EP0305658B1

EP0305658B1 - Schlitzwandfräse

Info

Publication number: EP0305658B1
Application number: EP88108726A
Authority: EP
Inventors: Maximilian Dipl.-Ing. Arzberger; Johann Dipl.-Ing. Haberer
Original assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Current assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority date: 1987-08-28
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1990-07-25
Anticipated expiration: 2008-05-31
Also published as: JPS6483726A; ATE54971T1; DE3860362D1; DE3728866A1; JPH0448903B2; DE3728866C2; US4934978A; EP0305658A1; ES2016668B3

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlitzwandfräse mit mindestens einem Antriebs-Aggregat gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Schlitzwandfräse ist z. B. aus der DE-OS 3 424 999.0 bekannt. Bei dieser bekannten Schlitzwandfräse kann man die Zielrichtung darin sehen, eine möglichst einfach aber funktionell konstruierte Kraftübertragung vom entsprechenden Antriebs-Aggregat auf die Fräsräder zu realisieren. So ist darin die Kraftübertragung mittels Kegelradgetriebe und Planetengetriebe ebenso wie über einen einfachen Kettenantrieb beschrieben.
Auch kann bei derartigen Schlitzwandfräsen bereits der Einbau einer Kupplung zwischen dem eigentlichen Antriebs-Aggregat und dem Fräsrad- Getriebe vorgesehen sein. Dies entspricht nahezu der im Maschinenbau gängigen Praxis, um entsprechende Anfahr- und Abschaltvorgänge, aber auch die gewünschte Leistungsübertragung auf die Fräsräder schalten zu können.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß gerade bei den schwierigen Einsatzbedingungen und Bodenstrukturen, bei denen Schlitzwandfräsen überwiegend eingesetzt werden, starke Beschädigungen des Fräsrad-Getriebes auftreten. Diese Beschädigungen resultieren vor allen Dingen daraus, daß die Fräsräder während des Fräsvorganges plötzlich auf harte Materialien, wie Kies, Findlinge, Betonreste etc. stoßen können, wodurch häufig ein abruptes Blockieren der Fräsräder auftreten kann. Aufgrund dieser schlagartigen Blockierung der Fräsräder, müssen diese Kräfte stoßartig vom Fräsrad- Getriebe aufgefangen werden, wodurch dieses einer Überbeanspruchung unterliegt und dadurch einer starken Abnutzung ausgesetzt ist. In der Praxis bedeutet dies, daß man bei derartigen Schlitzwandfräsen nahezu nach jedem Bauloseinsatz, das Fräsrad-Getriebe ausbauen und mindestens warten, wenn nicht sogar ersetzen muß.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schlitzwandfräse der gattungsgemäßen Art robust und funktionell einfach so auszulegen, daß stoßartige Beanspruchungen des Fräsrad-Getriebes sowohl bei Blockierungsvorgängen der Fräsräder als auch in der Anfahr- und Ausschalt-Phase weitestgehend vermieden werden, zumindest aber eine starke Reduzierung erfahren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.
Ein Kemgedanke der Erfindung kann daher darin gesehen werden, zusätzlich zu einer zwischen dem Antriebs-Aggregat, z.B. einem Hydromotor, und dem Fräsrad-Getriebe vorgesehenen Kupplung, eine Dämpfungseinrichtung sozusagen direkt in die Fräsräder zu "integrieren". In der Grundidee wird daher im radialen Abstand zur Abtriebswelle ein drehelastisches Dämpfungselement, bevorzugterweise aus einem hochelastischen Naturkautschuk, vorgesehen, das radial gesehen sehr nahe an der Umfangsfläche der Fräsräder angeordnet ist. Dieses elastomere Dämpfungselement kann bei stoßartigem Stillstand der Fräsräder z.B. infolge eines Verfangens