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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Schlitzwandfräsen zum Fräsen von Schlitzwänden im Spezialtiefbau. Die Erfindung betrifft dabei insbesondere die Fräsradanordnung für eine solche Schlitzwandfräse mit einer drehend antreibbaren Fräsernabe sowie einem Fräsrad, das an der Fräsernabe drehfest lösbar befestigbar ist.
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Schlitzwandfräsen werden in der Regel im Spezialtiefbau eingesetzt, um im Boden, Gestein oder Untergrund Schlitze zu fräsen, die mit einer Suspension enthaltend beispielsweise Beton zum Bilden einer Schlitzwand verfüllt werden. Schlitzwände sind generell Wandkonstruktionen im Untergrund aus z.B. Beton, Stahlbeton und dergleichen. Um eine solche Schlitzwand herzustellen, wird mit einer Schlitzwandfräse ein im Wesentlichen senkrechter, nach oben offener Schlitz gefräst, wobei das Fräswerkzeug von oben her In den Boden abgelassen und von einem auf dem Boden abgestützten, vorzugsweise verfahrbaren Trägergerät wie beispielsweise einem Raupenseilbagger geführt wird. Die Schlitzwandfräse umfasst dabei üblicherweise einen länglichen, aufrechten Fräsrahmen, der am Trägergerät vertikal verfahrbar aufgehängt ist und an seinem unteren Ende zumeist mehrere Fräsräder trägt, die um jeweils liegende Achsen gegenläufig antreibbar sein können. Der Antrieb zum rotatorischen Antreiben der Fräsräder kann ebenfalls an einem unteren Abschnitt des Fräsrahmen gelagert sein und beispielsweise einen oder mehrere Hydromotoren umfassen, die die Fräsräder beispielsweise über einen Kettentrieb und/oder eine oder mehrere Getriebestufen antreiben können.
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Die Fräsräder einer solchen Schlitzwandfräse sind dabei regelmäßig und relativ häufig zu wechseln. Einerseits unterliegen die Fräswerkzeuge, die umfangsseitig an den Fräsrädern angeordnet sind, einem starken Verschleiß. Um nicht die vielen Fräsmeißel einzeln wechseln zu müssen, wird zumeist das gesamte Fräsrad abgebaut und durch ein anderes Fräsrad mit frischen Fräsmeißeln ersetzt. Zum anderen werden aber auch für verschiedene Bodenbeschaffenheiten verschiedene, jeweils optimierte Fräsräder verwendet. Da die Bodenbeschaffenheit je nach Frästiefe varileren kann, werden die Fräsräder oft auch beim Fräsen eines einzelnen Schlitzes gewechselt, wenn sich mit zunehmender Frästiefe die Bodenbeschaffenheit ändert. Ferner werden auch für verschiedene Schlitzbreiten und -tiefen verschiedene Fräsräder eingesetzt, sodass insgesamt die Fräsräder einer Schlitzwandfräse recht häufig zu wechseln sind.
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Um auf einer Baustelle für das Wechseln der Fräsräder möglichst wenig Zeit zu verlieren und möglichst geringe Stillstandszeiten der Maschine zu haben, Ist es wünschenswert, den Wechselvorgang möglichst einfach zu gestalten. Üblicherweise werden die Fräsräder einer Schlitzwandfräse reibschlüssig an der Fräsernabe festgespannt. Um die im Fräsbetrieb sehr hohen Kräfte und Drehmomente zwischen Fräsrad und Fräsernabe übertragen zu können, werden üblicherweise sehr viele Schrauben, beispielsweise 48 Schrauben pro Fräsrad verwendet, mittels derer das jeweilige Fräsrad reibschlüssig gegen die Fräsernabe gespannt wird. Um ein gleichmäßiges Festspannen zu erreichen, müssen alle Schraubbolzen mit dem gleichen Drehmoment beispielsweise mittels eines Drehmomentschlüssels angezogen werden, sodass die Summe der Vorspannkräfte der Schrauben das Fräsrad an der Fräsernabe festklemmt und reibschlüssig festhält. Von Nachteil Ist dabei jedoch, dass bei einem Fräsradwechsel sämtliche Schrauben gelöst und anschließend wieder mit gleichmäßigem Drehmomentanzug montiert werden müssen, was sehr aufwändig und zeitintensiv ist.
