DE10132608B4

DE10132608B4 - Aktivierungsgerät und Aktivierungssystem zur Bereitstellung eines Schlagimpulses für Schneidköpfe hydraulischer Trägergeräte

Info

Publication number: DE10132608B4
Application number: DE2001132608
Authority: DE
Inventors: Klaus Ertmer
Original assignee: KLAUS ERTMER MASCHB TECHNOLOGI; KLAUS ERTMER MASCHINENBAUTECHNOLOGIE Firma
Current assignee: KLAUS ERTMER MASCHB TECHNOLOGI; KLAUS ERTMER MASCHINENBAUTECHNOLOGIE Firma
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: EP1273411A2; EP1273411A3; DE10132608A1

Abstract

Aktivierungsgerät (3) zur Bereitstellung eines Schlagimpulses an einen mit einem Antriebsmotor (11) ausgerüsteten Schneidkopf (1) eines hydraulischen Trägergerätes (5), insbesondere an Quer- und Längsschneidköpfen hydraulischer Baggeranbaufräsen, dadurch gekennzeichnet, dass es als separates Zusatzgerät (3) ausgebildet und am Schneidkopf (1) angeordnet ist, und dass es einen Schlagimpulsgeber (9) für den Schneidkopf (1) und einen eigenen Antriebsmotor (8) für den Schlagimpulsgeber (9) besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Aktivierungsgerät und ein Aktivierungssystem zur Bereitstellung eines Schlagimpulses für Schneid – oder Frässysteme, vorzugsweise für Quer – oder Längsschneidköpfe oder rotierende Frästrommeln, an hydraulischen Trägergeräten, insbesondere an Hydraulikbaggern, Baggerladern, Anbaufräsen. Einsatzgebiete dieser Baggeranbaufräsen sind der Spezialtiefbau, Tunnel- und Wasserbau, Betonabbruch u.a. Bearbeitung harter Gesteinsformationen.
Es ist bereits bekannt, hydraulisch angetriebene Baggeranbaufräsen mit Längs- oder Querschneidköpfen oder Frästrommeln durch Schlagimpulse zu aktivieren.
Insbesondere bedeutet das, daß die Werkzeuge nicht nur schrämend, sondern zusätzlich schlagend auf das Gestein einwirken, so dass sich in harten Gesteinsformationen somit eine wesentlich verbesserte Löseleistung erzielen läßt als vergleichsweise durch die konventionelle Abbaumethode.

Nach den Patentschriften DE 40 36 193 , DE 42 29 015 , DE 42 35 205 und DE 43 35 330 sind bereits Aktivierungssysteme für Schneidköpfe bzw. Bohrsysteme bekannt, welche die Schlagenergie mittels einer Excenterwelle innerhalb des Schneidkopfes erzeugen. Dieses hat den Nachteil, das s. die Impulse kontinuierlich auf die Fräs- oder Bohrwerkzeuge übertragen werden. Das bedeutet eine ständige zusätzliche Schwingungsbelastung auch für das Trägergerät z.B. den Hydraulikbagger.

Nach der DE – OS 4036193 ist ein Exzenterantrieb für radial schwingende Walzen-, Rollen- und Fräsbohrwerkzeuge mit getrenntem Antrieb für die schnelldrehende Exzenterwelle und einer langsam laufenden Hülse mit Werkzeugen bekannt, wobei die dynamische Auswuchtung durch justierbare Gegengewichte erfolgt.

Der Nachteil dieses exzenteraktivierten Antriebes besteht dann, daß durch das Aktivierungssystem sowohl die rotierenden Bewegungen des Schneid- oder Fräskopfes mit den Werkzeugen als auch deren schlagende Bewegungen erfolgen, wodurch unkontrolliert Resonanzen am Schneidwerkzeug entstehen. Außerdem ist es ein Nachteil dieser Konstruktion, daß nach dem Blockieren der Trommeln und dem damit verbundenen Anlaufen der Fräse deren Resonanzbereich durchfahren wird und die Schwingungen, welche auf das Trägergerät einwirken, zu Schäden an diesem führen.

Verursacht wird dies nachteilig durch den Antrieb des Fräskopfes und der Erregerwelle für die Schlagwirkung durch ein und dasselbe Antriebsaggregat, welches durch die Schneidbelastung der Frästrommeln und ihre durchgehend aktive Schlagbewegungen beeinflußt wird.

Desweiteren sind nach den Patentschriften DE 19631659 , DE 19634069 und DE 19754371 Fräsmaschinen mit rotierendem Fräswerkzeug für gesteinsartige Materialien bekannt.

