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Bohr- und Sprengarbeit [1]

[206] Bohr- und Sprengarbeit, Herstellung von Bohrlöchern und auch größeren Hohlräumen, deren Ladung mit Sprengmitteln und Einleitung der Explosion; hierdurch wird die Trennung der zu sprengenden Masse in größere oder kleinere Teile bewirkt. Hauptsächlich findet die Bohr- und Sprengarbeit – abgesehen vom Bergbau – im Erd-, Tunnel- und Wasserbau sowie im Steinbruchbetriebe Verwendung.

I. Die Bohrarbeit.

Die Bohrarbeit kann durch Handkraft, Handkraftmaschinen und Elementarkraftmaschinen erfolgen, und je nachdem das Bohren hauptsächlich durch Schlag-, Stoß- oder Dreharbeit bewerkstelligt wird, unterscheidet man Schlag-, Stoß- und Drehbohren.

Handbohrung.

Für die Handbohrung sind alle drei Bohrweisen in Verwendung. Beim Schlagbohren wird die Vorwärtsbewegung des Bohrers durch den Schlag mit einem Gewichte, dem Bohrfäustel, bewirkt. Man unterscheidet einmänniges und zweimänniges Bohren, je nachdem die Arbeit von einem Manne oder von zwei Männern ausgeführt wird; nur selten kommt dreimänniges Bohren vor. – Die Form des Bohrers zeigt Fig. 1; er soll aus tunlichst hartem, aber zähem Stahl hergestellt werden, um möglichst geringe Abnutzung bei hohem Wirkungsgrad der Bohrarbeit zu erleiden; der Bohrerkopf K erhält die Meißel-, Kreuz- oder Z-Form, von denen die erstere zumeist angewendet ist. Der Schneidenwinkel des Meißelbohrers richtet sich nach der Fertigkeit des Gesteins und liegt zwischen 70 und 110°. Bei festerem Gestein ist ein großer, bei milderem ein kleinerer Winkel zu wählen. Die Länge der Schneide l soll 1,3 des Bohrschaftdurchmessers d betragen; die Krümmung der Schneide richtet sich ebenfalls nach der Fertigkeit des Gesteins, und deren Halbmesser liegt zwischen 1,5 und 5 d. Die Bahn oder der Nacken des Bohrers wird zur Erreichung zentraler Schläge meist gerundet oder konisch hergestellt. Der Schaft des Bohrers erhält achteckigen Querschnitt, um das Drehen oder Setzen zu erleichtern. Die Bohrerlänge ist von der Tiefe des Loches abhängig. Das Gewicht des einmännigen Bohrers beträgt 1–3 kg, das des zweimännigen 2–6 kg. Das Schärfen der Schneide erfolgt durch Bearbeiten mit dem Hammer in rotglühendem Zustand und nachfolgendem Abkühlen bei Erreichen der strohgelben Farbe. Auch hier richtet sich der Härtegrad nach der Fertigkeit des Gesteins. – Das Bohrfäustel erhält beim einmännigen Bohrer die aus Fig. 2 ersichtliche Form bei einem Gewicht von 2–4 kg, beim zweimännigen Bohrer die aus Fig. 3 ersichtliche Form bei einem Gewicht von 3–8 kg. Das Fäustel soll stets schwerer als der Bohrer, überhaupt so schwer als möglich sein und wird, wie der Bohrer, aus Gußstahl hergestellt. Der Stiel oder Helm des Fäustels wird aus Eschen- oder Buchenholz gefertigt und soll ovalen Querschnitt haben. Beim einmännigen Bohren führt der Häuer mit der linken Hand den Bohrer und schwingt mit der rechten das Fäustel, um einen möglichst wuchtigen zentralen Schlag auf die Bahn des Bohrers auszuführen. Nach jedem Schlage, durch den die Bohrerschneide zertrümmernd in das Gebirge eindringt, wird der Bohrer gehoben und »gesetzt«, d.h. um einen gewissen Winkel, der von der Gesteinsfestigkeit abhängt – und im Mittel etwa 36° beträgt, gedreht, damit die Bohrerschneide neue Arbeit findet. Da die Bohrerschneide stets eine etwas größere Länge hat, als der Durchmesser des Bohrers beträgt, so »spielt« der Bohrer im Loch. Schon aus diesem Arbeitsvorgang, und da die Achse des Bohrers nie genau mit derjenigen des Bohrloches übereinstimmt und die Schläge nie zentral in der Achse des Bohrers erfolgen, geht hervor, daß die Schneide des Bohrers zweckmäßig eine Krümmung erhalten soll, bei festem Gestein und geringem Eindringen eine flachere, bei weichem Gestein eine stärkere. Zur Herstellung eines Loches gebraucht man mehrere Bohrer von zunehmender Länge und abnehmender Stärke; man nennt dieselben Anfangsbohrer, Mittelbohrer und Abbohrer.

Beim einmännigen Bohren und bei 0,7 m tiefen Löchern betragen die Bohrerlängen 0,4 m Länge und 30 mm Dicke, dann 0,7 m Länge und 25 mm Dicke, endlich 0,9 m Länge und 20 mm Dicke. Beim zweimännigen Bohren wird der Bohrer von einem Arbeiter geführt und gesetzt, während der zweite Arbeiter das Fäustel von größerem Gewicht schwingt. Hierbei betragen die Bohrlängen für 1 m tiefe Löcher: zuerst 0,6 m bei 40 mm Stärke, dann 0,8 m bei 35 mm Stärke, ferner Im bei 30 mm Starke und zuletzt 1,2 m bei 25 mm Stärke. Die geringste Bohrerstärke kann zu 20 mm, die größte Lochweite zu 45 mm und die größte Tiefe zu 1,25 m angenommen werden; größere Abmessungen sind kaum noch vorteilhaft. Durch Einspritzen von Wasser in das Bohrloch wird Kühlung des Bohrers und dadurch längere Erhaltung der Schneide sowie Vermeidung des Staubes erzielt. Fallende Löcher werden daher stets naß gebohrt; da bei steigenden Löchern das Bohrmehl von selbst herausfällt und das Einspritzen mit Schwierigkeiten verbunden ist, so werden dieselben meist trocken gebohrt. Das durch Zertrümmerung des Gesteins entstehende Bohrmehl oder der Bohrschmand wird mittels eines Raumlöffels oder Krätzers nach dem Ausheben des Bohrers von Zeit zu Zeit herausgeholt. Der Krätzer besteht[207] aus einem starken Eisendraht, an dessen unterem, umgebogenem Ende sich eine flache Scheibe befindet, während das obere Ende ein Oehr bildet, das, mit Werg umwunden, dazu dient, das Bohrloch vor dem Laden auszutrocknen. Die auf die Bohrlochschale wirkende mechanische Arbeit ist a = Q²v²/2g(Q + q) mkg, wobei Q = Fäustelgewicht, q = Bohrergewicht, v = Endgeschwindigkeit des Fäustels = 2 ∙ 5 : t, und s = Weg, t = Schlagzeit und auf Grund von Versuchen 2 s = 63 cm, Schlagzahl pro Minute n = 96, Schlagzeit t = 0,39 ∙ 60 : n = 0,245; Endgeschwindigkeit 2 s : t = 2,58 m; Fäustelgewicht Q = 1,725 kg, folglich die mechanische Arbeit eines Schlages a = 0,585 mkg. Der gesamte Wirkungsgrad der Schlagbohrarbeit ist sehr klein, da er nur etwa 0,05 beträgt. Die in der Minute zu erreichende nutzbare Bohrarbeit beträgt:

Das Stoßbohren von Hand erfolgt in der Weise, daß eine entsprechend lange Bohrstange, die zumeist auf beiden Seiten mit Bohrköpfen versehen ist, von dem Arbeiter mit beiden Händen gehalten und gegen das abzubohrende Gestein geschleudert wird. Hierbei ist der Wirkungsgrad infolge Vermeidung der durch Rückzug des Fäustels und den Schlag verursachten Kraftverluste größer, jedoch die genaue Führung des langen und schweren Bohrers bei Herstellung wagerechter und steigender Löcher zur Erzielung zentrischer Stöße schwieriger wie beim Schlagbohren; daher wird das Stoßbohren von Hand verhältnismäßig festen und fast nur für fallende Löcher angewendet.

