DE3933168C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlitzwandfräse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Fräsen werden zur Herstellung von Schlitzwänden für Baugrubensicherungen, Abdichtungen und Gründungen ein­ gesetzt.

Aus der DE-AS 23 62 425 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen im Erdreich bekannt, die ein Paar Werkzeug­ träger aufweist, die auf ihrem Umfang Schneidwerkzeuge auf­ weisen, wobei die Werkzeugträger um quer zur Vortriebsrich­ tung verlaufende Achsen drehbar sind. Bei den Werkzeugträ­ gern handelt es sich um gegenläufig drehende Trommeln, die über ihre gesamte Breite der äußeren Oberfläche mit einer oder mehreren Schnecken ausgestattet sind, die Werkzeuge, wie beispielsweise Zähne oder kleine Rädchen oder Rollen tragen, welche dazu bestimmt sind, den Boden zu zerkleinern.

Diese bekannte Vorrichtung kann zum Herstellen von Schlitz­ wänden Verwendung finden. Durch die gewählte Drehrichtung der Trommeln wird das aufgelockerte Bodenmaterial zum In­ neren der Vorrichtung hin bewegt und von dort mit Hilfe ei­ ner mittleren Leitung herausgefördert. Zum Stützen der Wan­ dungen der Bohrung dient eine Stützflüssigkeit, die in die Bohrung eingegeben wird.

Bei der bekannten Vorrichtung ist es von Nachteil, daß die verwendeten Werkzähne bei hohen Gesteinshärten einen großen Verschleiß aufweisen. Dies behindert einerseits einen ra­ schen Bohrfortschritt und ist andererseits durch das not­ wendige Auswechseln der Werkzeuge kostenspielig. Ferner sind die Werkzeuge auf den Trommeln so angeordnet, daß sich die Fräsräder in der Bohrung festklemmen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Oberbegriff genannte Schlitzwandfräse anzugeben, mit wel­ cher auch bei hoher Gesteinsfestigkeit ein guter Bohrfort­ schritt und insbesondere ein guter Freischnitt der Fräsrä­ der erreicht wird.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Schlitzwandfräse durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Die Wirkung der abrollenden Werkzeuge besteht darin, daß durch den abrollenden Eingriff mit der Bohrsohle unter Auf­ last die Gesteinsfestigkeit lokal überschritten und der Fels in kleinen Stücken abgesplittert wird. Die Werkzeuge sind da­ durch nur zeitweise im Eingriff des Bodens, wobei jedes Werk­ zeug während der Rotation im wesentlichen der gleichen Bela­ stung ausgesetzt ist. Die Kraft zum Lösen des Bodens wird da­ bei aber nicht nur von der Auflast bestimmt, sondern auch durch das an den Fräsrädern angreifende Drehmoment in Abhängig­ keit von der Lage des betreffenden Werkzeugs im bearbeiteten Schlitzhalbkreis.

Da der Bohrfortschritt, der durch den Anpreßdruck pro Werkzeug und die Zahl der Eingriffe pro Flächeneinheit bestimmt ist, im wesentlichen unabhängig vom Durchmesser des herzustellenden Schlitzes bzw. von der Projektionsfläche des Fräsrades auf die Schlitzsohle ist, muß die Auflast mit zunehmendem Schlitzdurch­ messer nicht in gleicher Weise erhöht werden. Die bei einem Ortswechsel zu bewegende Totlast kann daher relativ klein ge­ halten werden.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Werkzeuge als Schneidrollen ausgebildet sind, die einseitig mit einem axialen Überstand zum Fräsrad gelagert sind. Somit können sie auf einfache Weise auf dem betreffenden Fräsrad mon­ tiert und bei Verschleiß gegebenenfalls ausgewechselt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, die Werkzeuge in Achsrichtung auf Lücke versetzt auf den Fräsrädern anzuordnen.

Gute Bohrergebnisse können dadurch erzielt werden, daß die Schneidrollen mindestens als Einringrolle mit einem Ringzahn ausgebildet sind. Zusätzlich kann der Ringzahn auch als Knöpfchenringzahn ausgebildet sein.