Während bisher die Exzenter – Schlagbewegung der umlaufenden Fräserbewegung überlagert wurde, reduziert die Fräsmaschine der o.g. DE – PS eine Schlagbewegung mit Schlagwirkung auf die einzelnen Schneid – und Fräswerkzeuge. Diese Schlagwirkung auf die Werkzeuge, z. B. Meißel erfolgt beim Eingriff in das Fräsgut durch ein pneumatisch oder hydraulisch angetriebenes Schlagsystem mit Kolben und Zylinder.

Dabei auftretende nachteilige Quer – und Schlagkräfte bedingen jedoch drehbar gelagerte Fräswerkzeuge.

Um die Schlagleistung und Schlagfrequenz dieser einzelnen drehbaren Fräs- oder Schneidwerkzeuge zu erhöhen und zu variieren, wirken umlaufende Pendel mit unterschiedlicher Masse und Drehzahl auf diese Werkzeuge.

Diese bekannten Fräsmaschinen, bei denen die Schlagwirkung auf die einzelnen Fräs- und Schneidwerkzeuge erfolgt, besitzen den Nachteil, daß sie keine handelsüblichen Werkzeuge benutzen, sondern teuere Spezialwerkzeuge aufwendiger Konstruktion erfordern, die außerdem schnell verschleißbar und äußerst störanfällig sind. Ebenso ist ihr Einbau in den entsprechenden Fräs- oder Schneidkopf kompliziert und kostenintensiv.

Insgesamt besitzen die bisher bekannten hydraulischen Baggeranbaufräsen mit einem oder zwei Schneid – oder Fräsköpfen mit bestückten Schneid – oder Fräswerkzeugen, vorzugsweise Hartmetall – Rundschaftmeißeln, die gleichzeitig mit ihrer Schneid – oder Fräsfunktion eine Schlagwirkung auf das zu bearbeitende Material ausüben, aufgrund der genannten konstruktiven Mängel wesentliche Nachteile.

Diese bestehen darin, daß entweder ein gemeinsamer Antrieb im Schneidkopf für die rotierende Schneidbewegung und für die Schlagbewegungen des Schneid – oder Fräskopfes diese kontinuierlich und mit störenden Resonanzen auf das Trägergerät aktiviert oder ein unabhängiger Antrieb nur für die Schlagbewegungen der Schneid – oder Fräswerkzeuge des Schneid- oder Fräskopfes aufwendige Spezialwerkzeuge mit kompliziertem Auf – und Einbau erfordert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Verbesserung der Fräsleistung herkömmlicher Schneid- oder Frässysteme an hydraulischen Trägergeräten bereitzustellen. Dabei soll es möglich sein, die Schneidköpfe zusätzlich zur Rotation bei der schrämenden Gewinnung für gezielte Schlagbewegungen auch mit unterschiedlicher Schlagkraft, -richtung und -frequenz zu aktivieren. Die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile auftretender Resonanzen sollen dabei vermieden werden. Vorzugsweise soll die Aktivierung der Schlagbewegungen beliebig zu- und abschaltbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 14 gelöst. Ein Aktivierungssystem für Schneidköpfe hydraulischer Trägergeräte ist als separat angetriebenes Zusatz-Aktivierungsgerät ausgebildet und an dem Getriebegehäuse des Schneidkopfes zwischen dem Schneidkopf und dem Trägergerät fest oder verstellbar angeordnet.

Das Aktivierungsgerät besteht erfindungsgemäß aus einem in seinem Gehäuse eingebauten Schlagimpulsgeber und einem selbständigen Antriebsmotor.

Das erfindungsgemäße Aktivierungsgerät ist vorzugsweise fest und mittig am Kopf des Getriebegehäuses des Schneid – oder Fräskopfes zwischen diesem und einem Dämpfungssystem zur Baggeranbaukonsole des Trägegerätes angeordnet.

Erfindungsgemäß ist je nach Anwendung und Einsatzbedingungen des Trägergerätes das Aktivierungsgerät jedoch auch seitlich fest oder in Schlagrichtung verstellbar am Getriebegehäuse angeordnet. Außerdem sind sie auch unterschiedlich zueinander einstellbar.

