DE717174C - Bodenfraese - Google Patents

Description

Es gibt Bodenfräsen mit umlaufenden, z. B. paarweise an Haltern sitzenden Werkzeugen. Bekannte Motorbodenfräsen dieser Art, deren horizontale Welle parallel zur Achse der Treibräder angeordnet ist, weisen eine verhältnismäßig rasche Drehung der Werkzeuge im Vergleich zur Vorwärtsbewegung der Maschine auf. Die Schneide oder Spitze des die Erde bearbeitenden Werkzeuges dreht sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit, die im Durchschnitt 10- bis I5mal größer als die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Maschine ist. Bei seiner raschen Drehung schreitet jedes Werkzeug in bezug auf das ihm vorangehende Werkzeug nur wenig vorwärts, z. B. 3 bis 5 cm. Es wirkt dabei nicht so sehr als Schneide, sondern reißt den festen Boden durch eine Art Schlagwirkung in schmalen Stücken ab, welche zertrümmert werden. Man hat aus diesem Grunde die Fräswerkzeuge als einfache, aus Stahldraht gebildete Haken ausgebildet oder dafür an ihrem arbeitenden Ende nechtwinldig abgebogene Blechstreifen verwendet.

Der Nachteil !derartiger Bodenfräsen liegt darin, daß die Erde zu fein vierteilt wird und daß sich andererseits die Werkzeuge, gegebenenfalls trotz Zwischenschaltung einer Sicherheitsreibungskupplung oder trotz federnder Befestigung, sehr rasch abnutzen, wenn nicht gar abbrechen.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, für Bodenfräsen ein Werkzeug zu schaffen, das sich für verhältnismäßig langsame Drehgeschwindigkeit, verglichen mit der Vorwärtsbewegung· der Maschine, eignet, so daß seine Umfangsgeschwindigkeit beispielsweise nur noch 2- bis smal größer als 'die lineare Vorwärtsbewegung ist. Auf diese Weise gelingt es, die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewe-

gung zu steigern, wobei trotzdem die absolute Geschwindigkeit der Werkzeuge hinter der jenigen bei bekannten Fräsen zurückbleibt im besonderen verfolgt die Erfindung das Ziel, die Fräswerkzeuge so zu formen, daß die Erde, was in vielen Fällen erwünscht ist, in verhältnismäßig großen Stücken abgeteilt wird und dies, ohne daß die Werkzeuge stark beansprucht würden. Zur Erreicliung dieses Zieles arbeitet das erfindungsgemäße Werkzeug nicht mehr durch Schlag auf die Erde, sondern zerschneidet diese regelrecht und vermengt die abgeschnittenen Teile.

Ausgehend von solchen Werkzeugen für Bodenfräsen, die flügelartig in geeigneten Haltern sitzen, werden gemäß der Erfindung die einzelnen Werkzeuge so geformt, daß jeder Flügel zur Drehrichtung schräg nach hinten verläuft und gegen die äußere hintere Spitze hin derart verwunden ist, daß die durch den Flügel parallel zur Drehrichtung gelegten Schnitte eine Form besitzen, die der vom Flügel an der Stelle größten Boden-Widerstandes beschriebenen - verlängerten Zykloide mindestens angenähert ist.

Das einzelne Fräswerkzeug kann z. B. aus einem ausgeschnittenen, geschmiedeten oder gepreßten Stück Stahl bestehen und zu seinem Gegenstück so angeordnet sein, daß sich eine im wesentlichen dreieckige, pfeilspitzenförmige oder tragflügelartige Grundgestalt des Werkzeugpaares ergibt, das bei der Drehbewegung mit seiner ^Spitze zuerst in den Boden eindringt und dann den Schnitt nach links und rechts allmählich verbreitert. Bei der Umdrehung folgt das Werkzeug einer Zykloide, die allerdings infolge der Verschiedenheit zwischen Drehgeschwindigkeit und Vorwärtsbewegung eine etwas verlängerte Form hat. Aus dieser Kurvenform wird zur Bestimmung der dem Werkzeug zu erteilenden Verwindung dasjenige Stück ausgewählt, das sich an der Stelle des größten Boden-Widerstandes befindet, also beispielsweise 10 bis 15 cm unter der Bodenoberfläche.. Es gelingt hierdurch, gerade beim Eindringen des Werkzeugs in die erste harte, trockene und gestampfte Bodenschicht das Werkzeug mit geringstem Kraftaufwand und Widerstand durch die Erde zu führen.