Die Schneidrollen haben eine Kegelstumpfform oder im Axialschnitt eine Trapezform. Die einseitige Lagerung dieser Schneidrollen ist zumindest in der Verlängerung der radialen Außenfläche des Fräsrades vorgesehen. Hierbei werden auf einer Seite des Fräsrades über den Umfang betrachtet etwa vier Schneid­ rollen angebracht und auf der gegenüberliegenden Seite des Fräsrades eine gleiche Anzahl von Schneidrollen, je­ doch in Umfangsrichtung auf Lücke versetzt vorgesehen. Die Umfangsmantelfläche der Kegelstumpfform der Schneid­ rollen und die Drehachse der Schneidrollen bzw. deren Neigung gegenüber der Achse der Fräsräder werden so abge­ stimmt, daß gegenüber der Bohrsohle eine etwa parallel zur Achse der Fräsräder verlaufende Scneidfläche er­ reicht wird. Die Lagerung der Schneidrollen erfolgt über einen etwa dreieckförmigen Lagerbock, der mit der radia­ len Außenfläche der Fräsräder etwa fluchten kann. Die Schneidrollen selbst sind jedoch so gelagert, daß ihre breitere Basis, also der Eckbereich an der Bohrsohle min­ destens geringfügig über die Außenfläche des zugehörigen Fräsrades axial hervorsteht. Mit dieser Konstruktion der etwa achsparallelen Schneidflächen und des axialen Über­ standes erreicht man in vorteilhafter Weise einerseits ein Freischneiden der Fräsräder und andererseits in ver­ tikaler Schnittansicht auch im Bereich der Bohrsohle eine weitgehend rechteckförmige Bohrung.

Die Auslegung und Anordnung der Schneidrollen in vorge­ nannter Form bewirken daher beim Bohrvorgang einen Druck- und Mahleffekt gegenüber dem Bodenbereich im Bereich der Bohrsohle, wobei dieser Bohreffekt durch die einseitige Lagerung mit besserer Kraftübertragung auf die Schneid­ rollen noch erhöht wird.

Die Schneidrollen selbst weisen an ihrer Umfangsfläche der Kegelstumpfform in den Eckbereichen vorzugsweise ab­ gerundete, nahezu halbkugelförmige Noppen aus Hartmetall, z. B. einem gehärteten Stahl, auf. Zwischen diesen Noppen sind in der Umfangsfläche weitere Brechwerkzeuge als Spitzen vorhanden, wobei die Brechwerkzeuge nach Möglich­ keit versetzt gegeneinander angeordnet sind. Im Hinblick auf ein leichtes Auswechseln sind sowohl die Noppen als auch die Spitzen einsetzbar in der Mantelfläche der Schneid­ rolle vorgesehen.

Bei einer paarweisen, koaxialen Anordnung von Fräsrädern, bei welcher zwischen den beiden Fräsrädern ein die Achsen und das Getriebe aufnehmender Lagerschild vorhanden ist, ist es sehr zweckmäßig, an denjenigen Rändern der Fräsräder, welche dem Lagerschild zugewandt sind, in Achsrichtung schwenkbare Lager für die Schneidrollen anzuordnen, so daß die Schneidrollen in Vortriebsrichtung vor dem Lagerschild geschwenkt werden können. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich zwischen den Fräsrä­ dern ein Steg aufbaut, auf welchem der Lagerschild aufsitzt, so daß das Abtäufen behindert wird.

Um den Abtransport des gelösten Bodens zu unterstützen, ist es vorteilhaft, daß auf den Fräsrädern Bürsten angeordnet sind. Mit diesen Bürsten wird die Sohle gereinigt und das Bohrgut zur Ab­ saugung transportiert.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht da­ rin, daß am Fräsrahmen über die Breite der Fräsräder Bürsten angeordnet sind, die in Eingriff mit den Werkzeugen stehen. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Werkzeuge bei jeder Umdrehung der Fräsräder gereinigt und ein Verkleben, bei­ spielsweise mit tonigem Material, verhindert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben:

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ansicht einer Schlitzwandfräse;

Fig. 2 zeigt schematisch eine Ansicht in Achsrichtung auf den Fräsrahmen und die Fräsräder einer Schlitzwandfräse gemäß Fig. 1;

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen jeweils ein Beispiel für eine Schneid­ rolle;

Fig. 5 zeigt eine Schneidrolle in Kegelstumpfform mit ein­ seitiger Lagerung auf der Umfangswandlung eines bruchstückartig dargestellten Fräsrades, wobei die Bohrsohle in der Figur im oberen Bereich darge­ stellt ist;

Fig. 6 zeigt einen Axialschnitt durch eine vergleichbare Schneid­ rolle wie in Fig. 5.