Maschinenbohrung mit Handkraft.

Die Handkraftbohrmaschinen sind zumeist Stoßbohrmaschinen, seltener Drehbohrmaschinen, welch letztere nur in weichem Gesteine zweckmäßig Verwendung finden. – Bei den Handstoßbohrmaschinen wird die stoßende Bewegung meist durch Zusammendrücken einer Feder oder der in einen Zylinder eingeschlossenen Luft mittels der an einer Kurbel oder einem Schwungrad arbeitenden Hand bewerkstelligt; die drehende Bewegung nach dem Stoß, die wie bei der Handbohrung nötig ist, wird dadurch bewirkt, daß eine schraubenförmig gewundene oder mit einer schraubenförmigen Nut versehene Bohrerstange sich durch ein Sperrad bewegt, das entsprechenden Ausschnitt erhält oder mit einem gewundenen Keil versehen ist und durch Sperrklinken beim Rückzug festgehalten wird, so daß sich die Bohrerstange drehen muß, während beim Stoß sich dieses Sperrad dreht und der Bohrer ungedreht vorwärts geht. Die vorschiebende Bewegung endlich erfolgt meist in der Weise, daß die Bohrerstange mit Gewinde und Mutter versehen ist, wobei das Vorschieben durch Drehen der Mutter bewirkt wird. Derartige Maschinen haben Faber, Klover, Gronert und Fritz gebaut. Im allgemeinen aber haben sich Handbohrmaschinen wegen ihrer geringen Leistungsfähigkeit namentlich im feueren Gestein wenig bewährt.

Maschinenbohrung mit Elementarkraft.

Die Elementarkraftbohrmaschinen wirken entweder flößend oder drehend als Stoß- und Drehbohrmaschinen. Schlagkraftbohrmaschinen haben sich nicht als zweckmäßig erwiesen. Der Antrieb der Maschinen erfolgt durch Dampf, Druckluft, Wasser unter Druck und Elektrizität.

Die Verwendung von Dampf, dem in den meinen Fällen billigsten Motor, ist im Berg- und Tunnelbau nicht zu empfehlen, da der Abdampf in den engen und schwierig zu lüftenden Räumen belästigend wirkt, die Bedienung der Maschinen infolge ihrer Erhitzung erschwert wird und lange Dampfleitungen große Wärmeverluste bedingen, wenn sie nicht besonders dagegen geschützt sind, was aber mit großen Kosten verbunden ist.

Druckluft eignet sich gut zum Betrieb der Tunnelbohrmaschinen, da sie sich auf größere Entfernungen ohne großen Kraftverlust leiten läßt, die Bohrmaschinen kalt bleiben, daher in allen Fällen leicht und gefahrlos bedient werden können. Die Druckluft wird durch Luftpressen erzeugt und durch eiserne Leitungen den Bohrmaschinen zugeführt. Die Luftpressen (nasse, halbnasse oder trockene) werden entweder durch Dampfmaschinen oder Wasserkraftmaschinen (meist Turbinen) angetrieben, letzteres dann, wenn hinreichende Wasserkräfte zur Verfügung flehen und die Anlage für längere Dauer bestimmt ist, da für kurze Zeit die zumeist kostspieligen Wassergewinnungsanlagen die Ausnutzung der Wasserkräfte vielfach nicht zweckmäßig erscheinen lassen. Druckluft wird der Hauptsache nach nur zum Betrieb der Stoßbohrmaschinen verwendet.

Wasser unter Druck eignet sich für den Betrieb der mit großer Kolbengeschwindigkeit arbeitenden Stoßbohrmaschinen wegen großer in rasche Bewegung zu versetzender Masse und der hierdurch bedingten Stöße nicht, wohl aber für langsam gehende Drehbohrmaschinen, weil diese unter hohem Druck arbeiten und das Wasser mit geringem Arbeitsverlust und wegen der[208] Unzusammenpreßbarkeit auch ohne Gefahr unter großen Druck gesetzt werden kann; das Wasser kann gleichzeitig auch zum Spülen der Bohrlöcher und zur raschen Beseitigung der Sprenggase verwendet werden; es ist allerdings wieder aus dem Tunnel abzuführen, was meist umständlich ist. Bei Vorhandensein größeren Gefälles kann Druckwasser billig erhalten und unmittelbar verwendet werden; meist aber wird das Wasser mit Hilfe von Pumpen unter Druck gesetzt und durch eiserne Leitungen den Bohrmaschinen zugeführt.

Elektrische Kraftübertragung eignet sich für Stoß- und Drehbohrmaschinen und ist namentlich für große Entfernungen vorteilhafter wie die vorgenannten Kraftübertragungen, weil hierbei die aus Kupferdrähten bestehende und verhältnismäßig billige Leitung einen bedeutenderen Teil der Gesamtkosten der Kraftübertragung bildet. Die Leitung ist biegsam und dünn, daher in engen Tunnelräumen sicher unterzubringen. Die Elektrizität wird durch Dynamomaschinen erzeugt, die durch Dampfmaschinen, Gas- und Benzinmotoren oder durch Wasserkraftmaschinen angetrieben werden.

Stoßbohrmaschinen mit Druckluftbetrieb führen die stoßende, die drehende und die vorschiebende Bewegung aus; letztere erfolgt sehr häufig nicht selbsttätig durch die Maschine, sondern auch von Hand des die Maschine bedienenden Arbeiters. Die Stoßbohrmaschinen arbeiten zumeist nur mit Volldruck der zugeführten Luft; nur wenige sind für die Ausnutzung der Expansionsarbeit eingerichtet. Die Druckluft kommt nicht über 7 Atmosphären zur Verwendung, da höhere Pressungen mit unverhältnismäßig großen Kosten, Uebelständen und Gefahren verknüpft sind. Für den Tunnelbau gelangen mit Rücksicht auf die verhältnismäßig geringen Kräfte, die zur Herstellung der kleinen Bohrlöcher erforderlich sind, nur Maschinen von kleineren Abmessungen zur Anwendung. Einfacher, kräftiger Bau der Maschine sowie ein guter Schutz der einzelnen Teile gegen Staub und Nässe ist komplizierten Konstruktionen vorzuziehen. Aus der großen Anzahl von Maschinen, die in größerem oder geringerem Umfang bisher angewendet wurden, sollen die von Ferroux, Mac Kean-Seguin, Dubois-François, Frölich, Jäger, Broszmann, Meyer, Ingersoll, Rand, Schram und Neill hervorgehoben werden.

Die Maschine von Ferroux, die sowohl beim Bau des Gotthard- als des Arlbergtunnels zur Anwendung gelangte, ist in Fig. 4 dargestellt; sie gehört zu den langen Maschinen mit selbsttätigem Vorschub. Bei dieser Maschine erfolgt die stoßende Bewegung durch Umsteuerung mit Hilfe der Kolben, durch welche die Preßluft aus dem Schieberkasten abwechselnd der vorderen und hinteren Fläche des Kolbens zugeführt wird, die umsetzende Bewegung beim Rückgang des Kolbens und Festhaltung des Sperrades S durch eine Sperrklinke, da die mit einer oder zwei gewundenen Nuten d versehene Kolbenstange, in welche die Dorne d₁ des Sperrades S eingreifen, genötigt ist, sich mit dem Bohrer um ein von der Nutneigung abhängiges Maß zu drehen. Die vorschiebende Bewegung erfolgt selbsttätig durch die auf den Zylinder von außen einwirkende Druckluft. Die Maschine, die zweckmäßig nur zu Löchern verwendet wird, die nicht zu stark von der wagerechten Linie abweichen, hat ein Gewicht von 180 kg, eine Länge von 2,4 m, eine Breite von 0,2 m und eine Höhe von 0,25 m.