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Um diesen Zeitaufwand für den Fräsradwechsel zu reduzieren, wurde bereits vorgeschlagen, zwischen Fräsernabe und Fräsrad eine Art Bajonettverschluss vorzusehen, vgl.
EP 25 97 205 B1 . Dabei sind an der Fräsernabe am Umfang verteilt schlitzförmige Ausnehmungen vorgesehen, die zu einer Seite hin offen sind, sodass am Fräsrad vorgesehene, passend ausgebildete Vorsprünge in die taschenförmigen Ausnehmungen einschiebbar und durch Drehen verriegelbar sind. Dabei sind die Vorsprünge und die taschenförmigen Ausnehmungen jeweils keilförmig ausgebildet, sodass sie sich gegeneinander verklemmen, wenn das Fräsrad gegenüber der Nabe verdreht wird. Allerdings kann mit dieser bajonettverschlussartigen Verbindung das genannte Festklemmen und eine Kraftübertragung nur in einer Drehrichtung erzielt werden. Werden die Fräsräder rückwärts gedreht, kommt es zu einem ungewollten Lösen der bajonettartigen Klemmverbindung.
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Um diese Drehrichtungsproblematik zu vermeiden, wurde auch bereits angedacht, die Fräsernabe nach Art eines Sechskants auszubilden und am Fräsrad eine komplementäre, ebenfalls sechskantartige Ausnehmung vorzusehen, die auf die Sechskantkontur der Nabe aufschiebbar ist. Eine solche Polygonschlussverbindung muss jedoch üblicherweise spielbehaftet ausgebildet werden, um eine einfache Montage und Demontage zu ermöglichen, was jedoch dann zu entsprechendem Verschleiß im Betrieb führt. Zudem können Kräfte an sich nur in radialer Richtung, nicht jedoch in axialer Richtung übertragen werden, sodass zusätzliche Klemm- oder Spannmittel vorgesehen werden müssen, um die im Betrieb auch auftretenden Axialkräfte abtragen zu können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schlitzwandfräse sowie eine verbesserte Fräsradanordnung zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Insbesondere soll eine einfach und schnell zu montierende und zu demontierende Fräsradbefestigung geschaffen werden, die die im Betrieb auftretenden Kräfte und Momente möglichst verschleißfrei übertragen kann.
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Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch eine Fräsradanordnung gemäß Anspruch 1 sowie eine Schlitzwandfräse gemäß Anspruch 17 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Es wird also vorgeschlagen, das Fräsrad und die Fräsernabe stirnseitig gegeneinander zu spannen und formschlüssig gegeneinander zu fixieren, um die hohen Betriebskräfte nicht oder zumindest nicht nur reibschlüssig zu übertragen. Erfindungsgemäß sind die aneinandersetzbaren Stirnseiten von Fräsrad und Fräsernabe mit Stirnverzahnungen versehen, die drehfest ineinandergreifen. Durch das Ineinandergreifende Stirnverzahnungspaar werden die Fräsernabe und das Fräsrad relativ zueinander drehfest formschlüssig gehalten. Gleichzeitig können die aneinandersitzenden Stirnseiten auch Axialkräfte übertragen, sodass das Fräsrad kippfest gehalten ist. Da die Betriebskräfte und -momente durch den Verzahnungseingriff formschlüssig übertragen wird, kann das Fräsrad in relativ einfacher Weise beispielsweise durch einige wenige Schrauben an der Fräsnabe gesichert werden, sodass für die Demontage bzw. Montage der Zeitaufwand beträchtlich reduziert werden kann.
