Vorrichtung zur Wassernebelbedüsung

Die Erfindung betrifft eine Bedüsungsvorrichtung zur Beaufschlagung von mit Meißeln ausgerüsteten Schneidköpfen für den Einsatz im Berg-, Tunnel- und Tiefbau, mit einer Mehrzahl von an einem Bedüsungsrohr nebeneinander angeordneten Düsen, aus den jeweils ein auf den Schneidkopf gerichteter

Sprühkegel aus einem Wasser-Luft-Gemisch austritt. Eine solche Bedüsungseinrichtung ist beispielsweise im Zusammenhang mit einer Teilschnittmaschine für die Kohlegewinnung im Untertagebereich optimal geeignet. Speziell in methanhaltiger Umgebung gilt es, ein explosives Methan- Luft-Gemisch, das sich zu Beginn des Schneidvorgangs zwischen der Ortsbrust und dem Schneidkopf einer Teilschnittmaschine befinden kann, zu entfernen bzw. unter die Explosionsgrenze zu verdünnen. Außerdem gilt es, während des

Schneidvorganges den Spalt zwischen Schneidkopf und Ortsbrust von der umgebenden explosiven Atmosphäre so abschirmen, dass nicht erneut ein explosives Gemisch in den Spalt eindringen kann. Auch die Kühlung des

Schneidkopfes bzw. der daran befindlichen Meißel und die Bindung von Staub sind in diesem Zusammenhang gebotene Ziele. Das dahinter stehende

Bedüsungskonzept gemäß Stand der Technik sieht vor, dass durch die Bedüsung des Schneidkopfes entstehende Brände gelöscht und ggf. die auf dem

Schneidkopf angeordneten Meißel gekühlt werden. Bisher erfolgt eine

systematische Bedüsung des eigentlichen Schneidraumes praktisch im

Wesentlichen durch eine Meißelinnenbedüsung, nur teilweise durch einen hinter den Schneidkopf geblasenen Wassernebel, sodass etwaig entstehende Luft- Methangemische im Schneidraum praktisch eher durch große Mengen Wasser ausgespült als durch den Wassernebel ersetzt werden. Diese Wassermengen in der Größenordnung von um die 65 I/Min. sorgen für die Entstehung von Matsch und damit für Rutsch- und Unfallgefahr sowie Probleme beim Abtransport, im Zweifel auch Hindernisse beim Entsorgen des häufig mit Ölen, Hydraulikflüssigkeit oder Schmierstoffen kontaminierten Wasserschlamms. Auch die Entstehung von durch den Schneidkopf verursachten Sogkräften wird bisher nicht ausreichend gewürdigt und berücksichtigt.

Damit stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, eine

Bedüsungsvorrichtung zur Beaufschlagung von Schneidköpfen und anderen für den Einsatz im Berg-, Tunnel- und Tiefbau geeigneten Maschinenteilen zu schaffen, die sich durch Effektivität, Sicherheit und hohe Wasserersparnis auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mittellinie der aus den Düsen austretenden Sprühkegel auf eine Position zwischen tangential auf den Grundkörper des Schneidkopfes ausgerichtet und auf die Spitze des jeweiligen Meißels ausgerichtet auftrifft.

Durch eine solche Bedüsungsvorrichtung kann eine aktive Bedüsung des Schneidraumes und eine Beaufschlagung mit Wasser-Luft-Gemisch erreicht werden, mit welcher der Spalt zwischen Schneidkopf und Ortsbrust mit einem sehr hohen Volumenstrom durchspült werden kann. Der Düsenstrahl trifft dabei tangential auf den Grundkörper des Schneidkopfes, auf die Spitze des jeweiligen Meißels und/oder jegliche Position dazwischen. Damit trifft der Strahl weitgehend senkrecht auf den Spalt zwischen Schneidkopf und Ortsbrust, läuft mit der

Drehrichtung des Schneidkopfes mit, besitzt einen hohen Impuls und weitet sich nicht zu stark auf, damit wenig Volumenstrom von dem Spalt abgelenkt wird.

