EP0922551A2

EP0922551A2 - Fräsmaschine mit rotierendem Fräswerkzeug mit Schlagwirkung für gesteinsartige Materialien

Info

Publication number: EP0922551A2
Application number: EP98123221A
Authority: EP
Inventors: Nikolaus Wendel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 1999-06-16
Also published as: PL330181A1; JPH11235614A; US6203113B1; TR199802480A2; EA001282B1; EP0922551A3; CZ394398A3; EA199800994A3; EA199800994A2

Abstract

Eine Fräsmaschine verfügt über eine rotierende Walze 5. Die Walze 5 ist mit über den Umfang verteilt angeordneten Fräsmeißeln 2 bestückt. In diese Fräsmeißel 2 wird über ebenfalls in der Walze 5 umlaufende Pendel 1 eine Schlagwirkung induziert. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine rotierende Fräsmaschine zur Gesteinsbearbeitung, insbesondere für Beton, Asphalt, Mauerwerk.

Derartige Maschinen dienen unter anderem dazu, Wände, Böden oder Fahrbahnen abzufräsen oder Nuten einzufräsen. Ein akzeptabler Fräsfortschritt insbesondere in härterem Material wie Beton wird dabei nur unter Einsatz großer Maschinengewichte, hoher Antriebs- und Vorschub-Leistung sowie mit starkem Rütteln der Maschinen und hohem Verschleiß der Fräsmeißel erkauft. Es wurde daher seit Längerem versucht, eine Schlagwirkung in die Meißel zu bringen ähnlich wie es beim Bohren mit dem Schlagbohrer oder dem Bohrhammer verwirklicht wurde. In den Patenten DE 196 31 659 und DE 196 34 514 ist dies zum ersten Mal gelungen. Dort ist im Fall der Druckluftlösung des erstgenannten Patentes der Fertigungsaufwand und damit die Kosten noch relativ hoch, die Schlagleistung insbesondere bei kleineren Durchmessern begrenzt sowie eine hohe Leistung zur Drucklufterzeugung erforderlich bedingt durch schlechte Wirkungsgrade der Drucklufterzeugung und Leckverluste in der Fräswlaze. Beim zweitgenannten Patent ist die Schlagleistung sehr begrenzt, die Nocken verschleißen relativ schnell bzw. werden zu heiß durch die hohen Reibungsverluste. Das Schlagprinzip ähnelt eher dem der Schlagbohrmaschine als dem des wirkungsvollern Bohrhammers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine erheblich höhere Schlagleistung bei kleinerer Schlagantriebsleistung und bei einfacherem, damit preiswerterem, leichterem und funktionssicherem Aufbau zu erzielen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für einige oder alle Fräsmeißel eine Schlagwirkung induzierende Pendel vorgesehen sind, die in der Fräswalze umlaufend angeordnet sind.

Gegenüber bisher bekannten Lösungen hat dies folgende Vorteile:

a) Um ein Mehrfaches höhere Schlag-Leistungen und -Frequenzen lassen sich bei gleichen Baugrößen und gleichzeitig erheblich kleinerem Fertigungsaufwand und damit Kostenaufwand verwirklichen. Bei Fräsdurchmesser 550 m und Fräsbreite 25 mm erreicht die Erfindung leicht eine Aufschlaggeschwindigkeit von 27 m/s bei einer Schlagmasse von 1 kg. Die Schlagfrequenz erreicht dabei ebenso leicht 4000 Schläge/Min. oder mehr. Dies entspricht einer Schlagleistung von 47 kW, wahrscheinlich zu viel für diese Breite.
Bekannte Systeme erlauben in diesen Abmessungen eine Schlagmasse von etwa 0,3 kg bei 7 m/s Aufschlaggeschwindigkeit und einer Antriebsleistung von mehr als dem Doppelten der Schlagleistung.

b) Der Schlagantrieb hat allein schon einen mehr als doppelt 50 hohen Wirkungsgrad, die Schlagleistung unterstützt gleichzeitig noch direkt die Drehleistung der Fräswalze und ermöglicht durch beides kleinere Antriebsleistungen der Gesamtmaschine. Dies bedeutet kleinere Abmessungen, kleinere Gewichte, die weniger Transportaufwand bedingen und erweiterte Einsätze ermöglichen. Weniger Leistungs- und Gewichts-Bedarf bedeuten weniger Umweltbelastung und geringere Betriebskosten.

c) Bei einfacherem Aufbau werden höhere Schlagleistung und insbesondere auch eine sichere, störungsfreiere Funktion erzielt.

d) Das System ist erheblich weniger anfällig gegen Verschmutzungen, da es nicht auf enge Passungen und praktisch partikelfreie Gleitbohrungen angewiesen ist.