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Insbesondere können die ineinandergreifenden Stirnverzahnungen an den Stirnseiten von Fräsrad und Fräsernabe eine spielfreie formschlüssige Verbindung bilden, die durch ihre Spielfreiheit Mikrobewegungen verhindert und somit den Verschleiß drastisch reduziert. Gleichzeitig können Fräsrad und Fräsernabe durch eine eindimensionale Bewegung, insbesondere durch einfaches stirnseitiges Aufeinanderschieben montiert bzw. demontiert werden, ohne dass wie bei einem Bajonettverschluss eine zusätzliche Verdrehung oder Einfädelbewegung erforderlich wäre.
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Grundsätzlich käme es aber auch in Betracht, die Stirnverzahnungsstufe mit ein wenig Spiel auszubilden. In Weiterbildung der Erfindung kann eine Zentrierung bzw. Zentrierungsvorrichtung vorgesehen, beispielsweise am Nabentopf angebracht sein, um zusätzliche radiale Kräfte zu übertragen und die Stirnverzahnung zu entlasten.
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Um die Fräsnabe und das Fräsrad in axialer Richtung bzw. stirnseitig aneinander zu sichern bzw. gegeneinander zu verspannen, können zwischen Fräsrad und Fräsnabe axial wirksame Spannmittel vorgesehen sein, die die Fräsnabe in Richtung der Drehachse gegen die Fräsnabe ziehen und/oder drücken. Solche axialen Spannmittel können grundsätzlich verschieden ausgebildet sein, beispielsweise einen Zentralverschluss beispielsweise in Form eines zentralen Schraubverschlusses aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können einige wenige Schraubbolzen über den Umfang verteilt vorgesehen sein, um das Fräsrad gegen die Fräsnabe zu spannen und/oder daran festzuspannen. Die genannten Schraubbolzen können vorteilhafterweise entlang eines durch die Stirnverzahnung gehenden Teilkreises verteilt angeordnet sein. Insbesondere können die Schraubbolzen im Bereich ineinandergreifender Stirnverzahnungsabschnitte vorgesehen sein, um das passgenaue Ineinandergreifen der Verzahnungen auch unter Betriebskräften sicherzustellen.
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Die ineinandergreifende Stlmverzahnungsstufe kann grundsätzlich verschieden ausgebildet sein, beispielsweise eine ringförmig geschlossen umlaufende Stirnverzahnung an jeder Stirnseite aufweisen. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung jedoch können die Stirnverzahnungen an den Stirnseiten der Fräsnabe und des Fräsrads vortellhafterweise jeweils mehrere voneinander beabstandete Zahngruppen aufweisen, die über den Umfang verteilt und voneinander beabstandet angeordnet sein können. Beispielsweise können sich Zahngruppen und verzahnungsfreie Flächen in Umfangsrichtung betrachtet abwechseln.
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Vorteilhafterweise können mindestens drei solche Zahngruppen und höchstens zehn solche Zahngruppen vorgesehen sein, wobei in Weiterbildung der Erfindung vier bis acht oder insbesondere sechs Zahngruppen über den Umfang verteilt angeordnet sein können. Alternativ kann aber auch nur eine Zahngruppe vorgesehen sein, die vollständig über den Umfang verteilt werden kann.
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Die Zähne der Verzahnungen können dabei unterschiedlich konturiert und/oder profiliert sein. Um gleichermaßen Drehmomente und auch Radial- und Axialkräfte übertragen zu können, kann es vorteilhaft sein, wenn die Zähne innerhalb einer jeden Zahngruppe zueinander parallel angeordnet bzw. ausgerichtet sind, die verschiedenen Zahngruppen jedoch hinsichtlich der Orientierung ihrer Zähne zueinander verdreht angeordnet sind.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Zähne jeweils einen geraden Zahnflankenverlauf besitzen und die Zähne einer jeden Zahngruppe parallel zueinander angeordnet sind. Betrachtet man die Spitze eines jeweiligen Zahns, kann der die Spitze bildende Grat einen geraden Verlauf besitzen. Grundsätzlich wäre es denkbar, dass die Zähne einen gebogenen Verlauf besitzen. Vorteilhafterweise jedoch können die Zähne bei Betrachtung ihrer Spitzen bzw. Grate und die zwischen den Zähnen liegenden Täler jeweils einen geraden Verlauf aufweisen.