Der Luftverbrauch dieser mit Volldruck arbeitenden Stoßbohrmaschinen in Litern beträgt für den vollen Hub V = V₁ + V₂, wobei V₁ die für Kolbenbewegung, V₂ die für Steuerungen, Umsetz- und Vorschubeinrichtungen sowie für schädliche Räume und Undichtigkeiten gebrauchte Luft bezeichnet. V₁ läßt sich für die Maschinen rechnerisch, F₂ nur aus Versuchen bestimmen; man kann annehmen, daß V₂ etwa 0,12–0,25 der der Maschine zugeführten Luftmenge V beträgt; daher wird w₁ = V₁ : V = 0,88 bis 0,75 sein. Der sekundliche Luftverbrauch der Maschine für die Kolbenbewegung allein ist bei z Stößen in der Minute V'_s = V₁ z : 60; der Luftverbrauch wird mit der Zahl der Stöße, und da dieselbe mit dem Druck der verwendeten Luft wächst, auch mit letzterem zunehmen. Die in der Luftmenge V' _s von p Atmosphären abs. Pressung verfügbare Arbeit beträgt bei Berücksichtigung der Gegenarbeit der atmosphärischen Luft von p₀ Atmosphären A = p V' _s logn (p : p₀), und da die Maschinen nur mit Volldruck arbeiten, wobei also die Expansionsarbeit der Druckluft nicht ausgenutzt wird, so beträgt der Wirkungsgrad aus diesem Grunde w₂ = (p – p₀)/plogn(p : p₀); derselbe nimmt mit zunehmender Pressung p der verwendeten Luft ab, es wachsen daher mit p die Arbeitsverluste.

Der Wirkungsgrad der mit Druckluft betriebenen Stoßbohrmaschinen wird außerdem beeinflußt durch den Verlust, den die Rückzugsarbeit und die Reibungswiderstände bedingen; aus ersterem Grunde beträgt der Wirkungsgrad w₃ = 1 : 1 + P₂ h₂ : P₁ h₁, worin h₁ und h₂, die Hublänge beim Stoß und Rückzug des Kolbens, P₁ und P₂ die auf die hintere und vordere Kolbenfläche wirkenden Kräfte bezeichnen. Es ist P₁ = f₁ p – (f₂ + f₃) p₀ ± G, P₂ = f₂ p – (f₁ – f₃) p₀ ± G, wenn f₁ f₂ f₃ die hintere vordere Kolbenfläche und den Kolbenstangenquerschnitt und G das Gewicht der stoßenden Masse angeben; der Wirkungsgrad infolge der Arbeitsverluste durch Reibungswiderstände kann auf Grund von Beobachtungen[209] angenommen werden mit w₄ = 0,70 – 0,80. Hieraus ergibt sich der Gesamtwirkungsgrad der gebräuchlichsten Stoßbohrmaschinen langer Bauart mit w = w₁ ∙ w₂ ∙ w₃ ∙ w₄ = 0,32–0,12.

Beispiel: Die beim Bau des Gotthard- und Arlbergtunnels gebrauchte Maschine »Ferroux« hatte folgende Abmessungen: f₁ = 78,5, f₂ = 40,0, f₃ = 38,5 qcm; h₁ = h₂ = 10 cm; G = 50 kg Die Maschine machte 290–300 Stöße in der Minute und verbrauchte für einen Hin- und Rückgang 1,48 l Luft von 4 Atmosphären abs. Pressung, somit bei 290 Stößen in der Minute der sekundliche Luftverbrauch 1,48 ∙ 290 : 60 = 7,151. Der dieser Luftmenge entsprechende Arbeitsaufwand beträgt 7,15/(1000 ∙ 75) ∙ 4 ∙ 10333 logn 4 = 5,46 PS Der Gesamtwirkungsgrad der Maschine betrug w = 0,68 ∙ 0,75 ∙ 0,8 ∙ 0,54 = 0,21; daher wurden von der zugeführten Kraft nur 5,46 ∙ 0,21 = 1,2 PS. nutzbar gemacht.

Die Maschine von Frölich (Fig. 5) gehört zu den kurzen Maschinen, die zumeist mit Handvorschub gebaut werden. Die hin und her gehende Bewegung des Kolbens K, mit dem Kolbenstange und Bohrer verbunden sind, wird durch Vermittlung der bei d₁ durchbohrten Schieberkolben p₁ p₂ und der Luftkanäle m, e und d bewerkstelligt. Die umsetzende Bewegung erfolgt mit Hilfe der mit Schraubenzügen versehenen Umsetzspindell S, die mit dem in die verzahnte Scheibe n eingreifenden Sperrade r fest verbunden ist und im Kolben K die Mutter hat, so daß beim Rückzuge infolge des feststehenden Gesperres nr der Kolben gedreht wird. Der Vorschub kann selbsttätig erfolgen mittels des Kolbens q, der Mutter M und der in diesem Falle durch die Bremse B festgestellten flachgängigen Schraube S, oder von Hand nach Lüften der Bremse D durch die Kurbel D. Da zumeist Handvorschub gebraucht wird, so fallen Zylinder, Kolben q und die Bremse B fort, wodurch die Maschine einfacher und leichter wird. Diese etwa 75–100 kg schwere und gut gebaute Maschine wird viel im Bergbau gebraucht und fand u. a, in den Kehrtunneln der Gotthardbahn, im Krähbergtunnel, Brandleitetunnel, Marientaltunnel und Gravehalstunnel (Norwegen) Verwendung.

Die Druckluft wird den Bohrmaschinen durch entsprechend weite Leitungen, am besten in gewalzten schmiedeeisernen Röhren, zugeführt. Der Durchmesser der Röhren ist von der Menge der von den Bohrmaschinen gebrauchten Luft abhängig; mit ihr wächst bei gleichem Querschnitte die Bewegungsgeschwindigkeit, damit der Leitungswiderstand und der Druckverlust. Solange die Geschwindigkeit etwa 6 m in der Sekunde nicht überschreitet, sind die Druckverluste gering. Die geringe Geschwindigkeit bedingt aber große Röhrendurchmesser, also eine kostspielige Leitung, die außerdem wegen der großen Abmessungen meist schwierig unterzubringen und gegen Beschädigungen zu sichern ist. Deshalb wird man zumeist Geschwindigkeiten bis 9 m in der Sekunde zulassen.

Der Druckverlust in Röhrenleitungen für Druckluft unter der genügend genauen Annahme konstanter Temperatur kann ermittelt werden aus der Formel

worin bezeichnen: p₁ den Anfangsdruck, p₂ den Enddruck in Atmosphären, v₁ die Anfangsgeschwindigkeit, l die Länge der Leitung, d den Durchmesser derselben, h die Ansteigung der Rohrleitung auf Länge l in Metern. R = 29,27 (für feuchte Luft 29,4). T = 273° + t° C. Temperatur

Der Wirkungsgrad der Luftleitung ohne Luftverluste und Krümmungen beträgt: w = log p₂ : log p₁.

Die Durchmesser ausgeführter Luftleitungen liegen zwischen 5 und 20 cm. Um Bewegung der Leitung bei Temperaturänderungen sowie ein leichteres Auswechseln einzelner Röhren zu ermöglichen, schaltet man in die Leitungen Dehnungsvorrichtungen (Stopfbüchsen) ein, die zumeist mit einem Lederstulp gedichtet sind. Die Verbindung der Röhren erfolgt mittels Flanschen und Schrauben, die Dichtung zumeist durch in die Rillen der Flanschen eingelegte Kautschukschnüre. Zwischen den Luftpressen und der Leitung werden in der Regel[210] schmiedeeiserne zylindrische Luftbehälter eingeschaltet, die einen großen Rauminhalt haben, um die Unterschiede zwischen Erzeugung und Verbrauch der Luft auszugleichen. Bei den ausgeführten Anlagen findet man Luftbehälter mit dem vier- bis zehnfachen Fassungsraum der von den Luftpressen in der Minute gelieferten Luftmenge. Wenn in die Zylinder der Luftpressen Kühlwasser eingespritzt wird, verlegt man an den Anschluß der Leitung an die Luftpressen auch Lufttrockenapparate, die meist aus einer Reihe von Sieben bestehen, die von der Luft durchzogen werden, wobei sie das mitgeführte Wasser teilweise abgibt. Druckregler, die den Zweck haben, die Verbindung der Luftpressen mit dem Luftbehälter abzuschließen, wenn in letzterem aus irgend einem Grunde der Druck plötzlich unter ein bestimmtes Maß sinkt, werden in der Leitung von den Luftpressen zum Behälter nur bei ausgedehnten Anlagen eingeschaltet.

