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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Fräsen
von Gräben
sowie eine Vorrichtung zum Fräsen
von Gräben,
die beide insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich zum
Fräsen
eines Grabens in Fels einsetzbar sind.
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Aus
dem Stand der Technik sind zahlreiche Grabenfräsen zum Graben von Gräben in Erdreich, durch
Einsatz eines Primärantriebs,
beispielsweise eines Raupenschleppers oder eines herkömmlichen Schleppers
mit Auflieger bekannt, wobei an einem Arm ein Fräsgerät in dem Graben positioniert
ist. Die wichtigsten Anwendungsbeispiele sind ein unter der Bezeichnung
Aufreißfräse bekannter
Fräsrotor,
der um eine Querachse zum Graben rotiert, oder eine Fräse oder
mehrere Fräsrotoren,
die um eine längs zum
Arm ausgerichtete Achse rotieren, die gemeinhin als Fräser bezeichnet
werden, oder ein Fräsgerät, das eine
langgestreckte unter der Bezeichnung Kettenfräse bekannte Endlos-Stützeinheit
aufweist, die eine Vielzahl an Fräselementen trägt und an
oberen und unteren Strecken entlang geführt wird. Dort, wo ein Fräsrotor zum
Einsatz kommt, ist dieser am distalen Ende eines Arms befestigt,
der von dem Primärantrieb
nach vorn und unten bezüglich
der Grabenfräsrichtung
vorsteht. Dort, wo eine Kettenfräse
zum Einsatz gelangt, ist diese üblicherweise
an einem sich nach unten und hinten zu dem Primärantrieb erstreckenden Arm
bezüglich
der Grabenfräsrichtung befestigt.
Bei einer solchen Anordnung bewegt sich das langgestreckte Stützelement
derart in einer Richtung, dass sich die Fräselemente nach unten um das distale
Ende des Arms und nach oben und vorn entlang der unteren Strecke
des sich bewegenden langgestreckten Stützelements bewegen. Normalerweise gibt
es bei all diesen Arten von Grabenfräsen eine Positioniervorrichtung
zum Anheben und Absenken des distalen Endes des Schwenkauslegerarms,
um die Grabenhöhe
zu variieren. Beispiele solcher Graben fräsen finden sich beispielsweise
in CH-A-239498 (Entreprise de Grands Traveaux SA) und der WO 95/13433
(Mastenbroek & Company
Limited).
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Im
Allgemeinen funktionieren sämtliche
Formen von Grabenfräsen
beim Fräsen
von Gräben
unter normalen Bodenbedingungen zufriedenstellend, sind jedoch nicht
zum Fräsen
von Gräben
in Fels oder sonstigem hartem Untergrund geeignet. Zum Fräsen von
Gräben
in Festgestein werden generell arbeitsintensive Verfahren unter
Zuhilfenahme von schlagend arbeitenden Maschinen und Sprengstoff eingesetzt.
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Weiter
sind aus dem Stand der Technik, der nicht mit Fräsen in Verbindung steht, Tunnelvortriebsmaschinen
zur Anlage von Tunnels in Fels bekannt, bei denen ein unter der
Bezeichnung Kugelfräser
bekannter Fräsrotor
an einem Arm eines Primärantriebs
nach vorn vorsteht und in vertikaler Ebene durch Schwenken des Arms
an dem Primärantrieb beweglich
ist. Beim Einsatz wird der Fräsrotor
auf den Tunnelboden abgesenkt und der Primärantrieb bewegt sich mit dem
Fräsrotor
voran, um auf Sohlenniveau in die Tunnelstirnfläche einzugreifen, um einen
Unterschnitt herzustellen. Der Fräsarm wird sodann mit hydraulischen
Rammen in einer Aufwärtsrichtung
geschwenkt, derart, dass die Fräsrotoren oder
Rotoren nach oben angehoben werden, um eine Scheibe Material von
der Tunnelstirnfläche
abzufräsen.
Der Fräsarm
wird zwischen dem Fräsarm
und der Tunnelsohle durch Krafteintrag angehoben. Bei einer Variation
einer derartigen Vorrichtung ist eine Form einer Kettenfräse vorgesehen,
die entlang oberer und unterer Strecken an dem Fräsarm und
um das distale Ende des Fräsarms
gezogen wird, beispielsweise zum Einsatz beim Abbau von Kohle oder weichen
Gesteins. Bei einer derartigen Maschine wird die die Fräsen tragende
Endlos-Stützeinrichtung derart
in eine Richtung getrieben, dass sich die Fräsen nach oben um das distale
Ende des Arms bewegen und nach hinten entlang der oberen Strecke
des sich bewegenden Stützelements
bewegen. Beispiele für
beide Tunnelvortriebsgerätearten
finden sich in der 1982 veröffentlichten
Broschüren
der Firma Hawker Sidley Dosco Overseas Engineering Limited unter
dem Titel DOSCO 1982 „The
Twin Boom TB600" und
DSOCO 1982 „Mark
II Heavy Duty Dintheader".