Die Zeichnung zeigt schematisch und beispielsweise einige Ausführungsarten des Erfindungsgegenstandes sowie dessen Wirkungsweise.

Abb. ι ist ein Querschnitt durch die Welle einer Motorbodenfräse mit erfindungsgemäß ausgebildeten Werkzeugen, in voller Tiefe arbeitend;

So Abb. 2 ist eine Vorderansicht eines Werkzeuges;:

Abb. 3 ist ein Querschnitt dieses Werkzeuges nach der Ebene AA' der Abb. 2 während der Arbeit;

Abb. 4 ist ein gleicher Querschnitt dieses &5 Werkzeuges durch die gleiche Ebene A4' der Abb. 2, aber nachdem es sich in bezug auf die in Abb. 3 gezeigte Stellung um ungefähr 90³ weiterbewegt hat;

Abb. 5 zeigt eine veränderte Ausführungsart des Werkzeuges gemäß Abb. 1, in welcher der Arm, der das Werkzeug mit der Welle verbindet, in umgekehrter Weise gekrümmt ist;

die Abb. 6 und 7 zeigen im Aufriß und von vorn eine weitere Ausführungsart, in welcher die Werkzeuge an einer durch die Welle der Fräse angetriebenen Scheibe befestigt sind;

Abb. S ist eine perspektivische Ansicht des noch festen Bodens nach dem Durchgang der Fräswerkzeuge;

Abb. 9 zeigt eine abgeänderte Form der Abb. i, in welcher die Angriffskante oder Schneide des Werkzeuges den Boden in von der Spitze des Dreiecks bis zu den Enden der Flügel zunehmender Entfernung angreift; Abb. 10 ist ein Grundriß des Werkzeuges nach Abb. 9;

Abb. 11 zeigt das Schaubild eines einzelnen Fräs Werkzeuges.

In allen diesen Abbildungen ist 1 die horizontale, zur Welle der Triebräder parallel angeordnete Welle der Fräse. Der Pfeil 2 zeigt die Drehrichtung dieser Welle und der Pfeil 3 die lineare Bewegungsrichtung der Fräse senkrecht zur Welle 1 an.

In den Abb. 1 bis 5 wird eine mit drei Vorsprüngen versehene Nabe 4 durch die Welle ι angetrieben. An jedem Vorsprung 1»« ist ein die Welle mit dem eigentlichen Werkzeug verbindender Arm 5, 5', 5" befestigt. Das Werkzeug, dessen Form am besten in Abb. 2 zu sehen ist, besteht aus einem dreieck- oder speerspitzförmig ausgeschnittenen oder ge- i<>5 preßten Stahlstück mit seiner Spitze 6, seinen Schneidekanten 6, 7 und 6,7', welche sich symmetrisch beidseitig der Spitze 6 ausdehnen, und seinen drei hinteren, in einem Dreieck angeordneten Ecken 8, 9 und 9', welche n" den drei vorderen Ecken 6, 7 und 7' entsprechen. Es versteht sich übrigens von selbst, daß die betrachtete Welle 1 der Motorbodenfräse gewöhnlich mit mehreren ähnlichen, auf ihrer ganzen Länge verteilten und in bezug aufeinander in geeigneter Weise versetzten Gruppen von Werkzeugen versehen ist. In Abb. ι ist die in gebrochener Linie gezeichnete Kurve die verlängerte Zykloide, welche die Werkzeugspitze 6 beschreibt, wenn sich die Welle 1 dreht und die Fräse mit der vorgeschriebenen Geschwindigkeit sich vor-

