DE19631659C1 - Fräsmaschine mit rotierendem Fräswerkzeug für gesteinsartige Materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine rotierende Fräsmaschine zur Gesteinsbearbeitung, insbesondere für Beton, Asphalt, Mauerwerk.

Derartige Maschinen dienen unter anderem dazu, Wände, Böden oder Fahrbahnen abzufräsen oder Nuten einzufräsen.

Ein akzeptabler Fräsfortschritt insbesondere in härterem Material wie Beton wird dabei nur unter Einsatz großer Maschinengewichte, hoher Antriebs- und Vorschub- Leistung sowie mit starkem Rütteln der Maschinen und hohem Verschleiß der Fräsmeißel erkauft.

Es wurde daher seit längerem versucht, eine Schlagwirkung in die Meißel zu bringen ähnlich wie es beim Bohren mit dem Schlagbohrer oder dem Bohrhammer verwirklicht wurde.

Bisher bekannte Lösungen arbeiten nicht mit einem wirklichen Schlag, sondern eher mit einer schlagähnlichen Bewegung, in dem sie dem rotierenden Fräswerkzeug eine höherfrequente exzentrische Bewegung überlagern. Dies ist zum Beispiel aus den Patentschriften DE 33 01 671 C2, CH 672 659 A5 und DE 30 22 317 C2 bekannt.

Die hiermit erzielten, maximalen Geschwindigkeiten in Richtung des zu bearbeitenden Materials liegen im Bereich von 1 m/s, kommen nur in einer bestimmten Position während des Exzenterumlaufs vor und werden vom mechanischen Ablauf her sofort wieder zurückgenommen, ergeben also keinen wirklichen, zum Beispiel einem Bohrhammer vergleichbaren Schlag.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt dagegen bereits bei 6 bar Luftdruck eine Geschwindigkeit von etwa 7 m/s, die ungebremst bis zum Aufschlag erzielt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile des direkten Schlages auch bei Fräsmaschinen mit rotierendem Fräswerkzeug mit auf dem Umfang verteilten Fräsmeißeln verwirklichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einige oder alle Meißelspitzen eine Schlagwirkung induziert wird mit einem pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Schlagsystem.

Gegenüber bisher bekannten Lösungen hat dies den Vorteil, daß über die Hydraulik oder die Pneumatik die Schlagbewegung von der Drehachse und somit von der gesamten Maschine entkoppelt wird und nur die einzelnen Schlagelemente im rotierenden Fräswerkzeug hochfrequent beschleunigt werden müssen.

Die pneumatische Lösung wird als vorteilhafter angesehen. Sie erlaubt ein relativ freies Fliegen und damit Schlagen in Schlagrichtung. Diese Antriebsart wird auch bei den bekannten und erprobten Bohrhämmern genutzt, nur wird hier ein schlagender Kolben zurückgesaugt bzw. vom Meißel zurückgeworfen und nicht auch von Druckluft zurückbewegt wie in Anspruch 2 beschrieben.

Erfindungsgemäß steht das gesamte Innere des Fräsers unter erheblich höherem Druck als der umgebende Luftdruck. Dadurch können keine Staubpartikel ins Innere des Fräsers gelangen.

Gemäß Anspruch 3 wird der Kolben von Druckluft nur dann in seine Ausgangsposition zurückgeworfen, wenn er vor Erreichen seiner äußeren Endlage abgestoppt wird. Dieses Abstoppen wird nur durch Aufschlag auf das abzutragende Material bewirkt. Das heißt, der Kolben arbeitet nur in dem Umfangsbereich, in dem Material abgefräst, bzw. abgeschlagen werden soll. Gemäß Anspruch 12 stellen dabei feststehende, nichtschlagende Meißel sicher, daß der Fräsvorschub nicht höher wird als die schlagenden Meißel abtragen können und daß die schlagenden Meißel in einer optimalen Kolbenposition aufschlagen, optimal in Bezug auf die Lage der äußeren Antriebsluftöffnung(en). Außerdem werden die schlagenden Kolben nicht mehr oder zumindest erheblich weniger mit Querkräften durch Räumarbeit belastet.

Zusätzlich werden ein Schlagen der Kolben außerhalb des Materialeingriffs sowie Druckluftverluste verhindert durch eine Druckluftzufuhr nur in einem begrenzten Bereich auf dem Umfang gemäß den Ansprüchen 7 und 8.