der Fräszähne an einem Findling, das hohe plötzlich auftretende Drehmoment zumindest stark abdämpfen, so daß nahezu keine stoßartige Belastung von den Fräsrädern rückwirkend auf das Fräsrad-Getriebe übertragen wird. Diese Abdämpfung wird einerseits durch die hohe Elastizität des Dämpfungselementes bewirkt, das eine starke Verdrehung der angrenzenden ringförmigen Teile zuläßt. Andererseits wird auch ein Teil des in solchen Blockierungsfällen auftretenden Drehmomentes durch die Formänderungsarbeit im Elastomer vernichtet.
Die Verzögerung, die durch das Dämpfungselement bei der Übertragung und Dämpfung der stoßartigen Belastung auf das Fräsrad-Getriebe hervorgerufen wird, ermöglicht auch ein Auskuppeln der vom Antriebs-Aggregat kommenden Leistung, so daß eine Dauerbelastung in Drehrichtung bei blockierenden Fräsrädern vermieden wird. Das Elastomermaterial des Dämpfungselementes ist aus diesem Grund mit hoher Scherfestigkeit zu wählen, wobei dies auch für den An- und Einvulkanisierungsvorgang gegenüber den angrenzenden Metallhülsen gilt.
Ein besonderer Vorteil kann bei der Erfindung darin gesehen werden, daß der prinzipielle konstruktive Aufbau zwischen Fräsrad-Getriebe und Fräsrädern beibehalten werden konnte. Man könnte auch sagen, daß dieser Aufbau beibehalten werden muß und man dementsprechend eine sich diesen Bedingungen unterordnende Lösung finden mußte. Die erfindungsgemäße Maßnahme, daß das elastomere Dämpfungselement mit möglichst großen Durchmesser und geringfügigem Abstand zur Umfangsfläche des Fräsrades um die Abtriebswelle vorgesehen ist, läßt die bisherige Konstruktion der Fräsräder nahezu unberührt. Da das Dämpfungselement sozusagen direkt den entsprechenden Bodenverhältnissen ausgesetzt ist und andererseits dem robusten Aufbau der Schlitzwandfräse anzupassen war, wurde es mit relativ geringer radialer Stärke ausgelegt. Um jedoch die auftretenden hohen Drehmomente von z.B. 30 kNm pro Fräsradsatz im Extremfall dämpfen oder aufnehmen zu können, ist man bestrebt, das hülsenartige Dämpfungselement mit möglichst großem Umfangskreis auszulegen.
Trotz enger Platzverhältnisse zwischen dem Fräsradgetriebe und dem eigentlichen Fräsrad ist somit eine Dämpfung stoßartiger Belastungen möglich, wodurch durch die Zeitverzögerung auch das Antriebs-Aggregat, z.B. ein Hydromotor, infolge eines sich aufbauenden Überdruckes abgeschaltet werden kann.
In vorteilhafter Weise ist das Dämpfungselement in Art einer zylindrischen Buchse ausgelegt, die zwischen dem inneren, mit der Abtriebswelle in Verbindung stehendem Nabenring und einer äußeren Metallhülse an- bzw. einvulkanisiert ist. Das Dämpfungselement einschließlich innerem Nabenring und radial äußerer Metallhülse bzw. Blechsegment ist als Baugruppe ausgelegt, so daß ein relativ einfacher, kompletter Austausch der Dämpfungseinheit erfolgen kann.
Die radial äußere Metallhülse der Dämpfungseinheit steht dabei über Paßfeder-Nut-Verbindungen, die mit gleichem Winkelabstand über den Umfang verteilt sind, weitgehend drehfest mit dem Fräsrad in Verbindung. Um eine gute Zugänglichkeit zu gewährleisten bestehen die drehfesten Verbindungen zwischen Abtriebswelle einerseits und zwischen Dämpfungseinheit und dem Fräsrad andererseits aus axialen Schraubverbindungen, die von der Stirnseite der Abtriebswelle zugängig sind.
