WO2018098599A1 - Verfahren und vorrichtung zum abfräsen von gesteinsmaterial oder gesteinsähnlichem material - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum abfräsen von gesteinsmaterial oder gesteinsähnlichem material Download PDF

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WO2018098599A1
WO2018098599A1 PCT/CH2016/000151 CH2016000151W WO2018098599A1 WO 2018098599 A1 WO2018098599 A1 WO 2018098599A1 CH 2016000151 W CH2016000151 W CH 2016000151W WO 2018098599 A1 WO2018098599 A1 WO 2018098599A1
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milling
milling tool
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force
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PCT/CH2016/000151
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Jérôme BLUM
Roland Anderegg
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Ammann Schweiz Ag
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    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C23/00—Auxiliary devices or arrangements for constructing, repairing, reconditioning, or taking-up road or like surfaces
    • E01C23/06—Devices or arrangements for working the finished surface; Devices for repairing or reconditioning the surface of damaged paving; Recycling in place or on the road
    • E01C23/08—Devices or arrangements for working the finished surface; Devices for repairing or reconditioning the surface of damaged paving; Recycling in place or on the road for roughening or patterning; for removing the surface down to a predetermined depth high spots or material bonded to the surface, e.g. markings; for maintaining earth roads, clay courts or like surfaces by means of surface working tools, e.g. scarifiers, levelling blades
    • E01C23/085—Devices or arrangements for working the finished surface; Devices for repairing or reconditioning the surface of damaged paving; Recycling in place or on the road for roughening or patterning; for removing the surface down to a predetermined depth high spots or material bonded to the surface, e.g. markings; for maintaining earth roads, clay courts or like surfaces by means of surface working tools, e.g. scarifiers, levelling blades using power-driven tools, e.g. vibratory tools
    • E01C23/088—Rotary tools, e.g. milling drums
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
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Definitions

  • the invention relates to a method for milling rock material or rock-like material, in particular for milling a road surface made of asphalt or concrete, a device for carrying out the method and a use of the device according to the preambles of the independent claims.
  • a first aspect of the invention relates to a method for milling rock material or rock-like material, preferably for milling a pavement of asphalt or concrete.
  • the rock material or rock-like material is milled off by bringing into contact with the material milling elements, preferably milling blades, which are arranged on the circumference of a milling tool which is rotated about an axis of rotation running in its center.
  • the material milling elements preferably milling blades
  • a feed movement is generated between the milling tool and the material to be milled, in that the milling tool is moved transversely, preferably at right angles to its axis of rotation and preferably translationally along the material.
  • this advancing movement between the milling tool and the material to be cut off can also be produced by moving the material to be removed transversely, preferably at right angles to the axis of rotation of the milling tool and preferably translationally along the milling tool.
  • the rotational movement of the milling tool and the advancing movement between the milling tool and the material to be milled are superimposed by a swinging movement of the milling tool in such a way that there is a periodic loss of contact between the milling elements of the milling tool and the material to be removed.
  • Milling elements are understood here as those milling elements, which are arranged in the peripheral region of the milling tool, which just does milling work.
  • the individual milling elements thus lose their time, in each case in the angular range in which they perform milling work with each revolution of the milling tool. several times with essentially regular time intervals, the contact with the material to be cut.
  • the first aspect of the invention thus relates to a method for milling rock material or rock-like material, preferably for milling a road surface made of asphalt or concrete, in which a rotating milling tool is equipped with a multiplicity of cutting elements on its circumference is brought into milling engagement with the material to be scoured and is thereby moved relative to it, so that material is milled along the path of movement.
  • the rotational movement of the milling tool and the relative movement along the material are superimposed by a force-controlled or path-controlled oscillating movement of the milling tool, such that during the milling of the material a periodic loss of contact between the cutting elements of the milling tool currently being machined is achieved material to be removed comes.
  • the distance traveled by the milling elements each during the loss of contact is greater than the distance they travel while performing milling work until the next contact loss in the material, preferably at least five times as great as the distance they travel below Performance of Carry out milling work until the next loss of contact in the material.
  • the removal rate can be further increased and relatively light devices according to the invention can also be used. It also makes it possible to use cost-effective devices without complex control devices.
  • the milling tool is mounted rotatably about its axis of rotation on a support structure and the feed movement is generated by a relative movement of the support structure relative to the material to be removed and / or by a relative movement of the material to be removed from the support structure.
  • the feed motion is typically generated by a relative movement of the support structure relative to the material to be removed.
  • the milling tool is mounted on the supporting structure so that it can oscillate transversely to its axis of rotation and is excited by means of an excitation force that reverses periodically in the direction of a vibratory movement superimposed on its rotation and the advancing movement such that it is continuous in the direction of movement reversing relative movement of the milling tool transversely to its axis of rotation relative to the support structure performs.
  • the oscillating movement of the milling tool, which superimposes its rotation and the advancing movement, generated by the milling tool is excited by means of a periodically reversing in the direction of excitation force to torsional vibrations around its axis of rotation, such that a ongoing in the direction of movement reversing rotational relative movement of the milling tool around its axis of rotation around the support structure results.
  • the excitation force which reverses periodically in the direction is preferably generated with an unbalance exciter, which is advantageously arranged within the milling tool, in particular in the case of cylindrical milling tools.
  • the excitation force can also be generated with other means, e.g. by means of vibrators with translationally moving weights.
  • the milling tool is mounted so as to be movable relative to its axis of rotation on the support structure and is mechanically positively controlled, e.g. by means of an eccentric or crank drive, so moved relative to the support structure, that it performs a relative movement reversing continuously in the direction of movement (demanding oscillatory movement) transversely to its axis of rotation relative to the support structure. This oscillatory motion superimposes its rotational movement and the feed movement.
  • the oscillating movement of the milling tool in the form of a translatory or elliptical in the direction of movement reversing relative movement of the milling tool relative to the support structure is generated, preferably in such a way that the Movement direction of this relative movement or in a ellipsoidal relative movement the main direction of movement thereof, ie the direction along the longest axis of symmetry of the same, substantially parallel or substantially perpendicular to the mean value of the Fräslegisvektoren all just in cutting engagement milling elements runs.
  • one or the other variant may be more preferable.
  • the direction of the translational or the main direction of the elliptical in the direction of movement reversing relative movement of the milling tool relative to the support structure is changed depending on certain process parameters, in particular depending on the milling depth.
  • one or more of the following parameters are or will be determined during the milling of material:
  • the respective determined temporal course has the periodicity of the frequency of the excitation force reversing periodically in the direction or the periodicity of the relative movement which is reversely and mechanically reversely reversed in the direction of movement.
  • the respective determined frequency spectrum has a peak at the frequency of the periodically reversing in the direction of the excitation force or at the frequency of the periodically reversed in the direction of movement mechanically positively controlled relative motion.
  • the test reveals that the respective determined time profile has no such periodicity and / or the test shows that the respectively determined frequency spectrum has no such peak, then one or more of the following parameters is or will be changed to change the respective time course and / or the respective frequency spectrum: the magnitude of the periodically reversing excitation force;
  • the determination of the aforementioned quantities, the checking for the presence of the periodicity over time and / or the presence of the peak in the frequency spectrum and the changing of the aforementioned parameters is repeated until the determined time course has the periodicity and / / or until the determined frequency spectrum has the peak.
  • the determination of the aforementioned quantities and checking for the presence of the periodicity over time and / or the presence of the peak in the frequency spectrum is carried out at regular intervals and in each case in the event that the testing shows that the determined temporal Course does not have the periodicity and / or - or the determined frequency spectrum does not have the peak, the change of the aforementioned parameters made.
  • the checking reveals that the determined time course has the periodicity and / or the determined frequency spectrum has the peak, no change in the aforementioned parameters takes place in this interval.
  • the activated milling it is generally possible for the activated milling to ensure that milling takes place in a technically meaningful operating range takes place, ie that at least part of the excitation energy is converted into milling work and that controllable operating conditions are present, which do not lead to destruction of the milling device used.
  • time profile of the milling force is determined as the quantity to be tested, which is preferred, this is advantageously determined in method variants with force-controlled dynamic excitation of the milling tool using or using the following formula:
  • Fs (t) is the milling force
  • m is the oscillating mass (mass of the milling tool and any resonant mass arranged in it, eg unbalance exciters)
  • ii (t) the acceleration of the oscillating mass
  • c the damping constant of the oscillatory coupling of the oscillating mass oscillating mass
  • Jfc (t) the velocity of the vibrating mass
  • k the spring constant of the vibrating mass of the oscillating mass
  • x (t) the vibrating mass of the vibrating mass and Fa (t) the excitation force.
  • the time profile of the milling force is determined as a variable, and one or more of the following parameters is or are changed or
  • this or these parameters are changed or varied until the determined time profile of the milling force has the periodicity of the frequency of the periodically reversing excitation force or the periodicity of the relative movement generated mechanically positively controlled, and In addition, there is a maximum difference between minimum and maximum milling force.
  • this or these parameters are varied or varied until the determined time profile of the milling force has the periodicity of the frequency of the periodically reversing in the direction of excitation force or the periodicity of mechanically positively controlled relative movement generated and also the ratio between maximum and average milling force is maximum.
  • one or more of the following variables is or will be determined during the milling process:
  • the speed with which the milling tool is moved along the material in a direction transverse to its axis of rotation.
  • the peak is set at the frequency of the periodically reversing in the direction of excitation force or mechanically positively controlled relative movement relative to one or more peaks at certain integer multiples and / or integer fractions of this frequency and the ratio or ratios are or will be compared to a setpoint or threshold, respectively.
  • the determination of the respective frequency spectrum / testing of the respective determined frequency spectrum is repeated for the presence of peaks at certain frequencies and the alteration of the aforementioned parameters until the one or more determined ratios no longer have any undesired deviation from the desired value or the threshold value.
  • a tip is set at a frequency which is periodically reversible in the direction of the excitation force or mechanically positively controlled relative motion subharmonic frequency to the peak at the frequency of the periodically reversing in the direction of the excitation or the mechanically forcibly generated relative movement and the determination of the respective frequency spectrum, the testing of the respectively determined frequency spectrum for the presence of peaks at certain frequencies and the modification of the above-mentioned The parameter is repeated until the determined ratio eligratio "relative-ratio" - "preferred” is a ratio of 1: 1, 1: 2 or 3: 5.
  • the time profile of the milling force and the vibration amplitude of the milling tool are determined and one or more of the following parameters is or is varied or varied:
  • this parameter or these parameters is changed or varied until the determined time profile of the milling force determines the periodicity of the frequency of the excitation periodically reversing in the direction.
  • force or the mechanical force-controlled generated Rela- tbewegtmg- and-while ttes-Verhaitiris-the vibration amplitude of the milling tool to a theoretical vibration amplitude of the milling tool is greater than 0.5, in particular greater than 1.0.
  • the "theoretical oscillation amplitude" of the milling tool here is the amplitude which the milling tool would have freely oscillating without material engagement, and can be easily calculated for the skilled person from the machine and operating parameters or by operation of the used device without material intervention and therefore need not be explained further here.
  • embodiments of the method according to the invention are also provided in which the energy efficiency and / or the removal rate is optimized via the static and dynamic portions of the milling force.
  • the dynamic portion of the milling force averaged over time is determined and one or more of the following parameters is changed or varied:
  • the static portion of the milling force averaged over time is determined and one or more of the following parameters is or is varied or varied:
  • the speed with which the milling tool is moved along the material in a direction transverse to its axis of rotation.
  • the static component and the dynamic component of the milling force averaged over time are determined and one or more of the following parameters is changed or varied:
  • this or these parameters are changed or varied in this third preferred embodiment / until the ratio between the dynamic and the static portion of the milling force is maximum or until the ratio between the static and the dynamic portion of the milling force is minimal.
  • the oscillating movement of the milling tool is effected by means of an excitation force generated by an unbalance exciter and periodically reversing in the direction.
  • the frequency of this excitation force is adjusted or regulated such that in the intended milling operation of the phase angle between the excitation of the unbalance exciter and the vibration response of the milling tool zwisehen 90 ° and 180 °, preferably between 120 ° and 170 °.
  • the direction of the advancing movement and the direction of rotation of the rotational movement of the milling tool are selected such that they are milled either in synchronism or in the opposite direction.
  • it is preferred to mill in the opposite direction as this unwanted lifting the milling tool or the milling device can be prevented even at high Abtrags illness.
  • a milling drum is used as the milling tool, which is equipped at its periphery with a plurality of milling elements rigidly connected to it, preferably Fräsmeissein.
  • Such milling tools are preferably used during the milling of road surfaces.
  • a second aspect of the invention relates to a device for the particularly automated implementation of the method according to the first aspect of the invention.
  • the device comprises a milling tool, preferably in the form of a milling drum, which is equipped on its circumference with a plurality of milling elements, which are advantageously designed as a milling chisel.
  • the milling tool is rotatably mounted on a support structure formed by the device about a central axis of rotation of the milling tool around.
  • the device has a drive, e.g. in the form of an electric or hydraulic motor, by means of which the milling tool is rotatable around its central axis of rotation in the intended milling operation, for milling the rock material or rock-like material by contacting the milling elements of the milling tool with the material to be scoured.
  • a drive e.g. in the form of an electric or hydraulic motor, by means of which the milling tool is rotatable around its central axis of rotation in the intended milling operation, for milling the rock material or rock-like material by contacting the milling elements of the milling tool with the material to be scoured.
  • the support structure is movable, so that the
  • Milling tool with her in accordance with the intended milling operation preferably translationally in a direction transverse, preferably perpendicular, can be moved to its axis of rotation along the material to be milled (according to the claim feed movement ⁇ .
  • the device comprises means for generating a swinging movement of the milling tool, which superimposes the rotational movement and the feed movement in the intended milling operation.
