DE102012009310A1

DE102012009310A1 - Baumaschine zum Bearbeiten einer Fahrbahnoberfläche

Info

Publication number: DE102012009310A1
Application number: DE102012009310A
Authority: DE
Inventors: Jens-Martin ZEHBE; Manfred Hammes
Original assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Current assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-11-14
Also published as: US9297125B2; US20130300182A1

Abstract

Baumaschine (1) zum Bearbeiten einer Fahrbahnoberfläche, insbesondere Straßenfräse (1) oder Bodenstabilisierer, umfassend ein drehend antreibbares Fräswerkzeug (15), insbesondere ein Fräsrotor oder eine Fräswalze, und eine Fräswerkzeugantriebseinrichtung, umfassend einen Antriebsmotor (11) und eine zwischen Antriebsmotor (11) und Fräswerkzeug (15) zwischengeschaltete Getriebeeinheit (12), wobei die Getriebeeinheit (12) als Zahnradschaltgetriebe ausgebildet ist und zumindest zwei Zahnradpaarungen (24a, 25a; 24b, 25b) mit jeweils abweichenden Übersetzungsverhältnissen umfasst, wobei die Zahnradpaarungen wahlweise als Teil der Antriebsverbindung zugeschaltet oder abgeschaltet werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baumaschine zum Bearbeiten einer Fahrbahnoberfläche, insbesondere eine Straßenfräse.
Eine solche Baumaschine ist beispielsweise aus der DE 20 2007 010 294 U1 bekannt. Diese umfasst eine an einem Maschinenrahmen gelagerte Fräswalze, die durch einen Dieselmotor angetrieben wird. Dem Dieselmotor nachgeordnet ist ein Getriebe zur Verteilung der Antriebskraft an die Fräswalze und andere nebengeschaltete Antriebe vorgesehen.
Ein grundlegendes Problem solcher Baumaschinen sind die enormen Schwingungen, Vibrationen oder Erschütterungen (im folgenden zusammengefasst unter „Vibrationen”), die durch das Fräswerkzeug erzeugt werden. Diese Vibrationen können sich im Wesentlichen auf die gesamte Baumaschine fortpflanzen, sofern nicht Maßnahmen zur Dämpfung vorgesehen sind. So werden stets individuelle Maßnahmen getroffen, um einzelne Baueinheiten der Maschine vom Fräswerkzeug zu entkoppeln. Beispielsweise beschäftigt sich die DE 10 2007 028 812 A1 mit der Entkopplung des Fahrerhauses von den Vibrationen, die durch das Fräswerkzeug erzeugt werden.
Die Vibrationen stellen eine große Belastung für Maschinenelemente dar. Um die Langlebigkeit des Antriebsmotors zu gewährleisten hat man in der Vergangenheit stets versucht, auch den Antriebsmotor betreffend die Vibrationen so weit wie möglich vom Fräswerkzeug zu entkoppeln. Eine heute weit verbreitete Möglichkeit besteht in der Nutzung eines Pumpenverteilergetriebes, wie dies in der bereits genannten DE 20 2007 010 294 U1 beschrieben ist. Die Antriebskraftübertragung zwischen Antriebsmotor und Fräswerkzeug erfolgt zumindest abschnittsweise dann ausschließlich über den hydraulischen Druck einer Hydraulikflüssigkeit. Die bekannten Dämpfungseigenschaften einer solchen Hydraulikflüssigkeit reichen dann aus, um kritische Vibrationen ausreichend abzudämpfen.
Man hält bislang weitgehend an der Verwendung der Pumpenverteilergetriebe fest. Dies mag auch daran liegen, dass ein solches Pumpenverteilergetriebe es ermöglicht, dass durch Zuschalten von weiteren Hydraulikmotoren ohne Weiteres ein Nebenantrieb eingeschaltet werden kann. Die Nachteile solcher Pumpenverteilergetriebe liegen allerdings in dem recht schlechten Wirkungsgrad, sowie in den Betriebsmittelverlusten, die durch einem solchen Getriebe innewohnenden Leckagen verursacht werden. Die Leckagen verhindern darüber hinaus auch eine exakte Drehzahlsynchronisation zwischen einzelnen Antrieben. Ein Pumpenverteilergetriebe ist ferner teuer in der Anschaffung und der Wartung. Dabei sind nur Pumpenverteilergetriebe mit einem starren Übersetzungsverhältnis noch akzeptabel in den Anschaffungs- und Wartungskosten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weiterentwickelte Baumaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen und dabei nach Möglichkeit Kosteneinsparungen im Bereich der Antriebsverbindung zu generieren und/oder die genannten Nachteile der bisherigen Lösungen zu reduzieren. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch eine Baumaschine nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Kern der Erfindung liegt insbesondere in der Verwendung eines Zahnradschaltgetriebes, mit dem die Übersetzung zwischen Antrieb und Abtrieb verändert werden kann. Ein solches Zahnradschaltgetriebe ermöglicht ferner ohne Weiteres die Zuschaltung von Nebenaggregaten. Insbesondere unter Verwendung von vibrationsdämpfenden Mitteln im Antriebsstrang, wie beispielsweise einem Riementrieb zwischen Getriebe und Fräswerkzeug, lässt es sich nicht mehr begründen, zwingend auf das Pumpenverteilergetriebe zurückzugreifen, um die Vibrationsentkopplung zwischen Fräswerkzeug und Antriebsmotor zu gewährleisten. Ein solches Zahnradschaltgetriebe kann deutlich günstiger beschafft und gewartet werden als ein Pumpenverteilergetriebe. Zudem bietet die Verwendung des Zahnradschaltgetriebes noch folgende Vorteile:
Es ergibt sich je nach Auswahl der Gangstufen eine ausreichende bis gute Drehzahlvariabilität der Fräswalze bei zugleich sehr hohem Wirkungsgraden des durchgängig mechanischen Antriebs. Die Möglichkeit zum wirkungsgradoptimierten Betrieb des Antriebsmotors ist, bei vergleichbar günstigen Anschaffungs- und Wartungskosten, weitgehend unabhängig von der verfahrenstechnisch notwendigen Drehzahl des Fräswerkzeugs. Gegenüber einem voll variablen Antrieb ist das Zahnradschaltgetriebe deutlich günstiger herstellbar. Zwar sprechen gegen die Verwendung eines Zahnradschaltgetriebes die lediglich diskreten Übersetzungsstufen. Die heute verfügbaren weiterentwickelten Fräswerkzeuge gestatten im Vergleich zu früheren Modellen nun auch den Betrieb innerhalb eines gewissen Drehzahlbandes, so dass dieser Nachteil nunmehr nicht mehr der Verwendung eines Zahnradgetriebes entgegen steht. Ferner bietet auch das Zahnradschaltgetriebe die Möglichkeit, Nebenantriebe ohne weiteres zu- bzw. abzuschalten.
Die Fräswerkzeugdrehzahl kann schnell und bequem und insbesondere auch während des Betriebs variiert werden, insbesondere unter Last. Dazu sind in dem Zahnradschaltgetriebe verschiedene Übersetzungsstufen zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle vorgesehen, die wahlweise zur Kraftübertragung benutzt werden können. Zur Zu- oder Abschaltung einer Übersetzungsstufe (Zahnradpaarung) kann eine dem jeweiligen Gang zugeordnete Kupplung benutzt werden.
In einer bevorzugten solchen Ausgestaltung sind der ersten Zahnradpaarung eine erste Kupplung zugeordnet und der zweiten Zahnradpaarungen eine zweite Kupplung zugeordnet, wobei durch Schließen einer der beiden Kupplungen die jeweils zugeordnete Zahnradpaarung wahlweise als Teil der Antriebsverbindung zugeschaltet oder abgeschaltet werden können. In diesem Fall sind beispielsweise zwei Zahnräder einer Zahnradpaarung stets miteinander in Eingriff. Das endgültige Einschalten dieser Zahnradpaarung in den Antriebsstrang erfolgt dann durch Betätigung der entsprechenden Kupplung, analog zu einem Doppelkupplungsgetriebe für den Automobilbereich. Der Vorteil liegt darin, dass die Änderung des Übersetzungsverhältnisses ohne Antriebskraftunterbrechung vorgenommen werden kann.
Vorzugsweise sind dabei die den jeweiligen Zahnradpaarungen zugeordneten Kupplungen parallel zueinander geschaltet. Die Antriebsverbindung zwischen dem Antriebsmotor und der Ausgangswelle der Getriebeeinheit wird dann bestimmungsgemäß ausschließlich über diese Kupplungen unterbrochen. Der Vorteil einer solchen Anordnung liegt darin, dass die Kupplungen zum Zuschalten im Wesentlichen auch diejenigen sind, mit denen die Antriebsverbindung vollständig unterbrochen werden kann. Auf eine separate „Vor”-Kupplung zwischen Antriebsmotor und Getriebeeinheit kann dann verzichtet werden.
Alternativ kann eine Übersetzungsstufe auch dadurch eingeschaltet werden, indem die beiden Zahnräder der jeweiligen Übersetzungsstufe in Eingriff miteinander gebracht werden. Hierzu ist es allerdings erforderlich, die Antriebskraft kurzzeitig zu unterbrechen, beispielsweise durch eine Kupplung, die dem gesamten Getriebe vorangestellt ist. Zur Änderung der Übersetzung ist dann allerdings mit einer Antriebskraftunterbrechung zu rechnen.
Durch geschickte Wahl der Übersetzungsverhältnisse kann ein nahezu oder zumindest ausreichend stationärer Betrieb des Antriebsmotors gewährleistet werden, der somit möglichst in seinem optimalen Wirkungsgradbereich betrieben wird.
Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielhaft und in nicht einschränkender Weise näher erläutert. Es zeigen schematisch
1: eine Bodefräsmaschine in ihrer Gesamtheit;
2: eine Fräsrotorantriebseinrichtung mit einem Hauptantrieb und einem Nebenantrieb im Leerlauf;
3: die Fräsrotorantriebseinrichtung nach 2 mit dem Hauptantrieb im Leerlauf und eingekoppeltem Nebenantrieb;
4: die Fräsrotorantriebseinrichtung nach 2 mit in einer ersten Getriebestufe eingekoppeltem Hauptantrieb und eingekoppeltem Nebenantrieb;
5: die Fräsrotorantriebseinrichtung nach 2 mit in einer zweiten Getriebestufe eingekoppeltem Hauptantrieb und eingekoppeltem Nebenantrieb.