Da die Fräsräder üblicherweise in axialer Richtung mit zwei oder drei Fräszahnsätzen ausgelegt sind, erstreckt sich das buchsenartige Dämpfungselement weitgehend über die gesamte axiale Erstreckung des Fräsrades, so daß unterschiedliche radiale von den Fräszähnen auf die Abtriebswelle einwirkende Kräfte aufgenommen und über eine größere axiale Fläche übertragen werden können.
Die radiale Stärke des Dämpfungselementes kann beispielsweise etwa 3 cm betragen bei einem Innenradius im eingebauten Zustand von 50 cm, wobei die Außenfläche des Fräsrades einen Radius von ca. 65 cm aufweisen kann. Die Außenfläche des Fräsrades wird in diesem Fall so verstanden, daß darauf die entsprechenden Befestigungseinrichtungen für die Fräszähne angebracht und insbesondere aufgeschweißt werden. Man erkennt jedoch daraus, daß eine besonders bevorzugte Lösung darin besteht, das Dämpfungselement soweit dies möglich ist, nach radial außen zum Fräsrad-Umfang zu verlagern.
Die Metallhülse kann beispielsweise aus vier Blechsegmenten bestehen, zwischen denen entsprechende Nuten vorgesehen sind, in die Paßfedem des Fräsrades form- und kraftschlüssig eingreifen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und schematischer Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf eine Schlitzwandfräse mit stirnseitig dargestellten Fräsrädern;
Fig. 2 einen radialen Schnitt durch ein Fräsrad ohne Fräszähne im Bereich einer Paßfeder-NutVerbindung längs der Linie 11-11 mit dem Dämpfungselement und der Abtriebswelle;
Fig. 3 einen radialen Schnitt, vergleichbar zu dem nach Fig. 2, jedoch im Bereich der axialen Schraubverbindungen zwischen Fräsrad und Abtriebswelle längs der Linie 111-111;
Fig. 4 eine weitere Alternative des Dämpfungselementes in einem bruchstückartig dargestellten radialen Schnitt durch ein Fräsrad, wobei zur Vereinfachung die Fräszähne weggelassen sind; und
Fig. 5 eine stirnseitige Ansicht auf den bruchstückartigen Teil nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist eine Schlitzwandfräse 1 in Seitenansicht dargestellt, wie sie im Prinzip aus der DE-OS 34 24 999.0 bekannt ist. Die Schlitzwandfräse 1 weist einen Tragrahmen 5 auf, der von einem Tragseil 3 gehalten wird. Es ist eine Absaugvorrichtung mit Pumpe 7 vorhanden, über die das gelöste Bodenmaterial nach oben befördert wird. Des weiteren sind Antriebsmotoren 9 für die Fräsräder 11 am Fräsrahmen 5 befestigt, die über ein schematisch angedeutetes Getriebe 12 die Fräsräder 11 antreiben. Die beiden dargestellten Fräsräder 11 sind drehbar in zwei Lagerschildern13 aufgenommen, die wiederum fest mit dem Fräsenrahmen 5 verbunden sind. Die Schlitzwandfräse 1 wird bei ihrem Einsatz gemäß dem eingezeichneten Pfeil 15 vorwärtsbewegt. Üblicherweise weist die Schlitzwandfräse 1 auf der anderen Seite der Lagerschilder 13 ebenfalls zwei Fräsräder auf. Das jeweilige Fräsrad 11 hat auf seiner Umfangsfläche üblicherweise mehrere Fräszahnsätze 10, die axial hintereinander geordnet auf der Abtriebswelle vorgesehen sind. Die Fräszahnsätze 10 sind in der Regel in Drehrichtung etwas versetzt, so daß die entsprechenden Fräszähne 18 winkelversetzt den Fräsvorgang bewirken.
Im Gegensatz zur aus der DE-OS 3 424 999 bekannten Schlitzwandfräse 1 sind die in Fig. 1 dargestellten Fräsräder 11 nunmehr mit einem elastomeren Dämpfungselement 17 ausgestattet. Dieses Dämpfungselement 17 ist mit radialem Abstand um die Abtriebswelle 21 auf einen entsprechenden Nabenring 22 aufvulkanisiert.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 wird das Dämpfungselement 17 nach radial außen von Blechsegmenten 23 umgeben, die auch als Metallhülse ausgelegt sein können. In der praktischen Realisation genügen vier Blechsegmente 23, die über eine entsprechende Nut in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. In diese Nut greift entsprechend der Fig. 2 eine entsprechende Paßfeder 24 ein, die bei 25 mit einem äußeren Nabenteil 26 bzw. dem hülsenartigen Fräsrad 11 verbunden ist.