  • the device has a
  • the device is designed and controllable with the controller such that the distance traveled by the milling elements during the contact loss is greater than the distance they travel while performing milling work until the next loss of contact in the material, preferably at least five times as large as the path they travel by performing milling until the next contact loss in the material.
  • the distance traveled by the milling elements during the contact loss is greater than the distance they travel while performing milling work until the next loss of contact in the material, preferably at least five times as large as the path they travel by performing milling until the next contact loss in the material.
  • the bearing of the milling tool on the support structure is designed such that the milling tool is oscillatable transversely to its axis of rotation relative to the support structure.
  • the means for generating the oscillating movement of the milling tool comprise an excitation arrangement, by means of which the milling tool can be excited to vibrate with an excitation force reversing periodically in the intended operation, so that, as a result of the oscillating mounting of the milling tool on the support structure Continuously in the direction of movement reversing relative movement (swinging motion) of the milling tool transversely to its axis of rotation relative to the support structure results.
  • the means for generating the oscillatory movement of the milling tool comprise an excitation arrangement, by means of which the milling tool is provided with a periodically in the direction reversing excitation force can be excited to torsional vibrations about its - axis of rotation, so that there is a continuously rotating in the direction of rotation relative rotational movement of the milling tool about its axis of rotation relative to the support structure.
  • the coupling of the milling tool to the drive for the rotational movement is designed such, for example via a rotationally elastic coupling, that the milling tool can perform torsional vibrations about its axis of rotation despite coupled rotary drive.
  • the excitation arrangement advantageously has an unbalance exciter, which is preferably arranged inside the milling tool.
  • this unbalance exciter is a circular oscillator or a directional vibrator, wherein it is further preferred that the direction of the excitation force of the unbalance exciter is variable.
  • the oscillation direction can be changed with respect to the material to be abraded, which results in an optimization of the milling process, e.g. allows for different removal depths.
  • the frequency of the excitation force generated by the unbalance exciter is preferably such adjustable or adjustable, that the phase angle between the excitation of the unbalance exciter and the vibration response of the milling tool is between 90 * and 180 °, more preferably between 120 ° and 170 °.
  • the bearing of the milling tool on the support structure is designed in such a way that the milling tool is forcibly guided relatively perpendicular to its axis of rotation relative to the support structure.
  • the means for generating the oscillatory movement of the milling tool comprise an excitation arrangement, e.g. with a crank or eccentric drive, by means of which the milling tool can be mechanically positively controlled within its positively controlled movement such that it performs a continuously reversing in the direction of movement relative movement (oscillating motion) transversely to its axis of rotation relative to the support structure.
  • This oscillating movement superimposes its rotational movement and the feed movement.
  • This third preferred variant of the device thus has a path-controlled dynamic excitation of the milling tools, which, as already explained under the first aspect of the invention, has the advantage that due to the mechanical forced coupling a precisely defined oscillating movement of the milling tool can be achieved in a simple manner can be ensured.
  • the device in which the milling tool is relatively movable transversely to its axis of rotation relative to the support structure, preferably, that the device is designed in such a way and with its control is controllable such that in the normal operation, a translational or an elliptical relative movement of the milling tool that reverses in the direction of movement relative to the support structure is or can be generated.
  • the direction of movement of this relative movement or, in the case of an ellipsoidal relative movement the main movement direction is substantially parallel or substantially perpendicular to the mean value of the milling direction vectors of all the milling elements engaged in the milling operation.
  • one or the other variant may be more preferable.
  • the device is designed such that the direction of the translational or the main direction of the elliptical relative to the direction of movement reversing relative movement of the
  • Milling tool relative to the support structure is variable, in particular depending on the milling depth.
  • the device has a control with which it can be operated automatically by carrying out one or more of the preferred embodiments and variants of the method according to the invention described in the first aspect of the invention.
  • a third aspect of the invention relates to the use of the device according to the second aspect of the invention in road construction, underground mining, open-pit mining or civil engineering, preferably for milling asphalt, concrete, rock, minerals or coal.
  • the benefits of the invention are particularly evident.
  • FIG. 1 shows a side view of a road surface according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a first method according to the invention
  • Fig. 3 shows the temporal milling force profile when intended milling operation
  • Fig. 6 is a schematic representation of a third inventive method.
  • Fig. 7 shows the control scheme of a preferred variant of the method.
  • Fig. 1 shows a erfindungsgeraquaint device in the form of a road fringe in the side view.
  • the road milling machine on a support structure 1, which is supported on track 2 movable on the floor 3.
  • a diesel-operated hydraulic unit (not shown), by means of which hydraulic drives in the chain carriages 2 can be supplied, is arranged within the support structure 1 for effecting a feed movement V of the support structure 1 in the direction of milling during the intended milling operation.
  • a milling drum 4 is rotatable about a horizontal and perpendicular to Fräsvor- Pushing movement V extending central axis of rotation X stored around, which is equipped at its periphery with a plurality of rigidly connected to her Fräsmeissein 5.
  • the milling drum 4 is provided with a hydraulic drive (not shown), which is also supplied by the hydraulic unit in the intended milling operation and generates a rotational movement R of the milling drum 4 about its axis of rotation X around.
  • the direction of rotation of the rotational movement R of the milling drum 4 and the direction of the feed motion V are chosen such that milling is performed in the opposite direction.
  • the milled granular road surfacing material is picked up by the road milling machine and conveyed by a conveyor belt 6 to a preceding truck (not shown).
  • FIG. 2 which shows the milling drum 4 of the road milling machine in the intended operation when milling a road surface B
  • two imbalance shafts 7 with associated hydraulic drives are arranged inside the milling drum 4, which are likewise supplied by the hydraulic unit and the imbalance shafts 7 synchronously set in rotation in opposite directions to each other so that they together generate a directed, periodically reversing in the direction of the excitation force Fa, which acts on the milling drum 4.
  • the rotational frequency of the imbalance shafts 7 and thus the frequency fa of the excitation force Fa is greater by a multiple than the rotational frequency fd of the milling drum 4th
  • the milling drum 4 Since the milling drum 4 is mounted on the supporting structure 1 in a vibratory manner by means of rubber oscillating elements 8, it is excited by the periodically reversing excitation force Fa in a swinging movement S with respect to the supporting structure 1, which superimposes the rotational movement R and the advancing movement V. ,
  • the direction of movement of this oscillatory movement S runs essentially perpendicular to the mean value of the milling direction vectors Z of all the milling tools 5 which are currently in milling engagement.
  • the oscillating movement S does not correspond to the size of the illustrated arrow, but typically has an amplitude of a few millimeters to a few centimeters.
  • the road milling machine is regulated by its control in this respect with respect to the feed movement V as well as with respect to the rotational movement R and the oscillatory movement S of the milling drum 4. that during the milling of the road surface B, there is a periodic loss of contact between the milling dies 5 of the milling drum 4 and the material B to be removed, which are currently in the milling engagement.
  • FIG. 3 shows the fact that the milling force Fs with the periodicity of the excitation force Fa generated by the unbalanced shafts 7 and reversing periodically in the direction of movement becomes zero for certain time intervals. These are the time intervals in which the Fräsraeissel 5 have no contact with the material to be cut B and accordingly no milling work is performed.
  • the vibration path S2 is also referred to as milling depth.
  • the distance Sl is about four times as large as the distance S2.
  • FIG. 5 shows a representation like FIG. 2 of a variant of the road milling machine, in which a second preferred embodiment of the device according to the invention is shown.
  • driving is used.
  • the direction of rotation of the rotational movement R of the milling drum 4 and the direction of the feed motion V are selected such that it is milled in the opposite direction.
  • two imbalance shafts 7 are arranged with associated hydraulic drives, which are supplied in the intended milling operation of the hydraulic unit.
  • the unbalanced shafts 7 are not rotated in opposite directions, but synchronously in the same direction with a phase angle of 180 ° to each other, so that they exert a periodic in the direction reversing excitation torque Ma about the rotation axis X of the milling drum 4 around on the milling drum 4 ,
  • the rotational frequency of the unbalanced shafts 7 and thus the frequency of the periodically reversing in the direction of excitation torque Ma is many times greater than the rotational frequency fd of the milling drum. 4
  • the milling drum 4 Since the milling drum 4 is driven by its associated hydraulic drive (not shown) via a rotationally oscillatory coupling 9, it is excited by the periodically reversing in the direction of excitation torque Ma to a rotational swinging movement DS relative to the support structure 1 about its axis of rotation X around which superimposes the rotational movement R and the feed motion V.
  • the oscillatory movement DS does not correspond to the size of the arrow shown, but typically has an amplitude of a few millimeters to a few centimeters.
  • the road milling machine is controlled by its control with respect to the feed movement V and the rotational movement R and the rotational oscillating movement DS of the milling drum 4 that during the milling of the road surface B to a periodic loss of contact between the Fräsmeissein 5 of the milling drum 4 and the material to be removed B comes, with Fräskraftverierin the milling cutter standing in the milling cutter, which are similar to that shown in Fig. 3.
  • FIG. 6 shows a representation like FIG. 2 of a further variant of the road milling machine, in which a third preferred embodiment of the method according to the invention is used.
  • the direction of rotation of the rotational movement R of the milling drum 4 and the direction of the feed movement V are also selected here in such a way that milling is performed in the opposite direction.
  • This variant differs from the two previously described variants in that here the oscillating movement SM of the milling drum 4 is not force-controlled by an oscillatable bearing or an oscillatory rotary coupling and a corresponding excitation by a periodic in the
  • Direction reversing excitation force is generated, but mechanically positively controlled (path controlled) by the substantially rigid bearing 10 of the milling drum 4 on the support structure 1 by means of a crank or Exzentertriebs (not shown) is translationally reciprocated in guides 11, with a frequency fa which also corresponds here to a multiple of the rotational frequency fd of the milling drum 4.
  • Fig. 7 shows the control scheme of a preferred embodiment of the method with force-controlled dynamic excitation of the milling tool via a trained as a directional vibrator.
  • a milling tool is provided, rotated, and moved along the material during the milling of material, wherein the rotational movement and the advancing movement is superimposed on a swinging movement of the milling tool, such that during the milling of material there is a periodic contact loss comes between the standing in the milling engagement Milling elements of the milling tool and the material to be removed.
  • This basic situation was described by analogy with the corresponding steps in patent claim 1 with "a) - c)" in the upper bladder of the scheme.
  • the acceleration of the milling tool is determined at regular intervals, from which the time profile of the milling force of the milling tool is calculated and then transformed into the frequency range by means of fast Fourier transformation.
  • This step is shown in the diagram by the box labeled "d) ft .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abfräsen einer Strassendecke (3) aus Asphalt (B) oder Beton. Dabei wird ein rotierendes Fräswerkzeug (4), welches an seinem Umfang mit einer Vielzahl von Fräselementen (5) bestückt ist, in Fräseingriff mit der Strassendecke (3) gebracht und dabei entlang derselben verschoben, so dass entlang dem Verschiebeweg Material (B) von der Strassendecke (35 abgefräst wird. Erfindungsgemäss wird die Rotationsbewegung (R) des Fräswerkzeugs (4) und die Vorschubbewegung (V) durch eine kraft- oder weggesteuerte Schwingbewegung (S, DS, SM) des Fräswerkzeugs (4) überlagert, derart, dass es während dem Abfräsen des Materials (B) zu einem periodischen Kontaktverlust zwischen den gerade im Fräseingriff stehenden Fräselementen (5) des Fräswerkzeugs (4) und dem abzutragenden Material (B) kommt. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich hervorragende Abtragsleistungen erzielen, bei geringem Werkzeugverschleiss und unter Verwendung relativ einfacher und robuster Fräsvorrichtungen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Abfräsan von
Gesteinsmatarial oder gesteinsähnlichem Material
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ab- fräsen von Gesteinsmaterial oder gesteinsähnlichem Material, insbesondere zum Abfräsen einer Strassendecke aus Asphalt oder Beton, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene sowie eine Verwendung der Vorrichtung gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
STANP DER TECHNIK
Insbesondere aus dem Strassenbau und dem Bergbau ist es bekannt, den Strassenbelag bzw. die abzubauenden Rohstoffe, insbesondere Steinkohle, mittels ro- tierender Fräswalzen, die an ihrem Umfang mit einer Vielzahl von Fräswerkzeugen bestückt sind, abzufräsen. Im erstgenannten Fall zwecks Korrektur oder Erneuerung der Fahrbahndecke, im letztgenannten Fall zwecks Gewinnung der Rohstoffe.
In beiden Anwendungen ist es erstrebenswert, bei möglichst geringem Energieeinsatz und Werkzeugver- schleiss ein möglichst grosses Abfräsvolumen pro Zeiteinheit zu erzielen. Dabei ergibt sich insbesondere im Strassenbau zusätzlich das Problem, dass die Grösse und das Gewicht der zum Einsatz kommenden Asphaltfräsen durch die Transportmöglichkeiten auf dem öffentlichen Strassen- netz begrenzt sind, so dass sich das Abfräsvolumen pro Zeiteinheit nicht beliebig durch Verwendung grösserer Asphaltfräsen steigern lässt und neben einer guten Wirt- schaftlichkeit auch eine maximale Fräsleistung bei gegebener Maschinengrösse anzustreben ist.
Dm diesen Zielen näherzukommen, hat es in der Vergangenheit immer wieder Versuche gegeben, die Fräsleistung durch dynamische Erregung der Fräswerkzeuge zu verbessern. Aus den Dokumenten US 6,033,031 Ά und US
6,076,289 A sind Strassenfräsen bekannt, bei denen den Fräswalzen mit Hilfe Von Unwuchterregern oder Schüttelvorrichtungen dynamische Kräfte in vertikaler Richtung aufgeprägt werden.
Aus DE 195 47 698 AI ist eine Strassenfräse bekannt, bei welcher der Fräswalze mit Hilfe eines Unwuchterregers ein dynamischen Moment um ihre Rotationsachse herum aufgeprägt wird.