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Zusätzlich zu
diesem Stand der Technik ist in EP-A-0080802 (Wallace) eine Maschine
zum Fräsen eines
Grabens in Fels durch Verwendung eines Aufreißfräsers offenbart. Die EP-A-0080802
offenbart ebenfalls als dem Stand der Technik zuge hörig eine bekannte
Grabenfräsmaschine,
umfassend eine Riesenkettensäge,
die auf einem Raupenfahrgestell befestigt und mit Zähnen aus
Wolframkarbid ausgerüstet
ist, die den Fels buchstäblich
wegnagen. Nachteilig bei dieser Maschine ist jedoch, dass entlang
der Säge
ein ordentlicher Rückschlag
erzeugt wird, insbesondere wenn härteres Gestein durchfräst wird, wodurch
der Wirkungsgrad beim Fräsen
gemindert wird. Hauptsächlich
entsteht das Problem, weil der Fräsarm über eine große Länge freitragend
ist. In der EP-A-0080802 werden ebenfalls Kugelfräser diskutiert,
wie sie vorstehend beim Tunnelvortrieb beschrieben wurden, und es
wird festgestellt, dass weitere Felsfräsmaschinen für den Tagebaubetrieb
bekannt sind, und diese einen drehbaren Fräskopf am Ende eines an dem
Raupenfahrgestell angebrachten Arms umfassen. Es wird jedoch behauptet,
dass diese bekannten Maschinen nicht zum Fräsen von Gräben eingesetzt werden können und
weiterhin von einem ähnlichen
Vibrationsproblem betroffen sind, weil auch sie einen zu langen
freitragenden, den Fräskopf tragenden
Arm aufweisen.
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Laut
EP-A-0080802 werden diese Probleme durch Bereitstellen einer Maschine
zum Fräsen
von Gräben
in Fels gelöst,
die einen Schwenkarm mit drehbarem Fräskopf am distalen Ende und
einen Teleskopführungsarm
aufweist, der sich zwischen einer mobilen Arbeitsplattform und dem
Armende benachbart des Fräskopfes
erstreckt, wobei der Teleskopführungsarm
eine hydraulisch betreibbare Ramme ist, die dazu dient, den Fräskopf auf
einem spitzbogenförmigen
Pfad um die Schwenkachse des Arms zu führen. Die Maschine wird betrieben,
indem der Fräskopf
durch die hydraulische Ramme mit einer Kraft beaufschlagt wird,
die eine im Wesentlichen vertikale Komponente aufweist. Beim Betrieb
wird die Maschine so positioniert, dass sie beiderseits der Grabenlinie
zu liegen kommt, und der Arm wird abgesenkt, bis er Kontakt mit
dem Erdreich hat. Der Fräskopf
wird zur Rotation gebracht, während
er mittels der hydraulischen Ramme mit Kraft beaufschlagt wird,
um den Fräskopf
auf einem spitzbogenförmigen Pfad
nach unten zu bewegen und um Fels vom vorderen Grabenende zu beseitigen.
Ein Förderband wird
auf der Grabensohle positioniert und der Abraum abtransportiert.
Sodann wird der Arm angehoben und die Maschine nach vorn bewegt
und der Vorgang wiederholt.
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Das
Vibrations- und Rückschlagproblem durch
den relativ langen Arm werde vermieden, weil die Stellung, in der
die Ramme benachbart des Fräskopfs
an den Arm gekoppelt ist, die Stabilität des Fräskopfes erhöht, so dass die Vibrations-
und Rückschlagproblematik
verringert wird, die zu erwarten wäre, wenn es keine Ramme gäbe und die
Kraft zum Fräsen
durch den langen Arm beaufschlagt würde. Aufgrund der Tatsache,
dass der Steuerungsarm die notwendige Lastbeaufschlagung des Fräskopfes
bewerkstelligt und aufgrund des relativ kurzen Abstandes zwischen
dem Fräskopf
und dem Auflagerungspunkt werde die Rückschlagproblematik bei dem
Fräskopf
weitestgehend vermieden.
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Ein
Nachteil ergibt sich jedoch mit dieser Art Maschine, wie sie in
der EP-A-0080802
gewürdigt wird,
insofern als die Maschine durch die Kraftbeaufschlagung des Fräskopfes
dazu neigt, den Bodenkontakt zu verlieren. Es empfiehlt sich zusätzlichen Ballast
vorzuhalten, nichtsdestotrotz ist es letztendlich unumgänglich,
den möglichen
Krafteintrag zum Bewegen des Fräskopfes
auf seinem spitzbogenförmigen
Pfad zu beschränken,
da sonst die oberflächlich
befestigten Teile der Vorrichtung die Bodenhaftung verlieren würden.
