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Die Erfindung betrifft ein Klappzahn für ein Fräsrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fräsrad mit einem solchen Klappzahn, eine Schlitzwandfräse mit einem solchen Fräsrad sowie ein Verfahren zum Bearbeiten eines Grabegrunds mit einer solchen Schlitzwandfräse.
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Derartige Klappzähne sind beispielsweise aus der
EP 0 207 232 B1 , der
EP 0 291 027 B1 und der
EP 1 548 192 B1 bekannt. Diese werden insbesondere bei Schlitzwandfräsen eingesetzt, die zur Herstellung von Dicht- oder Stützwänden Verwendung finden. Schlitzwandfräsen weisen häufig zwei Paare von Fräsrädern auf, wobei jeweils zwei Fräsräder mit zueinander parallelen Drehachsen nebeneinander auf jeweils einer Seite des Lagerschilds angeordnet sind. Die Drehachsen von jeweils zwei, auf unterschiedlichen Seiten des Lagerschilds angeordneten Fräsrädern fluchten miteinander. Hierbei besteht das Problem, dass der Bodenbereich unmittelbar unterhalb des Lagerschildes, d.h. der Raum zwischen den Fräsrädern, nicht von den Fräsrädern abgearbeitet werden kann. Daher wird in der
EP 0 207 232 B1 und
EP 0 291 027 B1 vorgeschlagen, die an das Lagerschild angrenzenden Fräszähne an den Fräsrädern klappbar zu lagern. Hierbei klappen die Klappzähne der beiden auf verschiedenen Seiten des Lagerschilds angeordneten Fräsräder aufeinander zu, nachdem deren Klappzähne an dem Lagerschild vorbeirotiert sind. In der
EP 0 207 232 B1 ist offenbart, dass in Umfangsrichtung des Fräsrades ausgerichtete Klappzähne mit einem gleichmäßigen Querschnitt selbsttätig während des Vorschubs der Schlitzwandfräse ausklappen. Dadurch, dass der schwenkbare Klappzahn nur in einer vorgegebenen Richtung ausweichen kann, wird er automatisch beim Niederdrücken der Schlitzwandfräse in diese ausgeklappte Stellung geschwenkt. Gemäß der
EP 1 548 192 B1 können durch eine Art Nockensteuerung die Klappzähne in einen Bereich unterhalb des Lagerschildes ausgeklappt werden, um den darunterliegenden Bodenbereich abzuarbeiten. Beim Weiterdrehen des Fräsrades werden die Klappzähne wieder zwangsgesteuert eingeklappt, so dass das Lagerschild nicht von den Fräszähnen beschädigt wird. Die
EP 1 548 192 B1 schlägt zur Verlängerung der Haltbarkeit des Klappzahns eine einstückige Ausbildung von Schwenklager, Fräselementhalter und einem Steuerarm, letzterer für die besagte Nockensteuerung, vor.
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Die Nachteile bei den bekannten Klappzähnen liegen insbesondere in dem aufwändigen und verschleißanfälligen Klappmechanismus gemäß der
EP 0 291 027 B1 bzw. in der Unzuverlässigkeit des selbsttätigen Verschwenkens gemäß der
EP 0 207 232 B1 .
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verschleißarmen und dennoch effektiv schwenkbaren Klappzahn sowie ein entsprechendes Fräsrad sowie eine entsprechende Schlitzwandfräse zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird insbesondere durch einen Klappzahn mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Außerdem wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche gelöst, die auf ein Fräsrad, eine Schlitzwandfräse und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Grabegrunds gerichtet sind.
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Der Klappzahn weist gemäß einem ersten Erfindungsaspekt ein derartiges Profil auf, dass der Klappzahn beim Eintauchen in einen Grabegrund durch den Druck des Grabegrunds von einer Ruhestellung seitlich in eine Arbeitsstellung klappt. Besonders bevorzugt bewirkt allein dieser Druck das besagte Schwenken in die Arbeitsstellung.
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Unter dem Begriff „Profil“ wird, wie in der Strömungslehre üblich, die Form des Querschnitts eines Körpers - hier: des Klappzahns - in Strömungsrichtung bzw. Anströmrichtung verstanden. Die Umströmung durch einen nichtstarren Körper (hier: der Grabegrund) bewirken an diesem Körper angreifende Kräfte.