Etwaige Methan-Luft-Gemische, die z. B. durch das Anschneiden einer

Methanblase im Kohle-Streckenvortrieb im Schneidraum entstehen können, werden somit nicht durch Wasser ausgespült, sondern auch durch die

eingeblasene Luft im Wassernebel schnell und gezielt unter den explosiven

Bereich verdünnt. Damit ist der Einsatz eines vergleichsweise langlebigen und störungsunanfälligen Trocken-Schneidkopfes im Steinkohlenbergbau möglich, also eines Schneidkopfes ohne Meißelinnenbedüsung, weil die

Wassernebelbedüsung ausschließlich über die erfindungsgemäße

Bedüsungsvorrichtung bewerkstelligt werden kann.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Breite des Bedüsungsrohrs zumindest annähernd der Breite des mit Wasser-Luft-Gemisch zu

beaufschlagenden Schneidkopfes entspricht. Ein solches Bedüsungsrohr ist damit so ausgelegt, dass es ein Bedüsen des Schneidraumes überall dort ermöglicht, wo die Meißel tatsächlich arbeiten. Es erfolgt ein gezieltes Injizieren des

Wassernebels von der Seite und von oben direkt in den Schneidraum hinein.

Bewegungen des Schneidkopfes in allen möglichen Schneidpositionen werden voll umfänglich abgedeckt. Gleichzeitig ist für eine Kühlung der Meißel und damit für eine Reduzierung des Meißelverschleißes gesorgt.

Es ist zweckmäßig, wenn die Düsen ein Stück weit in dem Bedüsungsrohr in Richtung Mitte des Schneidkopfes geneigt angeordnet sind. Hierunter wir einerseits verstanden, dass Düsen in einem horizontalen Abschnitt des

Bedüsungsrohres in einem Winkel von 0° - 10° nach unten angeordnet sind.

Diesen Düsen sind also von oben aus dem Bedüsungsrohr in Richtung Mitte des Schneidkopfes geneigt, während andererseits Düsen in vertikalen Abschnitten des Bedüsungsrohres in einem Winkel von 0° - 12° nach innen angeordnet sind. Damit sind die äußersten Strahlen aus dem Bedüsungsrohr in einem entsprechenden Winkelbereich nach innen positioniert.

Mit Blick auf die Geometrie des Bedüsungsrohrs ist daran gedacht, dass dieses aus prismatisch angeordneten Teilabschnitten gebildet ist, die sich, einem Torbogen ähnlich, zwischen Maschinenrahmen und Schneidkopf erstrecken. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist an fünf Teilabschnitte gedacht.

Zielvorgabe ist weiterhin ein systematisches Blockieren eines etwaig entstehenden Luft-Methan-Gemisches derart, dass es nicht durch den Sog des injizierten Wassernebels in den Schneidraum gesogen werden kann. Von daher ist eine Abschottung des Schneidbereiches dergestalt vorgesehen, dass das

Bedüsungsrohr an seiner Unterseite mindestens eine und/oder eine mehrteilige Schottwand aufweist. Ergänzend hierzu ist vorgesehen, dass die Schottwand elastisch ausgebildet und/oder elastisch gelagert ist.

Eine weitere Maßnahme zur Abschottung des Schneidraumes in Hinblick auf ein etwaiges Luft-Methan-Gemisch sieht vor, dass die Bedüsungsvorrichtung Düsen aufweist, welche auf den Abtransport und/oder das Wegleiten des Methan- Luft-Gemisches von der Ortsbrust ausgerichtet angeordnet sind. Aufgabe dieser Art von Sprühwand ist es, das Luft-Methan-Gemisch vom Schneidraum

wegzuleiten und/oder das Eindringen weiteren Luft-Methan-Gemisches in den Schneidraum zu vermeiden. Auf diese Weise wird der Raum zwischen der

Unterseite des Bedüsungsrohres und der Außenkontur des Schneidgetriebes bzw. des Schneidarmes abgeschirmt. Dies geschieht zweckmäßigerweise, indem die Düsen in Vortriebsrichtung betrachtet nach hinten ausgerichtet angeordnet sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Bedüsungsrohr eine durchlaufende stirnseitige Fläche aufweist. Das