Fig. 6 zeigt die Anlage für den ersten Stoßbohrbetrieb im Arlbergtunnel (Ostseite). Durch Leitungen D wird das Kraftwasser den Turbinen t zugeführt, die je zwei nasse Luftpressen K antreiben, die Einspritzwasser durch E erhalten. Die Druckluft wird dem Behälter B und aus demselben durch die Leitung T den Bohrmaschinen im Tunnel zugeführt. Durch den Kanal A fließt das Wasser von den Turbinen ab. Die Turbinen mit 3,6 m Durchmesser machten in der Minute 45 Umdrehungen; die vier Luftpressen ergaben bei 1 m Kolbengeschwindigkeit und 0,90 Wirkungsgrad etwa 4 cbm Luft von 5 Atmosphären in der Minute, die in den aus Bessemerblech hergestellten Behälter von 18 cbm Inhalt und aus demselben durch eine 15 cm weite,[211] aus gezogenen schmiedeeisernen Röhren bestehende Leitung den sechs im Tunnel arbeitenden Stoßbohrmaschinen, System Ferroux (Fig. 4), zugeführt wurde. Diese erste Anlage wurde später mit zunehmender Stollenlänge entsprechend vergrößert.

Fig. 7 Hellt die für den Bau des Krähbergtunnels (Odenwald) ausgeführten Anlagen dar. Aus den Dampfkesseln D wurde der Dampf den mit den Dampfmaschinen verbundenen trockenen Luftpressen K sowie einer kleinen Dampfmaschine L zugeführt, die für den Betrieb der Werkstätte W bestimmt war. Die Druckluft wird aus dem Behälter B durch die Leitung T den Bohrmaschinen zugeführt. Die Dampfspannung in den Kesseln betrug etwa 4,5 Atmosphären. Eine große und eine kleine Luftpresse verdichteten Luft auf etwa 5,5 Atmosphären für drei gleichzeitig im Tunnel arbeitende Stoßbohrmaschinen System Frölich (Fig. 5) aber mit Handvorschub. Die dritte Luftpresse verdichtete Luft auf etwa 2 Atmosphären für die Tunnellüftung. Die Luftpressen waren auf kleinen Behältern von 0,3–0,7 cbm Inhalt befestigt; das reichte nicht aus, daher mußte außerdem Behälter B mit etwa 8 cbm Gehalt aufgeteilt werden. Die in den Tunnel führende Leitung aus 8 cm weiten gezogenen Röhren ergab bei etwa 1000 m Länge einen Druckverlust von 1 Atmosphäre.

Von der Dampf- oder Wasserkraftmaschine ausgehend, setzt sich der Wirkungsgrad einer Anlage für Stoßbohrmaschinenbetrieb mit Druckluft aus den Wirkungsgraden von Luftpresse, Luftleitung und Bohrmaschine zusammen. Unter günstigen Verhältnissen wird man diesen Wirkungsgrad mit W = 0,80 ∙ 0,90 ∙ 0,25 = 0,18 annehmen können. Es werden also in diesem Falle nur 0,18 der vom Motor auf die Luftpressen übertragenen Kraft (meist aber noch weniger) durch die Stoßbohrmaschinen nutzbar gemacht. Mit der Uebertragung der Kraft auf das Gestein sowie mit den Dampf- und Wasserkraftmaschinen sind noch weitere Arbeitsverluste verknüpft. – Die Luftleitung wird mit den Bohrmaschinen in der Regel durch Gummischläuche mit Hanfeinlagen, die zum Schütze meist mit Draht oder geteerten Hanfseilen überwickelt sind, verbunden; ihre Durchmesser betragen etwa 25–45 mm, ihre Wandstärken 8–12 mm.

Die Bohrmaschinen werden an Gestellen befestigt, die Widerstand gegen alle Bewegungen leisten und das Bohren nach allen Richtungen ermöglichen. Nach Beendigung der Bohrarbeit müssen die Gestelle entfernt, befördert und rasch wieder aufgestellt werden können. System und Anzahl der gleichzeitig tätigen Maschinen sowie der Ort der Bohrung beeinflussen Form und Bauart des Gestells. Das Festhalten des Gestells erfolgt durch sein Gewicht, angehängte Lasten oder durch Einspannen zwischen den Gesteinswänden; man unterscheidet Fuß-, Säulen- und Wagengestelle. Die Fußgestelle erhalten drei Füße (Fig. 8), die mit Gelenken verbunden sind; zur Erreichung genügender Stabilität werden leicht tragbare Gewichte angehängt; schwankende Bewegungen beim Bohren sind mit Arbeitsverlusten verbunden. – Die Säulengestelle werden durch Vermittlung von Schrauben (Fig. 9) oder durch Wasserdruck (Fig. 10) zwischen Gesteinswänden festgespannt. Spannsäulen mit Wasserdruck können durch Ausschieben eines Kolbens K aus der hohen zylindrischen Säule 5, in die Druckwasser, das in einem Kasten W am Fuße der Säule gewonnen wird, gelangt, vollständig festgehalten werden. Die Befestigung der Maschinen mit den Säulen muß eine Verschiebung und Drehung ermöglichen, so daß eine größere Zahl von Löchern mit einer Säulenstellung gebohrt werden kann. Auf einer Säule können gleichzeitig auch zwei Maschinen arbeiten. – Die Wagengestelle (Fig. 11), auf denen eine größere Anzahl Maschinen (vier bis acht) langer Bauart und gleichzeitig in Tätigkeit gesetzt werden, laufen auf[212] einem Gleis, so daß nach beendeter Bohrung sämtliche Maschinen mit dem Wagen zurückgeschoben werden können. Die Auflagerung der Maschinen auf den Wagengestellen oder Bohrwagen ist derart, daß mit jeder Maschine eine größere Gesteinsfläche bestrichen, daher mehrere Löcher gebohrt werden können.

Fußgestelle sind überall zu verwenden, leicht aufzustellen und wieder zu entfernen, sie haben aber nur geringe Stabilität und Steifigkeit; die Säulengestelle können unverrückbar festgespannt, auch rasch aufgestellt und entfernt werden, selbst dann, wenn das in vorhergehender Sprengung gelöste Gestein noch nicht vollends beseitigt ist, bedingen aber Gesteinswände in nicht zu großem Abstande, sind daher nicht allgemein, sondern nur im Stollen, Schacht oder Schlitz brauchbar. Die Wagengestelle können auch in engen Räumen eine größere Zahl von Maschinen aufnehmen, sie bedingen aber ein Gleis, das nach Maßgabe des Arbeitsfortschritts zu verlängern ist, weshalb vor Wiederaufnahme der Bohrarbeiten das vorher losgelöste Gestein beseitigt sein muß, wodurch größerer Zeitverlust entsteht.

Die beim Maschinenbohren gebrauchten Bohrer sind: Meißelbohrer (Fig. 12 und 13), Kreuzbohrer (Fig. 14), wobei zwei Meißelschneiden sich unter rechtem Winkel kreuzen, und Z-Bohrer (Fig. 15), wobei drei Meißelschneiden in der Form eines Z angeordnet sind. Die Meißelbohrer sind die einfachsten, bedingen aber eine der Gesteinsfestigkeit gut angepaßte Umsetzung, damit günstige Bohrwirkung erzielt wird Bei dem zweischneidigen Kreuzbohrer und dreischneidigen Z-Bohrer kann die Größe der Umsetzung innerhalb weiterer Grenzen schwanken, ohne daß Gefahr für das Steckenbleiben der Bohrer oder ungenügendes Absprengen von Gesteinsteilchen an der Bohrlochsohle besteht. Zu starkes Zerkleinern des Bohrausbruches und schwierigere Erneuerung der Schneiden sind Nachteile dieser Bohrerarten. Die Schaftstärken der Bohrer betragen 25–50 mm, die Kopfstärken bis 60 mm, die Bohrerlängen 0,4–3,0 m. – Die Beteiligung der Bohrer mit den Kolbenstangen der Maschinen erfolgt durch Verschraubung oder Verkeilung; der Bohrer muß fest mit der Maschine verbunden sein, um unwirksame Stöße zu vermeiden, gleichzeitig auch leicht gelöst werden können, um rasches Auswechseln abgenutzter Bohrer zu ermöglichen; grundsätzlich ist die Keilbefestigung der Schraubenbefestigung vorzuziehen.