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Gemäß einem, zusätzlichen oder alternativen, zweiten Erfindungsaspekt ist eine durch den Massenschwerpunkt verlaufende Längsebene des Klappzahns (die auch als Mittelebene bezeichnet werden kann) in Relation zur Schwenkachse seitlich in Schwenkrichtung versetzt, um ein Verschwenken des Klappzahns - ohne Zwangsführung durch Steuermittel - von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung zu bewirken oder zu unterstützen, Letzteres vorzugsweise durch Mittel gemäß dem ersten und/oder dritten Erfindungsaspekt. Für die Bestimmung der Längsebene (und also auch des Massenschwerpunkts) wird vorzugsweise auch ein in die Halterung eingesetztes Fräselement berücksichtigt. Vorzugsweise verläuft die besagte Längsebene parallel oder nahezu parallel zur Schwenkachse; es ist aber auch möglich, dass die Schwenkachse und die Längsebene in einem - dann vorzugsweise spitzen - Winkel verlaufen. Durch den Versatz gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt kann erreicht werden, dass der Massenschwerpunkt des Klappzahns nicht über der Schwenkachse, sondern seitlich daneben liegt. Diese Schwerpunktverlagerung seitlich zur Schwenkachse kann dann ein leichteres Klappen des Klappzahns von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung bewirken. Der besagte Versatz kann 1 bis 10 cm betragen, beispielsweise zwischen 2 und 5 cm.
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Gemäß einem, zusätzlichen oder alternativen, dritten Erfindungsaspekt ist der Klappzahn schräg zur Umfangsrichtung am Außenumfang des Fräsrades anordenbar, vorzugsweise in einem Winkel, gemessen relativ zur Anströmrichtung und in Anströmrichtung weg von der ersten Schwenkrichtung, von mehr als 1°, bevorzugt zwischen 2° und 35°, besonders bevorzugt zwischen 3° und 20°, beispielsweise zwischen 5° und 10°. Je nach zu bearbeitendem Untergrund kann der Winkel auch relativ hoch gewählt werden, beispielsweise 20°-25° bei Fels als Grabegrund. Durch diese Anordnung gemäß dem dritten Erfindungsaspekt wird die erste Plattenseite in größerem Maße dem Grabegrund exponiert als die zweite Plattenseite, so dass das seitliche Klappen des Klappzahns von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung durch den Druck des Grabegrunds und besonders bevorzugt ausschließlich durch diesen Druck realisiert wird.
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Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass der erfindungsgemäße Klappmechanismus auf der Geometrie des Klappzahns, d.h. dessen geometrische Ausgestaltung und/oder dessen Geometrie der Anlenkung am Fräsrad, gründet. Es ist hierbei keine zusätzliche mechanische Zwangsführung, die am Getriebeschild bzw. der Verschleißleiste angeordnet ist, notwendig, d.h. kein Anlaufen eines Teils des Klappzahns gegen eine Steuerfläche am beispielsweise dem Lagerschild. Vielmehr klappt der Klappzahn besonders bevorzugt aus seiner Ruhestellung in seine Arbeitsstellung allein aufgrund der besagten Geometrien und des Drucks, den der Grabegrund gegen den Klappzahn ausübt.
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Die Erfindung lässt sich insbesondere dann mit Vorteil einsetzen, wenn dem auszuhebenden Bodenreich eine Stützflüssigkeit, beispielsweise eine stützende Bentonit-Suspension (z.B. selbsterhärtende Bentonit-Zement-Suspension), zugeführt wird. Der Grabegrund beinhaltet dann diese Stützflüssigkeit in größerem Maße, wobei der durch die Stützflüssigkeit verdünnte Grabegrund den Klappzahn anströmt. Aufgrund der Homogenität dieses Fluids (im Vergleich zur reinen Erde bzw. zum Grabegrund des Bodenreichs) ist die Anströmung mit Stützflüssigkeit-haltigem Grabegrund an den Klappzahn gleichmäßiger und auch vorhersehbarer.
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Das Profil des Klappzahns, das im Wesentlichen von der ersten Plattenseite, welche beim Abklappen bzw. Schwenken des Klappzahns in die erste Schwenkrichtung der zweiten Plattenseite nacheilt (d.h. die zweite Plattenseite weist in die erste Schwenkrichtung), und der zweiten Plattenseite ausgebildet wird, ist besonders bevorzugt als Tragflächenprofil ausgebildet, um das Abklappen fluiddynamisch zu bewirken bzw. zu unterstützen. Die Seitenflächen des in die Halterung eingesetzten Fräselements tragen ebenfalls zu dem Tragflächenprofil des Klappzahns bei. Es wird hierbei insbesondere ein geeignetes Profil des - ein- oder mehrteilig ausgebildeten - Grundkörpers benötigt, welches einen dynamischen Auftrieb des Klappzahns verursacht, wenn dieser vom Grabegrund umströmt wird. Dieser Auftrieb wird aufgrund seiner Anlenkung in ein Abklappen des Klappzahns in die erste Schwenkrichtung umgesetzt. Auftrieb bewirkende Profile sind aus dem Tragwerksbau hinlänglich bekannt und brauchen hier nicht detailliert erörtert werden.