Das z.B. aus einem Elastomer mit einer Gummihärte im Bereich von 55 Shore-A und einer Zugfestigkeit im Bereich von 15 bis 30 N/mm² bestehende Dämpfungselement 17 ist zwischen dem inneren Nabenring 22 und den radial äußeren Blechsegmenten 23 fest einvulkanisiert. Während der Nabenring über Schrauben 20 mit der Abtriebswelle 21 drehfest verbunden ist, stehen die Blechsegmente 23 formschlüssig über Paßfedern 24 (Fig. 2) mit einem äußeren Nabenteil 26 drehfest in Verbindung. Die Befestigung dieses Nabenteils 26 ist von der Stirnseite der Abtriebswelle 21 mittels Bolzenschrauben 19 vorgenommen, die in Eingriff mit dem Fräsrad 11 stehen.
Die Abtriebswelle 21 ist in den Darstellungen nur schematisch und nicht mit ihrem realistischen Durchmesser aufgezeigt. Bei praktischer Realisation müßte der Durchmesser der Abtriebswelle wesentlich größer als in den Darstellungen sein. Die Konstruktion ist jedoch so getroffen, daß die Schraubverbindungen 20,19 von der Stirnseite 28 her gelöst werden können und in dieser Richtung auch die gesamte Baugruppe der Dämpfungseinheit 17, 22, 23 ausgebaut werden kann. Die Fräsräder 11 sind in den Darstellungen nach Fig. 2 und 3 ohne auf der Umfangsfläche 27 aufgeschweißte Befestigungseinrichtungen mit Fräszähnen gezeigt. Normalerweise werden in axialer Richtung auf der Umfangsfläche 27 der Fräsräder 11 mehrere Fräszahnsätze 10 vorgesehen.
Bei einem abrupten Stillstand und Blockieren der Fräsräder 11 in Drehrichtung der eingezeichneten Pfeile (Fig. 1) wird daher das von der Abtriebswelle 21 anstehende Drehmoment im Dämpfungselement 17 in Umfangsrichtung aufgefangen, zumindest aber stark gedämpft, so daß eine schlagartige Beanspruchung des der Abtriebswelle 21 in Richtung zum Motor 9 nachgeschalteten Fräsradgetriebes (nicht dargestellt) verhindert wird. Die Anvulkanisierung des Dämpfungselementes 17 ist so ausgelegt, daß die auftretenden Verformungskräfte und Scherkräfte kein Abreißen der Vulkanisationsverbindung zwischen der Nabe 22 und den Blechsegmenten 23 bringt.
In dem weiteren Ausführungsbeispiel des Dämpfungselementes nach Fig. 4 ist bruchstückartig in einem radialen Schnitt der untere Teil eines Fräsrades 21 dargestellt. Der prinzipielle Unterschied gegenüber dem vorausgehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß diese zweite Alternative eine lamellenartige Aneinanderreihung einzelner Elastomerelemente 70 mit abwechselnden Metallringen 62 bis 65 betrifft. Der grundsätzliche Aufbau dieser zweiten Alternative der Schlitzwandfräse mit Dämpfungselement 57 besteht darin, daß im stirnseitigen Randbereich der Abtriebswelle 21 ein segmentierter Nabenring 51 mittels Bolzenschrauben 58 befestigt ist. Der Nabenring 51 weist ein erstes, stimseitiges Segment 52 auf, das den Eckbereich der Abtriebswelle 21 bedeckt. Dieses Segment 52 weist ein radial gegenüber der Stirnseite axial zurückversetzes Ringsegment 62 auf, das in achsparalleler Richtung dünnere Materialstärke hat.
Über eine Schraube 59 sind montagemäßig in umgedrehter Reihenfolge weitere Segmente 53,54,55 gegeneinander verschraubt. Diese Segmente 53 bis 55 weisen jeweils radial abstehende Ringsegmente 63,64,65 auf.