Führt ein Kolben seinen letzte Schlagbewegung bei einem Umlauf aus und fliegt dabei über die äußere Antriebsluftzuleitung hinaus, so staut sich die Luft im verbleibenden, nun abgeschlossenen Raum und federt den Kolben ab. Anspruch 16 beschreibt eine leicht axiale Versetzung der ansonsten in radialer Ebene verlaufenden Längsbewegungsachse eines Meißels. Dies bewirkt bei Meißeln mit Ringförmiger Schneide eine Rotation um die Längsachse und damit gleichmäßigeren Verschleiß.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen radialen Schnitt durch einen Fräser, wobei alle Meißel in dieser Ebene liegen. Dies ist bei schmalen Schnittbreiten für Fugen auch sinnvoll.

Fig. 2 wie Fig. 1, ohne feststehende Meißel, sowie Zylinder und Kolben als Einsatzelement.

Fig. 3 wie Fig. 1, mit unterschiedlichen Meißeltypen und mit dem abzutragenden Material.

Fig. 4 wie Fig. 2, mit acht schlagenden Meißeln.

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Meißel-Kolben-Einheit, bei der Meißel und Kolben getrennt sind.

Fig. 1 zeigt schematisch die Funktion einer möglichen, konstruktiven Lösung. In der Achse 10 des Fräsers steht im Inneren 9 Druckluft an, die im Bereich 8 an das Ringelement 5 gelangt. Das Ringelement besitzt Zuluftbohrungen 6 und Abluftnuten 7.

Die Zuluftbohrungen führen den Zylindern 11 auf der einen Seite Druckluft zu, während auf der anderen Seite gleichzeitig die Abluftnut 7 ein Abströmen der Luft aus dem Zylinder erlaubt. Auf diese Weise werden die Kolben 1 hin- und her­ geschleudert und bewirken so den Meißelschlag. Der Kolben ist entweder eine Einheit zusammen mit dem Meißel 2, Fig. 1 bis 4, oder er schlägt getrennt auf diesen Fig. 5.

Fig. 1 und 3 zeigen weiterhin einen Kreis 14 für die äußerste Position der Meißel und einen Kreis 13 für den Abstand zum Fräsgut 15, Fig. 3.

Die äußere Antriebsluftverbindung 3 zum Zylinder 11 liegt vor dem Ende des Zylinders. Dadurch verschließt der Kolben 1 die Antriebsluftverbindung 3, wenn er zu weit nach außen gelangt. Die Lage der Antriebsluftverbindung 3 sowie die gesamte Konstruktion wird so gewählt, daß der Kolben 1 im Fräsbereich Kreis 13 noch schlägt. Daher wird nur dann Schlag erzeugt, wenn der Meißel 2 in den Fräser gedrückt wird.

Zusätzlich kann über den Druckluftbereich 8 der Achse 10 der Umfangsbereich begrenzt werden, in dem Schlag möglich ist.

Die Abluft wird über Nuten 7 im Ringelement 5 axial weggeführt. Auch dieser axial versetzte und nicht gezeigte Ablaßbereich kann über dem Umfangsbereich geschlossen werden, in dem kein Schlagen gewünscht wird.

In Fig. 1 bis 4 ist die Lage des Druckluftbereiches 8 jeweils für ein Gleichlauffräsen gezeichnet. Die Meißel drehen dabei im Uhrzeigersinn, der Fräsvorschub bewegt sich nach links. Will man auch ein Rückwärtsfräsen ermöglichen, so kann die Achse 10 schwenkbar gestaltet werden, wobei der Druckluftbereich 8 etwa um 90 Grad im Uhrzeigersinn verdreht wird. Es ergibt sich dann ein Gegenlauffräsen.

Die Schlagfrequenz ist abhängig von der Relativdrehzahl zwischen Ringelement 5 und dem äußeren Fräsbereich mit den Kolben 1, Zylindern 11, Meißeln 2 etc. Hierbei können das Ringelement und der äußere Fräsbereich unabhängig voneinander oder mit bestimmter Übersetzung gekoppelt mit unterschiedlichen oder gleichen Drehzahlen und Drehrichtungen angetrieben werden.