Bedüsungsrohr ist in Zwei-Kammer-Ausführung ausgebildet und umfasst die durchlaufenden stirnseitigen Flächen an der dem Schneidkopf zugewandten Seite als Dichtflächen für die Düsen, die somit in einer Ebene besonders präzise ausgerichtet werden können. Mit diesen Düsen kann der bei der Verwirbelung entstehende Wassernebel direkt und optimiert auf die Meißel bzw. die

Zwischenräume zwischen den Meißeln ausgerichtet werden. Sie sind

dahingehend optimiert, dass sie durch ihre Positionierung bzw. Ausrichtung die jeweils in die Düsen eingeleiteten Druckluftmengen größtmöglich und unter geringem Wasserverbrauch verwerten können. Außerdem ist daran gedacht, dass das Bedüsungsrohr mindestens zwei symmetrisch angeordnete Anschlüsse für die Wasser- bzw. Luftzufuhr aufweist und dass die Bedüsungsvorrichtung mindestens einen im Einbauzustand zugänglichen Messanschluss in der Luftkammer aufweist.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine

Bedüsungseinrichtung zur Beaufschlagung von Meißeln an Schneidköpfen für den Einsatz zur Zündunterdrückung im durch Schlagwetter gefährdeten

Steinkohlenbergbau, im Tunnel- oder Tiefbau geschaffen ist, dem ein vollkommen neues Bedüsungskonzept zu Grunde liegt. Es erfolgt ein gezieltes Injizieren des Wassernebels von der Seite und von oben direkt in den Schneidraum hinein. Die Ausrichtung der Mittellinie der aus den Düsen austretenden Sprühkegel auf eine Position einerseits zwischen tangential auf den Grundkörper des Schneidkopfes ausgerichtet und andererseits auf die Spitze des jeweiligen Meißels ausgerichtet, macht sich unter mehreren Gesichtspunkten positiv bemerkbar. Ein explosives Methan-Luft-Gemisch, das sich zu Beginn des Schneidvorgangs zwischen Ortsbrust und Schneidkopf befinden kann, wird entfernt bzw. unter die

Explosionsgrenze verdünnt. Der Spalt zwischen Schneidkopf und Ortsbrust wird dann während des Schneidvorgangs von der umgebenden explosiven

Atmosphäre abgeschirmt. Außerdem kommt es zu Kühleffekten für Schneidkopf und Meißel und zu einer Staubbindung. Ein unnötiges Besprühen der Ortsbrust wird dank präzise ausgerichteten und vorteilhaft designten Düsen und ein optimiertes Luftdruck-/Wasserdruck-Verhältnis vermieden. Durch die

erfindungsgemäße Nebelbedüsung kann eine Reduzierung des benötigten Wassers auf bis zu ein Drittel gegenüber herkömmlichen Verfahren erreicht werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

Figur 1 eine Bedüsungsvorrichtung mit einem Schneidkopf in

perspektivischer Ansicht, Figur 2 eine Bedüsungsvorrichtung mit einem Schneidkopf in

Seitenansicht,

Figur 3 ein Bedüsungsschema,

Figur 4 eine Bedüsungsvorrichtung mit Schneidkopf im Einsatz, Figur 5 eine Bedüsungsvorrichtung mit Schneidkopf in Frontansicht,

Figur 6 eine Bedüsungsvorrichtung mit Sprühkegel in Seitenansicht,

Figur 7 eine Bedüsungsvorrichtung mit Sprühkegel in perspektivischer

Ansicht,

Figur 8 eine Düse zur Wegleitung des Methan-Luft-Gemisches, Figur 9 ein Bedüsungsrohr in Vorderansicht,

Figur 10 ein Bedüsungsrohr in Draufsicht,

Figur 11 ein Bedüsungsrohr in Rückansicht und

Figur 12 die Bedüsungsvorrichtung gemäß Figur 2 in Draufsicht. In Figur 1 ist die Bedüsung eines Schneidkopfes 2 dargestellt. Am vorderen