Mehrere, vorzugsweise zwei Aktivierungsgeräte sind mehr- oder doppelseitig, fest oder verstellbar am Getriebegehäuse eines Längs – oder Querschneidkopfes anbaubar und einsetzbar, wenn mehrere unterschiedliche Schlagrichtungen, Schlagkräfte oder – frequenzen zur Unterstützung des Schneidvorganges erforderlich sind. Mehrere Aktivierungsgeräte können wahlweise im Bedarfsfall gleichzeitig oder unterschiedlich zu- oder abgeschaltet werden. Erfindungsgemäß ist das Aktivierungssystem mit einer Kombination von zwei Aktivierungsgeräten, wobei jeweils ein Aktivierungsgerät mittig und ein Aktivierungsgerät seitlich am Getriebegehäuse angeordnet ist, für verschiedene von der Schneidrichtung des Schneidkopfes abweichende Schlagrichtungen ausgestattet.

Die seitlich am Getriebgehäuse angeordneten Aktivierungsgeräte sind um einen Winkel α im Bereich 0°<α<90° gegenüber dem Getriebegehäuse verstellbar, so daß jedes Aktivierungsgerät mit seiner Schlagrichtung und Schlagkraft vorzugsweise in Schneidrichtung der Schneidwerkzeuge des Schneid – oder Fräskopfes wirkt.

Das Aktivierungsgerät des Aktivierungssystems ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß sein im Gehäuse eingebauter Schlagimpulsgeber vorzugsweise als rotierendes Schlagsystem mit einer rotierenden Unwuchtwelle aufgebaut ist. Durch ihre veränderliche steuerbare Drehzahl, vorzugsweise einer Drehzahl > 2000 U/min, sind Schlagkräfte und – frequenzen während des Schneidvorganges des Schneidkopfes kontinuierlich einstellbar.

Ebenso kann erfindungsgemäß der Schlagimpulsgeber als vertikales Schlagsystem mit einem sich vertikal bewegenden Schlagkolben aufgebaut sein.

Durch seine veränderliche steuerbare Hublänge sind ebenfalls Schlagkräfte und – frequenzen während des Schneidvorganges kontinuierlich einstellbar.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Aktivierungssystems besteht darin, daß das Aktivierungsgerät als selbständiges separates Zusatzgerät an Gewinnungsmaschinen oder Baggeranbaufräsen zweckentsprechend nachträglich anzubauen ist und unabhängig vom Schneidvorgang erforderlichenfalls zu – oder abschaltbar ist. Anwendungsspezifisch können Schneidköpfe auch ein speziell eingebautes Aktivierungsgerät besitzen.

Der Einsatz mehrerer Aktivierungsgeräten an einem Schneidkopf in unterschiedlichen Stellungen ermöglicht es, für verschiedene Anwendungszwecke die Schlagrichtung, Schlagkräfte und – frequenzen des Schneidkopfes zu verändern und zu steuern.

Eine Anwendung für unterschiedliche Trägergeräte ist möglich.