wärts bewegt. Aus dieser Abb. ι ist ersichtlich, daß die Mittelkante 6 - 8 des am Arm 5 befestigten linken Werkzeuges sich mit der durch die Angriffsspitze 6 gehender. S Zykloide nicht deckt. Wenn angenommen wird, daß diese Mittelkante 6-8 einen Schnitt. durch das Werkzeug senkrecht zur Welle ι darstellt, so muß dieser erfindungs,-gemäß mit der durch die Spitze 6 beschriebenen Zykloide übereinstimmen, aber nur an einer gewissen Stelle dieser Zykloide, z. B. nach einem Eindringen von ι ο bis 15 cm in den Boden, d. h. an der in Abb. 1 durch 11 bezeichneten Stelle.. Wenn sich das betrach-'5 tete Werkzeug im Sinne des Pfeiles 2 dreht, wobei sich gleichzeitig die Welle 1 im Sinne des Pfeiles 3 um den vorgeschriebenen Weg vorwärts bewegt, sieht man, daß die Kante 6-8 sich genau mit der Zykloide 10, 11, 12 deckt, aber ungefähr 12 cm unter der Bodenoberfläche bei der Stellen der Abb. 1.

In Abb. 2 schneidet die zur Welle 1 senkrechte Ebene AA! das Werkzeug an der Stelle 13-14.

Abb. 3 stellt eine Seitenansicht der Fräse an der Schnittstelle durch die Ebene AA' dar. Darin ist ersichtlich, daß die Schnittfläche durch das Werkzeug von 13-14 sich genau mit der verlängerten Zykloide deckt, welche durch den Punkt 13 ungefähr 12 cm unter der Bodenoberfläche bei der Stelle 11 beschrieben wird. Das gleiche wird einen Augenblick später für die äußerste Kante 7 - 9 des Werkzeuges der Fall sein, in bezug auf die durch den Punkt 7 beschriebene Zykloide. Aus vorstehendem geht hervor, daß die Werkzeugklinge" verwunden werden muß, damit ihre aufeinanderfolgenden Querschnittsflächen die gewünschte Zykloidform aufweisen. In der Praxis wird man aber, um die Herstellung zu vereinfachen, sich damit begnügen, die Klinge kreisbogenförmig zu krümmen, da diese Krümmung sich annähernd mit dem Bogen der gewählten Zykloide deckt, oder man wird ihr sogar ebene Querschnittsflächen geben. " Die Hauptsache wird stets sein, daß die Schneidklinge so verwunden ist, daß ihre kreisbogenförmigen oder sogar ebenen Querschnittsflächen nacheinander wenigstens annähernd mit dem Bogen der Zykloide an der Stelle 11 übereinstimmen, im gleichen Maß wie das Werkzeug mit dem vorgeschriebenen Geschwindigkeitsverhältnis sich um die Welle 1 in der Pfeilrichtung 2 dreht und in der Pfeilrichtung 3 linear nach links vorwärts schreitet.

In Abb. 4 hat sich das. betrachtete, am Arm 5 befestigte Werkzeug ungefähr um 90° in bezug auf die Stellung der Abb. 3 weiterbewegt. Man sieht, daß hier der Querschnitt 13 -14 des Werkzeuges in keiner Weise mehr mit der durch den Angriffspunkt 13 beschriebenen Zykloide übereinstimmt. Man ist hier über die in ungefähr ι ο bis 15 cm Tiefe liegende Stelle, wo sich der Werkzeugquerschnitt mit der Zykloide des Angriffspunktes deckte, schon lange hinweg. Das Werkzeug hat hier seine Arbeit des Bodenaufschneidens beendet, und in dieser Lage schlägt es mit seiner hohlen Fläche auf einen Teil der vorher aufgeschnittenen Scholle und zertrümmert sie, indem es sie gleichzeitig teilweise wendet.