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Insbesondere können die jeweiligen Zahngruppen einen Zahn aufweisen, der sich in radialer Richtung erstreckt, während sich die übrigen Zähne hierzu parallel und damit quer zur Radialrichtung versetzt erstrecken können. Insbesondere kann ein mittlerer Zahn einer jeweiligen Zahngruppe in radialer Richtung verlaufen und rechts und links von dazu parallel ausgerichteten Zähnen flankiert sein.
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Die genannten Zahngruppen können dabei eine verschiedene Anzahl von Zähnen aufweisen, beispielsweise zwischen drei und zehn Zähnen, insbesondere etwa sechs bis acht Zähne umfassen, wobei alle Zahngruppen die gleichen Zahnzahl aufweisen können.
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In Weiterbildung der Erfindung können die Zahngruppen insgesamt auch asymmetrisch angeordnet oder ausgebildet sein, beispielsweise indem eine Zahngruppe eine kleinere Zähnezahl aufweist als die übrigen Zahngruppen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Fräsrad in nur einer vorbestimmten Drehstellung auf die Fräsnabe passt. Alternativ oder zusätzlich kann eine vorbestimmte rotatorische Montagestellung des Fräsrads aber auch durch eine entsprechende Anordnung der Schraubbolzen erzielt werden, beispielsweise durch eine ungleichmäßige Verteilung in Umfangsrichtung beispielsweise durch einen zusätzlichen Schraubbolzen bei ansonsten gleichmäßigem Teilungsbild.
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Durch eine solche eindeutige Festlegung der rotatorischen Montagestellung des Fräsrads auf der zugehörigen Fräsnabe kann insbesondere bei mehreren Fräsrädern die gewünschte Drehstellung relativ zueinander sichergestellt werden, um ein synchrones Umlaufen bzw. Ineinandergreifen der Fräswerkzeuge sicherzustellen. Insbesondere können die Fräsräder derart zueinander ausgerichtet sein, dass umfangsseitig vorstehende Fräsmeißel nicht miteinander kollidieren, auch wenn die Fräsräder sehr nahe aneinander angeordnet werden.
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Die Zähne der Stirnverzahnungsstufe können grundsätzlich unterschiedlich profiliert sein, wobei die Zähne vorteilhafterweise im Querschnitt betrachtet symmetrisch zu einer drehachsenparallelen Schnittebene durch ein jeweiliges Zahnprofil ausgebildet sein können, um in beiden Drehrichtungen gleichermaßen Kräfte übertragen zu können.
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Insbesondere können die Zähne im Querschnitt betrachtet jeweils keilstumpfförmig konturiert sein und/oder gerade bzw. ebene Zahnflanken aufweisen. Solche keilförmig konturierten Zähne können beispielsweise unter einem Keilwinkel von 2-mal 10° bis 2 mal 40°oder 2 mal 15° bis 2-mal 30° oder insbesondere etwa 2 mal 20° konturiert sein. Bei einem Keilwinkel Im Bereich von 2 mal 15° bis 2 mal 25° kann einerseits ein spielfreies ineinandergreifen sichergestellt werden, andererseits ein übermäßiges Verklemmen beim Festziehen verhindert werden.