Ende: einer Teilschnittmaschine 36 befindet sich hierzu eine Bedüsungsvorrichtung 1 , bestehend aus prismatisch zueinander angeordneten Teilabschnitten 12 - 16 in Art eines Torbogens. Das Bedüsungsrohr 3 ist mit einer Vielzahl von in Richtung Schneidkopf 2 ausgerichteten Düsen bestückt, von denen hier fünf beispielhaft mit den Bezugszeichen 21 - 25 versehen sind. Aus diesen Düsen 21 - 25 treten Sprühkegel aus, von denen hier nur die Mittellinien mit den Bezugszeichen 61 - 65 erläutert sind. Diese Sprühkegel treffen mit ihren Mittellinien 61 - 65 auf den Grundkörper 5 des Schneidkopfes 2 bzw. die jeweiligen Meißel 31 , 32, 37, 38 auf und zwar in einer Position zwischen tangential auf den Grundkörper 5 des

Schneidkopfes 2 ausgerichtet und auf die Spitze 51 , 52 des jeweiligen Meißels ausgerichtet. Somit wird ein Sprühkegel erzeugt, der möglichst senkrecht auf den Spalt zwischen Schneidkopf 2 und Ortsbrust trifft, der mit der Drehrichtung des Schneidkopfes 2 läuft, damit er von diesem getragen wird, über einen hohen Impuls verfügt und sich nicht zu stark aufweitet, um konzentriert auf den jeweiligen Meißel bzw. tangential auf den Grundkörper 5 des Schneidkopfes 2 aufgebracht werden zu können. Die Darstellung gemäß Figur 2 erläutert noch einmal das Auftreffen der aus den Düsen 21, 22 austretenden Sprühkegel, symbolisiert durch deren Mittellinien 61 , 62, auf die auf dem Schneidkopf 5 angeordneten Meißel 32 mit ihrer Spitze 52. An der Unterseite des Bedüsungsrohrs 3 ist zudem eine weitere Düse 20 zu erkennen, aus der Wasser-Luft-Gemisch austritt, um das Methan-Luft-Gemisch abzuleiten. Ihr Zweck liegt in der Abdichtung und somit einer Vermeidung des Nachströmens eines Luft-Methan-Gemisches aus der Umgebung in den

Schneidraum. Mit dem Bezugszeichen 60 ist die Mittellinie eines um den Winkel α nach unten geneigten Strahls bezeichnet, der aus dem horizontalen Abschnitt 14 austritt.

Zur besseren Veranschaulichung des Sprühbildes dient noch einmal Figur 3, wo auf dem Grundkörper 5 des Schneidkopfes 2 Meißel beispielhaft mit den Bezugszeichen 26—29 und Mittellinien 66 - 69 von ansonsten nicht dargestellten Sprühkegeln symbolisiert werden, welche auf Grundkörper 5 bzw. Meißel 26 - 29 auftreffen und zwar in einer Position zwischen tangential auf den Grundkörper 5 ausgerichtet und auf die Spitze 56 - 59 des jeweiligen Meißels ausgerichtet.

Beim Einsatz zeigt Figur 4 die erfindungsgemäße Bedüsungsvorrichtung 1 nebst Schneidkopf 2. Ein Bedüsen der Meißel erfolgt da, wo diese tatsächlich arbeiten, nämlich im Schneidraum 18 zwischen Schneidkopf 2 und Ortsbrust 17, symbolisiert durch die Sprühkegel 41 , 42, 43 und 45. Hier erfolgt ein gezieltes Injizieren des Wasser-Luft-Gemisches sowohl seitlich als auch von oben in den Schneidraum 18 hinein, wobei das Wasser-Luft-Gemisch den Bewegungen des Schneidkopfes 2 in alle Schneidpositionen folgt. Hierzu wird jede einzelne

Düsenposition per Laser auf den gewünschten Zielbereich ausgerichtet.

Erkennbar ist auch hier wieder die versetzt in die entgegengesetzte Richtung ausgerichtete Art von Sprühnebelwand 8, die durch Austreten von Wasser-Luft- Gemisch aus der am Bedüsungsrohr 3 installierten Düse 19 gebildet wird.

In Frontansicht zeigt Figur 5 den Schneidarm 2 mit diversen Meißeln 31 , 24 bzw. der Spitzen 51 , 54, die von den Düsen 21 - 25 aus beaufschlagt werden, symbolisiert durch die Mittellinien 61 - 65 der entsprechenden Sprühkegel.

Unterhalb des Bedüsungsrohrs 3 befinden sich beidseitig des Schneidarms 39 Schottwände 7, 7', die elastisch ausgebildet und/oder gelagert sind und

verhindern* dass durch eine Sogwirkung des injizierten Wassernebels das Luft- Methan-Gemisch in den Schneidraum gesogen werden kann.

In Figur 6 ist noch einmal die angesprochene Abschottung gut erkennbar. Das Bedüsungsrohr 3 ist am Maschinenrahmen der Teilschnittmaschine 36 befestigt und durch die in Richtung Schneidraum orientierten Düsen trifft eine Art Schirm 46 aus Wasser-Luft-Gemisch auf den Schneidkopf 2 bzw. die darauf positionierten zahlreichen Meißel. Mit einer Neigung in die andere Richtung ist eine Art von Sprühnebelwand 8 dargestellt, die auf die Ladeschürze 40 der Teilschnittmaschine 36 auftrifft und für eine entsprechende Abschottung in rückwärtiger Richtung sorgt.

Figur 7 stellt dies noch einmal aus perspektivischer Sicht dar, wobei die Abschottung in Richtung Ladeschürze 40 durch die beiden so genannten

Sprühnebelwände 8, 8' in Zusammenspiel mit dem Schirm 46 aus Wasser-Luft- Gemisch in Richtung Schneidkopf 2 gut zu erkennen ist.

In perspektivischer Ansicht von unten zeigt Figur 8 die Wirkung der Düse 20 zur Erzeugung der so genannten Sprühnebelwand 8. An der Unterseite 6 befindet sich diese Düse 20, aus welcher ein Wasser-Luft-Gemisch auf die Ladeschürze 40 trifft. Außerdem treten aus dem Bedüsungsrohr 3 diverse weitere Sprühkegel zur Bedüsung des hier nicht dargestellten Schneidkopfes aus, von denen hier eine Mittellinie zur Veranschaulichung mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet ist.

Figur 9 zeigt eine Bedüsungsvorrichtung 3, bei der beispielhaft Düsen mit den Bezugszeichen 21 - 25 auf den fünf Teilabschnitten 12 - 16 bezeichnet sind. An der Unterseite 6 dieses Bedüsungsrohrs 3 sind die beiden Schottwände 7 und T erkennbar, außerdem die Düsen 19 und 20 zur Erzeugung eines Sprühnebels. Das Bedüsungsrohr zeigt Figur 10 in Draufsicht mit den beispielhaft bezeichneten Düsen 22 - 24. Gut erkennbar hier, dass das Bedüsungsrohr 3 eine durchlaufende stirnseitige Fläche 47 zur Ausrichtung der Düsen 22 - 24 aufweist. Zudem zeigt in Rückansicht Figur 11 das Bedüsungsrohr mit den fünf prismatisch angeordneten Teilabschnitten 12— 16 und den symmetrisch angeordneten Anschlüssen 10, 11 für die Wasser- bzw. Luftzufuhr.

Schließlich zeigt Figur 12 noch einmal die Bedüsungsvorrichtung 1 aus Figur 2 in Draufsicht. Erkennbar ist insbesondere die geneigte Ausrichtung der Mittellinien 55 im Winkel ß nach innen auf den Schneidkopf 2 gerichtet. Hierzu sind Düsen 48 in dem Bedüsungsrohr 3, genauer gesagt in dem hier durch den Querabschnitt 13 verdeckten vertikalen Abschnitt entsprechend geneigt angeordnet.