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In
der US-A-5074063 weist eine Vorrichtung zum Fräsen von Gräben eine Endlos-Fräskette auf, die
an oberen und unteren Strecken des Schneidwerks entlanggezogen wird,
wobei das Schneidwerk so befestigt ist, dass es beim normalen Fräsbetrieb nach
vorn und unten bezüglich
der vorgesehenen Grabenfräsrichtung
vorsteht. Die Fräskette
wird in eine Richtung getrieben, dass die Fräselemente nach oben um das
distale Ende des (Fräs)Arms
und nach rückwärts entlang
der oberen Strecke des Schneidwerks getragen werden. Zu Beginn des
Grabenaushubs wird das Schneidwerk mit sich nach rückwärts des
Primärantriebs
erstreckendem Schneidwerk in den Boden abgesenkt. Das Schneidwerk
wird dann allmählich
durch Schwenken um sein proximales Ende in die Betriebsstellung
bewegt, wobei sich das Schneidwerk nach unten und vorwärts bezüglich der
Grabenfräsrichtung
erstreckt. Die Grabenfräse
wird sodann vorwärts
bewegt, wobei sich das Schneidwerk beim Betrieb nach unten und vorwärts erstreckt.
Ein Entfernen des Erdreichs erfolgt im Wesentlichen entlang der
vollen Stirnseitenlänge des
Schneidwerks.
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In
der US-A-4755001 ist eine Fräsmaschine zum
Planieren einer Straße
vorgesehen. Ein auf Endlos-Gleisketten angebrachter Primärantrieb
weist ein langgestrecktes Fräselement
mit einem Endlos-Schneidelement auf, das eine Vielzahl von Fräszähnen trägt und an
oberen und unteren Strecken des langgestreckten Fräselements
entlanggezogen wird. Am distalen Ende des langgestreckten Fräselements sind
Walzen angebracht, die sich seitwärts des distalen Endes des
langgestreckten Fräselements
erstrecken und weitere Fräszähne tragen.
Der Betrieb der Fräsmaschine
gestaltet sich so, dass sich das langgestreckte Fräselement
rückwärts des
Primärantriebs
in einer Richtung erstreckt, die sich nach unten und rückwärts bezüglich der
Bewegungsrichtung des Primärantriebs
erstreckt. Antriebseinrichtungen sind angeordnet, um die Endlos-Fräsmaschine
in einer Richtung zu treiben, dass die Fräszähne im Kontakt mit der Grabenstirnfläche nach
unten um das distale Ende des langgestreckten Fräselements und nach vorn entlang
der unteren Strecke der Endlos-Schneideinrichtung getragen werden.
Die Fräsmaschine
wird entlang des Geländeverlaufs
vorwärts bewegt,
wobei sich das langgestreckte Fräselement nach
unten und rückwärts hinter
dem Primärantrieb erstreckt.
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Die
Druckschrift DE-A-4213523 offenbart eine Grabenfräsvorrichtung,
die einen an einem Schwenkarm angeordneten distalen Fräskopf umfasst
und so angeordnet ist, dass er durch Rotation um eine quer zu der
Armachse liegende Rotationsachse Material wegfräst. Der Arm ist durch einen [Schwenk]Arm
an einen Primärantrieb
gekoppelt, der schwenkbar an dem Primärantrieb und der Armeinmündung befestigt
ist. Hydraulikzylinder bewirken die Schwenkbewegung des Schwenkarms
und des Arms. Die Vorrichtung wird so betrieben, dass der Fräskopf auf
der Grabensohle positioniert wird und ein Unterschnitt durch Vorwärtsbewegen
des Fräskopfs
bezüglich
der Grabenfräsrichtung
erzeugt wird. Sodann wird der Fräskopf
durch Betrieb der Hydraulikzylinder, die das Schwenken des Arms
und des Schwenkarms steuern, auf die Grabenkrone angehoben. Sodann
wird der Fräskopf
auf die Grabensohle abgesenkt und der Vorgang wiederholt.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Grabenfräsvorrichtung bereitzustellen,
bei der die vorstehend beschriebenen Probleme vermieden oder reduziert
werden.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Fräsen von
Gräben
vorgesehen, umfassend: Positionieren eines Fräsgeräts in einem Graben, das auf
einem Primärantrieb
befestigt ist, der auf der Erdoberfläche über dem Graben beweglich ist;
Positionieren des Fräsgeräts gegen
die Grabenstirnfläche
unter dem Niveau der Erdoberfläche, wobei
die Grabenstirnfläche
mit dem Fräsgerät in Eingriff
gelangt, und unter Betreiben des Fräsgeräts Vorwärtsbewegen des Fräsgeräts in dem