Das axial innerste Segment 55 ist an einer Abstandshülse 76 verschweißt, die sich achsparallel am Außenumfang der Abtriebswelle 21 erstreckt, wobei sich auf der nicht dargestellten Stirnseite der Abtriebswelle 21 eine symmetrische Anordnung eines Nabenringes mit Dämpfungselement befindet.
Auf den radialen Ringflächen 74 der radialen Ringsegmente 62 bis 65 sind im Beispiel mittels einer Klebeverbindung die Elastomerringe 70 flächenmä- βig befestigt. Als Klebemittel eignet sich beispielsweise ein Komponentenkleber oder vorzugsweise der Kleber Loctite IS 496. Die Elastomerringe 70 weisen im Radialschnitt etwa länglich-rechteckige Form auf. Die Gegenfläche des axial innersten Elastomerrings 70 wird durch die Verklebungsfläche 75 eines von außen radial nach innen ragenden Metallringsteges 81 gebildet. Dieser Metallringsteg 81 ist Teil eines äußeren Ringsegmentes 69.
In ähnlicher Weise wie vorausgehend beim Nabenring 51 beschrieben, wird der äußere Bereich des Fräsrades durch externe Ringsegmente 66, 67, 68 und 69 gebildet, die in etwa L-Form haben. Im Basisschenkel sind diese Ringsegmente 66 bis 69 durch eine Klemmschraube 60 in achsparalleler Richtung zusammengehalten und können auch zusammengepreßt werden. Die radial stehenden L-Schenkel greifen dabei zahnartig in die Zwischenräume zwischen den radialen Ringsegmenten 62 bis 65, wobei die dabei zwischen entsprechenden inneren radialen Ringsegmenten 62 bis 66 und den äußeren L-Schenkel entstehenden Räume durch einzelne Elastomerringe 70 eingenommen werden. Diese Elastomerringe sind an den radialen Flächen mit den anliegenden radialen Metallflächen verklebt, wobei jedoch im Hinblick auf eine achsparallele Verpressung, z.B. durch die Klemmschraube 60, ein minimaler radialer Abstand nach außen und innen am Elastomerring 70 existiert.
Das Dämpfungselement 57 gleicht daher in der zweiten Ausführungsform einer "MehrscheibenKupplung"' wobei die entsprechenden Dämpfungskräfte im wesentlichen an radialen Flächen und im Elastomerring 70 in radialer Richtung aufgenommen werden.
Die Fräszähne, die im Beispiel nach Fig. 4 nicht dargestellt sind, werden an der radialen Umfangsfläche 83 z.B. verschweißt. Hierbei wird die Schweißbefestigung vorzugsweise über die gesamte axiale Erstreckung der Umfangsfläche 83 vorgesehen, damit die Kraftübertragung über sämtliche Segmente und Elastomerringe 70 erfolgen kann.
Im Falle einer abrupten Blockierung eines Fräszahns 18 gegenüber der Abtriebswelle 21 werden daher in den Elastomerringen 70 Scher- und Verformungskräfte aufgenommen, so daß die abrupte Krafteinwirkung durch ein Blockieren nur stark reduziert auf die Abtriebswelle 21 übertragen wird.
In Fig. 5 ist das Beispiel nach Fig. 4 mit Blick auf die Stirnseite 28 in einen Umfangsbereich von 90_° herausgezeichnet. Es ist hierbei erkennbar, daß die radial inneren Bolzenschrauben 58 der Verbindung des Nabenringes 51 mit der Abtriebswelle 21 dienen. Die Klemmschrauben 60 sind radial außen angeordnet, während im mittleren Bereich die Schrauben 59 zur Festlegung der Segmente 52 bis 55 des Nabenringes 51 dargestellt sind.
Erfindungsgemäß wird daher trotz engster Platzverhältnisse und in robuster einfacher Weise ein Dämpfungselement zwischen den Fräsrädern und deren Fräsradgetriebe vorgesehen, das stoßartig auftretende Drehmomente, z.B. durch Blockieren der Fräsräder auffängt und somit eine Beschädigung des in Richtung zum Antriebsaggregat nachgeschalteten Fräsradgetriebes verhindert.