Der Arbeitsvorgang bei Verwendung von Stoßbohrmaschinen ist folgender: Die Bohrmaschinen werden mit den Gestellen verbunden und letztere in entsprechender Entfernung von der Gesteinswand so festgestellt, daß die kürzesten Bohrer (Anfangsbohrer) beim kleinsten Kolbenhube die Gesteinswand treffen; die Maschinen werden hierauf mit der Luftleitung verbunden und durch teilweises Oeffnen des Lufthahnes in langsame und allmählich in raschere Bewegung versetzt. Auch während der Bohrarbeit ist die Bewegung der Maschine durch entsprechende Stellung des Luftzuführungshahnes zu regeln. Bei Beginn des Bohrens sind die Bohrer so lange mit der Hand zu führen, bis Ansatz gewonnen ist. Während des Bohrens müssen die Bohrer in richtiger Stellung erhalten werden.

Das Einspritzen von Wasser in das Bohrloch ist vorteilhaft; der Arbeitsaufwand wird hierdurch geringer; bei stark fallenden Löchern ist dasselbe notwendig, um das Bohrmehl zu entfernen; zum Einspritzen ist Druckwasser in größerer Menge erforderlich. Bei größeren Bohrarbeiten wird ein besonderer Wasserbehälter hinter dem Bohrgestell angeordnet, das mit der Druckluftleitung in Verbindung gebracht wird (Fig. 16). Das Auswechseln der Bohrer erfolgt nach Abnutzung der Schneiden oder am Ende des Vorschubes der Maschine. Beim Auswechseln ist auf die Verminderung der Kopfbreite Rücksicht zu nehmen. Zur Bedienung je einer Bohrmaschine sind ein bis zwei Mann erforderlich. Wenn mehrere Maschinen vor der Gesteinswand aufgestellt sind, so werden dieselben meist dauernd nicht gleichzeitig arbeiten, da sie nur innerhalb[213] enger Grenzen bewegt werden können. Die Tiefe der Löcher wird von deren Weite und Lage, von der Größe der abzubohrenden Gesteinswand und der Bauart der Maschinen abhängen und etwa 1–2 m betragen. Maschinenbohrung wird hauptsächlich dann verwendet, wenn rascher Arbeitsfortgang erwünscht ist.

Drehbohrmaschinen mit Druckwasserbetrieb.

Es sind zwei Bewegungen des Drehbohrers auszuführen, nämlich: 1. die vorschiebende und zurückziehende, und 2. die drehende Bewegung. Durch die erstere soll der mit der Maschine verbundene Bohrer in das Gestein gedrückt bezw. wieder zurückgezogen werden, während die letztere beim Eingreifen des Bohrers in das Gestein eintreten soll. Für Drehbohrmaschinen hat sich die Verwendung von Wasser unter Druck in erster Linie bewährt, da beim Drehbohren festen Gesteins sehr große, ruhig wirkende Kräfte erforderlich sind, und das Wasser bei geringem Arbeitsverlust ohne Gefahr unter großen Druck gesetzt und dann auch zur Spülung des Bohrloches und zum Entfernen des Bohrmehls verwendet werden kann. – Bisher sind nur zwei Systeme von Drehbohrmaschinen für Druckwasser bekannt geworden, die von Brandt und von Jarolimek. Erstere zeigt in schematischer Darstellung Fig. 17. – Die Maschine, die mit Wasser von 50–150 Atmosphären Druck arbeitet, stützt sich gegen eine lot- oder wagerecht befestigte Spannsäule S. Das Druckwasser wirkt unmittelbar sowohl auf die hintere wie auf die vordere kleine Ringfläche (Differentialwirkung) eines hohlen Kolbens K, mit dem das Bohrgestänge und der Bohrer fest verbunden ist. Die Größe des Bohrerdrucks gegen das Gestein ist sonach vom Verhältnis der wirksamen Fläche des Zylinders bezw. Kolbens und des Bohrers abhängig, so daß bei wechselnder Gesteinsbeschaffenheit und gleichem Wasserdruck ein verschieden tiefes Eindringen des Bohrers in das Gestein stattfindet. Druckregelungen sind mittels des Differentialkolbens und der Einlaßhähne möglich. – Die drehende Bewegung wird durch zwei kleine Wassersäulenmaschinen M bewerkstelligt, die mit dem Druckwasser gespeist werden; sie bewegen eine im Schnitt xy ersichtliche Schraube ohne Ende DD, die in ein Schneckenrad N eingreift, das mit dem drehbaren Zylinder C der Maschine fest verbunden ist und mit diesem das Bohrgestänge dreht. Die Wassersäulenmaschinen machen 100–300 Umdrehungen in der Minute, der Bohrer in der gleichen Zeit 3–10. Das Abwasser in der Maschine tritt durch das Rohr r in den Hohlraum des Kolbens und Bohrers und spült das Bohrloch. Der Wasserverbrauch für das Vorschieben und Andrücken des Bohrers ist ein kleiner; der Wasserverbrauch der beiden Wassersäulenmaschinen beträgt in der Sekunde V = 2 f h n : 60, wenn f die untere volle Kolbenfläche, h die Hublänge und n die Anzahl der Umdrehungen in der Minute bezeichnen. Die theoretische sekundliche Leistung bei den Wassersäulenmaschinen wird daher betragen: L = 2 f h n p : 60 ∙ 75PS., wenn p den Druck des verwendeten Wassers angibt. Bei Verwendung von Druckwasser von 50–150 Atmosphären wird der Gesamtwirkungsgrad der Brandtschen Drehbohrmaschinen 0,08–0,15 betragen; z.B. bei einem viel gebrauchten Modelle der Brandtschen Maschine betrugen f = 30,7 qcm, h = 6 cm, p = 100 Atmosphären = 103 kg/qcm, n = 150 in der Minute; daher V = 0,92 l in der Sekunde, L = 12,65 PS. – Bei einem Wirkungsgrade von 0,15 würde eine Nutzleistung der Maschine von 12,65 ∙ 0,15 = 1,9 PS. folgen. Das Wasser wird, wenn die erforderliche Druckhöhe nicht vorhanden ist, durch Pumpen auf den erforderlichen Druck gebracht. Der Wirkungsgrad kann mit 0,70–0,80 angenommen werden. Den Bohrmaschinen wird das Wasser durch eine schmiedeeiserne Leitung von meist 50–150 mm Durchmesser zugeführt; unmittelbar hinter den Pumpen sind in die Leitung Akkumulatoren eingeschaltet, die mit Ueberlaufventilen versehen sind und den Zweck haben, den Unterschied zwischen Pumpenlieferung und dem Wasserverbrauche der Bohrmaschinen auszugleichen. Da die Akkumulatoren in der Regel im Maschinenkaufe aufgeteilt sind, so kann der Maschinist aus dem Stande derselben auf die Vorgänge beim Bohrbetrieb schließen. Die Druckwasserleitung wird mit den Bohrmaschinen durch biegsame Kupferröhrchen, eiserne Gelenkrohre oder sogenannte Kettenschläuche (25–50 mm Durchmesser) verbunden. Gummischläuche sind des hohen Druckes wegen nicht verwendbar.

Als Gestelle werden nur Säulen verwendet, die durch Wasserdruck zwischen den Gesteinswänden festgespannt werden, da infolge des hohen Druckes, mit dem die Bohrer an das Gestein zu drücken sind, jede andre Befestigungsart unzureichend ist. Zum Anpressen der Säulen gebraucht man das für die Bohrmaschinen erzeugte Druckwasser; man spannt die Säulen entweder senkrecht (Fig. 18) oder wagerecht ein; auch verwendet man Wagen (Fig. 19), auf denen Säulen und Bohrmaschinen nach vollendeter Bohrung aufgeladen und abgefahren werden. Es bezeichnen in diesen Figuren B die Bohrmaschinen, S die senkrecht bezw. wagerecht eingespannten Säulen, G den Wagen mit dem Gegengewicht und W die Wasserzuleitungen.