Diese Strassenfräsen ermöglichen zwar eine höhere Fräsleistung als vergleichbare nicht dynamisch erregte Strassenfräsen, weisen aber den Nachteil auf, dass es auch zu einem deutlich grösseren Werkzeugver- schleiss kommt. Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht zudem darin, dass es bei diesen Maschinen, insbe- sondere bei grossen Abtragsleistungen, unweigerlich zu Schwingungen der Maschinenstrukturen kommt, welche, wie sich gezeigt hat, in der Praxis kaum beherrschbar sind und neben einem schlechten Fräsergebnis auch zu einer raschen Zerstörung der Maschine führen können.
Aus DE 196 34 514 Cl ist eine Fräsmaschine für Beton und Asphalt bekannt, welche einen rotierenden, Scheiben- oder trommeiförmigen Fräskopf aufweist, an dessen Umfang verteilt mehrere beweglich gelagerte Fräs- meissel angebracht sind, auf die mittels im Inneren des Fräskopfes umlaufenden Nocken eine Schlagwirkung induziert wird.
Diese Fräsmaschine vermeidet die zuvor erwähnten Nachteile des Standes der Technik, weist aber den Nachteil auf, dass der Fräskopf ein komplexes mechani- sches Gebilde mit vielen beweglichen Bauteilen ist, welches aufwendig und kostenintensiv in der Herstellung und im Unterhalt ist. Auch kommt es durch die hohe Bauteilbeanspruchung infolge der Schlaginduzierung zu einem relativ schnellen Verschleiss fräskopfinterner Bauteile. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es stellt sich deshalb die Aufgabe, Verfahren und Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, welche die zuvor genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen oder zumindest teilweise vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Entsprechend betrifft ein erster Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Abfräsen von Gesteinsmaterial oder gesteinsähnlichem Material, bevorzugterweise zum Abfräsen einer Strassendecke aus Asphalt oder Beton.
Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren wird das Gesteinsmaterial oder gesteinsähnliche Material abgefräst, indem Fräselemente, bevorzugterweise Fräsmeissein, welche am Umfang eines Fräswerkzeugs angeordnet sind, das um eine in seinem Zentrum verlaufende Rotationsachse herum rotiert wird, mit dem Material in Kontakt gebracht werden. Dabei wird während dem Abfräsen eine Vorschubbewegung zwischen dem Fräswerkzeug und dem abzufräsenden Material erzeugt, indem das Fräswerkzeug quer, bevorzug- terweise rechtwinklig zu seiner Rotationsachse und bevorzugterweise translatorisch entlang dem Material bewegt wird. Alternativ oder zusätzlich kann diese Vorschubbewegung zwischen dem Fräswerkzeug und dem abzufräsenden Material auch dadurch erzeugt werden, dass das abzufräsende Material quer, bevorzugterweise rechtwinklig zu der Rotationsachse des Fräswerkzeugs und bevorzugterweise translatorisch entlang dem Fräswerkzeug bewegt wird.
Erfindungsgemäss wird dabei die Rotationsbewegung des Fräswerkzeugs und die Vorschubbewegung zwisch- en dem Fräswerkzeug und dem abzufräsenden Material durch eine Schwingbewegung des Fräswerkzeugs derart überlagert, dass es zu einem periodischen Kontaktverlust zwischen den gerade im Fräseingriff stehenden Fräselementen des Fräswerkzeugs und dem abzutragenden Material kommt. Unter den gerade Im Fräseingriff stehenden
Fräselementen werden hier diejenigen Fräselemente verstanden, welche in dem Umfangsbereich des Fräswerkzeugs angeordnet sind, der gerade Fräsarbeit leistet. Die einzelnen Fräselemente verlieren also jeweils in dem Dreh- winkelbereich, in welchem sie bei jeder Umdrehung des Fräswerkzeugs Fräsarbeit verrichten, periodisch, d.h. mehrfach mit im Wesentlichen regelmässigen zeitlichen Abständen, den Kontakt zu dem abzufräsenden Material.
Mit anderen Worten betrifft der erste Aspekt der Erfindung also ein Verfahren zum Abfräsen von Ge- steinsmaterial oder gesteinsähnlichem Material, bevorzugterweise zum Abfräsen einer Strassendecke aus Asphalt oder Beton, bei welchem ein rotierendes Fräswerkzeug, welches an seinem Umfang mit einer Vielzahl von Fräsele- menten bestückt ist, in Fräseingriff mit dem abzufräsenden Material gebracht wird und dabei relativ gegenüber demselben bewegt wird, so dass entlang dem Bewegungsweg Material abgefräst wird. Erfindungsgemäss wird dabei die Rotationsbewegung des Fräswerkzeugs und die Relativbewe- gung entlang dem Material durch eine kraft- oder weggesteuerte Schwingbewegung des Fräswerkzeugs überlagert, derart, dass es während dem Abfräsen des Materials zu einem periodischen Kontaktverlust zwischen den gerade im Fräseingriff stehenden Fräselementen des Fräswerkzeugs und dem abzutragenden Material kommt.
Es hat sich gezeigt, dass sich mit dem erfin- dungsgemässen Verfahren hervorragende Abtragsleistungen erzielen lassen, bei geringem Werkzeugverschleiss und unter Verwendung relativ einfacher und robuster Fräsvor- richtungen.
Bevorzugterweise ist der Weg, den die Fräselemente jeweils während dem Kontaktverlust zurücklegen, grösser als der Weg, den sie unter Verrichtung von Fräsarbeit bis zum nächsten Kontaktverlust im Material zu- rücklegen, und zwar bevorzugterweise mindestens fünfmal so gross ist wie der Weg, den sie unter Verrichtung von Fräsarbeit bis zum nächsten Kontaktverlust im Material zurücklegen. Hierdurch kann die Abtragsleistung weiter gesteigert werden und es können auch relativ leichte erfindungsgemässe Vorrichtungen zum Einsatz kommen. Auch wird es hierdurch möglich, kostengünstige Vorrichtungen ohne aufwendige Steuerungseinrichtungen einzusetzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist das Fräswerkzeug rotierbar um seine Rotationsachse an einer Tragstruktur gelagert und die Vorschubbewegung wird durch eine Relativbewegung der Trag- struktur gegenüber dem abzutragenden Material und/oder durch eine Relativbewegung des abzutragenden Materials gegenüber der Tragstruktur erzeugt. Je nach Abmessung des zu bearbeitenden Materials ist die eine oder die andere Variante bevorzugter bzw. praktikabel. Beim Abfräsen von Strassenbelägen oder beim Abbau von Gesteinsmaterial im Bergbau wird die Vorschubbewegung typischerweise durch eine Relativbewegung der Tragstruktur gegenüber dem abzutragenden Material erzeugt.
In einer ersten bevorzugten Variante des Ver- fahrens ist das Fräswerkzeugs schwingfähig quer zu seiner Rotationsachse an der Tragstruktur gelagert und wird mittels einer sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft zu einer seine Rotation und die Vorschubbewegung überlagernden Schwingbewegung angeregt, derart, dass es eine sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung des Fräswerkzeugs quer zu seiner Rotationsachse gegenüber der Tragstruktur vollführt.
In einer zweiten bevorzugten Variante des Verfahrens wird die Schwingbewegung des Fräswerkzeugs, welche seine Rotation und die Vorschubbewegung überlagert, dadurch erzeugt, dass das Fräswerkzeug mittels einer sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft zu Drehschwingungen um seine Rotationsachse herum angeregt wird, derart, dass sich eine fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende rotatorische Relativbewegung des Fräswerkzeugs um seine Rotationsachse herum gegenüber der Tragstruktur ergibt.
Bei der ersten und zweiten bevorzugten Variante des Verfahrens erfolgt also eine kraftgesteuerte dynamische Anregung des Fräswerkzeugs, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass die Dynamik des abgesehen vom Fräseingriff freischwingenden Fräswerkzeugs genutzt werden kann, um die Fräsleistung zu maximieren und aufgrund der fehlenden mechanischen Zwangskopplung zwischen dem die Anregungskraft bereitstellenden Antrieb und dem Fräswerkzeug eine besonders robuste und wartungsarme Ausgestaltung der zur Ausführung des Verfahrens verwendeten Vorrichtung möglich wird.
Bevorzugterweise wird dabei die sich perio- disch in der Richtung umkehrende Anregungskraft mit einem Unwuchterreger erzeugt, welcher insbesondere bei walzenförmigen Fräswerkzeugen mit Vorteil innerhalb des Fräswerkzeugs angeordnet wird. Die Anregungskraft kann jedoch auch mit anderen Einrichtungen erzeugt werden, z.B. mit- tels Vibratoren mit translatorisch bewegten Gewichten.
In einer dritten bevorzugten Variante des Verfahrens ist das Fräswerkzeug relativbeweglich quer zu seiner Rotationsachse an der Tragstruktur gelagert und wird mechanisch zwangsgesteuert, z.B. mittels eines Ex- zenter- oder Kurbeltriebs, derartig gegenüber der Tragstruktur bewegt, dass es eine sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (anspruchs- gemässe Schwingbewegung) quer zu seiner Rotationsachse gegenüber der Tragstruktur vollführt. Diese Schwingbewe- gung überlagert seine Rotationsbewegung und die Vorschubbewegung.
Bei dieser bevorzugten dritten Variante des Verfahrens erfolgt also eine weggesteuerte dynamische Anregung des Fräswerkzeugs, wodurch sich der Vorteil er- gibt, dass infolge der mechanischen Zwangskopplung auf einfache Weise eine genau definierte Schwingbewegung des Fräswerkzeugs sichergestellt werden kann.
Bei der ersten Variante und der dritten Variante des Verfahrens ist es weiter bevorzugt, dass die Schwingbewegung des Fräswerkzeugs in Form einer transla- torischen oder ellipsenförmigen sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung des Fräswerkzeugs gegenüber der Tragstruktur erzeugt wird, und zwar bevorzugterweise derartig, dass die Bewegungsrichtung dieser Relativbewegung bzw. bei einer ellipsenförmi- gen Relativbewegung die Hauptbewegungsrichtung derselben, d.h. die Richtung entlang der längsten Symmetrieachse derselben, im Wesentlichen parallel oder im Wesentlichen senkrecht zu dem Mittelwert der Fräsrichtungsvektoren aller gerade in Fräseingriff stehenden Fräselemente ver- läuft. Je nach Art des abzufräsenden Materials und Geometrie der Fräselemente kann die eine oder die andere Variante bevorzugter sein.
Dabei ist es weiter bevorzugt, dass die Richtung der translatorischen bzw. die Hauptrichtung der el- lipsenförmigen sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung des Fräswerkzeugs gegenüber der Tragstruktur in Abhängigkeit von bestimmten Prozessparametern verändert wird, insbesondere in Abhängigkeit von der Frästiefe.
Durch die zuvor genannten Massnahmen wird eine optimale Umsetzung der Schwingbewegung in Abtragsarbeit möglich.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird oder werden währ- end dem Abfräsen von Material eine oder mehrere der folgenden Grössen ermittelt:
• der zeitliche Verlauf der Beschleunigung des Fräswerkzeugs in der Richtung, in welcher dieses die sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkeh- rende Relativbewegung gegenüber der Tragstruktur ausführt; · der zeitliche Verlauf einer aus der zuvor genannten Beschleunigung des Fräswerkzeugs abgeleiteten oder mit dieser Beschleunigung gebildeten Grosse; • der zeitliche Verlauf der Fräskraft des Fräswerkzeugs;
· das FrequenzSpektrum des zeitlichen Verlaufs der
Beschleunigung des Fräswerkzeugs in der Richtung, in welcher dieses die sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung gegenüber der Tragstruktur ausführt;
· das Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs einer aus der zuvor genannten Beschleunigung des Fräswerkzeugs abgeleiteten oder mit dieser Beschleunigung gebildeten Grösse;
■ das Frequenzspektrums des zeitlichen Verlaufs der
Fräskraft des Fräswerkzeugs.
Sodann wird geprüft, ob der jeweilige ermittelte zeitliche Verlauf die Periodizität der Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungekraft bzw. die Periodizität der sich periodisch in der Bewegungsrichtung umkehrenden mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung aufweist.
Alternativ oder ergänzend wird geprüft, ob das jeweilige ermittelte FrequenzSpektrum eine Spitze bei der Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehr- enden Anregungskraft bzw. bei der Frequenz der sich periodisch in der Bewegungsrichtung umkehrenden mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung aufweist.
Für den Fall, dass die Prüfung ergibt, dass der jeweilige ermittelte zeitliche Verlauf keine solche Periodizität aufweist und/oder die Prüfung ergibt, dass das jeweilige ermittelte Frequenzspektrum keine solche Spitze aufweist, wird oder werden sodann eine oder mehrere der folgenden Parameter verändert, zur Veränderung des jeweiligen zeitlichen Verlaufs und/oder des jeweiligen Frequenzspektrums: die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft;
die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung;
die Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung;
die Drehfrequenz des Fräswerkzeugs;
die Geschwindigkeit, mit der das Fräswerkzeug in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse an dem Material entlang bewegt wird.
Bevorzugterweise wird das Ermitteln der zuvor genannten Grössen, das Prüfen auf das Vorhandensein der Periodizität im zeitlichen Verlauf und/oder auf das Vorhandensein der Spitze im Frequenzspektrum und das Andern der zuvor genannten Parameter so lange wiederholt, bis der ermittelte zeitliche Verlauf die Periodizität aufweist und/oder bis das ermittelte Frequenzspektrum die Spitze aufweist.