Claims

1. Schlitzwandfräse mit mindestens einem Antriebsaggregat, z.B. einem Hydromotor, das, gegebenenfalls über eine vorgeschaltete Kupplung, über ein Fräsrad-Getriebe die Abtriebswelle(n) (21) der mit Fräszähnen (18) bestückten Fräsräder (11) antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abtriebswelle (21) und dem jeweiligen Fräsrad (11) ein drehelastisches Dämpfungselement (17; 57) vorgesehen ist.

2. Schlitzwandfräse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (17) in Art einer zylindrischen Buchse im radialen Abstand zwischen Abtriebswelle (21) und Fräsrad (11) vorgesehen ist.

3. Schlitzwandfräse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (17) ein Elastomer ist, insbesondere aus hochelastischem Naturkautschuk besteht, das zwischen einem inneren Nabenring (22), der drehfest mit der Abtriebswelle (21) verbunden ist, und einer radial äußeren Metallhülse (23) mit weitestgehend drehfester Verbindung zum Fräsrad (11) einvulkanisiert ist.

4. Schlitzwandfräse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhülse (23) über mehrere, umfangsmäßig verteilt vorgesehene Paßfeder-Nut-Verbindungen (24) mit dem Fräsrad (11) in Drehverbindung steht.

5. Schlitzwandfräse nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Außenradius der Umfangsfläche (27) des Fräsrades (11) ohne Fräszähne (18) von ca. 65 cm das Dämpfungselement (17) in eingebautem Zustand eine radiale Stärke von etwa 3 cm bei einem Innenradius von etwa 50 cm aufweist.

6. Schlitzwandfräse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Dämpfungselement (17) etwa über die axiale Tiefe der Umfangsfläche (27) des Fräsrades (11) erstreckt.

7. Schlitzwandfräse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (17) mit Nabenring (22) und Metallhülse (23) als Baugruppe radial zwischen Abtriebswelle (21) und Fräsrad (11), insbesondere mittels axialer Schraubverbindungen, angeordnet ist.

8. Schlitzwandfräse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand des Dämpfungselementes (17) von der Achse der Abtriebswelle (21) möglichst groß gewählt ist.

9. Schlitzwandfräse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (17) als tangentiale Kraftkopplungseinrichtung zwischen dem Nabenring (22) und einer äußeren Metallhülse (23) ausgelegt ist.

10. Schlitzwandfräse nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (17) als radiale Kraftkopplungseinrichtung (65, 74, 70, 75, 81) zwischen dem Fräsrad (91) und dem Nabenring (51) ausgelegt ist.

11. Schlitzwandfräse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Kopplungseinrichtung (65, 74, 70, 75, 81) eine Vielzahl von zwischen radialen Ringstegen (81, 62, 63, 64) des Nabenrings (51) befestigten Elastomerringen (70) aufweist.

12. Schlitzwandfräse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerringe (70) zwischen den radialen Ringstegen axial und radial festgelegt sind.

13. Schlitzwandfräse nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Flächen der Elastomerringe (70) und der Ringsegmente (66,62,63,64,81) miteinander drehfest verbunden, insbesondere verklebt, sind.