Fig. 1 veranschaulicht eine Schlitzwandfräse, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Sie besteht aus einem Fräsrahmen 1, der über einen Seilzug 2 an einem Auslegerarm 3 eines mit einem Raupen­ fahrwerk ausgerüsteten Trägergeräts 4 aufgehängt ist. Am Fräs­ rahmen 1 sind in paarweiser Anordnung gegenläufig rotierende Fräsräder 5, 6 und 7, 8 angeordnet. In der Fig. 1 sind die Fräs­ räder in der Zeichenebene ausgerichtet, d. h. jeweils ein Fräs­ rad eines Paares ist vom anderen Fräsrad verdeckt. Die gegen­ läufige Rotation ist durch Pfeile 9 angedeutet.

Ein Erdschlitz wird dadurch hergestellt, daß der Fräsrahmen 1 unter kontinuierlicher Rotation der Fräsräder 5 bis 8 vertikal abgesenkt wird, wobei der Vorschub durch das Eigengewicht der Fräsräder 5 bis 8 und des Fräsrahmens 1 erzeugt wird. Der gelöste Boden wird von den Fräsrädern 5 bis 8 nach innen zu einer Absaug­ einrichtung 11 transportiert, wo er über eine Schlauchleitung 12 mit einer Stützflüssigkeit abgesaugt wird.

Aus der Fig. 2 wird ersichtlich, daß die Fräsräder über den Um­ fang ihrer Naben 13 verteilt mit abrollenden Werkzeugen 14 und mit Bürsten 15 bestückt sind. Die Werkzeuge 14 bestehen jeweils aus Schneidrollen 16, die drehbar in gabelartigen Halterungen 17 gelagert sind. Dabei verläuft die Drehachse der Schneidrollen 16 im wesentlichen parallel zu den Drehachsen 18 der Fräsräder 5 bis 8.

Beim Abteufen stehen die Werkzeuge 14 aufgrund der Rotation der Fräsräder 5 bis 8 zeitweise im Bereich des in Vortriebsrichtung liegenden Halbkreises im Eingriff mit der Bohrsohle. Durch die Auflast G sowie das an den Fräsrädern 5 bis 8 angreifende Dreh­ moment M wird dabei der Boden gelöst. Das zerkleinerte Mate­ rial wird von den Bürsten 15 nach innen zur Absaugeinrichtung 11 gefördert. Anstelle der Bürsten 15 können auch andere Mit­ nehmer, beispielsweise Rippen oder ähnliches zum seitlichen Abtransport des Bohrgutes vorhanden sein.

Am Fräsrahmen 1 sind ferner weitere Bürsten 19 ortsfest in der Weise angeordnet, daß die Werkzeuge 14 während der Rotation der Fräsräder 5 bis 8 zwangsweise damit in Eingriff gelangen, so daß sie von eventuell anhaftendem Erdreich gereinigt werden.

Fig. 3 zeigt eine als Einringrolle 26 ausgebildete Schneid­ rolle. Sie besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Grundkörper 27 mit Lagerzapfen 28 sowie einem Ringzahn 29.

In Fig. 4 ist eine als Zweiringrolle 30 ausgebildete Schneid­ rolle 16 dargestellt, deren Grundkörper 27 zwei Knöpfchen­ ringzähne 31 trägt.

Wenn es sich für das zu bearbeitende Gestein als vorteilhaft und notwendig erweist, können auch mehr als zwei Ringzähne angebracht sein, die wahlweise glatt oder mit Knöpfchen, Zähnen und ähnlichem ausgebildet sind. Die einzelnen Ring­ zähne können darüber hinaus unterschiedliche Außendurch­ messer und Querschnitte aufweisen.