Zweckmässigerweise wird dabei das Ermitteln der zuvor genannten Grössen und das Prüfen auf das Vorhandensein der Periodizität im zeitlichen Verlauf und/- oder auf das Vorhandensein der Spitze im Frequenzspektrum in regelmässigen Intervallen ausgeführt und jeweils für den Fall, dass das Prüfen ergibt, dass der ermittelte zeitliche Verlauf die Periodizität nicht aufweist und/- oder das ermittelte Frequenzspektrum die Spitze nicht aufweist, das Andern der zuvor genannten Parameter vorgenommen. Ergibt das Prüfen hingegen, dass der ermittelte zeitliche Verlauf die Periodizität aufweist und/oder das ermittelte Frequenzspektrum die Spitze aufweist, erfolgt in diesem Intervall keine Änderung der zuvor genannten Parameter.
Durch diese Massnahmen kann für das aktivier te Fräsen ganz allgemein sichergestellt werden, dass das Fräsen in einem technisch sinnvollen Betriebsbereich stattfindet, d.h. dass zumindest ein Teil der Anregungsenergie in Fräsarbeit umgesetzt wird-und dass kontrollierbare Betriebszustände vorliegen, welche nicht zu einer Zerstörung der verwendeten Fräsvorrichtung führen.
Wird als zu prüfende Grösse der zeitliche Verlauf der Fräskraft ermittelt, was bevorzugt ist, wird dieser bei Verfahrensvarianten mit kraftgesteuerter dynamischer Anregung des Fräswerkzeugs mit Vorteil unter Verwendung bzw. unter Einbeziehung der folgenden Formel ermittelt:
Figure imgf000012_0001
Darin ist Fs(t) die Fräskraft, m die schwingende Masse (Masse des Fräswerkzeugs und allfälliger darin bzw. daran angeordneter mitschwingender Massen, z.B. darin angeordnete Unwuchterreger) , ii(t) die Beschleunigung der schwingenden Masse, c die Dämpfungskonstante der schwingfähigen Ankopplung der schwingenden Masse, Jfc(t) die Geschwindigkeit der schwingenden Masse, k die Federkonstante der schwingfähigen Ankopplung der schwingenden Masse, x(t) der Schwingweg der schwingenden Masse und Fa(t) die Anregungskraft .
Zur weiteren Optimierung des Fräsprozesses, insbesondere bezüglich der energetischen Effizienz und/- oder Abtragsleistung, sind verschiedene Varianten der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemässen Verfahrens vorgesehen:
In einer ersten und einer zweiten bevorzugten Verfahrensvariante wird der zeitliche Verlauf der Fräs- kraft als Grösse ermittelt und wird oder werden einer oder mehrere der folgenden Parameter verändert bzw.
variiert :
• die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft; · die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten- Relativbewegung; -
• die Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung; · die Drehfrequenz des Fräswerkzeugs;
• die Geschwindigkeit, mit der das Fräswerkzeug in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse an dem Material entlang bewegt wird,
Dabei wird dieser oder werden diese Parameter bei der ersten bevorzugten Verfahrensvariante solange verändert bzw. variiert, bis der ermittelte zeitliche Verlauf der Fräskraft die Periodizität der Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. die Periodizität der mechanisch zwangsgesteu- ert erzeugten Relativbewegung aufweist und zudem ein maximaler Unterschied zwischen minimaler und maximaler Fräskraft vorliegt.
Bei der zweiten bevorzugten Verfahrensvariante wird dieser oder werden diese Parameter solange verän- dert bzw. variiert, bis der ermittelte zeitliche Verlauf der Fräskraft die Periodizität der Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. die Periodizität der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung aufweist und zudem das Verhältnis zwi- sehen maximaler und durchschnittlicher Fräskraft maximal ist.
In einer dritten bevorzugten Verfahrensvariante wird oder werden eine oder mehrere der folgenden Grössen während dem Abfräsen ermittelt:
· das Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs der
Beschleunigung des Fräswerkzeugs in der Richtung, in welcher dieses die sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung gegenüber der Tragstruktur ausführt; · das Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs einer aus der zuvor erwähnten Beschleunigung abgeleiteten oder mit dieser Beschleunigung gebildeten Grösse;
• das Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs einer
Fräskraft des Fräswerkzeugs
Sodann wird geprüft, ob das jeweilige ermittelte Frequenzspektrum Spitzen bei einer oder mehreren bestimmten ganzzahligen Vielfachen und/oder ganzzahligen Bruchteilen der Frequenz der sich periodisch in der Riehtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung aufweist.
Für den Fall, dass die Prüfung ergibt, dass das jeweilige Frequenzspektrum eine oder mehrere dieser Spitzen nicht aufweist, wird oder werden sodann eine oder mehrere der folgenden Parameter verändert, zur Veränderung des jeweiligen Frequenzspektrums:
• die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbe- wegung;
• die Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung;
• die Drehfrequenz des Fräswerkzeugs;
· die Geschwindigkeit, mit der das Fräswerkzeug in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse an dem Material entlang bewegt wird.
Dies erfolgt mit dem Ziel, das jeweilige Frequenzspektrum dahingehend zu verändern, dass Spitzen bei einer oder mehreren der bestimmten ganzzahligen Vielfachen und/oder ganzzahligen Bruchteilen der Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung auftreten.
Bevorzugterweise wird das Ermitteln des jeweiligen Frequenzspektrums, das Prüfen des jeweiligen ermittelten Frequenzspektrums auf das Vorhandensein vonSpitzen- bei- den bestimmten ·Frequenzen-und- das- Verändern- der zuvor genannten Parameter so lange wiederholt, bis das jeweilige ermittelte Frequenzspektrum Spitzen bei den bestimmten Frequenzen aufweist.
Bei der zuvor dargelegten dritten bevorzugten
Verfahrensvariante ist es weiter von Vorteil, dass zusätzlich die Spitze bei der Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung ins Verhältnis gesetzt wird zu einer oder mehreren Spitzen bei bestimmten ganzzahligen Vielfachen und/oder ganzzahligen Bruchteilen dieser Frequenz und dass das Verhältnis oder die Verhältnisse jeweils mit einem Sollwert oder Schwellenwert verglichen wird oder werden.
Wird dabei eine ungewünschte Abweichung eines oder mehrerer der Verhältnisse von dem Sollwert oder Schwellenwert festgestellt, wird das Ermitteln des jeweiligen Frequenzspektrums/ das Prüfen des jeweiligen ermittelten Frequenzspektrums auf das Vorhandensein von Spit- zen bei bestimmten Frequenzen und das Verändern der zuvor genannten Parameter wiederholt, bis das oder die ermittelten Verhältnisse keine ungewünschte Abweichung von dem Sollwert oder dem Schwellenwert mehr aufweisen.
Ebenfalls bevorzugt ist es dabei, dass eine Spitze bei einer zur Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung subharmonischen Frequenz ins Verhältnis gesetzt wird zur Spitze bei der Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung und das Ermitteln des jeweiligen Frequenzspektrums, das Prüfen des jeweiligen ermittelten Frequenzspektrums auf das Vorhandensein von Spitzen bei bestimmten Frequenzen und das Verändern der zuvor genann- ten Parameter wiederholt wird, bis das ermittelte Ver- ha-ltnis- elri--gan«iaiiliges-Verhäl1mrs-±st>-"bevorzagterwetse ein Verhältnis von 1:1, 1:2 oder 3:5 ist.
Da das Auftreten und die Grösse, die Verteilung und das Verhältnis von Spitzen bei ganzzahligen Vielfachen und/oder ganzzahligen Bruchteilen der Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung Rückschlüsse auf die aktuellen Betriebsbedingungen zulässt, lassen sich durch diese Massnahmen, insbesondere beim kraftgesteuerten dynamisch aktivierten Fräsen, in Kenntnis des Maschinenverhaltens gezielt bestimmte gewünschte Betriebszustände einstellen und stabil halten bzw. ungewünschte Betriebszustände gezielt vermeiden.
In einer vierten bevorzugten Verfahrensvariante wird der zeitliche Verlauf der Fräskraft und die Schwingungeamplitude des Fräswerkzeugs ermittelt und wird oder werden eine oder mehrere der folgenden Parameter verändert bzw. variiert:
· die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung;
• die Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung;
• die Drehfrequenz des Fräswerkzeugs;
■ die Geschwindigkeit, mit der das Fräswerkzeug in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse an dem Material entlang bewegt wird.
Dabei wird dieser oder werden diese Parameter bei der vierten bevorzugten Verfahrensvariante solange verändert bzw. variiert, bis der ermittelte zeitliche Verlauf der Fräskraft die Periodizität der Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungs- kraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Rela- ti-vbewegtmg- aufweist-und-dabei ttes-Verhaitiris-der Schwin= gungsamplitude des Fräswerkzeugs zu einer theoretischen Schwingungsamplitude des Fräswerkzeugs grösser 0.5 ist, insbesondere grösser 1.0 ist. Die „theoretische Schwin- gungsamplitude" des Fräswerkzeugs ist hier diejenige Amplitude, die das Fräswerkzeug frei schwingend ohne Materialeingriff aufweisen würde. Sie lässt sich für den Fachmann ohne Weiteres aus den Maschinen- und Betriebsparametern errechnen oder durch einen Betrieb der ver- wendeten Vorrichtung ohne Materialeingriff ermitteln und muss deshalb hier nicht weiter erläutert werden.
Auf diese Weise lassen sich ebenfalls, insbesondere beim kraftgesteuerten dynamisch aktivierten Fräsen, gezielt bestimmte gewünschte Betriebszustände ein- stellen und stabil halten bzw. ungewünschte Betriebszustände gezielt vermeiden.
Des Weiteren sind auch Ausfuhrungsformen des erfindungsgemässe Verfahrens vorgesehen, bei denen die energetische Effizienz und/oder die Abtragsleistung über die statischen und dynamischen Anteile der Fräskraft optimiert wird.
In einer ersten solchen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der dynamische Anteil der über die Zeit gemittelten Fräskraft er- mittelt und wird oder werden eine oder mehrere der folgenden Parameter verändert bzw. variiert:
■ die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativ- bewegung;
• die Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung;
• die Drehfrequenz des Fräswerkzeugs; · die Geschwindigkeit, mit der das FräsWerkzeug in einer-R-teh-tung quer--zu seine«-Rotetionsachse"an dem Material entlang bewegt wird.
Dabei wird dieser oder werden diese Parameter bei dieser ersten bevorzugten Ausführungsform solange verändert bzw. variiert, bis der dynamische Anteil der Fräskraft maximal ist.
In einer zweiten solchen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der statische Anteil der über die Zeit gemittelten Fräskraft er- mittelt und wird oder werden eine oder mehrere der folgenden Parameter verändert bzw. variiert:
• die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbe- wegung;
• die Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung;
• die Drehfrequenz des Fräswerkzeugs;
· die Geschwindigkeit, mit der das Fräswerkzeug in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse an dem Material entlang bewegt wird.
Dabei wird dieser oder werden diese Parameter bei dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform solange verändert bzw. variiert, bis der statische Anteil der Fräskraft minimal ist.
In einer dritten solchen bevorzugten AusfUhrungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden der statische Anteil und der dynamische Anteil der über die Zeit gemittelten Fräskraft ermittelt und wird oder werden eine oder mehrere der folgenden Parameter verändert bzw. variiert:
• die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung; · die Frequenz der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung;
• die Drehfrequenz des Fräswerkzeugs;
• die Geschwindigkeit, mit der das Fräswerkzeug in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse an dem Material entlang bewegt wird.
Dabei wird dieser oder werden diese Parameter bei dieser dritten bevorzugten Ausführungsform solange verändert bzw. variiert/ bis das Verhältnis zwischen dem dynamischen und dem statischen Anteil der Fräskraft maximal ist bzw. bis das Verhältnis zwischen dem statischen und dem dynamischen Anteil der Fräskraft minimal ist.
Für den Fall, dass der dynamische Anteil der Ober die Zeit gemittelten Fräskraft ermittelt wird, ist es bevorzugt, dass dieser unter Verwendung bzw. unter Einbeziehung der folgenden Formel aus der Fräskraft Fs ermittelt wird:
mit
Figure imgf000019_0001
Für den Fall, dass der statische Anteil der über die Zeit gemittelten Fräskraft ermittelt wird, ist es bevorzugt, dass dieser unter Verwendung bzw. unter Einbeziehung der folgenden Formel aus der Fräskraft Fe ermittelt wird:
mit
Figure imgf000019_0002
In noch einer weiteren bevorzugten Ausfuhr- ungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Schwingbewegung des Fräswerkzeugs mittels einer durch einen Unwuchterreger erzeugten sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft bewirkt. Dabei wird die Frequenz dieser Anregungskraft derartig eingestellt bzw. geregelt, dass im bestimmungsgemässen Fräsbetrieb der Phasenwinkel zwischen der Anregung des Unwuchterregers und der Schwingungsantwort des Fräswerkzeugs zwisehen 90° und 180° liegt, bevorzugterweise zwischen 120° und 170° liegt. Auf diese Weise lassen sich ebenfalls, insbesondere beim kraftgesteuerten dynamisch aktivierten Fräsen, gezielt bestimmte gewünschte Betriebszustände einstellen und stabil halten bzw. ungewünschte Betriebs- zustände gezielt vermeiden.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden die Richtung der Vorschubbewegung und die Drehrichtung der Rotationsbewegung des Fräswerkzeugs derartig gewählt, dass entweder im Gleichlauf oder im Gegenlauf gefräst wird. Insbesondere beim Abfräsen von Strassendecken aus Beton oder Asphalt ist es bevorzugt, im Gegenlauf zu fräsen, da hierdurch ein ungewünschtes Abheben des Fräswerkzeugs bzw. der Fräsvorrichtung auch bei grossen Abtragsleistungen verhindert werden kann.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird als Fräswerkzeug eine Fräswalze verwendet, welche an ihrem Umfang mit einer Vielzahl von starr mit ihr verbundenen Fräselementen, bevorzugterweise Fräsmeissein, bestückt ist. Der- artige Fräswerkzeuge kommen bevorzugterweise beim Abfräsen von Strassendecken zum Einsatz.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur insbesondere automatisierten Durchführung des Verfahrens gemäss dem ersten Aspekt der Er- findung. Die Vorrichtung umfasst ein Fräswerkzeug, be- vorzugterweiee in Form einer Fräswalze, welches an seinem Umfang mit einer Vielzahl von Fräselementen bestückt ist, die mit Vorteil als Fräsmeissel ausgebildet sind.