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Vorteilhafterweise weist die erste Plattenseite ein oder mehrere konkave Abschnitte und/oder die zweite Plattenseite ein oder mehrere konvexe oder lineare Abschnitte auf. Diese aero- bzw. fluiddynamische Ausbildung mindestens einer, vorzugsweise beider Plattenseiten dient dazu, durch die Anströmung des Grabegrunds, der vorzugsweise eine Stützflüssigkeit enthält, auf der ersten Plattenseite einen größeren Druck zu erzeugen als auf der zweiten Plattenseite, um somit das Klappen von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung (auf die Seite der zweiten Plattenseite) hervorzurufen oder zu unterstützen. Insgesamt resultiert somit beim Anströmen von Grabegrund gegen den Klappzahn eine Gesamtkraft mit einer Kraftkomponente in die erste Schwenkrichtung.
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Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Anströmkante des Grundkörpers einen schmaleren Abschnitt aufweist als in Anströmrichtung nachfolgender Bereich, beispielsweise ein sich direkt an die Anströmkante anschließender Bereich und/oder der Bereich an der Profilhinterkante des Grundkörpers. Hierdurch wird der Grabegrund, vorzugsweise eine Stützflüssigkeit enthaltend (z.B. Bentonit), mit nur geringem Strömungswiderstand zur ersten oder zur zweiten Plattenseite umgelenkt, um dort an dem Grundkörper anzugreifen und den Klappzahn zu verschwenken bzw. abzuklappen.
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Als Anströmrichtung ist diejenige Relativrichtung zu verstehen, in welcher der zu schneidende Grabegrund dem Klappzahn entgegenkommt. Da der Grabegrund ortsfest ist (bevor er geschnitten bzw. gefräst wird) und das Fräsrad sich diesem Grabegrundabschnitt nähert, gibt die Anströmrichtung eine relative Richtung auf den Klappzahn zu an (ähnlich einem Flugzeug, das von der stillstehenden Luft angeströmt wird).
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Vorzugsweise weist der Grundkörper auf der ersten Plattenseite mindestens eine Prallfläche auf, damit Grabegrund gegen diese Prallfläche 21 anlaufen kann und einen erhöhten Druck (relativ zur zweiten Plattenseite) erzeugt, um das Schwenken in die erste Schwenkrichtung zu bewirken oder zumindest zu unterstützen (Zerlegung der Kräfte im Kräfteparallelogramm). Die Prallfläche steht bevorzugt, gesehen in Anströmrichtung, in einem - vorzugsweise nichtkonstanten - Winkel zwischen 20° und 85° von der durch den Massenschwerpunkt gehenden Längsebene des Klappzahns ab. Auch und insbesondere gegen diese Prallfläche auf der ersten Plattenseite läuft dann der Grabegrund beim Drehen des Fräsrades an und drückt den Klappzahn in erster Schwenkrichtung aus seiner Ruhe- in seine Arbeitsstellung. Wenn der Winkel zwischen der Längsebene und der Prallfläche groß ist, beispielsweise größer als 45°, dann ist auch der vom Grabegrund erzeugte Druck auf diese Prallfläche sehr hoch, so dass auch die Kraftkomponente in die erste Schwenkrichtung groß ist. Eine solche, relativ aggressive Ausgestaltung der Prallfläche benötigt ein entsprechend großes Drehmoment des Fräsrades, was ggf. aber auch eine höhere Abnutzung des Klappzahns einschließlich des Schwenklagers sowie des Fräsrades insgesamt hervorrufen kann. Vorzugsweise ist die zweite Plattenseite zusätzlich im Wesentlichen plan oder konvex ausgebildet, um die in Schwenkrichtung wirkenden Kräfte zu unterstützen.
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Vorzugsweise nimmt die Breite bzw. der Querschnitt des Grundkörpers, ausgehend vom ersten Teil des Schwenklagers in Richtung der Oberkante des Grundkörpers bzw. der Halterung für das Fräselement, im Mittel ab. Hierbei ist der Grundkörper nahe des Schwenklagers breiter ausgeführt als in einem Mittelbereich, und dieser Mittelbereich breiter ausgeführt als der Grundkörper im Bereich der Oberkante. Eine solche Ausgestaltung erleichtert ebenfalls das Schwenken bzw. Abklappen des Klappzahns.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fräsrad mit mindestens einem wie vorbeschriebenen schwenkbaren Klappzahn, wobei der Klappzahn am Außenumfang des Fräsrades angeordnet ist. Der Klappzahn kann hierbei gemäß einem, zwei oder allen drei Erfindungsaspekten ausgebildet sein.
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Das Fräsrad weist, wie im Stand der Technik üblich, eine Fräsradtrommel mit einer Drehachse auf, die sich in Umfangsrichtung der Trommel dreht. Im Einsatz des Fräsrades verlaufen - in der Draufsicht gesehen - die Drehrichtung der Fräsradtrommel und die Anströmrichtung an den erfindungsgemäßen Klappzahn parallel zueinander.