Erfindungsgemäß wird eine Fräswalze mit außenliegenden Fräsmeißeln gedreht, während sich im Inneren der Fräswalze eine außen mit Pendeln besetzte Pendelwelle mit unterschiedlicher Drehzahl und/oder Drehrichtung dreht. Aus Relativdrehzahl von Fräswalze und Pendelwelle sowie der Anzahl der Pendel ergibt sich die Schlagfrequenz.

Außerhalb des Materialeingriffes sollte kein Schlag in den Meißel induziert werden, um die Maschinenteile möglichst wenig zu belasten. Liegt die Fliehbeschleunigung der Meißel deutlich oberhalb der Erdbeschleunigung von etwa 9,81 m/s², so liegen die Fräsmeißel an ihrem äußeren Anschlag an und können dort von den Pendeln nicht erreicht werden. Hierzu sind die Fräsmeißel drehbar gelagert oder linear geführt und durch Anschlagpunkte in ihrer Pendelbewegung und Linearbewegung begrenzbar, wobei der innere Anschlag die optimale Aufschlagposition für das Pendel festlegt und der äußere Anschlag als Endlagenbegrenzung dient. Die im Inneren der Fräswalze umlaufende, mit Pendeln bestückte Pendelwelle läuft schneller um als die außen drehende Fräswalze. Pendelwelle und Fräswalze haben die gleiche Drehrichtung.

Nur wenn die Meißel in das Fräsgut eintauchen, werden sie gegen ihren inneren Anschlag gedrückt und die Pendel schlagen auf die Meißel. Zweckmäßig liegt der Aufschlagpunkt des Pendels auf den Fräsmeißel in Drehrichtung hinter der Verbindungslinie Wellendrehpunkt - Pendeldrehpunkt und ebenso der Schwerpunkt des Pendels, wobei das Pendel von der Fliehkaft gegen einen Anschlag angedrückt ist, der somit die maximale Außenlage des Pendels bestimmt. Dadurch bedingt dreht das Pendel bei gleichem Pendelwinkel weiter vom Fräsmeißel weg nach Innen, hin zu kleineren Radien. Dies hat den Vorteil, dass nur kleinere Pendelwinkel zugelassen werden müssen, die Pendel damit nach dem Schlag schneller und sicherer am Fräsmeißel vorbeidrehen können und auch schneller ihre äußere Ausgangsposition wieder erreichen und damit auch bei kleineren Geschwindigkeiten und damit weniger Belastung für den äußeren Anschlag des Pendels auf den äußeren Anschlag auftreffen.

Zweckmäßig ist es, wenn die Pendelbewegung der Pendel in beiden Richtungen durch eine oder mehrere Anschlagpunkte, Federn oder Dämpfungselemente begrenzt ist. Dabei ist die Schlagfrequenz und Schlagleistung durch Anzahl der Pendel, Drehzahldifferenz zwischen Fräswalze und Pendelwelle sowie durch Wahl von Pendelmasse und -form einstellbar. Dadurch ist eine optimale Möglichkeit gegeben, sich an bestimmte Einzelfälle und bestimmte Fräsgüter anzupassen. Ähnlich dem Billardspiel ist es zweckmäßig, Anschlagpunkt und die Geometrien der Aufschlagbereiche von Pendel und Fräsmeißel die resultierende Schlagkraftsicherung etwa durch die Meißelspitze führend auszubilden. Je nach Aufschlagwinkel wird die angeschlagene Kugel (Fräsmeißel) in eine andere Richtung geschlagen als die Richtung der anfliegenden Kugel (Pendel).

Die Antriebsleistung wird weiter optimal ausgenutzt, weil die Fräsmeißel einer radialen Schnittebene auch bei der größten vorgesehenen Schnitttiefe eines einzelnen Schnittes immer nur einen Fräsmeißel ins Fräsgut eindrückend über den Umfang verteilt angeordnet sind. In axialer Richtung benachbarte Fräsmeißel können von unabhängig pendelnden Pendel vorteilhaft sicher beaufschlagt werden, weil die Pendel die axiale Ausdehnung der von ihnen beaufschlagten Fräsmeißelrunde aufweisen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Efindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1: einen radialen Schnitt durch eine Fräsmaschine mit drehbar gelagerten Fräsmeißeln und Pendeln, mit rückverlagertem Schwerpunkt,
Fig. 2: einen radialen Schnitt durch die Fräsmaschine mit drehbar gelagerten Fräsmeißeln und Pendeln, mit mittigem Schwerpunkt und
Fig. 3: einen radialen Schnitt durch die Fräsmaschine mit linear gelagerten Fräsmeißeln. Meißel-Begrenzungsanschläge sind nicht gezeigt.