[214] Als Bohrer dienen Kernbohrer (Fig. 20), wobei ein Gesteinskörper (Kern) im Bohrer verbleibt, der zeitweise entfernt werden kann; der Vorteil gegenüber einem Vollbohrer besteht darin, daß an Bohrarbeit gespart wird, indem ein Teil des Ausbruches des Loches ungehöhrt bleibt. Zur Vermeidung der lästigen, eine Arbeitsunterbrechung bedingenden Beseitigung des Kerns wird neuerdings der innere Hohlraum so klein gemacht, daß ein fester Kern darin nicht verbleiben kann.

Der Arbeitsvorgang bei Verwendung von Drehbohrmaschinen ist folgender: Die Spannsäulen werden in entsprechender Entfernung von der Gesteinswand aufgeteilt, die Maschinen daran befestigt, mit der Wasserleitung verbunden und die Bohrgestänge eingesetzt. Auf einer Säule können auch zwei Maschinen Platz finden und gleichzeitig arbeiten. Der Beginn der Bohrung wird mit geringer Wasserzuführung, also entsprechender Hahnstellung, eingeleitet, das Andrücken des Bohrers und die Umdrehungszahl der Wassersäulenmaschinen muß allmählich gesteigert werden. Das Auswechseln abgenutzter Bohrer wird tunlichst gleichzeitig mit der Verlängerung des Gestänges vorgenommen. – Während der Bohrarbeit ist das Vorgehen des Bohrers und das Auslaufen des Spritzwassers aus dem Bohrloche zu beobachten. Zur Bedienung einer Bohrmaschine genügen zwei Mann. Die Weite der Löcher beträgt 6–10 cm, ihre Tiefe etwa bis 2 m. Die Brandtschen Drehbohrmaschinen mit Druckwasserbetrieb sind bei den Stollenbohrungen am Pfaffensprungtunnel der Gotthardbahn, im Sonnstein-Brandleite-Arlbergtunnel, Roncotunnel (Italien), Surramtunnel (Kaukasus), Gravehalstunnel (Norwegen) und im Simplontunnel (Schweiz) zur Verwendung gekommen.

Vergleich der Dreh- und Stoßbohrmaschinen.

Ein Vergleich der Drehbohrmaschinen mit Druckwasserbetrieb mit den Stoßbohrmaschinen mit Druckluftbetrieb ergibt als Vorteil der ersteren den ruhigen, geräuschlosen Gang, die Vermeidung des mit dem Rückzuge des Bohrers verbundenen Effektverlustes, die Herstellung weiter Löcher, daher die Anzahl derselben beschränkt und die Sprengstoffladungen konzentriert werden können. Dagegen können die Drehbohrmaschinen nur mit Spannsaulen, daher nur dort verwendet werden, wo in geringen Abständen Gesteinswände vorhanden sind; ihre großen Abmessungen sowie ihr großes Gewicht (250 kg) mit dem großen Gewicht der Spannsäule (250 kg) bedingen größere Lastenbewegungen und erschweren die Handhabung und die zweckmäßige Anordnung der Bohrlöcher. Wechselnder Gesteinsbeschaffenheit kann nur schwer Rechnung getragen werden, die Abführung des verbrauchten Wassers und die Beschaffung reinen Kraftwassers ist oft mit Schwierigkeiten verbunden, auch belästigt die häufige Durchnässung die Bedienungsmannschaft. Die Stoßbohrmaschinen mit den kleineren Gewichten (50–180 kg) und Abmessungen sowie die leichteren Spannsäulen (90–120 kg) erlauben eine leichtere Bedienung und rascheren Transport, ein günstigeres Ansetzen der Bohrlöcher, sie können mit Fuß- und Wagengestellen überall verwendet und es kann der Bohrbetrieb der Gesteinsbeschaffenheit leichter angepaßt werden; allerdings belästigen die Stoßbohrmaschinen durch ihren geräuschvollen Betrieb.

Stoßbohrmaschinen mit elektrischem Antrieb

führen dieselben Bewegungen aus wie Stoßbohrmaschinen mit Druckluftbetrieb. Es haben zunächst die Kurbelstoßbohrmaschine von Siemens & Halske sowie die nach dem Solenoidsystem eingerichteten von Marvin und von van Depoele praktische Bedeutung erlangt.

Kurbelstoßbohrmaschine von Siemens & Halske. Die Anordnung dieser Maschine zeigt Fig. 21. Hierbei besteht der Antrieb in einer gewöhnlichen Kurbelwelle. Der Kurbelzapfen b versetzt unter Vermittlung eines kleinen bronzenen Gleitstückes und einer stählernen Gleitrinne einen rahmenartig gebildeten Schlitten in hin und hergehende Bewegung. Zwischen die Endplatten dieses Schlittens cc sind nun gegeneinander zwei starke Schraubenfedern eingespannt, so stark, daß das völlige Zusammendrücken einer derselben, wobei die andre sich ausdehnt, aber nie löse werden kann, einen Druck von 800 kg erfordert. Zwischen beiden Federn sitzt der flanschartig vorspringende Rand d der sogenannten Stoßbüchse, innerhalb welcher der Kolben drehbar, aber nicht längsverschiebbar gelagert ist, indem er zugleich durch die beiden ihn umfassenden Federn und Oeffnungen in den Endplatten des Schlittens frei hindurchgeht. Wird der Schlitten langsam hin und her bewegt, so macht der durch die Federn unter Vermittlung der Stoßbüchse gefaßte Kolben diese Bewegungen genau so mit, als wäre er starr mit dem Schlitten verbunden. Erfolgt dagegen die hin und her gehende Bewegung des Schlittens[215] ungefähr siebenmal in der Sekunde, so schlägt der Kolben unter der Wirkung seiner durch den Bohrer noch erhöhten großen Masse nach vorne und hinten durch. Der Hub des Kolbens wird zufolge dieses elastischen Durchschlagens beim Leerlauf der Maschine ungefähr doppelt so groß als der Hub des Schlittens, der nur 4 cm beträgt. Wenn die Maschine gegen das Gestein vorgeschoben wird, ist der Kolben zufolge der durch die Federn bewirkten vollkommen elastischen Verbindung mit dem Schlitten ohne weiteres in der Lage, nicht nur starke Stöße auf das Gestein auszuüben, sondern auch an jeder Stelle festgehalten zu werden, ohne dadurch die Bewegungen des Schlittens und somit der gesamten Antriebseinrichtung zu behindern; durch letztere werden nur die Federn nach der einen oder andern Seite hin in rascher Aufeinanderfolge zusammengedrückt und wieder entspannt, wobei, von der unvermeidlichen Reibungsarbeit abgesehen, die Maschine unbelastet läuft. Auf der Kurbelwelle ist ein Schwungrad angebracht, so daß die Antriebseinrichtung nur mehr eine gleichmäßige, stoßfreie Arbeit übertragen kann. – Die Maschine bedarf zum Antrieb entweder eines von ihr getrennten Elektromotors, oder der Motor ist mit der Maschine verbunden; im ersten Falle befindet sich der Motor in einem besonderen, leicht verschiebbaren und mit Handgriffen versehenen, sehr festen, mit Stahldeckel geschlossenen Holzkasten, in dem auch das Vorgelege für die kraftübertragende Welle untergebracht ist und der ein Gewicht von etwa 100 kg hat, daher zwei Mann zum Transport desselben erforderlich sind (Fig. 22). Der Motorkasten wird für Gleichstrom und Drehstrom ausgeführt; der Elektromotor für 110, 220 und 330 Volt Spannung gewickelt. Der Motorkasten ist unmittelbar hinter der mit einer Spannsäule oder einem Fußgestelle mit Gewichten belasteten Maschine aufgestellt; die Verbindung des Elektromotors mit der Maschine erfolgt durch eine 2,5–3 m lange elastische Welle (Stowsche Welle), die in einer Schutzhülle sich befindet und mit dem Kegelradvorgelege der Bohrmaschine verbunden wird. Die Verbindung der Primärdynamomaschine mit dem Elektromotor erfolgt durch eine Leitung blanker oder asphaltierter Kupferdrähte, die auf Porzellanisolatoren verlegt werden; im Maschinenraum und dort, wo eine Berührung der Leitung möglich ist, wird dieselbe isoliert; im nassen Stollen oder Schacht werden auch mit Gummi isolierte Drähte oder Kabel verwendet, letztere namentlich, um sie auf Trommeln aufwickeln zu können, da die Leitungen dem Arbeitsfortgange entsprechend nachgeführt und auch nach vollendeter Bohrung während der Sprengung zurückgezogen werden müssen. An der Stelle, wo die feste Drahtleitung in die aufrollbare Leitung übergeht, ist ein Wandanschlußkasten angebracht, der an beiden Polen Bleisicherungen enthält, durch welche die Stromkreise der Motorkasten gegen Kurzschlüsse und Ueberlastungen geschützt werden. An den Enden der Leitung werden Blitzschutzvorrichtungen, in der Nähe der Primärdynamomaschine, Strommesser, Spannungsmesser und Widerstandsregulatoren, Ausschalter und Bleisicherungen angeordnet. Die Bohrmaschine mit Handvorschub hat ein Gewicht von 90 kg, das hierzugehörige Schwungrad etwa 20 kg, sie benötigt gewöhnlich eine Strommenge von 5 Ampere bei einer Spannung von 230 Volt, die minutliche Bohrleistung beträgt hierbei im dichten Kalkstein etwa 9 cm und im härtesten Magneteisenerz 5 cm, bei Bohrerstärken von 25–45 mm. Bei der Ausführung eines Tunnels im Naßwalder Tal in Oesterreich arbeiteten zwei Kurbelstoßbohrmaschinen mit je etwa 1,1 PS. Der zum Betriebe von zwei Bohrmaschinen durch die Primärdynamomaschinen erzeugte Nutzstrom hatte 11 Ampère Stromstärke. Die Spannung wurde mit 240 Volt angegeben. Bei Bohrerstärken von 25–45 mm betrug die minutliche reine Bohrleistung einer Maschine im dolomitischen Alpenkalk 8 cm.

Die Kurbelstoßbohrmaschine, bei welcher der Motor unmittelbar mit der Maschine verbunden ist, zeigt Fig. 23. Der Motor A bewegt mittels der Zahnradübersetzung BC und der Kurbel D das Schlagwerk, das wie bei der vorbeschriebenen Maschine nach dem Grundsatze des Federhammers gebaut ist. Der Motor A wird für 1 und 2 PS. gebaut, die Anordnungen der Maschine unterscheiden sich ein wenig voneinander. Die Maschine für den 2 PS.-Motor, wie sie Fig. 23 zeigt, wird im Tunnelbau verwendet und zwar zurzeit beim Bau des Karawankentunnels, des Wocheinertunnels und des Saarsteintunnels. In diesen Fällen kommen je vier solcher [216] Maschinen, auf einem Bohrwagen mit je zwei Bohrsäulen (Fig. 24) befestigt, zur Verwendung. Es beträgt hierbei die höchste Leistung in 24 Stunden im Stollen des Wocheinertunnels 6 m, im Karawankentunnel 7,5 m.

Solenoid-Stoßbohrmaschinen, die auf der Erregung von Solenoiden mit pulsierenden Gleich- und Wechselströmen beruhen, durch die einem innerhalb der Solenoide frei beweglichen Eisenkerne eine hin und her gehende, daher stoßende Bewegung erteilt wird, indem um den beweglichen Eisenkern zwei äußere und eine Mittelspule angeordnet sind, können unmittelbar durch die denselben zugeführten Ströme in Bewegung gesetzt werden, bedürfen also einer Sekundärdynamomaschine nicht. Die Wirkung von Solenoiden gibt zwar keine günstige Ausnutzung elektrischer Kraft, allein sie erlaubt einfache Maschinenkonstruktionen. Die nach diesem Systeme von Marvin angeordnete Maschine zeigt Fig. 25. Außer dem hin und her gehenden Kolben hat die Maschine die Drallmutter mit dem Sperrade, durch die der Kolben beim Rückzuge um etwa ein Sechstel gedreht wird. Der Kolben besteht aus drei verschraubten Teilen; der mittlere Teil wird von dem sich in den beiden Spulen bewegenden Eisenkern gebildet, der durch ein Bronzestück, in das Gewinde eingeschnitten sind, nach hinten verlängert ist; diese Verlängerung wird durch die Drallmutter geführt und schlägt beim Rückgang des Kolbens gegen eine Pufferbüchse, die, in einer Feder gelagert, den Rückstoß auffängt und teilweise für den Vorstoß wieder nutzbar macht. Ein zweites Bronzestück ist am andern Ende des Eisenkernes befestigt und trägt die Bohrerbefestigung. Das Getriebe befindet sich in einem Rohre, das wasserdicht verschlossen ist. Die Spulen sind im Innern gegen den Kolben durch. ein hartverlötetes Messingrohr abgedichtet. Mittels der Schraube und der Kurbel am hinteren Ende der Maschine kann sie nur etwa 50 cm vor- und rückwärts verschoben werden. Die Maschinen, die von der Union Elektrizitäts-Gesellschaft in Berlin gebaut werden, haben Gewichte von 90–150 kg und werden in der Regel mit Spannsäulen, wie solche beim Stoßbohrmaschinenbetrieb mit Druckluft[217] angegeben wurden, verbunden. Bohrmaschinen, Spannsäulen und Geräte werden auf einem Wagen untergebracht, um rasch zur Bohrstelle hin und von derselben abgefahren zu werden. Zur Bedienung einer Maschine genügen zwei Mann; das Aufstellen der Bohrmaschine und Spannsäule nimmt 15–20 Minuten in Anspruch. Die die Spulen durchlaufenden und hierdurch auch induzierten Ströme erhitzen dieselben in um so größerem Maße, je größer der Widerstand ist. Dieser Uebelstand tritt namentlich auf, wenn der stoßenden Bewegung der Maschine Hindernisse entgegenstehen, wie namentlich bei Klemmungen des Bohrers im Loche. Beobachtungen haben indes ergeben, daß die Veränderung des Wirkungsgrades keine beträchtliche ist. Da zum Antrieb der Maschine pulsierende Ströme verwendet werden, so ist eine genaue Bestimmung des Kraftverbrauches dieser Maschinen schwierig. Die Maschinen werden für Stromspannungen von 110–220 Volt gebaut.

Drehbohrmaschinen mit elektrischem Antrieb

sind mit spiralförmigen Bohrern nur im weichen Gestein tätig gewesen; für festes Gestein sind sie bisher noch nicht zweckmäßig gebaut. Zumeist ist das System Siemens & Halske zur praktischen Verwendung gelangt.

II. Sprengstoffe und Zündmittel.

Die Sprengarbeit wird in der Weise ausgeführt, daß in die Bohrlöcher Sprengstoffe verladen werden, die man durch verschiedene Zündmittel zur Explosion bringt.

Sprengstoffe.

Die Sprengstoffe sind in der Regel Explosivkörper, die unter bestimmten Bedingungen plötzlich eine große Gasmenge von hoher Temperatur entwickeln. Die Explosion ist als chemischer Prozeß aufzufassen, der größtenteils wieder in einer Verbrennung besteht, wobei der zur Verbrennung nötige Sauerstoff den Explosivstoffen selbst entnommen wird. Die meisten Explosivstoffe sind daher aus verbrennbaren kohlenstoffhaltigen und aus Sauerstoff abgebenden Körpern zusammengesetzt. Die rasche Sauerstoffabgabe wird dann vielfach durch Beigabe von dritten Körpern gefördert. Die Bedingungen für brauchbare Sprengstoffe sind:

1. Der verbrennbare Körper soll sein verteilt und leicht entzündlich sein, der Sauerstoff abgebende Körper den Sauerstoff schnell abgeben; eine innige Mischung beider Körper ist erforderlich, damit die Entzündung sich rasch fortpflanze.

2. Zu hoher Kohlenstoffgehalt ist wegen Entwicklung von Kohlenoxydgasen und Verminderung der Wärmemenge zu vermeiden.

3. Großes spezifisches Gewicht ist erwünscht, damit die Sprengstoffe kleinen Raum einnehmen und die Volumsvermehrung größer wird.

4. Unempfindlichkeit gegen Stoß und Schlag, chemische Beständigkeit, Unveränderlichkeit unter Wasser, Entwicklung von nicht gesundheitsschädlichen Gasen.

5. Pulverförmige oder plastische Form, um ein gutes Anschließen an die Bohrlochwandungen zu ermöglichen. Flüssige Form ist wegen der Gefahr des Verspritzens und Verziehens in Gesteinsspalten, und steife Form wegen ungenügenden Anschlusses an die Bohrlochwandungen zu vermeiden.

Die Sprengstoffe zerfallen in zwei Gruppen; die erste umfaßt die Sprengstoffe, bei denen der kohlenstoffhaltige Körper und der Sauerstoffträger mechanisch gemengt sind; zur zweiten Gruppe gehören solche, die einheitliche chemische Verbindungen darstellen.

Die Sprengstoffe der ersten Gruppe bestehen aus einem Gemenge von festen Körpern, wie Kohle oder Pflanzenstoffe mit Salpeter, Kaliumchlorat, Baryumnitrat, Blutlaugensalz u.s.w.; es gehören hierzu:

1. Schwarzpulver, bestehend aus 65–75% Kalisalpeter, 15–10% Schwefel und 20–15% Kohle. Sprengkraft und Preis nehmen mit Salpetergehalt zu. Gekörntes Schwarzpulver hat ein spez. Gew. von etwa 1,4, die Entzündungstemperatur liegt bei 250–300° C. Gepreßtes Schwarzpulver hat ein spez. Gew. von etwa 1,7; die Sprengwirkung des letzteren ist bei gleicher Zusammensetzung größer; allein die steife Form (hohle Zylinder) hindert den guten Anschluß an die unregelmäßigen Bohrlochwandungen, daher die Ausnutzung der Bohrarbeit.

2. Sprengstoffe, die außer Salpeter und Kohle entweder statt Schwefel oder nebst demselben andre Beimengungen, wie Baryumnitrat, Blutlaugensalz, Ferrosulfat, Kaliumnatriumnitrat, Schwefelantimon, Holzfaserstoff u.s.w. enthalten; sie sind unter den Bezeichnungen Haloxylin, Karboazotin, Saxifragin, Janit, Diorexin, Petroklastit u.s.w. bekannt, aber zu der großen praktischen Verwendung wie Schwarzpulver nicht gelangt.

3. Chloratpulver, die neben oder statt Salpeter Kaliumchlorat enthalten, sind wirksamer, aber auch empfindlicher, daher gefährlicher wie die Schwarzpulver.

4. Sprengstoffe, die aus einem Gemenge von Salpetersäure oder Salpeter oder Kaliumchlorat mit Nitroverbindungen der Kohlenwasserstoffe, wie Nitrobenzol, Nitronaphthalin, Petroleum und anderm bestehen, welche Bestandteile in der Regel erst unmittelbar vor dem Gebrauche gemengt werden, was ungefährlichen Transport ermöglicht. Es entstehen hierbei flüssige Sprengstoffe, wie Sprengels Explosivstoffe, Panklastite, Hellhofit u.s.w., die sich wegen der flüssigen Form für Gesteinssprengungen wenig eignen, oder breiige, pulverförmige Sprengstoffe, wie Rackarock, Karbonit, Sekurit, Bellit, Roburit, Kinetik u.s.w., die, wie namentlich das Rackarock (0,80 Kaliumchlorat, 0,20 Nitrobenzol), besonders in Nordamerika größere Verwendung gefunden haben.

5. Oxyliquid, ein Sprengstoff, bei dem flüssige Luft (Linde) als Sauerstoff abgebender und Kohlenstaub, Holzmehl, Petroleum u.s.w. als verbrennbare Körper verwendet werden, wobei das Petroleum vielfach durch Wolle aufgesaugt wild. Die Mischung muß[218] unmittelbar vor dem Gebrauch mit flüssiger Luft von mindestens – 190° Temperatur erfolgen; sie verliert rasch (15–20 Minuten) ihre Explosionsfähigkeit, wegen Aenderung der Zusammensetzung der flüssigen Luft, daher ist dieser Sprengstoff zu Sprengungen im Tunnel-, Bergbau und bei Ingenieurbauten im allgemeinen nicht zweckmäßig.

Die Sprengstoffe der zweiten Gruppe entstehen durch Einwirkung von Salpetersäure auf Alkohol, Baumwolle, Glyzerin, Stroh, Phenol, Phenolsulfosäure u.s.w.; bei Herstellung wird meist Schwefelsäure zugesetzt, um das bei Bildung der Nitroverbindung freiwerdende Wasser aufzunehmen und damit die Wirksamkeit der Salpetersäure länger zu erhalten. Da nur dreifach nitrierte Verbindungen hohen Sprengwerk besitzen, müssen Nitrierungsdauer wie Temperatur entsprechend bemessen werden; es gehören hierzu:

1. Knallquecksilber, entsteht durch Einwirkung von Salpetersäure auf Alkohol und Quecksilber. Dieser äußerst empfindliche Sprengstoff wird nicht unmittelbar, sondern gemengt mit Salpeter, Kaliumnitrat, Schwefel, Schwefelantimon u.s.w. in schützenden Kupferhütten, als Sprengkapseln oder Zündhütchen, zur Entzündung andrer Sprengstoffe (Detonationszündung) in ausgedehntem Maße verwendet und ist in dieser Form beim Sprengen zumeist unentbehrlich.

2. Schießwolle, entsteht durch Einwirkung von Salpetersäure auf Baumwolle unter Zugabe von Schwefelsäure (Wasserentziehung). Die flockige, im Aussehen der gewöhnlichen Baumwolle gleichende Schießwolle eignet sich wegen geringen spezifischen Gewichtes und Verlustes der Explosionsfähigkeit bei Durchnässung zur Gesteinssprengung nicht; die gepreßte Schießwolle, die das Aussehen von Pappe, ein spez. Gew. von 1,1 hat und in steifen Prismen oder Zylindern hergestellt wird, erlaubt nicht dichten Anschluß an die Bohrlochwandungen; dagegen wird die gepreßte und gekörnte Schießwolle entweder rein oder mit Zusätzen (Baryumnitrat, Kaliumnitrat u. dergl.) als Sprengstoff (Tonit, Potentit) auch zum Gesteinssprengen vielfach verwendet. – Die rauchlosen Pulver, die durch Lösung von etwa achtfach nitrierter Schießwolle in Aetheralkohol und Abdampfen, in Form einer festen Haut entsprechend zerkleinert (Blättchen) erhalten werden, infolge ihrer sehr vollkommenen Verbrennung keine festen Rückstände, daher keinen Rauch geben, finden wegen ihres hohen Preises zurzeit zu Gesteinssprengungen kaum Verwendung.

3. Nitroglyzerin (Sprengöl) und Dynamite. Nitroglyzerin, ein sehr wirksamer Sprengstoff, entsteht durch Behandlung des Glyzerins mit Salpetersäure unter Zusatz von Schwefelsäure (Wasserentziehung), ist eine gelbe, ölartige, giftige Flüssigkeit von 1,6 spez. Gew., 180° C. Explosionstemperatur und + 6 bis 8° C. Gefriertemperatur; es muß daher vor Verwendung bei diesen Temperaturen aufgetaut werden. Die große Empfindlichkeit gegen Stoß und Schlag aber, sowie die flüssige Form (Verspritzen und Verziehen in Gesteinsspalten) veranlaßten das Aufgeben der flüssigen Form des Nitroglyzerins zu Gesteinssprengungen. Durch Mengung des Nitroglyzerins mit unverbrennlichen oder besser verbrennlichen Aufsaugestoffen beseitigt man die genannten Eigenschaften und erhält sehr wirksame, zu Gesteinssprengungen besonders geeignete Sprengstoffe, welche die allgemeine Bezeichnung Dynamite führen. Die Dynamite mit unverbrennlichen Aufsaugestoffen (Kieselguhr, Kalkguhr, Kreide, Magnesiumkarbonat u.s.w.) enthalten im günstigsten Falle 75% Nitroglyzerin. Der unverbrennliche Aufsaugestoff erzeugt nicht nur selbst keine Gase, sondern entzieht noch Wärme zur Verschlackung, daher hat man sich den Dynamiten mit verbrennlichen Aufsaugestoffen (