In Fig. 5 ist eine Seitenansicht auf eine Schneidrolle 40 dargestellt, die im wesentlichen Kegelstumpfform auf­ weist. Diese Schneidrolle 40 ist durch eine Schrägstel­ lung ihrer Drehachse 43 um einen Winkel α gegenüber der Achse (nicht gezeigt) des Fräsrades 5 so angeordnet, daß die in der Darstellung oben liegende Schneidfläche 60 gegenüber der Bohrsohle 21 etwa parallel zur Drehachse der Fräsräder 5 verläuft. Neben dieser Parallelität ist von besonderer Bedeutung, daß der rechts oben gezeigte überstehende Bereich 50 einen, wenn auch geringfügigen axialen Überstand über die Außenfläche 48 eines entspre­ chenden Lagerbockes und der Außenfläche 68 des Fräsrades hat. Aufgrund dieses überstehenden Bereiches 50 ist si­ chergestellt, daß ein "Freischneiden" der Fräsräder beim Abteufen vorhanden ist.

Die Schneidrolle 40, die Kegelstumpfform oder angenähert im Schnitt Trapezform aufweist, ist auf einem Lagerbock 42 drehbar angeordnet. Die Neigung der Drehachse 43 und die Anordnung der Umfangsfläche des Kegelstumpfmantels sind so getroffen, daß die Schneidfläche 60 etwa paral­ lel zur Achse des Fräsrades 5 verläuft. In dieser Umfangs­ fläche des Kegelstumpfmantels sind in den Eckbereichen 69 Brechwerkzeuge als halbkugelförmige Noppen 46 bzw. 47 aus einem Hartmetall vorgesehen. Dazwischen sind Hart­ metallspitzen 51 in die Mantelfläche eingebracht. Diese Brechwerkzeuge 46 bzw. 51 sind zur leichteren Auswechsel­ barkeit einsetzbar konstruiert.

Diese Brechwerkzeuge 46, 51 sind über den Umfangsmantel üblicherweise ringförmig, aber gegeneinander versetzt, vorhanden. Insbesondere ist beachtenswert, daß die Noppe 47, die im Eckbereich 37 des Erdreichs 36 zum Eingriff damit kommt, nahezu eine rechtwinkelige Bohrung ermög­ licht und aufgrund des überstehenden Bereiches 50 ein Reiben der Fräsräder gegenüber dem Erdbereich 36 verhin­ dert.

Im Hinblick auf diese kegelstumpfförmige Auslegung der Schneidrolle ist es zweckmäßig, in der Umfangsfläche 67 des Fräsrades 5 eine nutartige Ausnehmung 52 vorzusehen, die etwa komplementär zum Außenumfang der Noppen 47 im Eckbereich 69 gestaltet ist.

Die Lagerung der Schneidrolle 40 erfolgt dabei im Bereich ihrer Seite 41 über einen etwa dreieckförmigen Lagerblock 42, während die gegenüberliegende Seite 44 sozusagen frei­ gehalten ist.

Da die Fig. 5 nur bruchstückartig ein Fräsrad 5 zeigt, sei erwähnt, daß eine spiegelbildliche Ergänzung nach links erforderlich ist, um sich die volle Funktion eines Fräsrades vorstellen zu können. Die dann gegenüberlie­ genden Schneidrollen 40 sind über den Umfang sozusagen auf Lücke versetzt, wobei auf beiden Außenflächen des Fräsrades der überstehende Bereich 50 vorhanden sein kann.

In Fig. 6 ist in einer Schnittdarstellung eine Ausfüh­ rungsform einer Schneidrolle 40 nach Fig. 6 im Hinblick auf ihre Lagerung noch näher verdeutlicht. Die Schneid­ rolle 40 besteht hierbei aus einem äußeren Rollenmantel 55, der über Rollenlager 62 und ein mittiges Kugellager 64 auf einem Innenmantel 56 drehbar ist. In diesem Innen­ mantel 56 greift ein kegelstumpfförmiger Konus 57 mit Paßsitz ein. Der Konus 57 ist in der Fig. 7 mittels einer Schraube 58 am Lagerbock 42 befestigt. Die Schraube 58 selbst greift in ihrem vorderen Bereich gewindemäßig in den Innenmantel 56 ein. Die übrigen Bezugszeichen ent­ sprechen hierbei der Ausführungsform nach Fig. 5.