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Vorteilhafterweise verläuft die Schwenkachse des Klappzahns in einem Winkel α gegenüber der Anströmrichtung von mehr als 1 °, vorzugsweise zwischen 2° und 35°, besonders bevorzugt zwischen 3° und 20°, beispielsweise 5°, wobei die Beschaffenheit des zu bearbeitenden Grabegrunds vorteilhafterweise berücksichtigt wird. Die Schwenkachse läuft hierbei in Anströmrichtung von der ersten Schwenkrichtung (in Draufsicht gesehen) weg. Die Umfangsrichtung entspricht hier - in Draufsicht auf das Fräsrad - der Anströmrichtung an den erfindungsgemäßen Klappzahn. Mit anderen Worten ist die Schwenkachse des Klappzahns nicht gerade zum Schnittbild angeordnet. Aufgrund dieser Schrägstellung des Klappzahns zur Anströmrichtung drückt mehr Grabegrund gegen die der Anströmrichtung zugewandte erste Plattenseite des Grundkörpers als gegen die abgewandte, zweite Plattenseite, so dass der Klappzahn leichter aus der Ruhestellung in die Arbeitsstellung klappen kann.
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Es ist bevorzugt, wenn der Grundkörper mittels des ersten Teils des Schwenklagers derart am zweiten Teil des Schwenklagers, das am Außenumfang des Fräsrades vorgesehen ist, angeordnet ist, dass die erste Plattenseite beim rotierenden Eintauchen des Fräsrades in den Grabegrund einem relativ größeren seitlichen Druck und die zweite Plattenseite einem demgegenüber relativ geringeren seitlichen Druck ausgesetzt ist. Aero- bzw. fluiddynamisch gesprochen, ist die erste Plattenseite hierbei eine Überdruckseite und die zweite Plattenseite eine Unterdruckseite. Der Druck auf der ersten Plattenseite bei einer Anströmung von vorne, die in Draufsicht mit der Dreh- bzw. Umfangsrichtung des Fräsrades übereinstimmt, ist also höher als auf der zweiten Plattenseite.
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Vorgenanntes kann mit Vorteil beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die erste Plattenseite des Grundkörpers generell eine größere Angriffsfläche in Anströmrichtung, d.h. in Umlaufrichtung des Fräsrades, als die zweite Plattenseite aufweist. Damit werden größere Volumina Grabegrund, bevorzugt Stützflüssigkeit (z.B. Bentonit) enthaltend, gegen die erste Plattenseite als gegen die zweite Plattenseite angeströmt. Die an der ersten Plattenseite angreifenden Kräfte sind somit größer als die an der zweiten Plattenseite angreifenden Kräfte, und insbesondere die jeweilige Kraftkomponente senkrecht zur Schwenkachse. Somit wird der Klappzahn in Richtung der Arbeitsstellung, d.h. zur zweiten Plattenseite hin, gedrückt bzw. aufgrund der Anlenkung geklappt.
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Um den in Arbeitsstellung geklappten Klappzahn zurück in seine Ruhestellung zu überführen, damit der Klappzahn am Lagerschild des Fräsrades vorbeigeführt werden kann, ist vorzugsweise eine Kulissenführung am Lagerschild vorgesehen. Durch eine Bewegung eines Steuerabschnitts des Klappzahns entlang der Kulissenführung kann dann der Klappzahn durch Zwangsführung von der Arbeitsstellung in die Ruhestellung überführt werden.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Schlitzwandfräse, die mindestens ein wie vorbeschriebenes Fräsrad mit mindestens einem wie vorbeschriebenen Klappzahn aufweist. Hierbei ist bevorzugt mindestens ein derartiges Fräsrad drehbar an einem Lagerschild gelagert und mindestens ein erfindungsgemäßer Klappzahn in einem dem Lagerschild benachbarten Umfangsabschnitt des Fräsrades und in Richtung des Lagerschildes ausschwenkbar, um in der ausgeschwenkten Stellung in den unterhalb des Lagerschilds befindlichen Raum einzugreifen. Es ist bei der erfindungsgemäßen Schlitzwandfräse vorteilhaft, wenn diese mindestens zwei auf unterschiedlichen Seiten eines Lagerschilds angeordnete Fräsräder aufweist. Die Drehachsen dieser beiden benachbarten Fräsräder fallen zusammen. Es kann ein weiteres solches Paar Fräsräder vorgesehen sein, die beispielsweise an zwei benachbarten Fräsgetrieben vorgesehen sein können.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Bearbeiten eines Grabegrunds mittels einer Schlitzwandfräse, die ein Fräsrad mit mindestens einem Klappzahn aufweist, wobei der Klappzahn derart ausgebildet ist, dass er beim Eintauchen in den Grabegrund durch den vom Grabegrund ausgeübten Druck, vorzugsweise ausschließlich durch diesen Druck, aus seiner Ruhestellung seitlich in eine Arbeitsstellung ausgelenkt wird. Das Fräsrad ist wie oben beschrieben ausgebildet. Analoges gilt für den mindestens einen Klappzahn.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer Schlitzwandfräse;