Schädliche Schwingungen oder Resonanzen durch den Schlagimpulsgeber werden durch den selbstständigen Antriebsmotor des Antriebsgerätes, die Steuerbarkeit der Schlagkräfte sowie durch das eingebaute Dämpfungssystem gegenüber dem Trägergerät weitgehend ausgeschaltet und abgefangen. Die Schwingungsbelastung auf das Trägergerät ist minimiert.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
1 Aktivierungssystem mittig für Querschneidkopf, schemat. Darstellung;
2 Aktivierungssystem mittig für Querschneidkopf, Schnitt – Darstellung;
3 Aktivierungssystem seitlich für Querschneidkopf, schemat. Darstellung;
4 Aktivierungssystem seitlich für Längsschneidkopf; schemat. Darstellung;
5 Aktivierungssystem doppelseitig für Querschneidkopf, schemat. Darstellung;
6 Aktivierungssystem kombiniert für Querschneidkopf, schemat. Darstellung.
Das in 1 dargestellte Aktivierungssystem für Schneidköpfe hydraulischer Trägergeräte, vorzugsweise Baggeranbaufräsen, ist als Aktivierungsgerät 3 an dem Getriebesgehäuse 2 des Schneidkopfes 1 mit den Schneidwerkzeugen 6, die vorzugsweise als Hartmetall – Meißel ausgebildet sind, angeordnet.
Dabei ist der Quer – oder Längsschneidkopf 1 durch Befestigungselemente 7 an dem Getriebegehäuse 2 nach 1,2 angebracht. Der Antrieb für die Schneidbewegungen des Querschneidkopfes 1 erfolgt durch einen selbständigen Antriebsmotor 11 über ein entsprechendes Getriebe im Getriebegehäuse 2. 1 und 2 zeigen, daß das Aktivierungsgerät 3 mittig auf dem Getriebegehäuse 2 angeordnet ist, d.h. zwischen dem Getriebegehäuse 2 und dem Trägergerät der Baggeranbaufräse. Um schädliche Resonanzschwingungen auf das Trägergerät durch das Aktivierungsgerät 3 zu vermeiden, ist zwischen der Baggeranbaukonsole 5 der Baggeranbaufräse und dem Aktivierungsgerät 3 ein Dämpfungssystem 4 mit Dämfungselementen eingebaut.
Erfindungsgemäß ist das Aktivierungsgerät 3 so aufgebaut, daß sich in seinem Gehäuse 10 ein selbständiger Antriebsmotor 8 und ein Schlagimpulsgeber 9 befinden, so daß der Quer – oder Längsschneidkopf 1 (3 oder 4) in seiner Schneidrichtung eine zusätzliche Schlagwirkung von bestimmter Schlagkraft und Schlagfrequenz erhält.
Da das Aktivierungsgerät 3 als separat angetriebenes Zusatzgerät ausgebildet ist, ist es auch an bereits vorhandene, bereits arbeitende Schneidköpfe 1 nachträglich anbaubar. Das Aktivierungsgerät 3 kann an verschiedenen Stellen des Getriebegehäuses 2 des Schneidkopfes 1 vorzugsweise mittig nach 1,2, aber auch seitlich nach 3,4,5 am Getriebegehäuse 2 fest oder in Schneid- und Schlagrichtung des Schneidkopfes 1 oder zueinander verstellbar angeordnet sein.
5 zeigt einen Längsschneidkopf 1 mit zwei seitlich am Getriebegehäuse 2 angeordneten Aktivierungsgeräten 3, die mit unterschiedlicher Schlagkraft für unterschiedliche Schlagrichtungen eines Schneidkopfes 1 verstellbar und bezüglich Schlagkraft und -frequenzen während des Schneidervorganges steuerbar sind. Die Anordnung des Aktivierungsgerätes 3 ist stets so gewählt, daß seine Schlagwirkung in Schneidrichtung des Schneidkopfes 1 erfolgt. Damit ist es in seiner Einstellung um einen Winkel α schwenkbar, der zwischen 0°<α>90°, vorzugsweise α = 45° betragen kann.
Da das Aktivierungsgerät 3 relativ zum Getriebegehäuse 2 verstellbar und damit die Richtung der Schlagkraft veränderbar ist, kann eine optimale Anpassung der Schlagkraft an die jeweiligen Einsatzbedingungen des Trägergerätes erfolgen.
Durch die Verstellbarkeit des Aktivierungsgerätes 3 bei seiner seitlichen Anordnung am Getriebegehäuse 2 und damit die Richtungswahl für die Wirkung der Schlagkraft ist das erfindungsgemäße Aktivierungssystem für verschiedene mögliche Schneid – oder Frässysteme einsetzbar.
Die in 6 dargestellte Kombination zweier Aktivierungsgeräte 3, die mittig und seitlich am Getriebsgehäuse 2 angeordnet sind, bietet die Möglichkeit , den Schneidkopf 1 universell für alle Schneidrichtungen mit Schlagwirkung ebenfalls in alle Richtungen einzusetzen. Dabei sind das mittig angeordnete Aktivierungsgerät 3 fest und das seitlich angeordnete Aktivierungsgerät 3 verstellbar ein – bzw. angebaut, d. h. die Aktivierungsgeräte 3 können gleichzeitig mit zwei unterschiedlichen Schlagrichtungen und Schlagkräften auf den Schneidkopf 1 wirken.
Unterschiedliche Schlagkräfte und -frequenzen des Aktivierungsgerätes 3 werden durch seinen eingebauten Schlagimpulsgeber 9 im Gehäuse 10 gesteuert. Als Schiagimpulsgeber 9 ist vorzugsweise eine rotierende Unwuchtwelle mit einer veränderbaren Drehzahl von > 2000 U/min, vorzugsweise 2000 U/min bis 4000 U/min, eingebaut. Die Schlagbewegungen des Schneidkopfes 1 werden damit durch exzentrische rotierende Bewegungen erzeugt. Ebenso besteht durch einen sich vertikal bewegenden Schlagkolben mit veränderbarer Hublänge die Möglichkeit, unterschiedliche Schlagkräfte und -frequenzen während des Schneid – oder Fräsvorganges des Schneidkopfes 1 zu steuern.
Es sind je doch auch andere Methoden der Schlagenergie – Erzeugung einsetzbar.
Die entstehenden Schwingungen werden über das Gehäuse 2 des Schneidkopfes als Erregerkraft auf die Schneidwerkzeuge 6 und somit in das zu schneidende Material übertragen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Schlagrichtung des Schlagkolbens gegenüber der Schneidrichtung des Schneidkopfes 1 zu verändern.
Durch die Steuerung der Schlagkraft und der Schlagfrequenz des Aktivierungsgerätes 3 ist es möglich, den Resonanzfrequenzbereich für die Baggeranbaufräse so zu übersteuern, daß der Resonanzfall für das Trägergerät nicht eintritt.
Diese Steuerbarkeit der Schlagwirkung durch Veränderung des Kolbenshubes des Schlagkolbens beim vertikalen System bzw. Veränderung der Drehzahl der Unwuchtwelle beim rotierenden System auch während des Schneidvorganges ermöglichen den Einbau unterschiedlich starker Aktivierungsgeräte 3 für verschiedene Anwendungen.
Zusätzlich sind mehrere zueinander verstellbare Aktivierungsgeräte 3 einsetzbar, d. h. wahlweise zu – oder abschaltbar, so daß das erfindungsgemäße Aktivierungssystem mit Quer – oder Längsschneidkopf 1 für verschiedene Gewinnungs – und Vortriebsmaschinen als Trägergeräte für den Tunnel -, Berg – und Kanalbau oder Abbrucharbeiten geeignet ist.