Graben, um einen Unterschnitt in der Grabenstirnfläche zu erzeugen;
Betreiben des Fräsgeräts, um Material
von der Grabenstirnfläche
zu fräsen;
wobei der Schritt des Fräsens
des Materials von der Grabenstirnfläche durch Bewegen einer Vielzahl
von Fräselementen entlang
oberer und unterer Strecken einer langgestreckten Endlos-Stützeinrichtung
des Fräsgeräts ausgeführt wird,
die an einem Schwenkauslegerarm des Fräsgeräts entlang gezogen werden,
das bezüglich
der beabsichtigten Richtung, in der der Graben aufgefräst werden
soll, nach vorn und nach unten vorsteht, wobei die Fräselemente
derart getrieben werden, dass sich die Elemente am distalen Ende des
Fräsarms
in eine nach oben um das Ende des Fräsarms und nach hinten weisende
Richtung entlang der oberen Strecke bezüglich der Grabenfräsrichtung
bewegen, und Anheben des Arms nach oben in einer im Wesentlichen
vertikalen Ebene von dem Unterschnitt bis zum Grabenkopf durch Ausüben einer
Hubkraft zwischen dem Auslegerarm und der Erdoberfläche oberhalb
des Grabens und Betreiben des Fräsgeräts während der
Aufwärtsbewegung, um
Material von der Grabenstirnfläche
zu fräsen,
dadurch gekennzeichnet, dass das Fräsgerät durch Vorwärtsbewegen
des Primärantriebs
in dem Graben nach vorn bewegt wird.
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Bevorzugt
wird bei dem Schritt des Erzeugens des Unterschnitts das Fräsgerät so positioniert, dass
es in die Stirnfläche
im Wesentlichen an der Grabensohle eingreift.
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Es
versteht sich, dass dort, wo Merkmale der Erfindung hinsichtlich
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
dargelegt sind, diese Merkmale auch hinsichtlich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
und umgekehrt vorgesehen sein können.
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Insbesondere
ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Fräsen von
Gräben
vorgesehen, umfassend: einen Primärantrieb; ein Fräsgerät, und eine
Befestigungseinrichtung zum Befestigen des Fräsgeräts auf dem Primärantrieb und
zum Positionieren des Fräsgeräts in einem
Graben, wobei der Primärantrieb
auf der Erdoberfläche über dem
Grabenniveau beweglich ist, wobei das Fräsgerät so angeordnet ist, um mit
einer Grabenstirnfläche
in Eingriff zu gelangen, um Material von der Grabenstirnfläche abzufräsen, wobei
das Fräsgerät einen
Schwenkauslegerarm mit einer längsgestreckten
Endlos-Stützeinrichtung
umfasst, die eine Vielzahl von Fräselementen trägt und an
oberen und unteren Strecken an dem Auslegerarm entlang gezogen werden,
wobei der Auslegerarm befestigt ist, um nach vorn und unten bezüglich der
beabsichtigten Grabenfräsrichtung
hervorzustehen; eine Antriebseinrichtung, die angeordnet ist, um
die Endlos-Stützeinrichtung
derart in eine Richtung zu treiben, um die Fräselemente nach oben um das
distale Ende des Auslegerarms und nach rückwärts entlang der oberen Strecke
der Endlos-Stützeinrichtung
zu tragen; und eine Hebeeinrichtung zum Anheben des Auslegerarms
in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene durch Ausüben einer
zwischen dem Auslegerarm und der Erdoberfläche nach oben gerichteten Kraft; dadurch
gekennzeichnet, dass das Fräsgerät weitere Fräselemente
einschließt,
um den durch die Fräselemente
auf der Endlos-Stützeinrichtung
gefrästen
Kanal zu verbreitern, und die Hebeeinrichtung angeordnet ist, um
den Auslegerarm von einem Unterschnitt in der Stirnfläche auf
der Grabensohle nach oben zum Grabenkopf unter Betreiben des Fräsgeräts in fräsendem Eingriff
mit der Grabenstirnfläche
anzuheben und wobei der Fräsarm
auf dem Primärantrieb zur
Schwenkbewegung um eine Schwenkachse befestigt ist, um die Aufwärtsbewegung
des Fräsgeräts zu erzeugen,
und der Primärantrieb
ausgestaltet ist, um den Unterschnitt auf der Grabensohle durch
Vortrieb des Primärantriebs über den
Erdboden durch vortreibende Berührung
mit der Erdoberfläche
an einer Stelle hinter der Schwenkachse des Auslegerarms zu erzeugen.