- 2 eine perspektivische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Klappzahn in Ruhestellung (ohne Anlenkung);
- 3 eine perspektivische Draufsicht des Klappzahns gemäß 2 in Arbeitsstellung (mit Anlenkung an ein Fräsrad);
- 4 eine Vorderansicht des Klappzahns der 2 in Ruhestellung (ohne Anlenkung);
- 5 eine leicht perspektivisch dargestellte Vorderansicht des Klappzahns der 4 in Arbeitsstellung (mit Anlenkung an ein Fräsrad);
- 6 eine perspektivische Draufsicht auf ein Fräsrad mit zwei erfindungsgemäßen Klappzähnen;
- 7 eine andere perspektivische Draufsicht auf das Fräsrad nach 6;
- 8 eine Vorderansicht auf das Fräsrad gemäß den 6 und 7;
- 9 eine Seitenansicht des Fräsrades gemäß den 6-8, und
- 10 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Fräsrades mit einem erfindungsgemäßen Klappzahn; Strömungslinien sind miteingezeichnet.
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Die 1 zeigt eine bekannte Schlitzwandfräse 50, die an einem Baufahrzeug befestigt ist. Auf den bekannten Aufbau einer solchen Schlitzwandfräse 50 muss hier nicht näher eingegangen werden. Erwähnt sei lediglich, dass unterseitig an einem Gehäuse 51 unterhalb eines Lagerschildes 52 zwei nur schematisch angedeutete benachbarte Fräsräder 1, deren Drehachsen parallel zueinander verlaufen und die vorzugsweise gegenläufig in Richtung eines Saugkastens 55 zueinander rotieren. Vorzugsweise sind hinter diesen beider Fräsrädern 1 auf der anderen Seite des Lagerschilds 52 noch zwei weitere Fräsräder 1 vorgesehen, wobei die Drehachsen der hintereinander (senkrecht zur Bildebene) angeordneten Fräsräder 1 zusammenfallen; zum Antreiben der dann vier Fräsräder 1 können beispielsweise zwei nebeneinander angeordnete Fräsgetriebe vorgesehen sein. Die Fräsräder 1 in erfindungsgemäßer Ausgestaltung sind in den 5-8 genauer dargestellt. Da die beiden Fräsräder 1 drehbar am Lagerschild 52 angeordnet sind, wäre der Raum 53 direkt unterhalb des Lagerschilds 52 nicht bearbeitbar, wenn keine Klappzähne 10 vorgesehen wären. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die Fräsräder 1 mit Klappzähnen 10 zu versehen, die auch in diesem Bereich 53 Grabegrund abtragen.
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In den 2-5 ist ein erfindungsgemäßer Klappzahn 10 und in den 6-9 ein Fräsrad 1 mit zwei derartigen Klappzähnen 10 sowie weiteren, herkömmlichen Fräszähnen 5 dargestellt. Der Klappzahn 10 gemäß der 2-5 umfasst einen vorzugsweise massiven, aus beispielsweise Edelstahl bestehenden, plattenförmigen und flossenartig ausgebildeten Grundkörper 12 auf, der eine erste Plattenseite 13 und eine zweite Plattenseite 14 aufweist. Der Grundkörper 12 kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Der Begriff „plattenförmig“ ist hierbei nicht einschränkend auszulegen; er bedeutet, dass der Grundkörper 12 besonders bevorzugt eine größere Länge und größere Höhe als Breite aufweist. Insbesondere die erste und zweite Plattenseite 13, 14 definieren ein Profil 11 des Klappzahns 10, auf das weiter unten eingegangen wird.
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An dem Grundkörper 12 ist oberseitig eine nach oben offene, U-förmige Halterung 40 vorgesehen, in der ein herkömmliches Fräselement 41 mit einer Frässchneide 42 befestigt ist. Derartige Konstruktionen sind aus dem Stand der Technik bekannt und müssen daher hier nicht näher erörtert werden.
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Auf der der Halterung 40 gegenüberliegenden Seite ist am Grundkörper 12 ein erstes Teil 26, 27 eines Schwenklagers 25 vorgesehen, das eine Schwenkachse 30 definiert und es ermöglicht, den Klappzahn 10 an einem Fräsrad 1 schwenkbar anzulenken. Hierdurch kann der Klappzahn 10 in einer ersten Schwenkrichtung S von einer Ruhestellung RS (2 und 4) in eine Arbeitsstellung AS (3 und 5) verschwenkt werden, um auch den Bodenbereich 53 (1) unmittelbar unterhalb des Lagerschildes 52 (hier nicht dargestellt), an dem das Fräsrad 1 seitlich gelagert ist, abzuarbeiten. Beim Schwenken in die erste Schwenkrichtung S ist die erste Plattenseite 13 die nacheilende Plattenseite und die zweite Plattenseite 14 die voreilende.