Diese neue Form des Werkzeuges hat also ' zur Folge, daß die dreieckförmige Klinge ihre Durchdringungs- und Schneidearbeit während der ersten 10 bis 15 cm unter der Bodernoberfläche, d. h. an der Stelle, wo dieser am dichtesten ist und am meisten Widerstand leistet, mit einem Minimum von Kraftaufwand ausführt, da jeder hinter der Schneide gelegene Klingenteil durch den durch diese Schneide gemachten Einschnitt hindurchgeht. Erst nachdem diese Schneidarbeit ungefähr beendet ist und wenn das Werkzeug unterhalb der Fräswelle zu liegen kommt, deckt sich der Werlczeugquerschnitt nicht mehr mit der durch den Angriffspunkt dieses Querschnitts beschriebenen Zykloide, was den Vorteil zur Folge hat, daß die vorher ausgeschnittenen Schollen zertrümmert und teilweise gewendet werden.

Der das Werkzeug mit der Fräswelle verbindende Arm kann so· geformt sein, daß er im Augenblick der Berührung des Werkzeuges mit dem Boden mit seiner Krümmung gegen diesen letzteren gerichtet ist, wie in Abb. ι dargestellt. In dieser Abbildung ist der Arm 5 leicht, der Arm 5' stark gekrümmt und der Arm 5" geradlinig, aber nicht radial. Er verläuft tangential zu einem konzentrisch zur Fräswelle gedachten Kreis. Diese drei auf Abb. ι beispielsweise dargestellten verschiedenen Formen der Werkzeugarme bieten alle den Vorteil, diese Arme selbsttätig vom Gras, Stroh, Dünger usw. frei zu machen, da diese Bestandteile die Neigung haben, entlang der Schneide der Arme nach außen zu gleiten. Sie bieten aber den Nachteil, daß sie auf den Boden aufschlagen und ihn auseinandertreiben müssen, bevor das Fräswerkzeug ihn ausgeschnitten hat, d.h. wenn der Boden noch fest und hart ist, was einen unnötigen Kraftverbrauch darstellt.

Man kann aber die Werkzeuge mit der Fräswelle durch Arme verbinden, welche im Augenblick des Auftreffens dieser ersteren auf den Boden nach oben gekrümmt sind, wie auf Abb. 5 dargestellt. In dieser Abbildung zeigen beispielsweise die Arme 15, 15' und 15" eine mehr oder, weniger ausgesprochene Krümmung. Der Arm 15 weist

einen Rücken auf, dessen Umriß ungefähr der Zykloide entspricht, welche der Punkt 6 des Werkzeuges eben zu beschreiben im Begriffe ist. Man versteht, daß dieser Arm mit Leichtigkeit und ohne besonderen Kraftverbrauch in den Boden eindringen kann. da er ja nur den schon durch das Werkzeug ausgeschnittenen Spalt zu vergrößern hat. Er wird sich dagegen nicht selbsttätig to von den auf seinem Weg liegenden Gras- und Strohteilen frei machen.

Man kann endlich die Werkzeuge mittels einer Scheibe an die Fräswelle befestigen, wie in den Abb. 6 und 7 dargestellt. In diesem Falle ist das dreieckförmige Werkzeug durch die Scheibe 16, welche durch die Kante 6-8 geht, in zwei symmetrische Hälften geteilt, wie aus der eine Kantenansicht der Scheibe darstellenden Abb. 7 ersichtlich ist. zo Die Werkzeuge können auf die Scheibe geschweißt oder aufgenietet sein, wie auf der Zeichnung dargestellt. Auf Abb. 6 sieht man, daß der schneidende Umfang der Scheibe durch die Angriffsspitze 6 des dreieckförmigen Werkzeuges geht. Die Scheibe macht sich wohl frei von den auf ihrem Wege liegenden Gras- und Strohteilen, aber sie muß die Erde vor dem Durchgang des Werkzeuges aufspalten, was einen gewissen zusätzlichen Kraftaufwand nötig macht.