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Vorteil
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
es, dass während
des nach oben gerichteten Fräshubs
die zwischen dem Fräsgerät und der
Erdoberfläche
ausgeübte
Kraft lediglich durch die erzeugte und aufgebrachte Kraft und nicht
durch das mögliche Abheben
von Teilen der Grabenfräsvorrichtung
vom Boden wie es im Stand der Technik der Fall ist, begrenzt wird,
wo das Fräsen
beim nach unten gerichteten Arbeitshub bewirkt wird. Es ist unnötig, in
dem Teil der Vorrichtung große
Gewichte vorzuhalten, an dem die Hebeeinrichtung angebracht ist,
wie es der Fall wäre,
wenn die Hebeeinrichtung während
des Fräshubs
nach unten auf das Fräsgerät drücken würde.
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Nun
erfolgt die Darstellung einer Anzahl bevorzugter Merkmale der Erfindung.
Bevorzugt ist die Neigungsrichtung der Hubkraft bei einer Vorwärtsrichtung
bezüglich
der Grabenfräsrichtung
zur Vertikalen. Zweckmäßigerweise
wird der Schritt des Anhebens ausgeführt, indem das Fräsgerät entlang
eines spitzbogenförmigen
durch die Schwenkbewegung des Auslegerarms definierten Wegs bewegt wird.
Zweckmäßigerweise
wird der Schritt des Anhebens des Fräsgeräts durch Ausüben einer
Kraft zwischen dem Fräsgerät und einem
Bereich der Erdoberfläche
ausgeführt,
der von der Schwenkachse des Auslegerarms in einer Vorwärtsrichtung
längs des Grabens
beabstandet ist.
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Der
Schritt des Fräsens
von Material aus der Grabenstirnfläche durch Bewegen einer Vielzahl
von erfindungsgemäßen Fräselementen
ist besonders vorteilhaft, weil die Fräselemente in den Unterschnitt in
einer nach oben und rückwärts gerichteten
Richtung am distalen Ende des Fräsarms
eingreifen, um mit der Hubkraft zusammenzuwirken, um die Fräszähne in fräsenden Eingriff
mit dem Erdreich zu bringen. Bei Felsgestein wird dadurch ein wirkungsvoller Fräsvorgang
ermöglicht,
wobei die Bewegung der Fräselemente
mit der Aufwärtsbewegung
der Hebeeinrichtung und der Vorwärtsbewegung
des Primärantriebs
während
des Fräsens
zusammenwirkt. Auf der oberen Strecke der langgestreckten Endlos-Stützeinrichtung
kann auch der Abraum effektiv beseitigen werden, so dass kein Bedarf
an einem Endlösförderband
oder sonstigen Einrichtungen besteht, um den Abraum aus dem Graben
zu beseitigen.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
können
so ausgestaltet sein, dass die Hebeeinrichtung so angeordnet wird,
dass ein Arbeitshub in die Aufwärtsrichtung
und ein Rückhub
in die Abwärtsrichtung
vorgesehen ist, und dass bei dem Arbeitshub eine größere Kraft
eingesetzt wird als bei dem Rückhub.
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Zweckmäßigerweise
sieht die Ausgestaltung vor, dass die Vorrichtung einen mobilen
Unterbau einschließt,
der von einem Primärantrieb
beabstandet ist und zur Bewegung an diesen gekoppelt ist, wobei
eine Hubkraftquelle an dem Unterbau befestigt ist und sich eine
Verbindung zwischen dem Fräsgerät und der
Hubkraftquelle erstreckt. Bevorzugt ist die Verbindung so angebracht,
dass sie sich beim Gebrauch zur Vertikalen in einer Vorwärtsrichtung
bezüglich
der Grabenfräsrichtung
neigt. Bei bevorzugten Formen wird das Fräsgerät an einem Schwenkauslegerarm
angebracht, der sich bezüglich
der vorgesehenen Grabenfräsrichtung
nach vorn erstreckt, und die Hebeeinrichtung ist angeordnet, um
das Fräsgerät entlang
eines spitzbogenförmigen
Wegs zu bewegen, welcher durch die Schwenkbewegung des Arms definiert
wird. Bevorzugt ist der Unterbau so an den Primärantrieb ge koppelt, dass er
von der Schwenkachse des Arms in Vorwärtsrichtung bezüglich der
vorgesehenen Grabenfräsrichtung
in Vorwärtsrichtung
des Primärantriebs
entlang des Grabens beabstandet ist. Der Unterbau kann aus einer Struktur
bestehen, die auf Gleitkufen angebracht ist, welche über das
Erdreich gleiten, wenn sie durch den Primärantrieb nach vorn angetrieben
werden. Bei anderen Anordnungen kann der Unterbau auf Rädern angebracht
sein, oder kann in einigen Fällen
auf einem zweiten Primärantrieb
angebracht sein, der zum Zusammenwirken mit dem ersten Primärantrieb
angeordnet ist, indem er das Fräsgerät längs des
Grabens bewegt.