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Die Zähne können dabei an ihren spitzen Eben abgeflacht sein. Die Täler zwischen zwei Zähnen bzw. die jeweiligen Zahnfüße können vorteilhafterweise im Querschnitt betrachtet abgerundet konturiert sein, um Spannungsspitzen im Zahngrund zu vermeiden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- 1: eine schematische, perspektivische Darstellung einer Schlitzwandfräse nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung,
- 2: eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung eines Fräsrads und einer Fräsernabe der Schlitzwandfräse aus der vorhergehenden Figur, wobei die Fräsernabe und das Fräsrad Im aneinander montierten Zustand gezeigt sind,
- 3: eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung des Fräsrads und der Fräsernabe ähnlich 2, wobei das Fräsrad und die Fräsernabe im voneinander demontierten Zustand gezeigt sind,
- 4: eine Draufsicht auf die Stirnseiten des Fräsrads und der Fräsernabe aus den vorhergehenden Figuren, welche Stirnseiten mit jeweils einer Stirnverzahnung versehen sind, und
- 5: eine ausschnittsweise Schnittansicht entlang der Linie A-A in 4, die die ineinandergreifenden Stirnverzahnungen von Fräsernabe und Fräsrad zeigt.
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Wie 1 zeigt, kann die Schlitzwandfräse 1 einen länglichen, aufrecht angeordneten Fräsrahmen 2 aufweisen, der als Stabwerkträger ausgebildet sein und/oder zwei seitlich angeordnete Längsführungsprofile umfassen kann. An einem unteren Endabschnitt kann der Fräsrahmen 2 zumindest zwei Fräsräder 3 aufweisen, die nebeneinander angeordnet und um jeweils liegende Drehachsen rotatorisch antreibbar sein können, wobei sich die Drehachsen der Fräsräder 3 zueinander parallel insbesondere senkrecht zur Flachseite des Fräsrahmens 2 erstrecken können.
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Die beiden Fräsräder 3 können dabei zueinander gegenläufig angetrieben werden. Ein Fräsantrieb 4 kann an einem unteren Endabschnitt des Fräsrahmens 2 oberhalb der Fräsräder 3 angeordnet sein und beispielsweise einen oder mehrere Hydromotoren umfassen, die über eine oder mehrere Getriebestufen die genannten Fräsräder 3 antreiben können.
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Wie 1 zeigt, kann der Fräsrahmen 2 mit den Fräsrädern 3 von einem Trägergerät 5 anhebbar und absenkbar gehalten bzw. daran aufgehängt sein. Das genannte Trägergerät 5 steht am Boden auf, In den der jeweilige Schlitz gefräst werden soll, und kann vorteilhafterweise verfahrbar ausgebildet sein. Insbesondere kann als Trägergerät 5 ein Seilbagger mit einem Fahrwerk, beispielsweise Kettenfahrwerk 6 vorgesehen sein, wobei der Fräsrahmen 2 von einem Ausleger 7 des Trägergeräts 5 angehoben und abgesenkt werden kann.
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Wie die 2 bis 5 zeigen, Ist jedes Fräsrad 3 an einer Fräsemabe 8 befestigt, die drehbar an dem Fräsrahmen 2 gelagert und von dem Fräsantrieb 4 antreibbar ist. Die Fräsernabe 8 kann dabei vom Abtriebselement des Fräserantriebs 4 oder einer zwischengeschalteten Getriebestufe gebildet sein. Insbesondere kann die genannte Getriebestufe als Planetengetriebe ausgebildet sein, wobei die Fräsernabe 8 beispielsweise von einem Planetenträger des Planetengetriebes gebildet sein kann.
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Insbesondere kann die Fräsernabe 8 einen drehbar gelagerten Nabentopf 9 aufweisen, der eine beispielsweise eben ausgebildete Stirnseite 10 aufweisen kann, gegen die das Fräsrad 3 spannbar ist.
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Das Fräsrad 3 kann nach Art einer Felge aufgebaut sein und unabhängig hiervon eine Umfangswand 11 aufweisen, an deren Außenseite eine oder mehrere Reihen von Fräswerkzeugen 12 beispielsweise in Form von Fräsmeißeln angeordnet sein können. Die genannte Umfangswand 11 ist starr mit einem Befestigungsflansch 13 verbunden, der als Scheibe oder Ring ausgebildet sein und unabhängig hiervon eine Stirnseite 14 aufweist, die gegen die Stirnseite 10 der Fräsernabe 8 setzbar ist. Der genannte Befestigungsflansch 13 kann sich näherungsweise in einer Ebene senkrecht zur Drehachse erstrecken und eine flache Stirnseite 14 besitzen, die der Fräsernabe 8 zugewandt ist.