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Das erste Teil 26, 27 des Schwenklagers 25 ist als vorderer Lagerfuß 26 und hinterer Lagerfuß 27 ausgebildet. Diese beiden Lagerfüße sind durch einen im Wesentlichen zylinderförmigen Verbindungsabschnitt 28 miteinander verbunden. Die Begriffe „vorderer“ und „hinterer“ sind hierbei in Bezug auf die Anströmrichtung A des Grabegrunds zu verstehen (s. 2 und 10). Beide Lagerfüße weisen jeweils eine zweigestufte, konzentrische Aufnahme 29 auf (s. 2 und 4), in welche jeweils ein Lagerzapfen (nicht dargestellt) eines vorderen bzw. hinteren Lagerbocks eingreifen kann, die den zweiten Teil 31, 32 des Schwenklagers 25 bilden und am Außenumfang 2 eines Fräsrades 1 befestigt, beispielsweise angeschweißt, sind. Durch diese Anlenkung kann der Klappzahn 10 um die derart gebildete Schwenkachse 30 klappen bzw. schwenken. Andere Ausgestaltungen des Schwenklagers 25 sind ohne weiteres möglich und dem Fachmann hinlänglich bekannt.
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Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist es beispielsweise vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Klappzahn 10 beim weiteren Drehen des Fräsrades 1 in eine Nicht-Fräsposition durch Anlaufen gegen eine Zwangssteuerung am Getriebeschild oder der Verschleißleiste gebracht wird, um in eine der ersten Schwenkrichtung S entgegengesetzte, zweite Schwenkrichtung von der Arbeitsstellung AS in die Ruhestellung RS zurückgeschwenkt zu werden. Hierdurch wird verhindert, dass die Klappzähne 10 in ihrer Arbeitsstellung gegen das Lagerschild 52 prallen. Die besagte Zwangssteuerung für das Zurückschwenken ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird hier nicht näher erläutert.
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Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt ist das Profil 11 des Klappzahns 10 bei frontaler Anströmung durch den Grabegrund, derartig ausgebildet, dass der Klappzahn 10 durch den Druck des Grabegrunds von der Ruhestellung RS in die Arbeitsstellung AS klappbar ist. Hierbei ist das Profil 11 vorliegend ein Tragflächenprofil, wobei der Grabegrund den Klappzahn 10 umströmt und einen relativen Überdruck auf der ersten Plattenseite 13 und einen relativen Unterdruck auf der zweiten Plattenseite 14 erzeugt. Die resultierende Kraft drückt den schwenkbar gelagerten Klappzahn 10 aus der Ruhestellung RS in die Arbeitsstellung AS.
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Um vorliegend dieses Klappen aufgrund des Drucks des umströmenden Mediums (hier: Grabegrund, der sich relativ zum Klappzahn 10 bewegt) zu erreichen, weist der Klappzahn gemäß der 2-5 mehrere konkave Abschnitte 19 auf, wie in der 2 ersichtlich. Vorliegend ist ein konkaver Abschnitt 19 (verdeckt) an einem Vorderabschnitt 15 und ein weiterer konkaver Abschnitt 19 auf einem Hinterabschnitt 16 auf der ersten Plattenseite 13 vorhanden, wobei Vorder- und Hinterabschnitt 15, 16 im Wesentlichen durch die Halterung 40 getrennt sind.
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Die zweite Plattenseite 14 weist vorliegend im Wesentlichen einen durchgängigen, großflächigen, planen Abschnitt 20 auf. Zusammen tragen insbesondere die erste und die zweite Plattenseite 13, 14 zum Tragflächenprofil bei. Auch die Seitenflächen des Fräselements 41 (wenn in die Halterung 40 eingesetzt) bilden vorzugsweise einen Teil des Tragflächenprofils.
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Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klappzahns 10 und eines erfindungsgemäßen Fräsrades 1 ist die Anströmkante 17 des Grundkörpers 12 schmaler ausgebildet als ein oder mehrere in Anströmrichtung A folgende Wandelemente 22 des Grundkörpers 12. Ähnlich der scharfen Schneide eines Messers dient diese Anströmkante 17 aufgrund ihres geringen Strömungswiderstands zum leichteren Eindringen in den Grabegrund. Die Profilhinterkante 18 hingegen ist vorliegend relativ breit ausgeführt.