1 zeigt eine Bodenfräsmaschine 1 (konkret eine Straßenfräse vom Frontladertyp mit Mittelrotor) in Seitenansicht. Die Arbeitsrichtung (Vorwärtsrichtung) ist mit dem Pfeil a angegeben. Wesentliche Elemente der Bodenfräsmaschine sind eine in einem Rotorkasten 2 angeordnete Fräseinrichtung, ein Maschinenrahmen 3 mit einem Fahrstand 4 und über Hubsäulen am Maschinenrahmen 3 höhenverstellbar gelagerte Raupenfahrwerke 5 (wobei hier auch alternativ Radfahrwerke eingesetzt werden können). Die Bodenfräsmaschine 1 umfasst ferner eine Fräsrotorantriebseinrichtung, die weiter unten noch näher erläutert wird. Die Fräsrotorantriebseinrichtung verfügt über einen nicht näher bezeichneten Verbrennungsmotor, über den die für den Betrieb erforderliche mechanische Arbeitsenergie zur Verfügung gestellt wird. Im Arbeitsbetrieb wird die Bodenfräsmaschine 1 über den Untergrund 6 in Arbeitsrichtung a verfahren und fräst dabei mit einem in 1 nicht dargestellten Fräsrotor innerhalb des Rotorkastens 2 Bodenmaterial auf.
Die 2 bis 5 zeigen schematisch die Fräsrotorantriebeinrichtung. Als Antriebsmotor 11 dient ein Dieselmotor, dessen Ausgangswelle 16 mit einer Eingangswelle 17 eines Zahnradschaltgetriebes 12 drehfest verbunden ist.
Über eine Vorstufe 20 wird das Antriebsmoment mit jeweils gleichem Übersetzungsverhältnis auf eine erste und zweite Zwischenwelle 21a, 21b übertragen. An die erste Zwischenwelle 21a schließt sich eine erste Lamellenkupplung 22a an, an die zweite Zwischenwelle 21b schließt sich eine zweite Lamellenkupplung 22b an. Die Lamellenkupplungen 22a, 22b dienen zum Zuschalten jeweils einer ersten bzw. zweiten Übersetzungsstufe 23a, 23b. Beide Übersetzungsstufen 23a, 23b umfassen jeweils ein Eingangsritzel 24a, 24b, die an der zugehörigen Lamellenkupplung 22a, 22b ausgangsseitig angeschlossen sind. Beide Eingangsritzel 24a, 24b kämmen mit einem Ausgangsritzel 25a, 25b. Dabei weisen die beiden Übersetzungsstufen 23a, 23b unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse auf. Die beiden Ausgangsritzel 25a, 25b sind jeweils fest mit einer Ausgangswelle 26 des Zahnradschaltgetriebes 12 verbunden. Die Ausgangswelle 26 treibt wiederum einen Riementrieb 14 an, der schließlich die Fräswalze 15 antreibt.
Über die Eingangswelle 17 wird ferner ein Nebenaggregat 28, beispielsweise ein Generator oder eine Hydraulikpumpe angetrieben. Dafür treibt die Eingangswelle ein Ritzel 27 an, welches ständig mit einem weiteren Ritzel 29 kämmt, wodurch eine Nebenwelle 30 ständig angetrieben wird. An diese Nebenwelle 30 schließt sich eine Zuschaltkupplung 31 zum Zuschalten des Nebenaggregates 28 an.
Im Zustand nach 2 werden die Eingangswelle 17, die beiden Zwischenwellen 21a, 21b sowie die Nebenwelle 30 angetrieben. Die Eingangsritzel 23a, 23b der Übersetzungsstufen werden aber noch nicht angetrieben, da die Lamellenkupplungen 22a und 22b offen sind. Um nun die Fräswalze 15 anzutreiben ist eine, und zwar ausschließlich eine, der Übersetzungsstufen 23a, 23b in den Antriebsstrang einzuschalten. Dazu wird genau eine der beiden Lamellenkupplungen 22a, 22b geschlossen. Es ist ersichtlich, dass durch Auswahl der zu schließenden Lamellenkupplung 22a, 22b das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle 17 und Ausgangswelle 26b festgelegt wird.
3 zeigt in Abweichung zur 2, dass nun die Zuschaltkupplung 30 geschlossen ist. Es wird in diesem Zustand die Fräswalze 15 nicht angetrieben; das Nebenaggregat 28 wird allerdings angetrieben.
4 zeigt in Abweichung zur 3, dass nun die erste Lamellenkupplung 22a geschlossen ist, wodurch die Antriebsverbindung zwischen Dieselmotor 11 und Fräswalze 15 hergestellt ist. Die erste Zahnradpaarung aus dem Eingangsritzel 24a und dem Ausgangsritzel 25a der ersten Übersetzungsstufe 23a ist nun Bestandteil der Antriebsverbindung.
5 zeigt in Abweichung zur 4, dass anstelle der ersten Lamellenkupplung 22a die zweite Lamellenkupplung 22b geschlossen ist. Dadurch bleibt zwar die Antriebsverbindung zwischen Dieselmotor 11 und Fräswalze 15 weiterhin hergestellt, allerdings mit einem geänderten Übersetzungsverhältnis. Die zweite Zahnradpaarung aus dem Eingangsritzel 24b und dem Ausgangsritzel 25b der zweite Übersetzungsstufe 23b ist nun Bestandteil der Antriebsverbindung.
Die Antriebsverbindung zwischen der Ausgangswelle 16 des Antriebsmotors 11 und der Ausgangswelle 26 des Getriebes 12 kann über die wahlweise betätigbaren Kupplungen 22 unterbrochen oder hergestellt werden. Daher ist eine Schaltkupplung zwischen dem Antriebsmotor 11 und dem Getriebe 12, in den Figuren außerhalb des Getriebegehäuses 19 gestrichelt dargestellt und mit dem Bezugszeichen 18 versehen, entbehrlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202007010294 U1 [0002, 0004]
DE 102007028812 A1 [0003]

