kleinerem Maßstab eine Seitenansicht
eines Hochbohrers mit zwei oder mehr auf der Scheibe 61 mit Kegelrad 62 aufgesetzten
Hammerbohrmaschinen. Statt eines kleinen Kegelrades sind deren zwei oder mehr, 63,
angeordnet, die durch zwei oder mehr Rückluftsteuerungen 64 angetrieben werden.
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Alle übrigen Konstruktionsteile sind aus der Zeichnung ersichtlich.
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Die Fig.7 und 8 veranschaulichen eine Größlochbohrmaschine für Gesteinsstrecken
im Berg-und Tunnelbau sowie verwandten Betriebe. Die Krone des Bohrgerätes setzt
sich im Ausführungsbeispiel aus 15 Einzelhammerbohrmaschinen zusammen, die ebenfalls
in Stufen angeordnet sind, deren äußere, 65, höher sind als die nach innen zu stufenweise
niedriger werdenden Stufen 66, 67 und 68. Die einzelnen Teile der Bohrkrone sind
.Meißel, deren Stufen selbst wieder denjenigen der bisher beschriebenen Meißel entsprechen.
Diese j Meißel bewegen sich in den zugehörigen Bohrmaschinen 69, die unter sich
alle gleich sind und auf den Armen 70 befestigt sind, nur hin und her. Die Bohrmaschinen
sind von einer kurzen Trommel 71 umgeben, in die die Speichen 70 einmünden.
Die Gesamtheit aller Bohrmaschinen bildet somit ein Tellerrad, dessen Achse 72 in
den Lagern 73 des Wagens 74 gelagert ist. Die übrigen Teile des Wagens, wie die
Räder 75, der Antrieb, bestehend aus Motor 76, Übersetzungsrädern 77, sind bekannt,
desgleichen die Umsteuerung mit dem Hebel 78.
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Wie schon in der Einleitung der Beschreibung gesagt ist, ist, um das
anfallende Gestein wegzuschaffen, jeder Bohrkrone eine an dem alle Bohrmaschinen
tragenden Tellerrad befestigte Rutsche zugeordnet, die, sobald sie in den unteren
Bereich des Bohrloches gelangt, das anfallende Gestein nach einem Förderband schafft,
welches es nach einem Wagen zum Abfahren befördert.
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Nachdem die Vorteile der neuen Bohrmaschine einzeln an den zugehörigen
Stellen der Beschreibung angegeben sind, mögen sie nunmehr zusammengefaßt werden,
um einen Gesamtüberblick dieser überaus großen Vorteile des Erfindungsgegenstandes
zu geben. Zunächst ist in der eigenartigen stufenförmigen Ausbildung der Schneiden
der Bohrmeißel, die aus dem gewachsenen Gebirgsgestein einen Ring herausschlägt,
der eine spannungslose Scheibe von Gesteinsbrocken von der Tiefe des ausgeschlagenen
sie umgebenden Ringes umfaßt, inVerbindung mit dem neuartigenGetriebe für die Weiterschaltung
der Teildrehungen der Mantelhülse bzw. der Mantelhülsen einer jeden Bohrmaschine
das wesentliche Merkmal des Erfindungsgedankens zu erblicken.
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Wenn eingangsgesagt ist, daß sich die Wirkung des Stufenmeißels mit
derjenigen der neuartigen Steuerung für die Teildrehungen der Mantelhülse bzw. -hülsen
gegenseitig steigert, so ist dies dadurch begründet, daß die stufenartige Ausbildung
der Meißelschneiden ohne die neuartige Steuerung für die Teildrehungen der Mantelhülse
nur bis höchstens 300 mm Durchmesser mit größerem Vorteil als bisher angewendet
werden könnte, da bei größerem Durchmesser des Bohrmeißels die gefürchteten Füchse
stehenblieben und Bohrungen über 300 mm Durchmesser genau mit den gleichen
Schwierigkeiten verbunden wären wie bisher. Der Umstand aber, daß die Teildrehungen
der Mantelhülse bzw. -hülsen so gesteuert werden können, daß, unabhängig vom Durchmesser
des Bohrmeißels, ein Umfangsteilweg der äußersten Teile der Bohrkrone des Meißels
von nur 26 mm oder auch weniger eingehalten werden kann, ermöglicht es, bei einem
einzigen Bohrvorgang die außergewöhnlich großen Bohrungen zu erzielen.
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Eine weitere Steigerung der Wirkung der stufenförmigen Bohrkrone mit
der Wirkung der neuartigen Steuerung für die Teilumdrehungen wird dadurch erzielt,
daß mehrere Hammerbohrmaschinen, deren jede den neuartigen Meißel trägt; selbst
wieder zu einer stufenförmigen Großbohrmaschine zusammengesetzt sind und so den
Grundgedanken, innerhalb einer ringförmigen Außennut eine spannungslose Großkreisfläche
zu erzeugen, dadurch verwirklichen, daß sie selbst wieder in kleinere
spannungslose
Unterkreisflächen zerlegt wird, die ihrerseits von den Ringnuten der Meißel einer
jeden Einzelbohrmaschine erzeugt werden.
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Außer diesen überraschenden Ergebnissen ist noch hervorzuheben, daß
sie in viel kürzerer Zeit (etwa 1/2o der bisherigen Zeit) und vollkommen mühelos
für den Arbeiter, weil die Maschine selbsttätig arbeitet, bei erheblicher Verminderung
der Silikosegefahr erzielt werden.
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Ferner ist der Verschleiß an Bohrern nahezu lediglich auf die Erneuerung
der Schneiden beschränkt, die ihrerseits vermöge der geringen Beanspruchung ebenfalls
viel länger ausdauern als diejenigen der dachförmigen Meißel, während der eigentliche
Bohrkörper jahrelang verwendbar bleibt.
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Endlich können mit der Großbohrmaschine gemäß Fig. 7 und 8 gegenüber
einer früheren Höchstleistung von 6 m je Tag Vorschub (Auffahren) nunmehr täglich
2o bis 30 m gebohrt werden, ohne Sprengstoff anwenden zu müssen.
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Dies bedeutet erstens eine große Ersparnis an Sprengkosten, und zweitens,
was noch viel wesentlicher ist, das Gebirge bleibt, wie der Fachausdruck heißt,
gesund, d. h. es erfährt keine Rißbildungen infolge der gewaltigen Sprengerschütterungen.