rohstoffe 2009 - Advanced Mining

a = Keilwinkel der Schneide, F = Andruck, A = Schubkraft
Abb. 2: Elementarvorgänge bei Bohren [1]
Aus den Elementarvorgängen lassen sich in Abhängigkeit
der Form der Wirkungselemente die Arbeitsweisen
der Bohrwerkzeuge bei den jeweiligen Bohrverfahren ableiten:
• schlagendes Bohren
• spaltend, kerbend, drückend, zertrümmernd
• drehendes Bohren
• schneidend, spanend, schabend, schleifend
Allen Bohrverfahren ist gemeinsam, dass der Bohrkopf
eine Drehbewegung durchführt. Beim rein drehenden Bohren
bewirkt die Drehung den eigentlichen Löseprozess des
Bohrgutes aus dem anstehenden Materialverband.
Beim schlagenden Bohren dient die Drehbewegung
unterschiedlichen Zielen. Erstens wird durch das Umsetzen
des Bohrkopfes um einen definierten, kleinen Drehwinkel
bei dem nachfolgenden Arbeitsvorgang eine neue
frische Angriffsfläche geboten und somit der Anteil einer
unproduktiven Nachzerkleinerung bereits gelösten Materials
verringert. Zweitens erfolgt diese Drehung ohne ein
Abheben des Bohrkopfes von der Bohrlochsohle sondern
vielmehr unter einem konstanten relativ hohen Andruck,
so dass eine zusätzliche spangebende Wirkung bei der
Bohrarbeit erzielt wird.
Ausgabe 02 | 2009
WEITERBILDUNG
Gesteinsablösung auf der Bohrlochsohle
Die Gesteinsablösung auf der Bohrlochsohle erfolgt in
Abhängigkeit des Bohrverfahrens, des Bohrwerkzeugs
und seiner Wirkungselemente durch eine Kraterbildung
oder durch die Erzeugung von radialen Nuten, Furchen
oder Rillen.
Die Größe des erzeugbaren Kraters bzw. der Furche
hängt unter Anderem vom Sprödbruchverhalten und plastischen
Verhalten des zu erbohrenden Materials ab.
Generell gilt, dass der wirtschaftliche Bohrfortschritt
umso höher ist, je größer die Ausbildung der erreichbaren
Vertiefungen bei vergleichbarem Energieaufwand ist.
Die Geometrie einer Schneide kann durch Keilwinkel,
Freiwinkel und Spanwinkel beschrieben werden und ist in
Abbildung 3 skizziert.
Schlagendes Bohren – drückend/zertrümmernd
(Kraterbildung)
Beim schlagenden Bohren ergibt sich durch die ausschließlich
senkrechte Krafteinleitung in das zu erbohrende
Material eine drückend/zertrümmernde Wirkungsweise,
die zu einer Kraterbildung führt (Abbildung 4). Der
Prozess umfasst vier Stufen:
1.
2.
3.
4.
a Freiwinkel
b Keilwinkel
g Spanwinkel
Drehung
Andruck / Schlag
Abb. 3: Winkelbezeichnungen eines Schneidelements [1]
Belastungsbeginn: Durch zunehmende Belastung einer
Schneide, die im Kontakt mit dem Gestein steht,
nimmt die Druckspannung im Gestein unterhalb der
Kontaktfläche zu.
Ausbildung eines Gesteinskeiles: Die Gesteinsdruckfestigkeit
wird überschritten. Unterhalb der Schneide
bildet sich ein Keil aus feinstgebrochenem Gesteinsmehl.
Kraterförmiges Brechen: Mit zunehmender Druckbelastung
wird der Keil derartig zusammengepresst,
dass die Schubspannungen im Gestein dessen Scherfestigkeit
überschreiten. Eine kraterförmige Risszone
bildet sich aus.
Nach der Kraterbildung: Das Gesteinsmaterial löst
sich entlang der entstandenen Risse vom umgebenden
Gestein.
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