Das Fräswerkzeug ist an einer von der Vor- richtung gebildeten Tragstruktur rotierbar um eine zentrale Rotationsachse des Fräswerkzeugs herum gelagert.
Zudem weist die Vorrichtung einen Antrieb auf, z.B. in Form eines Elektro- oder Hydraulikmotors, mittels welchem im bestimmungsgemässen Fräsbetrieb das Fräswerkzeug um seine zentrale Rotationsachse herum rotierbar ist, zum Abfräsen des Gesteinsmaterials oder gesteinsähnlichen Materials unter einem Inkontaktbringen der Fräselemente des Fräswerkzeugs mit dem abzufräsenden Material.
Die Tragstruktur ist verfahrbar, so dass das
Fräswerkzeug mit ihr im bestimmungsgemässen Fräsbetrieb bevorzugterweise translatorisch in einer Richtung quer, bevorzugterweise senkrecht, zu seiner Rotationsachse entlang dem abzufräsenden Material bewegt werden kann (an- spruchsgemässe Vorschubbewegung} .
Weiter umfasst die Vorrichtung Einrichtungen zur Erzeugung einer Schwingbewegung des Fräswerkzeugs, welche im bestimmungsgemässen Fräsbetrieb dessen Rotationsbewegung und die Vorschubbewegung überlagert.
Erfindungsgemäss weist die Vorrichtung eine
Steuerung auf, mit welcher diese bezüglich der Rotations- , Vorschub- und Schwingbewegung des Fräswerkzeugs im bestimmungsgemässen Fräsbetrieb automatisch derartig steuerbar ist, dass es während dem Abfräsen von Material mit der Vorrichtung zu einem periodischen Kontaktverlust zwischen den im Fräseingriff stehenden Fräselementen des Fräswerkzeugs und dem abzutragenden Material kommt.
Diese erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht die automatisierte Ausführung des Verfahrens gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung mit den bereits erwähnten Vorteilen. Bevorzugterweise ist die Vorrichtung derartig ausgebildet und mit der Steuerung derart steuerbar, dass der Weg, den die Fräselemente jeweils während dem Kontaktverlust zurücklegen, grösser ist als der Weg, den sie unter Verrichtung von Fräsarbeit bis zum nächsten Kontaktverlust im Material zurücklegen, und zwar bevorzugterweise mindestens fünfmal so gross ist wie der Weg, den sie unter Verrichtung von Fräsarbeit bis zum nächsten Kontaktverlust im Material zurücklegen. Hierdurch kann auch mit relativ leichten erfindungsgemässen Vorrichtungen eine sehr grosse Abtragsleistung erreicht werden. Auch wird es hierdurch möglich, kostengünstige Vorrichtungen ohne aufwendige Steuerungseinrichtungen einzusetzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Lagerung des Fräswerkzeugs an der Tragstruktur derartig ausgebildet, dass das Fräswerkzeug quer zu seiner Rotationsachse gegenüber der Tragstruktur schwingfähig ist. Die Einrichtungen zur Erzeugung der Schwingbewegung des Fräswerkzeugs umfassen dabei eine Anregungsanordnung, mittels welcher im bestim- mungsgemässen Betrieb das Fräswerkzeug mit einer sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft zu Schwingungen angeregt werden kann, so dass sich infolge der schwingfähigen Lagerung des Fräswerkzeugs an der Tragstruktur eine sich fortlaufend in der Bewegungsrich- tung umkehrende Relativbewegung (Schwingbewegung) des Fräswerkzeugs quer zu seiner Rotationsachse gegenüber der Tragstruktur ergibt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, in der die rotatorische Lagerung des Fräswerkzeugs an der Tragstruktur schwingfähig oder auch nicht-schwingfähig ausgebildet sein kann, umfassen die Einrichtungen zur Erzeugung der Schwingbewegung des Fräswerkzeugs eine Anregungsanordnung, mittels welcher im bestimmungsgemässen Betrieb das Fräswerkzeug mit einer sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft zu Drehschwingungen um seine - Rotationsachse herum angeregt werden kann, so dass sich eine sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende rotatorische Relativbewegung des Fräswerkzeugs um seine Rotationsachse herum gegenüber der Tragstruktur ergibt. Hierzu ist es erforderlich, dass die Ankopplung des Fräswerkzeug an den Antrieb für die Rotationsbewegung derartig ausgebildet ist, z.B. über eine rotationselastische Kupplung, dass das Fräswerkzeug trotz angekoppeltem Drehantrieb Drehschwingungen um seine Rotationsachse herum vollführen kann.
Diese beiden zuvor genannten bevorzugten Ausführungsformen der Vorrichtung weisen also eine kraftgesteuerte dynamische Anregung des Fräswerkzeugs auf. Wie bereits unter dem ersten Aspekt der Erfindung erwähnt wurde, ergibt sich hier der Vorteil, dass die Dynamik des (abgesehen vom Fräseingriff) freischwingenden Fräswerkzeugs genutzt werden kann, um die Fräsleistung zu maxi- mieren und aufgrund der fehlenden mechanischen Zwangskopplung zwischen dem die Anregungskraft bereitstellenden Antrieb und dem Fräswerkzeug eine besonders robuste und wartungsarme Ausgestaltung der zur Ausführung des Verfahrens verwendeten Vorrichtung möglich wird.
Die Anregungsanordnung weist bei den beiden zuvor genannten bevorzugten Ausführungsformen der Vor- richtung mit Vorteil einen Unwuchterreger auf, der bevorzugterweise innerhalb des Fräswerkzeugs angeordnet ist.
Bevorzugterweise ist dieser Unwuchterreger ein Kreisschwinger oder ein Richtschwinger, wobei es weiter bevorzugt ist, dass die Richtung der Anregungskraft des Unwuchterregers veränderbar ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Schwingrichtung gegenüber dem abzufräsenden Material veränderbar ist, was eine Optimierung des Fräsprozesses z.B. bei unterschiedlichen Abtragstiefen ermöglicht.
Die Frequenz der von dem Unwuchterreger erzeugten Anregungskraft ist bevorzugterweise derartig einstellbar oder regelbar, dass der Phasenwinkel zwischen der Anregung des Unwuchterregers und der Schwingungsantwort des Fräswerkzeugs zwischen 90* und 180° liegt, noch bevorzugter zwischen 120° und 170°. Hierdurch wird das gezielte Einstellen und Stabilhalten bestimmter gewünsch- ter Betriebszustände möglich bzw. die gezielte Vermeidung bestimmter ungewünschter Betriebszustande.
In einer dritten bevorzugten Variante der er- findungsgemässen Vorrichtung ist die Lagerung des Fräswerkzeugs an der Tragstruktur derartig ausgebildet, dass das FräsWerkzeug zwangsgeführt relativbaweglich quer zu seiner Rotationsachse gegenüber der Tragstruktur ist.
Die Einrichtungen zur Erzeugung der Schwingbewegung des Fräswerkzeugs umfassen dabei eine Anregungsanordnung, z.B. mit einem Kurbel- oder Exzentertrieb, mittels welcher im bestimmungsgemässen Betrieb das Fräswerkzeug innerhalb seiner zwangsgeführten Beweglichkeit mechanisch zwangsgesteuert derartig bewegt werden kann, dass es eine sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (Schwingbewegung) quer zu seiner Rotationsachse gegenüber der Tragstruktur vollführt. Diese Schwingbewegung überlagert seine Rotationsbewegung und die Vorschubbewegung.
Diese dritte bevorzugte Variante der Vorrichtung weist also eine weggesteuerte dynamische Anregung des Fräswerkzeuge auf, wodurch sich, wie bereits unter dem ersten Aspekt der Erfindung dargelegt wurde, der Vorteil ergibt, dass infolge der mechanischen Zwangskopp- lung auf einfache Weise eine genau definierte Schwingbewegung des Fräswerkzeugs sichergestellt werden kann.
Dabei ist es bei den Ausführungsformen der
Vorrichtung, bei denen das Fräswerkzeug quer zu seiner Rotationsachse gegenüber der Tragstruktur relativbeweglich ist, bevorzugt, dass die Vorrichtung derartig ausgebildet und mit ihrer Steuerung derart steuerbar ist, dass im bestimmungsgemässen Betrieb eine translatorische oder eine ellipsenförmige sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung des Fräswerkzeugs gegenüber der Tragstruktur erzeugt wird bzw. werden kann. Dabei ist es weiter von Vorteil, dass die Bewegungsrichtung dieser Relativbewegung bzw. bei einer ellip- senförmigen Relativbewegung die Hauptbewegungsrichtung im Wesentlichen parallel oder im Wesentlichen senkrecht zu dem Mittelwert der Fräsrichtungsvektoren aller in Fräseingriff stehenden Fräselemente verläuft. Je nach Art des abzufräsenden Materials und Geometrie der Fräselemente kann die eine oder die andere Variante bevorzugter sein.
Bei solchen Ausführungsformen ist es weiter von Vorteil, dass die Vorrichtung derartig ausgebildet ist, dass die Richtung der translatorischen bzw. die Hauptrichtung der ellipsenförmigen sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung des
Fräswerkzeugs gegenüber der Tragstruktur veränderbar ist, insbesondere in Abhängigkeit von der Frästiefe.
Durch die zuvor genannten Massnahmen wird eine optimale Umsetzung der Schwingbewegung in Abtrags- arbeit möglich.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung eine Steuerung auf, mit welcher sie automatisiert unter Ausführung einer oder mehrerer der unter dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Varianten des erfindungsgemässen Verfahrens betrieben werden kann.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung der Vorrichtung gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung im Strasaenbau, Untertagebergbau, Tagebergbau oder Hoch-/Tiefbau, bevorzugterweise zur fräsenden Bearbeitung von Asphalt, Beton, Gestein, Mineralien oder Kohle. Bei diesen Verwendungen treten die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zu Tage. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen An¬ sprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungs- gemässen Strassenfrase ;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemässen Verfahrens;
Fig. 3 den zeitlichen Fräs kraftverlauf beim bestimmungsgemessen Fräsbetrieb;
Fig. 4 die Bewegungsbahn eines im Fräseingriff stehenden Fräsmeissels der Fräsv/alze der Strassen- frase;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemässen Verfahrens;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines dritten erfindungsgemässen Verfahrens; und
Fig. 7 das Regelungsschema einer bevorzugten Variante des Verfahrens .
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgeraässe Vorrichtung in Form einer Strassenfrase in der Seitenansicht.
Wie zu erkennen ist , weist die Strassenfräse eine Tragstruktur 1 auf, welche sich über Kettenfahrwerke 2 verfahrbar auf dem Boden 3 abstützt. Innerhalb der Tragstruktur 1 ist ein dieselbetriebenes Hydraulikaggregat angeordnet (nicht gezeigt) , mittels welchem Hydrau- likantriebe in den Kettenfahrwerken 2 versorgt werden können, zur Bewirkung einer Vorschubbewegung V der Tragstruktur 1 in Fräsvorschubrichtung beim bestimmungsgemäs- sen Fräsbetrieb.
An der Tragstruktur 1 ist eine Fräswalze 4 rotierbar um eine horizontale und senkrecht zur Fräsvor- Schubbewegung V verlaufende zentrale Rotationsachse X herum gelagert, welche an Ihrem Umfang mit einer Vielzahl von starr mit Ihr verbundenen Fräsmeissein 5 bestückt ist. Die Fräswalze 4 ist mit einem Hydraulikantrieb (nicht gezeigt) versehen, welcher im bestimmungsgemäeeen Fräsbetrieb ebenfalls von dem Hydraulikaggregat versorgt wird und eine Rotationsbewegung R der Fräswalze 4 um deren Rotationsachse X herum erzeugt. Wie zu erkennen ist, sind dabei die Drehrichtung der Rotationsbewegung R der Fräswalze 4 und die Richtung der Vorschubbewegung V der- artig gewählt, dass im Gegenlauf gefräst wird.
Das abgefrässte granulatförmige Strassenbe- lagsmaterial wird von der Strassenfräse aufgenommen und Ober ein Förderband 6 auf einen vorausfahrenden LKW (nicht gezeigt) gefördert.
Wie in Zusammenschau mit Fig. 2 zu erkennen ist, welche die Fräswalze 4 der Strassenfräse im bestim- mungsgemässen Betrieb beim Abfräsen eines Strassenbelags B zeigt, sind innerhalb der Fräswalze 4 zwei Unwuchtwellen 7 mit zugeordneten Hydraulikantrieben angeordnet, welche ebenfalls von dem Hydraulikaggregat versorgt werden und die Unwuchtwellen 7 synchron gegenläufig zueinander in Rotation versetzten, so dass sie zusammen eine gerichtete, sich periodisch in der Richtung umkehrende Anregungskraft Fa erzeugen, welche auf die Fräswalze 4 einwirkt. Dabei ist die Drehfrequenz der Unwuchtwellen 7 und damit die Frequenz fa der Anregungskraft Fa um ein Vielfaches grösser als die Rotationsfrequenz fd der Fräswalze 4.