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Unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erfolgt nun beispielhaft
die Beschreibung der Ausführungsformen
der Erfindung. Es zeigen:
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1 und 2 perspektivische
Ansichten einer bekannten in EP-A-0080802 beschriebenen Vorrichtung
zum Fräsen
von Gräben,
wobei 2 das Fräsgerät der Vorrichtung
im Detail zeigt;
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3 eine
schematischen Seitenansicht einer Vorrichtung zum Fräsen von
Gräben,
die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt und bei der eine Kettenfräse verwendet
wird;
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3a eine
Seitenansicht des distalen Endes einer Kettenfräse, die sich zum Einsatz in
der Ausführungsform
der 3 eignet;
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3b und 3c Ansichten
von in 3 gezeigten Komponenten;
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4 eine
schematische Endansicht der Vorderseite der in 3 gezeigten
Vorrichtung, in Richtung A gesehen;
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5 eine
schematische seitliche Detailansicht der in 3 gezeigten
Kettenfräse,
und 5a eine Teildraufsicht, die in Richtung B der 5 gesehen
ist und das untere Ende der Kettenfräse von 5 zeigt;
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6a und 6b ein
Blockablaufdiagramm bzw. ein Flussdiagramm;
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7a bis 7g schematische
Abbildungen, die eine Schrittfolge beim Betrieb einer Ausführungsform
der in den 3 bis 6 gezeigten
Erfindung zeigen.
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8 eine schematische Seitenansicht einer
weiteren alternativen Ausführungsform,
die mit den Seitenkomponenten der Erfindung ausgestattet sein könnte, wobei
das Fräsgerät einen
Fräsen
umfasst.
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Bei 1 und 2 handelt
es sich um eine in EP-A-0080802 beschriebene bekannte Grabenfräsvorrichtung
zum Fräsen
von Gräben
in Felsgestein. Zwei Raupenfahrwerke 3 und 5 sind über Zugstangen 7 aneinandergekoppelt,
wobei das hintere Fahrwerk 3 einen Fräsarm 2 aufweist, der
bei 6 schwenkbar befestigt ist. Das vordere Ende des Arms 2 weist
einen Fräsrotor 7 mit
einem Rotationsantrieb um die Querachse des zu fräsenden Grabens auf.
Das distale Ende des Arms 2 ist durch einen Teleskopführungsarm 8 an
das vordere Raupenwerk 5 gekoppelt, das eine hydraulische
Ramme und sich teleskopisch ausfahrende Verbindungsmuffen aufweist,
die durch eine Kupplung 9 mit dem Arm 2 gekoppelt
sind. Beim Betrieb wird die Maschine so positioniert, dass sie beiderseits
der Grabenlinie zu liegen kommt, und der Arm 2 wird abgesenkt,
bis er Kontakt mit dem Erdreich hat. Der Fräskopf 7 wird zur Rotation
gebracht, während
er mittels der hydraulischen Ramme 8 mit Kraft beaufschlagt
wird, um den Fräskopf 7 auf
einem spitzbogenförmigen
Pfad nach unten zu bewegen und um Fels vom vorderen Grabenende zu
beseitigen. Ein Endlos-Förderband 4 wird hinter
dem Fräsrotor 7 positioniert
und der Abraum wird abtransportiert. Sodann wird der Arm 2 angehoben
und die Maschine nach vorn bewegt und der Vorgang wiederholt.
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Nachteil
bei dieser Art Maschine ist, dass das vordere Raupenwerk 5 durch
die Kraftbeaufschlagung des Fräskopfes 7 dazu
neigt, den Kontakt mit dem Boden zu verlieren. Um diesem Problem
entgegenzutreten, wird zunächst
die hydraulische Ramme 8 auf einem schweren, unabhängigen Raupenfahrwerk 5 angebracht
und zweitens kann sowohl auf dem vorderen Raupenfahrwerk 5 als
auch dem hinteren Fahrwerk 3 zusätzlicher Ballast mitgeführt werden.
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In
den 3 bis 5a wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Fräsen
von Gräben gezeigt.
Teile der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform
der Erfindung können
wie in der zuvor erwähnten
Patentschrift EP-A-0080802 dar gelegt, ggf. im Lichte der in der
gezeigten Vorrichtung ausgeführten
erfindungsgemäßen Merkmale modifiziert
werden. Unter Bezugnahme zunächst
auf 3 weist die Vorrichtung zum Fräsen von Gräben in Fels oder dgl. einen
Primärantrieb 21 auf,
der aus einem Raupenfahrwerk 39 zur Bewegung über die Erdoberfläche 22 besteht.
Ein generell mit 23 bezeichnetes Fräsgerät wird auf dem Primärantrieb 21 mittels
generell mit 24 bezeichneten Befestigungsmitteln befestigt.
Eine generell mit 25 bezeichnete Hebeeinrichtung wird mit
dem Fräsgerät 23 im
Bereich seines distalen Endes gekoppelt. Ein mobiler Unterbau 26 wird
durch Kopplungseinrichtung 27 an den ersten Primärantrieb 21 gekoppelt.