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Vorteilhafterweise ist der genannte Befestigungsflansch 13 lösbar am restlichen Korpus des Fräserrads 3 befestigt, um bei Verschleiß ausgetauscht werden zu können. Beispielsweise kann der Befestigungsflansch 13 mittels mehrerer Schrauben 15 am Korpus des Fräsrads 3 befestigt sein.
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Wie die 3, 4 und 5 zeigen, sind die aneinandersetzbaren Stirnseiten 10 und 14 der Fräsernabe 8 und des Fräsrads 3 jeweils mit einer Stirnverzahnung 16, 17 versehen, die zueinander formschlüssig passend ausgebildet und angeordnet sind, sodass die beiden Stirnverzahnungen 16 und 17 miteinander in Zahneingriff geraten, wenn die Stirnseiten 10 und 14 der Fräsernabe 8 und des Fräsrads 3 aufeinander gesetzt werden. Dabei sind die Stirnverzahnungen 16 und 17 derart ausgebildet, dass sie durch einfaches axiales Aufeinanderschieben von Fräsrad 3 und Fräsernabe 8 parallel zur Drehachse In Eingriff miteinander geraten. Sitzen die beiden Stirnverzahnungen 16 und 17 aufeinander, sodass sie ineinandergreifen, wie dies 5 zeigt, ist das Fräsrad 3 formschlüssig und drehfest an der Fräsernabe 8 fixiert.
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Das Fräsrad 3 kann dabei durch axiale Spannmittel 18, die vorteilhafterweise mehrere Schraubbolzen 19 umfassen können, axial gegen die Fräsernabe 8 spannbar, um das Fräsrad 3 auf der Fräsnabe 8 zu sichern und die Stirnverzahnungen 16 und 17 formschlüssig in Eingriff zu halten. Wie 3 zeigt, können mehrere Schraubbolzen 19 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet, insbesondere im Bereich der Stirnverzahnungen 16 und 17 vorgesehen sein, um die Stirnverzahnungen 16 und 17 gleichmäßig in Eingriffsstellung zu fixieren.
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Wie 4 zeigt, können die Stirnverzahnungen 16 und 17 jeweils mehrere - in der gezeichneten Ausführung 6 - Zahngruppen 20 aufweisen, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und gleichmäßig verteilt, gegebenenfalls auch ungleichmäßig verteilt angeordnet sein können. Insbesondere können die Zahngruppen 20 auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet sein und jeweils durch verzahnungsfreie Flächen 21 voneinander getrennt sein.
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Wie 4 zeigt, kann jede Zahngruppe 20 eine Mehrzahl von Zähnen 22 aufweisen, die jeweils gerade verlaufende Zahnflanken besitzen können, wobei alle Zahnflanken einer Zahngruppe zueinander parallel angeordnet sein können, während die Zahngruppen 20 relativ zueinander verdreht bzw. in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sein können. Insbesondere kann ein jeweils mittlerer Zahn einer jeweiligen Zahngruppe 20 sich in radialer Richtung bezüglich der Drehachse erstrecken und rechts und links jeweils von dazu parallel angeordneten Zähnen flankiert sein.
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Wie 5 zeigt, können die Zähne 22 der Stirnverzahnungen 16 und 17 im Querschnitt betrachtet jeweils keilstumpfförmig konturiert sein, wobei sich die Zahnflanken der kellstumpfförmigen Zähne 22 unter einem Keilwinkel von beispielsweise 2 mal 20° erstrecken können.
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Im Bereich der Zahnspitzen können die Zähne 22 flach oder eben abgestumpft sein. Unabhängig hiervon können die Täler zwischen den Zähnen 22 bzw. die Zahnfußbereiche abgerundet sein, vgl. 5.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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