Da die Fräswalze 4 mittels Gummi-Schwingele- menten 8 schwingfähig an der Tragstruktur 1 gelagert ist, wird sie durch die sich periodisch in der Richtung umkehrende Anregungskraft Fa zu einer Schwingbewegung S gegenüber der Tragstruktur 1 angeregt, welche die Rotationsbewegung R und die Vorschubbewegung V überlagert. Die Bewegungsrichtung dieser Schwingbewegung S verläuft im Wesentlichen senkrecht zu dem Mittelwert der Fräsrich- tungsvektoren Z aller gerade in Fräseingriff stehenden Fräsmeissel 5. Die Schwingbewegung S entspricht nicht der Grösse des dargestellten Pfeiles, sondern weist typischerweise eine Amplitude von einigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern auf.
Wie in weiterer Zusammenschau mit Fig. 3 zu erkennen ist, welche den Verlauf der Fräskraft Fs Ober der Zeit t zeigt, wird die Strassenfräse hier von ihrer Steuerung derartig bezüglich der Vorschubbewegung V sowie bezüglich der Rotationsbewegung R und der Schwingbewegung S der Fräswalze 4 geregelt, dass es während dem Abfräsen des Strassenbelags B zu einem periodischen Kontaktverlust zwischen den gerade im Fräseingriff stehenden Fräsmeis- seln 5 der Fräswalze 4 und dem abzutragenden Material B kommt. Dies ist in Fig. 3 daran erkennbar, dass die Fräskraft Fs mit der Periodizität der von den Unwuchtwellen 7 erzeugten, sich periodisch in der Bewegungsrichtung umkehrende Anregungskraft Fa für bestimmte Zeitintervalle null wird. Dies sind die ZeitIntervalle, in denen die Fräsraeissel 5 keinen Kontakt zum abzufräsenden Material B aufweisen und entsprechend keine Fräsarbeit verrichtet wird.
Wie in Fig. 4 erkennbar ist, welche die Bewegungsbahn eines gerade im Fräseingriff stehenden Fräs- meissels 5 der Fräswalze 4 zeigt, ist dabei der Schwingweg Sl, den die Fräsmeissel 5 jeweils während dem Kontaktverlust zurücklegen, deutlich grösser als der
Schwingweg S2, den sie unter Verrichtung von Fräsarbeit bis zum nächsten Kontaktverlust im Material B zurück- legen. Der Schwingweg S2 wird auch als Frästiefe bezeichnet. Im vorliegenden Fall ist der Weg Sl etwa viermal so gross wie der Weg S2.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung wie Fig. 2 einer Variante der Strassenfräse, bei welcher eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Ver- fahrens zum Einsatz kommt. Wie schon bei der zuvor beschriebenen Strassenfräse sind die Drehrichtung der Rotationsbewegung R der Fräswalze 4 und die Richtung der Vorschubbewegung V derartig gewählt, dass im Gegenlauf gefräst wird. Auch sind hier ebenfalls innerhalb der Fräswalze 4 zwei Unwuchtwellen 7 mit zugeordneten Hydraulikantrieben angeordnet, welche im bestimmungsgemässen Fräsbetrieb von dem Hydraulikaggregat versorgt werden. Im vorliegenden Fall werden die Unwuchtwellen 7 jedoch nicht gegensinnig, sondern synchron gleichsinnig mit einer Phasenlage von 180° zueinander rotiert, so dass sie ein sich periodisch in der Richtung umkehrendes Anregungs- drehmoment Ma um die Rotationsachse X der Fräswalze 4 herum auf die Fräswalze 4 ausüben. Dabei ist die Drehfrequenz der Unwuchtwellen 7 und damit die Frequenz des sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungsdrehmoments Ma um ein vielfaches grösser als die Rotationsfrequenz fd der Fräswalze 4.
Da die Fräswalze 4 von dem ihr zugeordneten Hydraulikantrieb (nicht gezeigt) über eine rotatorisch schwingfähige Kupplung 9 angetrieben wird, wird sie durch das sich periodisch in der Richtung umkehrende Anregungsdrehmoment Ma zu einer Dreh-Schwingbewegung DS gegenüber der Tragstruktur 1 um ihre Rotationsachse X herum angeregt, welche die Rotationsbewegung R und die Vorschubbewegung V überlagert. Auch hier entspricht die Schwingbewegung DS nicht der Grösse des dargestellten Pfeiles, sondern weist typischerweise eine Amplitude von einigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern auf.
Auch hier wird die Strassenfräse von ihrer Steuerung derartig bezüglich der Vorschubbewegung V sowie der Rotationsbewegung R und der Dreh-Schwingbewegung DS der Fräswalze 4 geregelt, dass es während dem Abfräsen des Strassenbelags B zu einem periodischen Kontaktverlust zwischen den gerade im Fräseingriff stehenden Fräsmeissein 5 der Fräswalze 4 und dem abzutragenden Material B kommt, bei Fräskraftverläufen der im Fräseingriff stehenden Fräsmeissel, welche ähnlich sind wie der in Fig. 3 gezeigte.
Fig. 6 zeigt eine Darstellung wie Fig. 2 einer weiteren Variante der Strassenfräse, bei welcher eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsge- mässen Verfahrens zum Einsatz kommt. Wie schon bei den zuvor beschriebenen Strassenfräsen sind die Drehrichtung der Rotationsbewegung R der Fräswalze 4 und die Richtung der Vorschubbewegung V auch hier derartig gewählt, dass im Gegenlauf gefräst wird. Diese Variante unterscheidet sich von den beiden zuvor beschriebenen Varianten darin, dass hier die Schwingbewegung SM der Fräswalze 4 nicht kraftgesteuert durch eine schwingfähige Lagerung bzw. eine schwingfähige rotatorische Ankopplung und eine ent- sprechende Anregung durch eine sich periodisch in der
Richtung umkehrende Anregungskraft erzeugt wird, sondern mechanisch zwangsgesteuert (weggesteuert), indem die im Wesentlichen starre Lagerung 10 der Fräswalze 4 an der Tragstruktur 1 mittels eines Kurbel- oder Exzentertriebs (nicht gezeigt) in Führungen 11 translatorisch hin und her bewegt wird, mit einer Frequenz fa die auch hier einem Mehrfachen der Rotationsfrequenz fd der Fräswalze 4 entspricht .
Auch hier wird die Strassenfräse von ihrer Steuerung derartig bezüglich der Vorschubbewegung V sowie der Rotationsbewegung R und der bewegungsgesteuerten Schwingbewegung SM der Fräswalze 4 geregelt, dass es während dem Abfräsen des Strassenbelags B zu einem periodischen Kontaktverlust zwischen den gerade im Fräsein- griff stehenden Fräsmeissein 5 der Fräswalze 4 und dem abzutragenden Material B kommt, wiederum bei Fräskraftverläufen und Bewegungsbahnen der im Fräseingriff stehenden Fräsmeissel, welche im Wesentlichen den in den Figuren 3 und 4 gezeigten entsprechen. Fig. 7 zeigt das Regelungeschema einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens mit kraftgesteuerter dynamischer Anregung des Fräswerkzeugs über einen als Richtschwinger ausgebildeten ünwuchterreger.
Für die Durchführung des Verfahrens wird, z.B. wie in Fig. 2 dargestellt, ein Fräswerkzeug bereitgestellt, in Rotation versetzt und beim Abfräsen von Material an dem Material entlangbewegt, wobei der Rotationsbewegung und der Vorschubbewegung eine Schwingbewegung des Fräswerkzeugs überlagert wird, derart, dass es während dem Abfräsen von Material zu einem periodischen Kontaktverlust zwischen den gerade im Fräseingriff stehenden Fräselementen des Fräswerkzeugs und dem abzutragenden Material kommt. Diese Grundsituation wurde in Analogie zu den entsprechenden Schritten in Patentan- spruch 1 mit „a) - c)" in der oberen Blase des Schemas bezeichnet.
Gemäss dieser Variante wird in regelmässigen Intervallen die Beschleunigung des Fräswerkzeugs ermittelt, daraus der zeitliche Verlauf der Fräskraft des Fräswerkzeugs berechnet und sodann mittels Fast-Fourier- Transformation in den Frequenzbereich transformiert.
Dieser Schritt ist im Schema durch das mit „d)ft bezeichnete Kästchen dargestellt.
Sodann wird geprüft, ob das so ermittelte Frequenzspektrum eine Spitze bei der Frequenz der periodisch sich in der Richtung umkehrenden Anregungskraft des Unwuchterregers aufweist, was durch im Schema durch das mit „e)" bezeichnete Kästchen dargestellt ist.
Führt diese Prüfung zu dem Ergebnis „F" (False) , dass das Frequenzspektrura keine Spitze bei der Frequenz der Anregungskraft des Unwuchterregers aufweist, so wird die Grösse und/oder Frequenz der Anregungskraft des Unwuchterregers, die Drehfrequenz des Fräswerkzeugs und/oder der Geschwindigkeit, mit der das Fräswerkzeug an dem abzufräsenden Material entlang bewegt wird, verän- dert, zur Veränderung des zeitlichen Verlaufs der Fräskraft bzw. des daraus abgeleiteten Frequenzspektrums. Dieser Schritt ist im Schema durch das mit „e)" bezeichnete Kästchen dargestellt.
Führt diese Prüfung zu dem Ergebnis „T" (True) , dass das Frequenzspektrum eine Spitze bei der
Frequenz der Anregungskraft des Unwuchterregers aufweist, so erfolgt in diesem Intervall keine Veränderung der zuvor genannten Parameter.
Anschliessend folgt das nächste Mess- und Auswertungsintervall „d)" und „e)", gegebenenfalls unter Veränderung „f)n einer oder mehrerer der zuvor erwähnten Parameter. Dies ist im Schema durch die mit „R" bezeichneten Pfeile dargestellt.
Während in der vorliegenden Anmeldung bevor- zugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und auch in anderer Weise innerhalb des Umfangs der nun folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Abfräsen von Gesteinsmaterial (B) oder gesteinsähnlichem Material, insbesondere zum Abfräsen einer Strassendecke (3) aus Asphalt (B) oder Beton, umfassend die Schritte:
a) Bereitstellen eines um eine Rotationsachse (X) herum rotierbaren Fräswerkzeugs (4), welches an seinem Umfang mit einer Vielzahl von Fräselementen (5), insbesondere Fräsmeissein (5), bestückt ist;
b) Versetzten des Fräswerkzeugs (4) in eine Rotationsbewegung (R) um die Rotationsachse (X) herum;
c) Abfräsen des Gesteinsmaterials (B) oder gesteinsähnlichen Materials unter einem Inkontakt- bringen der Fräselemente (5) des rotierenden Fräswerkzeugs (4) mit dem abzufräsenden Material (B), wobei eine Vorschubbewegung (V) zwischen dem Fräswerkzeug (4) und dem Material (B) erzeugt wird, indem das Fräswerkzeugs (4) quer, insbesondere rechtwinklig zu der Rotationsachse (X) insbesondere translatorisch entlang dem Material (B) bewegt wird und/oder das Material (B) quer, insbesondere rechtwinklig zu der Rotationsachse (X) des Fräswerkzeugs (4) insbesondere translatorisch entlang dem Fräswerkzeug (4) bewegt wird;
wobei der Rotationsbewegung (R) und der Vorschubbewegung (V) eine Schwingbewegung (S, DS, SM) des Fräswerkzeugs (4) überlagert wird, derart, dass es während dem Abfräsen von Material (B) zu einem periodischen Kontaktverlust zwischen den gerade im Fräseingriff stehenden Fräselementen (5) des Fräswerkzeugs (4) und dem abzutragenden Material (B) kommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Heg
(Sl), den die Fräselemente (S) jeweils während dem Kontaktverlust zurücklegen, grösser ist als der Weg (S2), den sie unter Verrichtung von Fräsarbeit bis zum nächsten KontaktVerlust im Material (B) zurücklegen, und insbeson- dere, wobei der Weg (Sl) , den die Fräselemente (5) jeweils während dem Kontaktverlust zurücklegen, mindestens fünfmal so gross ist wie der Weg (S2), den sie unter Verrichtung von Fräsarbeit bis zum nächsten Kontaktverlust im Material (B) zurücklegen.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fräswerkzeug (4) rotierbar um die Rotationsachse (X) an einer Tragstruktur (1) gelagert ist und die Vorschubbewegung (V) durch eine Relativbewegung der Tragstruktur gegenüber dem abzutragenden Material (B) und/oder durch eine Relativbewegung des abzutragenden Materials (B) gegenüber der Tragstruktur (1) erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Lagerung (8) des Fräswerkzeugs (4) an der Tragstruktur (1) derartig ausgebildet ist, dass das Fräswerkzeug (4) quer zu seiner Rotationsachse (X) gegenüber der Tragstruktur (1) schwingfähig ist und wobei die Schwingbewegung (S) des Fräswerkzeugs (4) dadurch erzeugt wird, dass das Fräswerkzeug (4) mittels einer sich periodisch mit einer Frequenz (fa) in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa) zu Schwingungen angeregt wird, wodurch eine sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (S) des Fräswerkzeugs (4) quer zu seiner Rotationsachse (X) gegenüber der Tragstruktur (1) erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die
Schwingbewegung (DS) des Fräswerkzeugs (4) dadurch erzeugt wird, dass das Fräswerkzeug (4) mittels einer sich periodisch mit einer Frequenz (fa) in der Richtung umkehrenden Anregungskraft in Form eines sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungsdrehmoments (Ma) zu Drehschwingungen um seine Rotationsachse (X) herum angeregt wird, wodurch eine sich fortlaufend in der Bewe- gungsrichtung umkehrende Relativbewegung (DS) des Fräswerkzeugs (4) um seine Rotationsachse (X) herum gegenüber der Tragstruktur (1) erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die sich periodisch in der Bewegungsrichtung umkehrende Anregungskraft (Fa, Ma} mittels eines insbesondere innerhalb des Fräswerkzeugs (4) angeordneten Unwuchterregers (7) erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die
Schwingbewegung (SM) des Fräswerkzeugs (4) dadurch erzeugt wird, dass mechanisch zwangsgesteuert eine sich mit einer Frequenz (fa) fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (SM) des Fräswerkzeugs (4) quer zu seiner Rotationsachse (X) gegenüber der Tragstruktur (1) erzeugt wird, insbesondere mittels eines Exzenter- oder Kurbeltriebs.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 6 und 7, wobei eine translatorische oder eine ellipsenförmige sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (S, SM) des Fräswerkzeugs (4) gegenüber der Tragstruktur (1) erzeugt wird, und insbesondere, wobei die Bewegungsrichtung dieser Relativbewegung (S, SM) bzw. bei einer ellipsenförmigen Relativbewegung die
Hauptbewegungsrichtung im Wesentlichen parallel oder im Wesentlichen senkrecht zu dem Mittelwert der Fräsrich- tungsvektoren aller in Fräseingriff stehenden Fräselemente (5) verläuft.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Richtung der translatorischen bzw. die Hauptrichtung der ellipsenförmigen sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (S, SM) des Fräswerkzeugs (4) gegenüber der Tragstruktur (1) verändert wird, insbeson- dere in Abhängigkeit von der Frästiefe (S2) .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, des Weiteren umfassend die Schritte:
d) Ermitteln des zeitlichen Verlaufs der Be- schleunigung (i?) des Fräswerkzeugs (4) in der Richtung, in welcher dieses die sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (S, DS, SM) gegenüber der Tragstruktur (1) ausführt bzw. des zeitlichen Verlaufs einer aus dieser Beschleunigung abgeleiteten oder mit dieser Beschleunigung
Figure imgf000036_0002
gebildeten Grösse, des zeitlichen Verlaufs einer Fräskraft (Fs) des Fräswerkzeugs (4), des Frequenzspektrums des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigung des Fräswerkzeugs (4) in der Richtung, in welcher dieses die sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (S, DS, SM) gegenüber der Tragstruktur (1) ausführt bzw. des Frequenzspektrums des zeitlichen Verlaufs einer aus dieser Beschleunigung abgeleiteten oder mit dieser Beschleunigung
Figure imgf000036_0001
gebildeten Grösse und/oder des Frequenzspektrums des zeitlichen Verlaufs einer Fräskraft (Fs) des Fräswerkzeugs (4) während dem Abfräsen;
e) Prüfen, ob der jeweilige ermittelte zeitliche Verlauf die Periodizität der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist und/oder ob das jeweilige ermittelte Frequenzspektrum eine Spitze bei der Frequenz (fa) der periodisch sich in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist,
und, für den Fall, dass der jeweilige ermittelte zeitliche Verlauf nicht die Periodizität der Frequenz (fa) der periodisch sich in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist und/oder dass das jeweilige ermittelte Frequenzspektrum keine Spitze bei der Frequenz (fa) der periodisch sich in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangegesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist, f) Verändern der Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangegesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , der Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder der Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, zur Veränderung des jeweiligen zeitlichen Verlaufs und/oder des je- weiligen Frequenzspektruras.