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Wie insbesondere aus den 2 und 3 weiterhin ersichtlich ist, weist der Grundkörper 12 auf der ersten Plattenseite 13 nicht weit von der Anströmkante 17 und noch vor der Halterung 40 eine Prallfläche 21 auf. Diese ist in einem relativ großen Winkel β zu der durch den Massenschwerpunkt gehenden Längsebene 35 des Klappzahns 10 angeordnet. Dieser Winkel β, der in Anströmrichtung gemessen wird, ist vorliegend nicht konstant, sondern liegt in verschiedenen Abschnitten der Prallfläche 21 in Bereichen von ca. 20° bis 75°. Auf die Prallfläche 21 wirken besonders hohe Kräfte des (in relativer Hinsicht) entgegenkommenden Grabegrunds, die dementsprechend auch eine große Kraftkomponente auf die erste Plattenseite 13 ausüben, um den Klappzahn 10 in die Arbeitsstellung AS zu verschenken.
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Wie ebenfalls den Figuren zu entnehmen ist, nimmt die Breite des Grundkörpers 12 ausgehend vom Schwenklager 25 in Richtung der Halterung 40 für das Fräselement 41 im Mittel ab. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine robuste Ausführung des Schwenklagers 25 einerseits und eine aerodynamische Form im Bereich des Fräselements 41 andererseits.
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Der zweite Erfindungsaspekt ist ebenfalls in dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel umgesetzt. Wie insbesondere der 4 entnommen werden kann, weist die zuvor genannte Längsebene 35 des Klappzahns 10 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen seitlichen Versatz d zur Schwenkachse 30 auf. Die Längsebene 35 verläuft hierbei in Schwenkrichtung S versetzt zur Schwenkachse 30, vorliegend mit einem parallelen Versatz d. Durch diese Ausgestaltung wird ein günstiger Hebelarm erreicht, so dass das Abklappen bzw. Verschwenken des Klappzahns 10 in die erste Schwenkrichtung S erleichtert wird, ohne dass eine Zwangsführung durch Steuermittel o.ä. vorgesehen ist. Der Versatz d beträgt vorzugsweise 1 bis 10 Zentimeter, beispielsweise zwischen 2 und 6 cm.
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Auch der dritte Erfindungsaspekt, die schräge Ausrichtung des Klappzahns 10 gegenüber der Umfangsrichtung U, ist bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform realisiert. Der Klappzahn 10 bzw. die Schwenkachse 30 sind hierbei derart ausgerichtet, dass ein Schwenken bzw. Abklappen des Klappzahns 10 bewirkt oder unterstützt wird (s. Genaueres weiter unten).
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Ein erfindungsgemäßes Fräsrad 1 ist in den 6-9 dargestellt. Hierbei sind vorliegend am Außenumfang 2 des Fräsrades 1 an einem seiner beiden Ränder zwei erfindungsgemäße Klappzähne 10 mit Hilfe der besagten vorderen und hinteren Lagerböcke, die jeweils das zweite Teil 31, 32 jedes Schwenklagers 25 bilden, schwenkbar angelenkt. In den 6-9 sind beide Klappzähne 10 in der Arbeitsstellung AS gezeigt. Das dargestellte Fräsrad 1 ist trommelförmig ausgestaltet und weist an seinem Außenumfang 2 zudem eine Vielzahl herkömmlicher feststehender Fräszähne 5 auf, die beispielsweise angeschweißt sind. Die Fräszähne 5 sind ebenfalls flossenförmig ausgestaltet und weisen jeweils eine Halterung 40 mit einem in die Halterung 40 eingesetzten Fräselement 41 mit Frässchneide 42 auf.
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Wie in den 6-9 genauer dargestellt, verläuft in dem dargestellten Ausführungsbeispiel und entsprechend dem dritten Erfindungsaspekt die Schwenkachse 30 des Klappzahns 10 in einem Winkel α von ca. 5° gegenüber der Anströmrichtung A und in Anströmrichtung A weg von der ersten Schwenkrichtung S, siehe auch die Draufsicht der 10. Durch diese Ausgestaltung genügen relativ geringe Druckkräfte seitens des Grabegrunds, um den Klappzahn zu verschwenken, da die Angriffsfläche auf der ersten Plattenseite 13 zuungunsten der zweiten Plattenseite 14 zunimmt. Der Öffnungswinkel α kann ja nach Bedingungen verschieden groß gewählt werden und liegt vorzugsweise zwischen 2° und 35°, vorzugsweise zwischen 3° und 20° zur Umfangsrichtung U, beispielsweise zwischen 5° und 10°.