1: Schneidkopf
2: Getriebegehäuse
3: Aktivierungsgerät
4: Dämfungssystem mit Dämpfungselementen
5: Baggeranbaukonsole
6: Schneidwerkzeuge
7: Befestigungselemente des Schneidkopfes am Getriebegehäuse
8: Antriebsmotor Aktivierungsgerät
9: Schlagimpulsgeber Aktivierungsgerät
10: Gehäuse Aktivierungsgerät
11: Antriebsmotor Schneidkopf

Claims

Aktivierungsgerät (3) zur Bereitstellung eines Schlagimpulses an einen mit einem Antriebsmotor (11) ausgerüsteten Schneidkopf (1) eines hydraulischen Trägergerätes (5), insbesondere an Quer- und Längsschneidköpfen hydraulischer Baggeranbaufräsen, dadurch gekennzeichnet, dass es als separates Zusatzgerät (3) ausgebildet und am Schneidkopf (1) angeordnet ist, und dass es einen Schlagimpulsgeber (9) für den Schneidkopf (1) und einen eigenen Antriebsmotor (8) für den Schlagimpulsgeber (9) besitzt.
Aktivierungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagimpulsgeber (9) ein Schlagsystem mit einer rotierenden Unwuchtwelle ist.
Aktivierungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtwelle mit einer veränderbaren Drehzahl antreibbar ist.
Aktivierungsgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Unwuchtwelle größer als 2000 U/min ist.
Aktivierungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagimpulsgeber (9) durch einen Schlagkolben gebildet wird.
Aktivierungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hublänge des Schlagkolbens veränderbar ist.
Aktivierungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Schlagkraft und Schlagfrequenz des Schlagimpulsgebers (9) einstellbar sind.
Aktivierungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es seitlich am Gehäuse (2) des Schneidkopfes (1) angeordnet ist.
Aktivierungsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es in Schneid- und/oder Schlagrichtung des Schneidkopfes (1) verstellbar ist.
Aktivierungsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es um einen Winkel α im Bereich 0<α<90° gegenüber dem Gehäuse (2) verstellbar ist.
Aktivierungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es mittig zum Schneidkopf (1) zwischen diesem und dem Trägergerät (5) angeordnet ist, und dass ein Dämpfungssystem (4) mit Dämpfungselementen zwischen dem Aktivierungsgerät (3) und dem Trägergerät (5) angeordnet ist.
Aktivierungsgerät nach einem de Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es im Schneidkopf (1) eingebaut ist.
Aktivierungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagrichtung des Schlagimpulsgebers (9) gleich der Schneidrichtung der Schneidwerkzeuge (6) des Schneidkopfes (1) ist.
Aktivierungssystem zur Bereitstellung eines Schlagimpulses an einen mit einem Antriebsmotor (11) ausgerüsteten Schneidkopf (1) eines hydraulischen Trägergerätes (5), insbesondere an Quer- und Längsschneidköpfen hydraulischer Baggeranbaufräsen, dadurch gekennzeichnet, dass mehrerer Aktivierungsgeräte (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 am Schneidkopf (1) angebracht sind, welche in Schlagkraft und Schlagrichtung einzeln steuerbar und einzeln zu- und abschaltbar sind.