11. Verfahren nach Anspruch 10, des Weiteren umfassend den Schritt:
g) Wiederholen der Schritte d) , e) und f) bis der jeweilige ermittelte zeitliche Verlauf die Periodizität der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist und/oder bis das jeweilige ermittelte Frequenzspektrum eine Spitze bei der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei der zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) unter Verwendung bzw. unter Einbeziehung der folgenden Formel ermittelt wird:
Figure imgf000038_0001
worin Fs(t) die Fräskraft ist, m die schwingende Masse (Masse des Fräswerkzeugs und allfälliger darin bzw. daran angeordneter mitschwingender Massen, z.B. darin angeordnete Unwuchterreger) ist, die Beschleunigung der schwingenden Masse ist, c die Dämpfungskonstante der schwingfähigen Ankopplung der schwingenden Masse ist, die Geschwindigkeit der schwingenden Masse ist, k die Federkonstante der schwingfähigen Ankopplung der schwingenden Masse ist, x(t) der Schwingweg der schwingenden Masse ist und Fa(t) die Anregungskraft ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) ermittelt wird und die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, variiert werden, bis der ermittelte zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) die Periodizität der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist und zudem ein maximaler Unterschied zwischen minimaler und maximaler Fräskraft (Fs) vorliegt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis
13, wobei der zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) ermit- telt wird und die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V) , mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (x) an dem Material (B) entlang bewegt wird, variiert werden, bis der ermittelte zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) die Periodizität der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist und zudem das Verhältnis zwischen maximaler und durchschnittlicher Fräskraft (Fs) maximal ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis
14, wobei das Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigung (x) des Fräswerkzeugs (4) in der Richtung, in welcher dieses die sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (S, DS, SM) gegenüber der Tragstruktur (1) ausführt bzw. das Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs einer aus dieser Be- schleunigung (z) abgeleiteten oder mit dieser Beschleunigung (Ii) gebildeten Grösse und/oder das Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs einer Fräskraft (Fs) des Fräswerkzeugs (4) während dem Abfräsen von Material (B) ermittelt wird, und wobei das jeweilige Frequenzspektrum auf ein Vorhandensein von Spitzen bei einer oder mehreren bestimmten ganzzahligen Vielfachen und/oder ganzzahligen Bruchteilen der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SN) geprüft wird,
und wobei für den Fall, dass das jeweilige Frequenzspektrum eine oder mehrere dieser Spitzen nicht aufweist, die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), die Frequenz (fa) der sich periodisch in der
Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangegesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V) , mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (x) an dem Material (B) entlang bewegt wird, verändert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Ermitteln des jeweiligen Frequenzspektrums, das Prüfen des jeweiligen ermittelten Frequenzspektrums auf das Vorhandensein von Spitzen bei den bestimmten Frequenzen und das Verändern der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , der Fre- quenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , der Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder der Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, wiederholt wird, bis das jeweilige ermittelte Frequenzspektrum Spitzen bei den bestimmten Frequenzen aufweist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei zusätzlich das Verhältnis der Spitze bei der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) zu einer oder mehreren Spitzen bei bestimmten ganzzahligen Vielfachen und/oder ganzzahligen Bruchteilen der Frequenz (fa) der sich periodi- sch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) ermittelt wird, und wobei bei Abweichung eines oder mehrerer der Verhältnisse von einem Sollwert oder Schwellenwert das Ermitteln des jeweiligen Frequenz- spektrums, das Prüfen des jeweiligen ermittelten Frequenzspektrums auf das Vorhandensein von Spitzen bei bestimmten Frequenzen und das Verändern der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), der Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder der Geschwindigkeit (V) , mit der das Fräswerk- zeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, wiederholt wird, bis das oder die ermittelten Verhältnisse dem Sollwert entsprechen oder den Schwellenwert erreicht haben.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Verhältnis der Spitze bei einer zur Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) subharmonischen Frequenz zur Spitze bei der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) ermittelt wird und das Ermitteln des jeweiligen Frequenzspektrums, das Prüfen des jeweiligen ermittelten Frequenzspektrums auf das Vorhandensein von Spitzen bei bestimmten Frequenzen und das Verändern der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbe- wegung (SM), der Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder der Geschwindigkeit (V) , mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, wiederholt wird, bis das ermittelte Verhältnis ein ganzzahliges Verhältnis ist, insbesondere 1:1, 1:2 oder 3:5 ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei der zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) und die Schwingungsamplitude des Fräswerkzeugs (4) ermittelt werden und die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mecha- nisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, verändert bzw. variiert wird, bis der ermittelte zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fe) die Periodizität der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist und dabei das Verhältnis der Schwin- gungsamplitude (A0) des Fräswerkzeugs (4) zu einer theoretischen Schwingungsamplitude (jf) des Fräswerkzeugs (4), welches dieses bei der gegebenen Anregung (Fa) frei schwingend ohne Materialeingriff aufweisen würde, grösser 0.5 ist, insbesondere grösser 1.0 ist.
20. Verfahren nach einem der vorangehenden
Ansprüche» wobei der dynamische Anteil der über die Zeit gemittelten Fräskraft (Fs) ermittelt wird und die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, variiert werden, bis der dynamische Anteil der Fräskraft (Fs) maximal ist.
21. Verfahren nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei der statische Anteil der über die Zeit gemittelten Fräskraft (Fs) ermittelt wird und die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, variiert werden, bis der statische Anteil der Fräskraft (Fs) minimal ist.
22. Verfahren nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei der statische und der dynamische Anteil der über die Zeit gemittelten Fräskraft (Fs) ermittelt werden und die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, variiert werden, bis das Verhältnis zwischen dem dynamischen und dem statischen Anteil der Fräskraft (Fs) maximal ist bzw. bis das Verhältnis zwischen dem statischen und dem dynamischen Anteil der Fräskraft (Fs) minimal ist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei der dynamische Anteil der über die Zeit gemit- telten Fräskraft (Fs) unter Verwendung bzw. unter Einbe- Ziehung der folgenden Formel aus der Fräskraft (Fs) ermittelt wird:
mit
Figure imgf000044_0001
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei der statische Anteil der über die Zeit gemit- telten Fräskraft (Fs) unter Verwendung bzw. unter Einbeziehung der folgenden Formel aus der Fräskraft (Fs) ermittelt wird:
mit
Figure imgf000044_0002
25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schwingbewegung (S, DS) des Fräswerkzeugs (4) mittels einer durch einen Unwuchterreger (7) erzeugten sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bewirkt wird, und wobei die Frequenz (fa) dieser Anregungskraft (Fa, Ha) derartig eingestellt bzw. geregelt wird, dass der Phasenwinkel zwischen der Anregung (Fa, Ha) des Unwuchterregers (7) und der Schwingungsantwort des Fräswerkzeugs (4) zwischen 90° und 180° liegt, insbesondere zwischen 120° und 170° liegt.
26. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Richtung der Vorschubbewegung (V) und die Drehrichtung der Rotationsbewegung (R) des Fräswerkzeugs (4) derartig gewählt werden, dass im Gegenlauf gefräst wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei die Richtung der Vorschubbewegung (V) und die
Drehrichtung der Rotationsbewegung (R) des Fräswerkzeugs (4) derartig gewählt werden, dass im Gleichlauf gefräst wird.
28. Verfahren nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei als Fräswerkzeug eine Fräswalze (4) bereitgestellt wird, welche an ihrem Umfang mit einer Vielzahl von starr mit ihr verbundenen Fräselementen (5) , insbesondere Fräsmeissein (5), bestückt ist.
29. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend
a) ein Fräswerkzeug (4), insbesondere in Form einer Fräswalze (4), welches an seinem Umfang mit einer Vielzahl von Fräselementen (5), insbesondere
Fräsmeissein (5), bestückt ist, b) eine Tragstruktur (1), an der das Fräswerkzeug (4) rotierbar um eine zentrale Rotationsachse (X) herum gelagert ist und
c) einen Antrieb, mittels welchem im bestimmungsgemässen Betrieb eine Rotationsbewegung (R) des Fräswerkzeugs (4) um die zentrale Rotationsachse (X) herum mit einer Drehfrequenz (fd) erzeugbar ist, zum Abfräsen des Gesteinsmaterials (B) oder gesteinsähnlichen Materials unter einem Inkontaktbringen der Fräselemente (5) des Fräswerkzeugs (4) mit dem abzu- fräsenden Material (B) ,
wobei die Tragstruktur (1) verfahrbar ist, zur Erzeugung einer Vorschubbewegung (V) des Fräswerkzeugs (4) im bestimmungsgemässen Betrieb gegenüber dem abzufräsenden Material, bei welcher das Fräswerkzeug (4) quer, insbesondere rechtwinklig zu der Rotationsachse (X) insbesondere translatorisch entlang dem abzufräsenden Material (B) bewegt wird, und wobei die Vorrichtung des Weiteren umfasst
d) Einrichtungen zur Erzeugung im bestim- mungsgemässen Betrieb einer der Rotationsbewegung (R) des Fräswerkzeugs (4) und der Vorschubbewegung (V) überlagerten Schwingbewegung (S, DS, SM) des Fräswerkzeugs (4) und
e) eine Steuerung, mit welcher die Vorrich- tung im bestimmungsgemässen Betrieb automatisch derartig steuerbar ist, dass es während dem Abfräsen von Material (B) mit der Vorrichtung zu einem periodischen Kontaktverlust zwischen den im Fräseingriff stehenden Fräselementen (5) des Fräswerkzeugs (4) und dem abzutragenden Material (B) kommt.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die Vorrichtung derartig ausgebildet und mit ihrer Steuerung derart steuerbar ist, dass der Weg (Sl), den die Fräs- elemente (5) jeweils während dem Kontaktverlust zurück- legen, grösser ist als der Weg (S2) , den sie unter Verrichtung von Fräsarbeit bis zum nächsten Kontaktverlust im Material (B) zurücklegen, insbesondere derart, dass der Weg (Sl), den die Fräselemente (5) jeweils während dem Kontaktverlust zurücklegen, mindestens fünfmal so gross ist wie der Weg (S2), den sie unter Verrichtung von Fräsarbeit bis zum nächsten Kontaktverlust im Material (B) zurücklegen.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 30, wobei die Lagerung (8) des Fräswerkzeugs (4) an der Tragstruktur (1) derartig ausgebildet ist, dass das Fräswerkzeug (4) quer zu seiner Rotationsachse (X) gegenüber der Tragstruktur (1) schwingfähig ist und wobei die Einrichtungen zur Erzeugung der Schwingbewegung (S) des Fräswerkzeugs (4) eine Anregungsanordnung umfassen, mittels welcher im bestimmungsgemässen Betrieb das Fräswerkzeug (4) mit einer sich periodisch mit einer Frequenz (fa) in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa) zu Schwingungen angeregt werden kann, so dass sich eine sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (S) des Fräswerkzeugs (4) quer zu seiner Rotationsachse (X) gegenüber der Tragstruktur (1) ergibt.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 30, wobei die Einrichtungen zur Erzeugung der
Schwingbewegung (DS) des Fräswerkzeugs (4) eine Anregungsanordnung umfassen, mittels welcher im bestimmungsgemässen Betrieb das Fräswerkzeug (4) mit einer sich periodisch mit einer Frequenz (fa) in der Richtung um- kehrenden Anregungskraft (Ma) zu Drehschwingungen um seine Rotationsachse (X) herum angeregt werden kann, so dass sich eine sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende rotatorische Relativbewegung (DS) des Fräswerkzeugs (4) um seine Rotationsachse (X) herum gegenüber der Tragstruktur (1) ergibt.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 32, wobei die Anregungsanordnung (7) einen insbesondere innerhalb des Fräswerkzeugs (4) angeordneten Unwuchterreger (7) umfasst.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei der
Unwuchterreger (7) ein Kreisschwinger oder ein Richtschwinger ist, und insbesondere, wobei die Richtung der Anregungskraft des Unwuchterregers veränderbar ist.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 34, wobei die Frequenz (fa) der von dem Unwuchterreger (7) erzeugten Anregungskraft (Fa, Ma) derartig einstellbar oder regelbar ist, dass der Phasenwinkel zwischen der Anregung (Fa) des Unwuchterregers (7) und der Schwingungsantwort des Fräswerkzeugs (4) zwischen 90° und 180° liegt, insbesondere zwischen 120° und 170° liegt.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 30, wobei die Lagerung (10, 11) des Fräswerkzeugs (4) an der Tragstruktur (1) derartig ausgebildet ist, dass das Fräswerkzeug (4) quer zu seiner Rotationsachse (X) gegenüber der Tragstruktur (1) relativbeweglich ist
und wobei die Einrichtungen zur Erzeugung der Schwingbewegung (SM) des Fräswerkzeugs (4) eine Anre- gungsanordnung insbesondere mit einem Exzenter- oder
Kurbeltrieb umfassen, mittels welcher im bestimmungsge- raässen Betrieb mechanisch zwangsgesteuert eine sich mit einer Frequenz (fa) fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (SM) des Fräswerkzeugs (4) quer zu seiner Rotationsachse (X) gegenüber der Tragstruktur (1) erzeugt werden kann.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 und 33 bis 36, wobei die Vorrichtung derartig ausgebildet und mit ihrer Steuerung derart steuerbar ist, dass im bestimmungsgemäesen Betrieb eine translatorische oder eine ellipsenförmige sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (S, SM) des Fräswerkzeugs gegenüber der Tragstruktur erzeugt wird, und insbesondere, dass die Bewegungsrichtung dieser Relativbewegung (S, SM) bzw. bei einer ellipsenförmigen Relativbewe- gung die Hauptbewegungsriehtung im Wesentlichen parallel oder im Wesentlichen senkrecht zu dem Mittelwert der Fräsrichtungsvektoren aller in Fräseingriff stehenden Fräselemente (5) verläuft.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei die
Vorrichtung derartig ausgebildet ist, dass die Richtung der translatorischen bzw. die Hauptrichtung der ellipsenförmigen sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (S, SM) des Fräswerkzeugs (4) gegenüber der Tragstruktur (1) veränderbar ist, insbesondere in Abhängigkeit von der Frästiefe (S2) .