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Wie zuvor schon beschrieben bewirkt bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel, in dem alle drei Erfindungsaspekte realisiert sind, dass der der Klappzahn 10 derart ausgebildet und mittels des Schwenklagers 25 derart am Fräsrad 1 angeordnet ist, dass die erste Plattenseite 13 beim rotierenden Eintauchen des Fräsrades 1 in den Grabegrund einem relativ größeren seitlichen Druck ausgesetzt ist als die zweite Plattenseite 14, so dass der Klappzahn 10 in die Arbeitsstellung AS schwenkt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dieser höhere Druck auf der ersten Plattenseite 13 durch die Prallfläche 21, die Ausbildung des Profils 11 als Tragflächenprofil, durch den besagten Versatz d von Längsebene 35 zu Schwenkachse 30 sowie durch die schräge Anlenkung des Klappzahns 10 am Fräsrad 1 erreicht.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird das Schwenken des Klappzahns 10 in die erste Schwenkrichtung S bewirkt bzw. erleichtert, besonders bevorzugt ohne eine Zwangsführung, wie sie von den herkömmlichen und ausschließlich im Einsatz befindlichen Klappzähnen 10 her bekannt ist.
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Die das Abklappen in die erste Schwenkrichtung S bewirkenden Strömungsverhältnisse sind in der Draufsicht der 10 dargestellt. Beim Drehen und Vortreiben des Fräsrades 1 resultiert eine relative Anströmung des Klappzahns 10 durch Grabegrund aus der Anströmrichtung A. Der Grabegrund wird zu beiden Seiten des Klappzahns 10 geleitet, wobei der Grabegrund auf der ersten Plattenseite 13 an wesentlich mehr Stellen umgeleitet wird als an der zweiten Plattenseite 14, insbesondere - in der Draufsicht der 10 - entgegen der ersten Schwenkrichtung S. Der hierdurch entstehende Druck auf der ersten Plattenseite 13 lässt den Klappzahn 10 dann in die erste Schwenkrichtung S klappen.
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Das Zurückklappen der Klappzähne 10 von der Arbeitsstellung AS in die Ruhestellung RS, das im Wesentlichen auf der nicht-grabenden Abtriebsseite des Fräsrades 1 realisiert wird, um die Klappzähne 10 am Lagerschild vorbeizuführen, wird vorzugsweise wie im Stand der Technik realisiert, d.h. durch eine Kulissenführung am Lagerschild (nicht dargestellt). Hierbei werden die Klappzähne 10 durch eine Bewegung entlang dieser Kulissenführung in eine zweite Schwenkrichtung, die der ersten Schwenkrichtung S entgegen gerichtet ist, von der Arbeitsstellung AS in die Ruhestellung RS zurücküberführt. Aus dieser Ruhestellung RS kann der Klappzahn 10 dann wieder ausklappen, wenn er vom Grabegrund angeströmt wird.
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Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Abwandlungen der Erfindung innerhalb der Patentansprüche sind ohne weiteres möglich. Beispielsweise ist nur einer der drei Erfindungsaspekte bei einem erfindungsgemäßen Klappzahn 10 bzw. Fräsrad 1 realisiert, während ein anderer oder die beiden anderen Erfindungsaspekte optional vorgesehen sein können. Auch ist es möglich, dass ein, zwei oder alle drei Erfindungsaspekte mit weiteren Maßnahmen zum Erleichtern des Schwenkens bzw. Abklappens eines Klappzahns 10 kombiniert sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fräsrad
- 2
- Außenumfang
- 5
- Fräszahn
- 10
- Klappzahn
- 11
- Profil
- 12
- Grundkörper
- 13
- erste Plattenseite
- 14
- zweite Plattenseite
- 15
- Vorderabschnitt
- 16
- Hinterabschnitt
- 17
- Anströmkante
- 18
- Profilhinterkante
- 19
- konkaver Abschnitt
- 20
- planer Abschnitt
- 21
- Prallfläche
- 22
- Wandelemente (an der ersten Plattenseite)
- 25
- Schwenklager
- 26,27
- erster Teil des Schwenklagers
- 28
- Verbindungsabschnitt
- 29
- Aufnahme (zweistufig, konzentrisch)
- 30
- Schwenkachse
- 31,32
- zweiter Teil des Schwenklagers
- 32
- hinterer Lagerbock
- 35
- Längsebene
- 40
- Halterung für Fräselement
- 41
- Fräselement
- 42
- Frässchneide
- 50
- Schlitzwandfräse
- 51
- Gehäuse
- 52
- Lagerschild
- 53
- Raum unter Lagerschild
- 55
- Saugkasten
- S
- Schwenkrichtung
- A
- Anströmrichtung
- U
- Umfangsrichtung
- RS
- Ruhestellung
- AS
- Arbeitsstellung
- d
- Versatz
- α
- Öffnungswinkel
- β
- Winkel Prallfläche-Längsebene
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0207232 B1 [0002, 0003]
- EP 0291027 B1 [0002, 0003]
- EP 1548192 B1 [0002]