Der hauptsächlich in Abb. 3 schraffiert gezeigte noch feste Boden stellt nur eine schematische Angabe dar. In Wirklichkeit wird der Boden durch jedes Werkzeug sägezahnartig, oder genauer gesagt, nach zwei sich schneidenden krummen Flächen ausgeschnitten. Diese Schnittflächen sind auf der Bodenoberfläche am ausgesprochiensten und nehmen in der Tiefe ab, bis sie verschwinden und mit einer zylindrischen Fläche unterhalb der Fräswelle zusammenfallen, wie auf Abb. 8 dargestellt. Die vorspringenden Spitzen der Schnittstellen 17, 17' und 17" an der Bodenoterfläche entsprechen den Angriffsstellen der Spitzen 6 der dreieckförmigen Werkzeuge. Die Stellen 18, 18' und 18" entsprechen im Gegenteil den Angriffsstellen der äußeren Enden 7, 7' der Flügel jedes Werkzeuges. Die Stellen 18 befinden sich vor den Stellen 17, 50" was die sägezahnförmige Schnittform bestimmt, da der Boden durch die Enden 7, 7' etwas später angegriffen wird als durch die zentral gelegene Spitze 6, nachdem die Fräswelle sich um einen gewissen Winkel weiter gedreht hat und sie infolgedessen sich im Sinne des Pfeiles 3 der Abb. 1 nach links weiterbewegt hat. Diese durch die krummen, sich schneidenden Flächen gebildete Schnittform des festen Bodens ist vorteilhaft, denn sie erlaubt es den abwärts gekrümmten Armen der Werkzeuge 5, 5' der Abb. 1 oder der Scheibe nach Abb. 6, nicht eine Wand festen Bodens, sondern zuerst die Kante 19, 19' der Schnittflächen der Abb. 8 aufzuschneiden. Die zum Eindringen des Armes oder der Scheibe in diese Kante nötige Kraft ist geringer als für das Eindringen in eine fortlaufende Wand festen Bodens, weil beidseitig des Armes oder der Scheibe die schrägen, an der Kante zusammentreffenden· Flächen nicht durch den umgebenden festen Boden abgestützt werden und infolgedessen auch leichter auseinandergehen und zerfallen können.

Um zu diesem Zweck das Vorspringen der betreffenden Kanten 19, 19' zu vergrößern, kann man vorsehen, daß die Schneidkante des dreieckförmigen Werkzeuges nicht mehr in einem Zylinder enthalten ist, dessen Achse die Drehachse der Fräse ist, wie auf Abb. ι bis 6 dargestellt, sondern man kann den Radius der Schneidkante des Werkzeuges in bezug auf die Fräswelle von der Mitte 6 aus nach beiden Enden 7, 7' zunehmen lassen. Ein derartiges Werkzeug ist in Abb. 9 von der Seite und in Abb. 10 im Grundriß dargestellt. In diesen Abbildungen sieht man, daß der zentrale Angriffspunkt 20 des Dreiecks einen kleineren Rotationsradius um die Welle ι aufweist als die Enden 21, 21' der Schneidkante des Werkzeuges. Die Neigung der im Boden ausgeschnittenen Schnittflächen ist in diesem Fall größer als das durch die Punkte 21, 20, 21' bestimmte Dreieck, welches in Abb. 10 dargestellt ist, da die Enden 21, 21' den Boden erst nach der Spitze 20 angreifen, nachdem die Welle 1 sich um einen gewissen Winkel gedreht hat und um einen gewissen Weg im Sinne des Pfeiles 3 weitergerückt ist. Diese Schnittflächen werden noch unterhalb der Fräswelle einen dem Dreieck 21', 20, 21 entsprechenden Querschnitt aufweisen. Der Arm oder die Scheibe, an denen das Werkzeug befestigt ist, können sich alsdann ohne Schwierigkeiten durch die Kante der Schnittflächen einen Weg bahnen. Das Werkzeug 20, 21, 22 der Abb. 9 und 10 wird natürlich gemäß den Zykloiden jedes Angriffspunktes der Schneidkanten 20-21 und 20-21' gepreßt und verwunden, jedoch mit no dem Unterschied, daß hier die Krümmungsradien der Zykloiden von Punkt 20 aus zu den Punkten 21 und 21' dauernd zunehmen, während im Werkzeug gemäß Abb. 1 die Zykloiden längs der Schneidkante alle den gleichen Krümmungsradius aufweisen und nur ihre Neigung verschieden ist.