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 38, wobei die Vorrichtung eine Steuerung aufweist, mittels welcher im bestimmungsgemässen Betrieb die folgenden Schritte durchführbar sind:
A) Ermitteln des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigung (£) des Fräswerkzeugs (4) in der Richtung, in welcher dieses die sich fortlaufend in der Bewegungsriehtung umkehrende Relativbewegung (S, DS,
SM) gegenüber der Tragstruktur (1) ausführt bzw. des zeitlichen Verlaufs einer aus dieser Beschleunigung (x) abgeleiteten oder mit dieser Beschleunigung (£) gebildeten Grösse, des zeitlichen Verlaufs einer Fräskraft (Fe) des Fräswerkzeugs (4), des Frequenzspektrums des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigung [X) des Fräswerkzeugs (4) in der Richtung, in welcher dieses die sich fortlaufend in der Bewegungsrichtung umkehrende Relativbewegung (S, DS, SM) gegenüber der Tragstruktur (1) ausführt bzw. des Frequenzspektrums des zeitlichen Verlaufs einer aus dieser Beschleunigung (3c) abgeleiteten oder mit dieser Beschleunigung (£) gebildeten Grösse und/oder des Frequenzspektrums des zeitlichen Verlaufs einer Fräskraft (Fs) des Fräswerkzeugs (4) wahrend dem Abfräsen;
B) Prüfen, ob der jeweilige ermittelte zeitliche Verlauf die Periodizität der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist und/oder ob das jeweilige ermittelte Frequenzspektrum eine
Spitze bei der Frequenz (fa) der periodisch sich in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist,
und/ für den Fall, dass der jeweilige ermittelte zeitliche Verlauf nicht die Periodizität der Frequenz (fa) der periodisch sich in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist und/oder dass das jeweilige ermittelte Frequenzspektrum keine Spitze bei der Frequenz (fa) der periodisch sich in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist,
C) Verändern der Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteu- ert erzeugten Relativbewegung (SM) , der Drehfrequenz
(fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder der Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, zur Veränderung des je- weiligen zeitlichen Verlaufs und/oder des jeweiligen
Frequenzspektrums .
40. Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass die Schritte A) , B) und C) wiederholt werden oder wiederholt werden können, bis der jeweilige ermittelte zeitliche Verlauf die Periodizität der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist und/oder bis das jeweilige ermittelte Frequenzspektrum eine Spitze bei der Frequenz (fa) der sich pe- riodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist.
41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 40, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass der zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) unter Verwendung bzw. unter Einbeziehung der folgenden Formel ermittelt wird oder werden kann:
Figure imgf000051_0001
worin Fs(t) die Fräskraft ist, m die schwingende Masse ist, die Beschleunigung der schwingenden Masse ist, c die Dämpfungskonstante der schwingfähigen Ankopplung der schwingenden Masse ist,
Figure imgf000051_0002
die Geschwindigkeit der schwingenden Masse ist, k die Federkonstante der schwingfähigen Ankopplung der schwingenden Masse ist, x(t) der Schwingweg der schwingenden Masse ist und Fa(t) die
Anregungskraft ist.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 41, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass der zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) ermittelt wird oder ermittelt werden kann und die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungs- kraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V) , mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, variiert wird oder variiert werden kann, bis der ermittelte zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) die Periodizität der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist und zudem ein maximaler Unterschied zwischen minimaler und maximaler Fräskraft (Fs) vorliegt.
43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 42, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass der zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) ermittelt wird oder ermittelt werden kann und die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft
(Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, variiert wird oder variiert werden kann, bis der ermittelte zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) die
Periodizität der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist und zudem das Verhältnis zwischen maximaler und durchschnittlicher Fräskraft (Fs) maximal ist.
44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 43, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass das Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigung (X) des Fräswerkzeugs (4) in der Richtung, in welcher dieses die sich fortlaufend in der Bewegungs- richtung umkehrende Relativbewegung (S, DS, SM) gegenüber der Tragstruktur (1) ausführt bzw. das Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs einer aus dieser Beschleunigung abgeleiteten oder mit dieser Beschleunigung (£) gebildeten Grösse und/oder das Frequenzspektrum des zeitli- chen Verlaufs einer Fräskraft (Fs) des Fräswerkzeugs (4) während dem Abfräsen ermittelt wird oder ermittelt werden kann, und wobei das jeweilige Frequenzspektrum auf ein Vorhandensein von Spitzen bei einer oder mehreren bestimmten ganzzahligen Vielfachen und/oder ganzzahligen Bruchteilen der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) geprüft wird oder geprüft werden kann,
und wobei für den Fall, dass das jeweilige Frequenzspektrum eine oder mehrere dieser Spitzen nicht aufweist, die sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) vergrös- sert wird oder vergrössert werden kann, die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) erhöht wird oder erhöht werden kann, die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) reduziert wird oder reduziert werden kann und/oder die Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, erhöht wird oder erhöht werden kann, zur Veränderung des jeweiligen Frequenzspektrums dahingehend, dass Spitzen bei einer oder mehreren der bestimmten ganzzahligen Vielfachen und/oder ganz- zahligen Bruchteilen der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) auftreten.
45. Vorrichtung nach Anspruch 44, wobei die
Steuerung derartig ausgebildet ist, dass das Ermitteln des jeweiligen Frequenzspektrums, das Prüfen des jeweiligen ermittelten Frequenzspektrums auf das Vorhandensein von Spitzen bei den bestimmten Frequenzen und das Verän- dem der sich periodisch in der Richtung umkehrenden
Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsge- steuert erzeugten Relativbewegung (SM) , der Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder der Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, wiederholt wird oder wiederholt werden kann, bis das jeweilige ermittelte Frequenzspektrum Spitzen bei den bestimmten Frequenzen aufweist.
46. Vorrichtung nach Anspruch 45, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass zusätzlich das Verhältnis der Spitze bei der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) zu einer oder mehreren Spitzen bei bestimmten ganzzahligen Vielfachen und/oder ganzzahligen Bruchteilen der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) ermittelt wird oder ermittelt werden kann,
und wobei bei Abweichung eines oder mehrerer der Verhältnisse von einem Sollwert oder Schwellenwert das Ermitteln des jeweiligen Frequenzspektrums, das Prüfen des jeweiligen ermittelten Frequenzspektrums auf das Vorhandensein von Spitzen bei bestimmten Frequenzen und das Verändern der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der Amplitude der me- chanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangegesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , der Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder der Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, wiederholt wird oder wiederholt werden kann, bis das oder die ermittelten Verhältnisse dem Sollwert entsprechen oder den Schwellen- wert erreicht haben.
47. Vorrichtung nach Anspruch 46, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Spitze bei einer zur Frequenz (fa) der sich periodi- sch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) subharmonischen Frequenz zur Spitze bei der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangs- gesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) ermittelt wird oder ermittelt werden kann und das Ermitteln des jeweiligen Frequenzspektrums, das Prüfen des jeweiligen ermittelten Frequenzspektrums auf das Vorhandensein von Spitzen bei bestimmten Frequenzen und das Verändern der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert er- zeugten Relativbewegung (SM), der Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder der Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird/ wiederholt wird oder wiederholt werden kann, bis das ermittelte Verhältnis ein ganzzahliges Verhältnis ist, insbesondere 1:1, 1:2 oder 3:5 ist.
48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 47, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass der zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) und die Schwingungsamplitude (A0) des Fräswerkzeugs (4) ermittelt werden oder ermittelt werden kann und die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungs- kraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, verändert bzw. variiert wird oder verändert bzw. variiert werden kann, bis der ermittelte zeitliche Verlauf der Fräskraft (Fs) die Periodizität der Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsge- steuert erzeugten Relativbewegung (SM) aufweist und dabei das Verhältnis der Schwingungsamplitude (A0) des Fräswerkzeugs (4) zu einer theoretischen Schwingungsamplitude (A) des Fräswerkzeugs (4), welches dieses bei der gegebenen Anregung (Fa) frei schwingend ohne Materialeingriff aufweisen würde, grösser 0.5 ist, insbesondere grösser 1.0 ist.
49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 48, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass der dynamische Anteil der über die Zeit gemittelten Fräskraft (Fs) ermittelt wird oder ermittelt werden kann und die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mecha- nisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V) , mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, variiert werden oder variiert werden können, bis der dynamische Anteil der Fräskraft (Fs) maximal ist.
50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 49, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass der statische Anteil der Uber die Zeit gemittelten Fräskraft (Fs) ermittelt wird oder ermittelt werden kann und die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V), mit der das Fräswerkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, variiert werden oder variiert werden können, bis der statische Anteil der Fräskraft (Fs) minimal ist.
51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 50, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass der statische und der dynamische Anteil der über die Zeit gemittelten Fräskraft (Fs) ermittelt werden oder ermittelt werden können und die Grösse der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. die Amplitude der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM), die Frequenz (fa) der sich periodisch in der Richtung umkehrenden Anregungskraft (Fa, Ma) bzw. der mechanisch zwangsgesteuert erzeugten Relativbewegung (SM) , die Drehfrequenz (fd) des Fräswerkzeugs (4) und/oder die Geschwindigkeit (V), mit der das Fräs- Werkzeug (4) in einer Richtung quer zu seiner Rotationsachse (X) an dem Material (B) entlang bewegt wird, variiert werden oder variiert werden können, bis das Verhältnis zwischen dem dynamischen und dem statischen Anteil der Fräskraft (Fs) maximal ist bzw. bis das Verhältnis zwischen dem statischen und dem dynamischen toteil der Fräskraft (Fs) minimal ist.
52. Vorrichtung nach einem der 49 bis 51, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass der dy- namieche Anteil der über die Zeit gemittelten Fräskraft (Fs) unter Verwendung bzw. unter Einbeziehung der folgenden Formel aus der Fräskraft (Fs) ermittelt wird oder ermittelt werden kann:
mit
Figure imgf000058_0001
53. Vorrichtung nach einem der 49 bis 52, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, dass der statische Anteil der über die Zeit gemittelten Fräskraft (Fs) unter Verwendung bzw. unter Einbeziehung der folgenden Formel aus der Fräskraft (Fs) ermittelt wird oder ermittelt werden kann:
Figure imgf000058_0002
mit
Figure imgf000059_0001
54. Vorrichtung nach einem der 29 bis 53, wobei die Vorrichtung derartig ausgebildet ist, dass mit der Vorrichtung bestimmungsgemäss im Gleichlauf und/oder im Gegenlauf gefräst werden kann.
55. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 54 im Strassenbau, Untertagebergbau, Tagebergbau oder Hoch-/Tiefbau, insbesondere zur fräsenden Bearbeitung von Asphalt, Beton, Gestein, Mineralien oder Kohle.
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