In den Figuren 1 bis 3 sitzen die Drehgelenke 3 der Pendel 1 auf der Pendelwelle 4 und sind hier als Wälzlager wiedergegeben.

In Fig. 1 enthält die Pendelwelle 4 Anschlagpunkte 8 als Endlagenbegrenzung für die Pendel; zusätzlich sind noch mögliche Dämpfungs- oder Federelemente 7 an den Endlagen angedeutet. Außen um die Pendelwelle 4 dreht die Fräswalze 5. Beide werden in gleicher Drehrichtung (Uhrzeigersinn), aber unabhängig voneinander und mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben.

Die Fräsmeißel 2 werden von der Fliehkraft und/oder (nicht gezeichnet) Federn nach außen gegen äußere Anschläge 6 gedrückt. Nur beim Eingriff in das Fräsgut 9 können die Fräsmeißel 2 vom Fräsgut 9 gegen ihre innere Anlage 6 gedrückt werden. Allerdings treffen in dieser Position die Pendel 1 auf die Fräsmeißel 2. In diesem Moment bewegt sich das Pendel 1 im Aufschlagpunkt in Richtung 11, tangential zu seiner Umlaufbahn. Bedingt durch die Geometrie von Fräsmeißel 2 und Pendel 1 im Aufschlagbereich ergibt sich ungefähr eine resultierende Schlagkraftrichtung 10.

Claims

Fräsmaschine mit rotierender Walze (5) und auf dem Umfang verteilten Fräsmeißeln (2),
dadurch gekennzeichnet,
dass für einige oder alle Fräsmeißel (2) eine Schlagwirkung induzierende Pendel (1) vorgesehen sind, die in der Fräswalze (5) umlaufend angeordnet sind.
Fräsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fräsmeißel (2) drehbar gelagert oder linear geführt sind und durch Anschlagpunkte (6, 8) in ihrer Pendel- oder Linearbewegung begrenzbar sind, wobei der innere Anschlag (6) die optimale Aufschlagposition für das Pendel (1) festlegt und der äußere Anschlag (8) als Endlagenbegrenzung dient.
Fräsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die im Inneren der Fräswalze (5) umlaufende, mit Pendeln (1) bestückte Pendelwelle (4) schneller umläuft als die außen drehende Fräswalze (5).
Fräsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die innere Pendelwelle (4) mit gleicher Drehrichtung wie die Fräswalze (5) umläuft.
Fräsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aufschlagpunkt des Pendels (1) auf den Fräsmeißel (2) in Drehrichtung hinter der Verbindungslinie Wellendrehpunkt - Pendeldrehpunkt liegt und ebenso der Schwerpunkt des Pendels (1), wobei das Pendel (1) von der Fliehkraft gegen einen Anschlag (8) angedrückt ist, der somit die maximale Außenlage des Pendels (1) bestimmt.
Fräsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Pendelbewegung der Pendel (1) in beiden Richtungen durch eine oder mehrere Anschlagpunkte (8), Federn /7) oder Dämpfungselemente begrenzt ist.
Fräsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass Schlagfrequenz und Schlagleistung durch Anzahl der Pendel (1), Drehzahldifferenz zwischen Fräswalze (5) und Pendelwelle (4), sowie durch Wahl von Pendel-Masse und -Form einstellbar ist.
Fräsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass Aufschlagpunkt und die Geometrien der Aufschlagbereiche von Pendel (1) und Fräsmeißel (2) die resultierende Schlagkraftrichtung (10) etwa durch die Meißelspitze führend ausgebildet sind.
Fräsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fräsmeißel (2) einer radialen Schnittebene auch bei der größten vorgesehenen Schnitt-Tiefe eines einzelnen Schnittes immer nur einen Fräsmeißel (2) ins Fräsgut (9) eindrückend (über den Umfang) verteilt angeordnet sind.
Fräsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Pendel (1) die axiale Ausdehnung der von ihnen beaufschlagten Fräsmeißelrunde aufweisen.