Claims

Baumaschine (1) zum Bearbeiten einer Fahrbahnoberfläche, insbesondere Straßenfräse (1) oder Bodenstabilisierer, umfassend ein drehend antreibbares Fräswerkzeug (15), insbesondere ein Fräsrotor oder eine Fräswalze, und eine Fräswerkzeugantriebseinrichtung, umfassend einen Antriebsmotor (11) und eine zwischen Antriebsmotor (11) und Fräswerkzeug (15) zwischengeschaltete Getriebeeinheit (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (12) als Zahnradschaltgetriebe ausgebildet ist und zumindest zwei Zahnradpaarungen (24a, 25a; 24b, 25b) mit jeweils abweichenden Übersetzungsverhältnissen umfasst, wobei die Zahnradpaarungen wahlweise als Teil der Antriebsverbindung zugeschaltet oder abgeschaltet werden können.
Baumaschine (1) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Zahnradpaarungen (24a, 25a) eine erste Kupplung (22a) zugeordnet ist und dass der zweiten Zahnradpaarungen (24b, 25b) eine zweite Kupplung (22b) zugeordnet ist, wobei durch Schließen einer der beiden Kupplungen (22) die jeweils zugeordnete Zahnradpaarung (24, 25) wahlweise als Teil der Antriebsverbindung zugeschaltet oder abgeschaltet wird.
Baumaschine (1) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die den jeweiligen Zahnradpaarungen (24) zugeordneten Kupplungen (22) parallel zueinander geschaltet sind und die Antriebsverbindung zwischen Antriebsmotor (11) und einer Ausgangswelle (26) der Getriebeeinheit (12) bestimmungsgemäß ausschließlich über diese Kupplungen (22) unterbrochen werden kann.
Baumaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Getriebeeinheit (12) und dem Fräswerkzeug (14) ein Drehschwingungsdämpfer, insbesondere ein Riementrieb, angeordnet ist.