Der Betrieb der Maschine insgesamt wird von der in der schematischen
Darstellung mit 34 bezeichneten Steuereinrichtung gesteuert,
die sich in einer Kabine 35 des Primärantriebs 21 befindet.
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Bei
genauer Betrachtung der Konstruktion der in 3 gezeigten
Ausführungsform
schließt
die Fräsvorrichtung 23 eine
Endlos-Kettenfräse
ein, die eine langgestreckte Endlos-Stützeinrichtung 28 umfasst,
beispielsweise eine Kette, die Fräszähne 29 trägt, welche
in 3a genauer dargestellt sind. Die Kette 28 wird
entlang oberer und unterer Strecken 30 und 31 an
einem Arm 32 entlanggezogen. Die Fräszähne 29 passieren am
Ende des Arms 32 eine Umlenkrolle 33, so in einer
Richtung getrieben, dass sich die Fräselemente am distalen Ende
des Arms 32 nach oben um das distale Ende des Arms und
rückwärts entlang
der oberen Strecke 30 bewegen, bezogen auf die vorgesehene
Richtung, in der sich der Primärantrieb 21 vorwärts bewegen
soll, die in 3 mit Richtung X angegeben ist. 3a zeigt
das distale Ende des Arms 32 und Einzelheiten der Befestigung
der Zähne 29 auf
der Endlos-Stützeinrichtung 28.
Die Kettenfräse 23 wird
von Antriebseinrichtungen angetrieben, die einen in oder auf dem
Primärantrieb 21 befestigten
Hydraulik-Antriebsmotor
und die in 5 bezeichnete obere Antriebs-Laufrolle 49 einschließen. Im
Allgemeinen kann das Fräsgerät 23 eine
Kettenfräse
sein, wie sie in der als Stand der Technik veröffentlichten WO 95/13433 gezeigt
ist, obwohl die Kettenfräse
aus dieser Druckschrift entgegengesetzt der in der vorliegenden
Ausführungsform beschriebenen
Richtung bei der Bewegung getrieben wird, so dass die Ausrichtung
der Zähne
in der erwähnten
Veröffentlichung
aus dem Stand der Technik umgekehrt wird.
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In
der in 3 gezeigten Ausführungsform umfasst eine Befestigungseinrichtung 24 zum
Befestigen des Arms 32 an dem Primärantrieb 21 eine Drehzapfen 33A,
der zwischen zwei Befestigungselementen befestigt ist, welche an
dem Hauptrahmen des Primärantriebs 21 befestigt
ist. Die Hebeeinrichtung 25 umfasst einen Hydraulikzylinder 40,
der an einer Schwenkachse 41 an ein Tragelement 59 schwenkbar
angebracht ist, wie es insbesondere in den 3b und 4 gezeigt
ist. Ein Antriebskolben 43 erstreckt sich von der Ramme 40 nach
unten und ist an Schwenkachsen 44 an die Kopplungseinrichtung 27 und
an den Fräsauslegerarm 32 mittels
eines bügelförmig geformten
Kopplungselements 59A gekoppelt. In 3 ist das
Fräsgerät 23 in
einer auf die Grabensohle abgesenkten Stellung und in 3b in angehobener
Stellung gezeigt.
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Eine
Baugruppe 80 der Komponenten 80, 81, 83, 84, 85, 86, 87 und 88 erstreckt
sich wie in Fig. gezeigt rückwärts des
Fräsgeräts 23.
Diese Komponenten sind auch in 3c gezeigt.
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Wie
in 4 gezeigt, weist das Fräsgerät 23 zweckmäßigerweise
zusätzlich
zu der Fräskette 28 Anbauwalzen 46 und 47 auf,
die sich seitlich der Umlenkrolle 33 am distalen Ende des
Fräsarms
erstrecken, um den von der Fräskette
(insbesondere wie in 4 gezeigt) gefrästen Kanal
zu verbreitern. 5a zeigt eine Detailansicht
des Fräsgeräts 23. Hinter
dem distalen Ende des Arms 32 ist eine Ablenkblechbaugruppe 48 zum
Sammeln von Abraum positioniert, der von der Fräskette 28 und den
Anbauwalzen 46, 47 abgefräst wurde. Die Ablenkblechvorrichtung 48 führt den
Abraum nach innen hin zu einem mittleren Bereich, wo der Abraum
durch das Fräsgerät 23 nach
oben und rückwärts gefördert wird.
Wie in den 5 und 5a gezeigt,
passiert die Kettenfräse 28 eine
obere Umlenkrolle 49 und lagert den Abraum mittels eines
Trichterbehälters 51 auf
einem seitlichen Förderband 50.