Die Relativdrehzahl ist so zu wählen,daß der gewählte Luftdruck die Kolben 1 bzw. Kolben-Meißel-Kombinationen noch schnell genug beschleunigen kann. Die Ausdehnung oder Breite der Zuluftbohrungen 6 und der Abluftnuten 7 in Umfangsrichtung kann zur Schlagfrequenz passend optimiert werden bzw. bei gegebener Nut- und Loch-Breite kann die Frequenz angepaßt werden. Daher sollte die Drehzahl des Ringelementes 5 unabhängig von der Fräserdrehzahl einstellbar sein.

Fig. 3 zeigt verschiedene Typen von feststehenden und schlagenden Meißeln 2. Als feststehende Meißel 12 können auch auswechselbare, zum Beispiel Rotationsmeißel 16 eingesetzt werden.

Claims (18)

1. Fräsmaschine mit rotierendem Fräswerkzeug mit auf dem Umfang verteilten Fräsmeißeln, dadurch gekennzeichnet, daß in einige oder alle Meißelspitzen eine Schlagwirkung induziert wird mit einem pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Schlagsystem.

2. Fräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Druckluft auf in Zylindern (11) laufende Kolben (1) wirkt, deren Enden abwechselnd mit der Druckluftzuleitungsseite und der Luftableitungsseite verbunden werden.

3. Fräsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsluftverbindung (3) an der äußeren Zylinderseite etwas zur Zylindermitte hin versetzt erfolgt, so daß ein bis zum äußeren Zylinderende gelangender Schlagkolben (1) die Antriebsluftverbindung (3) zusperrt.

4. Fräsmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft durch eine Bohrung (9) in der Mittelachse (10) des rotierenden Fräsers von Innen zugeführt wird.

5. Fräsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft an einem Ringelement (5) des Fräsers von Innen (8) ansteht, welches Aussparungen jeweils für die Zuleitung (6) und die Ableitung (7) der Druckluft besitzt, die so angeordnet sind, daß jeweils ein Ende eines Zylinders (11) mit der Zuluftleitung und gleichzeitig das andere Ende mit der Abluftleitung verbunden wird.

6. Fräsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (5) drehbar gelagert ist und relativ zum Außenbereich des Fräsers mit unterschiedlichen Drehrichtungen und Geschwindigkeiten angetrieben werden kann.

7. Fräsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung in Umfangsrichtung der Aussparungen des Ringelementes (5) für die Steuerung der Antriebsluft abhängig von Fräserdrehzahl und Ringelementdrehzahl und Drehrichtung in Bezug auf ein gutes Schlagverhalten der Kolben (1) optimiert ist.

8. Fräsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ringelement (5) nur in einem begrenzten Bereich (8) über dem Umfang Druckluft zugeführt wird und dieser Bereich verschoben und damit der Fräsrichtung angepaßt werden kann.

9. Fräsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Abluftverbindung über einem Teil des Umfanges geschlossen bleibt.

10. Fräsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsluftverbindung (3) des äußeren Endes eines Zylinders (11) mit der Antriebsluftverbindung (4) des inneren Endes eines in Umfangsrichtung benachbarten Zylinders (11) verbunden ist.

11. Fräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (1) nicht auf separate Meißel (2) schlagen, sondern die Meißel (2) fest mit dem Kolben (1) verbunden sind und mit ihm eine Einheit bilden.

12. Fräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einige Meißel (12, 16) ohne Schlag, feststehend ausgeführt sind.

13. Fräsmaschine nach Anspruch 12 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen der feststehenden Meißel (12, 16) in einem Radius umlaufen, bei dessen Erreichen durch die schlagenden Meißelspitzen die zugehörigen Kolben (1) die äußeren Antriebsluftzuleitungen (3) ihrer Zylinder (11) noch nicht verschließen, der Schlagantrieb also noch aktiviert bleibt.

14. Fräsmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich Schlagmeißel (2) und feststehende Meißel (12, 16) in Umfangsrichtung gegenseitig abwechseln.

15. Fräsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (11) als separates Teil gefertigt, in den Fräskörper gesteckt und in ihm befestigt werden.

16. Fräsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagrichtungsachse nicht genau in einer radialen Ebene verläuft, sondern leicht in axialer Richtung aus dieser Ebene versetzt ist.

17. Fräsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagrichtungsachse in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse betrachtet entweder radial oder nach außen hin in Drehrichtung geneigt verläuft.

18. Fräsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Schlag beaufschlagten Meißel (2) verdrehsicher in Schlagrichtung geführt werden.