Claims (12)

1. Schlitzwandfräse mit mindestens zwei an einem Fräsrah­ men gelagerten und gegenläufig rotierenden Fräsrädern, die über den Umfang verteilt mit bodenbrechenden Werk­ zeugen bestimmt sind, bei der die Werkzeuge als abrol­ lende Werkzeuge ausgebildet sind, deren fiktive Schneidflächen etwa achsparallel zu den Drehach­ sen der Fräsräder ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die in der Verlängerung der radialen Außenflächen der Fräsräder (5 bis 8) vorgesehenen abrollenden Werkzeuge (14) einseitig gelagert sind, daß diese abrollenden Werkzeuge (14) Schneidrollen (40) sind, die etwa Kegelstumpfform aufweisen, daß die Kegelstumpfform dieser Schneidrollen (40) eine Dreh­ achse (43) aufweist, die in einem derartigen Neigungs­ winkel (α) zur Drehachse (18) der Fräsräder (5) ange­ ordnet ist, daß die der Bohrsohle zugewandte Schneid­ fläche (60) achsparallel zur Drehachse (18) der Fräs­ räder (5 bis 8) liegt und daß ein Bereich (50) dieser Schneidrollen (40) axial etwas über die Außenflächen (68, 48) vorspringt.

2. Schlitzwandfräse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abrollenden Werkzeuge (14), die nicht in der Verlängerung der radialen Außenflächen der Fräsräder (5 bis 8) vorgesehen sind, Schneidrollen (16) sind, die als Einringrolle (26) mit einem Ringzahn (29) oder als Zweiringrolle (30) ausgebildet sind.

3. Schlitzwandfräse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidrollen (16) mit mindestens einem Knöpf­ chen-Ringzahn (31) versehen sind.

4. Schlitzwandfräse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitige Lagerung der Schneidrollen (40) am Umfang (67) der Fräsräder (5 bis 8) etwa fluchtend zu den Außenflächen (68) der Fräsräder (5 bis 8) erfolgt.

5. Schlitzwandfräse nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa kegelstumpfförmigen Schneidrollen (40) in den Eckbereichen (69) der Kegelstumpfform abgerundete Noppen (47) und dazwischen auf der Mantelfläche des Kegelstumpfes Spitzen (51) als Brechwerkzeuge aufwei­ sen.

6. Schlitzwandfräse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangsfläche (67) der Fräsräder (5 bisd 8) eine nutartige Ausnehmung (52) weitgehend komplementär zu den Noppen (47) vorgesehen ist.

7. Schlitzwandfräse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen (47) und die Spitzen (51) aus einem Hartmetall bestehen und auswechselbar in der Schneid­ rolle (40) vorgesehen sind.

8. Schlitzwandfräse nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidrolle (40) einen auf einem Innenmantel (56) drehbaren Rollenmantel (55) aufweist, und daß der Innenmntel (56) auf einem Innenkonus (57) ge­ gen den Lagerbock (42) festgelegt ist.

9. Schlitzwandfräse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß pro Fräsrad (5 bis 8) acht Schneidrollen (16, 40) in zwei Reihen in Umfangsrichtung auf Lücke versetzt auf den Fräsrädern (5 bis 8) angerodnet sind.

10. Schlitzwandfräse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Fräsräder (5 bis 8) paarweise koaxial angeord­ net sind, wobei zwischen einem Fräsradpaar ein Lager­ schild angeordnet ist, welches an den dem Lagerschild zugeordneten Rändern der Fräsräder (5 bis 8) in Achs­ richtung schwenkbare Halterungen für die abrollenden Werkzeuge (14) aufweist, so daß die abrollenden Werk­ zeuge (14) in Vortriebsrichtung vor den Lagerschild schwenkbar sind.

11. Schlitzwandfräse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Fräsrädern (5 bis 8) Bürsten (15) angeord­ net sind.

12. Schlitzwandfräse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Fräsrahmen (1) über die Breite der Fräsräder (5 bis 8) Bürsten (19) angeordnet sind, die in Eingriff mit den abrollenden Werkzeugen (14) gelangen.