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Der
Betrieb der Ausführungsform
wird nun insbesondere unter Bezugnahme auf die 7a bis 7b beschrieben,
jedoch auch unter Bezugnahme auf die 3 bis 5b. 7a bis 7g zeigen schematische
Darstellungen unterschiedlicher Stufen des Betriebszyklus. 7a und 7b zeigen eine
Anfangsphase der Grabenanlage. Dies kann wie gezeigt oder alternativ
von Hand, mit Sprengstoff, durch Schlagbohrer oder sonstige Vorrichtungen
erfolgen. Unter Bezugnahme auf die 7a und 7b wird
jedoch zunächst
das Fräsgerät 23 auf Bodenniveau 22 abgesenkt
und das Fräsgerät wird bedient,
indem es nach unten gezwungen wird. Dies kann zweckmäßigerweise
dadurch erfolgen, dass die unter Bezugnahme auf die 3 bis 5a beschriebene
Hebeeinrichtung 25 in umgekehrter Reihenfolge bedient wird.
Wie in 7b gezeigt, bedeutet dies im
Ergebnis, dass der Anfang eines Grabens mit einer spitzbogenförmigen Grabenstirnfläche 54 gefräst wird.
Während
des in den 7a und 7b gezeigten
Schritts wird das Fräsgerät 23 in
der Weise betrieben, wie sie bei der aus EP-A-0080802 bekannten
Maschine dargelegt ist, d.h. das Fräsen erfolgt beim Abwärtshub.
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Wie
in 7c gezeigt, wird bei dem nächsten Schritt das Fräsgerät 23 betrieben,
während
der Primärantrieb 21 nach
vorn getrieben wird, um einen Unterschnitt 55 in der Grabenstirnfläche 54 herzustellen.
In einem nächsten
Schritt wird die beispielsweise in 3 gezeigte
Hebeeinrichtung 25 betrieben, um das Fräsgerät 23 von dem Unterschnitt 55 nach
oben zu schwenken, während
das Fräsgerät 23 betrieben
wird, um Material von der Grabenstirnfläche 54 zu fräsen. Dieser
Fräsvorgang
wird im Detail in 5 dargestellt, wo das Material 56 gezeigt
ist, das von der Stirnfläche 54 während der
Aufwärtsbewegung
der Fräsvorrichtung 23 durch
die Hebeeinrichtung 25 gefräst wird. Dadurch wird die wie
in 7d dargestellte neue Grabenstirnfläche 54 erzeugt.
Wenn diese fertig gestellt ist, wird das Fräsgerät 23 wie in 7e gezeigt
auf die Sohle des Grabens 18 abgesenkt. Dieser Vorgang
wird sodann wiederholt, indem das Fräsgerät betrieben und der Primärantrieb
wie in 7f gezeigt nach vorn bewegt wird,
um einen neuen Unterschnitt 55 zu erzeugen. Schließlich wird
das Fräsgerät 23 erneut
von dem Unterschnitt 55 nach oben angehoben, um seine in 7g gezeigte
neue Stirnfläche 54 zu
fräsen.
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Hauptvorteil
der beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist es, dass während
des nach oben gerichteten Arbeitshubs des Fräsgeräts 23 die zwischen
dem Fräsgerät 23 und
der Erdoberfläche 22 ausgeübte Kraft über einen
mobilen Unterbau 26 lediglich durch die Kraft beschränkt wird,
die von der Hebeeinrichtung 25 erzeugt wird und nicht durch
das mögliche „Aufschwimmen" der Basis 25 vom
Boden, wie bei dem in 1 und 2 gezeigten
Gerät (wo
das Fräsen
bei dem abwärts
gerichteten Arbeitshub des Fräsgeräts bewirkt
wird). Es ist nicht notwendig, den Teil der Vorrichtung, an dem
die Hebeeinrichtung befestigt ist, mit viel Ballast zu versehen,
wie es der Fall wäre,
wenn die Hebeeinrichtung während
des Fräshubs
nach unten auf das Fräsgerät drücken würde.
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Weitere
Vorteile ergeben sich in Verbindung mit dem Fräsen des Unterschnitts 55.
Weil der Fräsbereich
am distalen Ende des Fräsgeräts 23 relativ beschränkt ist
und weil sich der Primärantrieb 21 während des
Fräsens
des Unterschnitts vorwärts
bewegt, ist das Problem des Vordringens in festes Gestein wesentlich
geringer, verglichen mit den Schwierigkeiten des Vordringens von
oben her, die sich während
eines nach unten gerichteten Fräshubs
ergeben.
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Unter
Bezugnahme auf die 6a und 6b sind
jeweils ein Blockablaufdiagramm der in 3 gezeigten
Steuereinrichtung 34 und ein Betriebs-Flussdiagramm gezeigt.
In 6a umfasst die Steuereinrichtung 34 aus 3 eine
Komponente 90, mit der eine Anzahl weiterer Komponenten 91 bis 97 verbunden
sind.