Man sieht in der Abb.- 10 die Verwindung der Werkzeugklinge besonders deutlich.

Wenn die Fräse in sehr hartem, steinigem Boden arbeitet, kann es vorkommen, daß der Druck der Fräse nach vorwärts stark genug

ist, mn einen leichten Schlupf der Treibräder nach vorn zu veranlassen. In diesem Fall entspricht die durch jedes Werkzeug beschriebene vierlängerte Zykloide nicht mehr der theoretischen vorgesehenen Zykloide, da sie einer linearen Vorwärtsgeschwindigkeit der Maschine entspricht, welche größer ist als die vorgesehene, die in den vorgenannten Abbildungen durch den Pfeil 3 angedeutet ist.

Die wirkliche Zykloide ist dann ausgesprochener nach xmten spitziger als die theoretisch vorgesehene. Die Folge davon ist, daß das Werkzeug mit seinem Rücken auf den Boden aufschlägt. Es arbeitet dann nur noch unter ungünstigen Verhältnissen. Um dieser Gefahr vorzubeugen, genügt es, den Teil des Krümmungsbogens, nach welchem das Werkzeug verwunden ist, der Schneidkante entlang von der Spitze aus bis zu den äußeren Enden mit gleichbleibendem Winkel zusätzlich nach hinten zu neigen.

Es genügt, mit anderen Worten, das Werkzeug nach einer Zykloide zu verwinden, welche mit einer etwas rascheren linearen Vorwärts bewegung berechnet ist als die tatsächlich stattfindende Vorwärtsbewegung. Wenn tatsächlich die wirkliche Vorwärtsgeschwindigkeit der Maschine die theoretische Vorwärtsgeschwindigkeit nicht übertrifft oder sogar geringer bleibt, so ist die einzige Folge davon, daß das Werkzeug mit mehr oder weniger ausgeprägter Schnittwirkung in den Boden eindringt. Der Nachteil ist geringfügig und weit weniger wichtig, als wenn das Werkzeug beim Eindringen in den Boden mit seinem Rücken darauf aufschlagen würde.

Wie aus Abb. 1 bis 6 ersichtlich, ist 'die doppelte Schneide des Werkzeuges oder Angriffskan te von der Spitze bis zu den äußeren Enden der Flügel in einem von der Spitze um die Fräswelle beschriebenen Kreis enthalten, so daß beim Leerlauf die Fräse ohne wesentliche Erschütterungen sich auf dem Boden bewegen kann.

Claims (4)

45 Patentansprüche:

1. Bodenfräse mit umlaufenden, paarweise an Haltern sitzenden fLügelartigen Werkzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel von seiner schräg zur Drehrichtung gestellten Schneidkante aus gegen seine äußere hintere Spitze hin derart verwunden ist, daß die parallel zur Drehrichtung durch den Flügel gelegten Schnitte in ihrer Form derjenigen verlängerten. Zykloide entsprechen oder mindestens angenähert sind, die der Flügel an der Stelle größten BodenwiderStandes beschreibt.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch ⁶» gekennzeichnet, daß die Querschnitte jedes Flügels Abschnitte einer Zykloide bilden, welche für eine größere als die tatsächliche Vorwärtsgeschwindigkeit errechnet ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten der Flügel auf einem Kreiszylinder liegen, dessen Achse die Drehachse ist.

4. Werkzeug nach Anspruch 1 oder ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten der Flügel mit zunehmendem Abstand von der Werkzeugspitze sich von der Werkzeugdrehachse entfernen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen