Ekspansjonsverktøy for splitting av bygningsstein

Oppfinnelsen angår verktøy for uttak av massive steinblokker fra fast fjell og for videre oppsplitting av råemnene til mindre firkantede blokker for videre bearbeiding ved saging, sliping osv. til bygningsplater, gravmonumenter osv.

Det vanlige her i dag er å bore en rekke parallelle huller ved siden av hverandre der delingen (splittingen) skal skje. Hullavstanden er gjerne 5-10 ganger borhulldiameteren, avhengig av fjellets beskaffenhet og kravene til nøyaktig form. Skal blokken tas ut fra fast fjell, bores slike hullrader både under, bak og på siden.

Store blokker løsnes deretter gjerne med svake sprengstoffladninger plassert i flere borhull. Ladningene detoneres samtidig. For videre oppdeling anvendes stålkiler som drives inn i borhullene med slaghammere. Kilene plasseres mellom 2 sideblikk for overførsel av kilekraften til steinen. Kilene har så lav stigning at de er selvsperrende, dvs. slik at friksjonen hindrer de i å gli ut igjen når de slås inn. Ved å sette inn en rekke kiler ved siden av hverandre som gradvis slås inn, opparbeides en strekkrafti steinen mellom borhullene som til slutt overvinner materialets indre strekkstyrke, slik at steinen revner.

Dette arbeidet er både tungt og arbeidskrevende, og kan også være farlig. Når operatøren står på en slik stor blokk som så plutselig revner, kreves stor årvåkenhet så han ikke faller og for stein over seg.

Forutgående boring er i dag i stor grad mekanisert , gjerne med flere boremaskiner ved siden av hverandre i hver borerigg. Det etterfølgende kilearbeide foregår imidlertid manuelt, bare med den forskjell at slegge er erstattet med trykkluftdreven slaghammer for inndriving av kilene.

Både ved sprengning med svakt sprengstoff og slik mekanisk kiling er det stor fare for utilsiktet sprekkdannelse ut fra borhull og inn i steinemnet. Slike sprekker kan være vanskelig å oppdage før blokken sendes til videre bearbeiding. Denne videreforedling foregår gjerne på fabrikker langt fra bruddene hvor råblokkene tas ut, ofte i et annet land. Det sier seg selv at det er meget uheldig hvis skytingen eller kilingen i steinbruddene skaper sprekker som først blir oppdaget av mottager etter at store frakt- og bearbeidingskostnader er påløpt. Det er derfor et stort behov for nytt utstyr som både letter arbeidet i steinbruddene og samtidig reduserer risikoen for utilsiktet sprekkdannelse.

Det er utviklet utstyr hvor stålkile er bygget sammen med stempelstang i hydraulisk sylinder, og hvor sideblikkene er forbundet med sylinderhuset. Slikt utstyr har fått en viss anvendelse i forbindelse med større borhulldiametre og for enkelte spesielle formål, men har ikke fått særlig anvendelse i brudd for uttak av hele steinblokker. Dette henger sammen med at utstyret blir relativt kostbart og meget sårbart under de driftsforhold som foreligger i et steinbrudd. For splitting av blokker anvendes her gjerne borhulldia. på 22 - 24 mm. Ovennevnte sylinderløsning får for stor diameter til å gå ned i borhullet. Slikt utstyr kan derfor ikke anvendes ved "skalkkiling" av dype hull, dvs. utkiling av "skalker" ned langs en høy steinflate.

Dette er i henhold til oppfinnelsen løst med nytt hydraulisk ekspansjonsutstyr utformet slik at det kan plasseres ned i borhullet, samtidig som det er gitt en utforming som gir stor nok styrke og fleksibilitet i borhullet til å hindre ukontrollert sprekkdannelse, men samtidig stor nok kraft til splitting av steinen.

Fig. 1 viser eksempel på vanlig steinbrudd for uttak av bygningsstein. Fig 2 viser eksempel på stor blokk med borhull og tradisjonelt kileutstyr. Fig 3 viser eks. på utstyr i henhold til oppfinnelsen hvor en tilsvarende blokk er utstyrt med 18 kileverktøy i henhold til oppfinnelsen. Fig 4 viser snitt av et enkelt verktøy.

På fig. 1 er markert med streker hvordan fjellet deles opp i blokker. Fig. 2 viser eksempel på borsøm og tradisjonelt kileutstyr som brukes for å dele en slik blokk.

Fig. 3 viser steinblokk 1 med ferdigborrede hull 2 hvor kileverktøy 3 er plassert. 3 og 3 kileslanger er her parallellkoblet med grenrør 4 til tilførselslanger for trykkolje 5. Slangene er opphengt på kranarm 6 som er svinbart lagret på fot 7. For å utballansere vekten av kilerørene med tilførselsledning er denne ført rundt trinseformede, fritthengende vektlodd 8 fra hydraulikkpumpe 9 med forbindelse til felles oljetank 10. Energitilførselen skjer fortrinnsvis i form av trykkluft gjennom ikke vist slange i sentrum av foten og til trykkluftdrevne stempelpumper 9.

Tegningen viser eksempel med 6 tilløpsslanger, hver tilkoblet 3 kileverktøy. Med ikke vist startventil kan operatøren åpne for trykkluft til en eller flere hydraulikkpumper 9 avhengig av hvor stor blokken er og hvor mange kileslanger som er i bruk. Tegningen er eksempel på en utførelse, men kan varieres innen vide grenser avhengig av anvendelsen. Fig. 3 viser utførelse beregnet på deling av blokker på sentral oppsplittingsplass i steinbruddet, og hvor det er viktig å holde slangene oppe i lufta klar av steintransporten. For uttak av råblokker direkte fra fast fjell anvendes andre bærbare aggregattyper med slanger som kan trekkes frem til borhullene hvor ekspansjonsverktøyet plasseres. Fig 4 viser eksempel på ekspansjonsverktøy bestående av en sentral kjerne 11, elastisk element 12, bunnstykke 13 , og tilløpshylse 14.

Den sentrale kjerne 11 kan hensiktsmessig utformes av stålline spunnet med 12 tråder rundt 6 tråder rundt 1 tråd. Elastisk element 12 utformes av porefritt og særdeles sterkt materiale, f. eks. polyuretane med høy stivhet. Området 90 - 95 shore har vist seg hensiktsmessig. Bunnstykke 13 er utformet hylseformet med lukket bunn. Det forankres fast til sentral kjerne 11 og elastisk element 12 ved komprimering i presse.

Tilløpshylse 14 har gjennomløpende sentral boring og gjenger for anslutning av grenrør 4 og tilløpsslange 5 (tegning 3). På samme måte som bunnstykke 13 forankres tilløpshylse 14 til elastisk element 12 og sentral kjerne 11. Dette skjer ved komprimering i hydraulisk presse. Med sentral kjerne spunnet opp av flere tynne tråder, oppnås kanaler mellom disse som selv etter komprimering av tilløpshylse 14, gir åpninger hvor trykkolje kan passere inn og ut av presseverktøyet. Konstruksjonen gir en fast, men samtidig bøyelig slange som lett kan føres ned i borhullene.

Ved tilførsel av trykkolje under høyt trykk , f. eks. 700 bar, vil elastisk element 12 ekspanderes og bygge opp stor, men jevnt fordelt sprengkraft i hvert borhull inntil steinen revner.

For å hindre ukontrollert fortsatt ekspansjon, noe som lett ville skade elastisk element 12, er det hensiktsmessig å utforme oljepumpe 9 med volumbegrensning, slik at maks. oljemengde fra hver pumpe ikke utgjør mer enn hva elastisk element 12 kan tåle. Dette kan hensiktsmessig utformes med slaglengde og stempeldiameter i pumpen tilpasset slik at ett fullt slag på denne gir tilstrekkelig oljemengde til 3 ekspansjonsverktøy med høyt nok trykk til sprekking av steinen, men samtidig mindre enn hva som må til for å sprenge elastisk element 12 etter at steinen er sprukket.

Oppfinnelsen kan gis forskjellig utforming, f. eks. kan slagbegrensningen bygges direkte på ekspansjonsverktøyet i stedet for å legges i pumpen som beskrevet ovenfor. Antall ekspansjonsverktøy koblet til hver tilløpsslange kan også endres hvis også oljepumpens kapasitet endres tilsvarende.