EP0663474A1 - Verfahren zum Bearbeiten einer Schnee- oder Eisschicht - Google Patents
Verfahren zum Bearbeiten einer Schnee- oder Eisschicht Download PDFInfo
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- EP0663474A1 EP0663474A1 EP95810024A EP95810024A EP0663474A1 EP 0663474 A1 EP0663474 A1 EP 0663474A1 EP 95810024 A EP95810024 A EP 95810024A EP 95810024 A EP95810024 A EP 95810024A EP 0663474 A1 EP0663474 A1 EP 0663474A1
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- ice
- rotors
- knives
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01H—STREET CLEANING; CLEANING OF PERMANENT WAYS; CLEANING BEACHES; DISPERSING OR PREVENTING FOG IN GENERAL CLEANING STREET OR RAILWAY FURNITURE OR TUNNEL WALLS
- E01H5/00—Removing snow or ice from roads or like surfaces; Grading or roughening snow or ice
- E01H5/12—Apparatus or implements specially adapted for breaking, disintegrating, or loosening layers of ice or hard snow with or without clearing or removing ; Roughening ice or hard snow by means of tools
Definitions
- the invention relates to a method for processing, in particular roughening or removing a layer of snow or ice on an essentially flat surface, a device for carrying out the method and a surface of snow or ice processed using this method.
- the object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the outset which is suitable for the partial or complete removal of layers of ice on streets, sidewalks, squares and the like and, if possible, eliminates splitting or salting. Furthermore, it is an object of the invention to provide a device for carrying out the method, which allows efficient and gentle work on the surface of the ice layer.
- the method according to the invention is characterized in that at least one knife executes a repetitive transverse movement in the plane of the ice surface with respect to a feed direction in order to produce a structure of intersecting channels and / or changing the direction in small areas.
- the end of the knife is therefore constantly in the plane of the ice surface.
- the movement can be linear or curved.
- the aim is to cut a profile into the snow or ice layer in a continuous manner, which, in contrast to parallel longitudinal or transverse grooves, enables good accessibility and trafficability.
- the knife preferably rotates about an axis which is at least approximately perpendicular to the flat surface to be machined, in order to roughen or remove the ice layer by attaching arcuate channels.
- Surface structures according to the invention can also be achieved by combining a repetitive transverse movement with a forward movement.
- rotors guided in the plane are preferably used, which operate in a certain sense like rotary mowers.
- the processed ice surface has - if only partially removed - arched channels that give it a scale-like appearance. These channels provide the desired hold when walking on and driving on and do not immediately level off again to a mirror-smooth surface even when briefly thawed. As a rule, this eliminates both the salting and the spreading of grit.
- the axis of rotation is perpendicular to the machined surface and is preferably advanced continuously in a direction parallel to the surface mentioned. Under certain circumstances, however, it can be advantageous to deviate slightly from this geometry and to guide the axis of rotation with a slight inclination in order to cut channels that are more pronounced on one side.
- the roughening or removal is preferably carried out with at least two knives moving in opposite directions.
- An opposite movement is always present within the scope of the invention when the knives run towards or away from one another at least temporarily. This can eliminate certain force components that make guiding the rotors more difficult.
- a device for carrying out the method that achieves the object is characterized in that a mechanism is provided with at least one knife, which enables the knife to move in the plane of the ice surface in order to avoid a structure crossing and / or the direction to produce small-scale changing channels.
- At least one milling rotor with knives protruding in the direction of its axis of rotation into a processing plane is advantageously provided in order to enable gyroscopic processing in the flat surface substantially perpendicular to the axis of rotation.
- At least two rotors which are mounted so as to be displaceable relative to one another are provided in order to achieve a variably adjustable working width. If the rotors are pulled together tightly, their working surfaces partially overlap. At maximum distance, on the other hand, they only touch - with the aim of enabling gapless processing of the ice layer.
- the working width of the device can be varied by a factor of z. B. 1.3 to 2 are enlarged or reduced. This is advantageous not only because paths with very different widths can be processed with a single device, but also because a local narrowing of the passage width (e.g. due to a candelabra) does not interrupt the work flow: the rotors are temporarily moved closer together.
- the device is advantageously a unit that can be attached to the front or rear of a suitably equipped vehicle and is driven by it.
- the vehicle can be a multi-axle general-purpose vehicle or a single-axle vehicle.
- Two parallel horizontal supports are advantageously provided, on which a plurality of rotors can be displaced relative to one another with the aid of electrically and / or hydraulically operated displacement units.
- the feed direction (direction of travel) is generally perpendicular to the above-mentioned carriers.
- the rotors are driven by intermeshing and interlocking multi-spline profile shafts and tubular sleeves coupled with corresponding multi-spline inner profiles. Profile shafts and tube sleeves are aligned parallel to the beams.
- the rotors are equipped with knives with several, in particular three, identical cutting edges.
- the knives can be fixed in different orientations in holders of the rotor in order to be able to use a still sharp cutting edge when dulling a cutting edge by changing the insertion of the knife into the holder.
- the knives for example, have the shape of a regular triangular prism. They are fixed interchangeably in rotor arms and are parallel to the rotor axis. In order to minimize the power to be expended in the processing of snow or ice, the holder is designed such that an outer surface of the knife assigned to the cutting edge is at an acute angle of approximately 15 ° with respect to a tangential direction of the rotational movement.
- the knives can be used on the end faces directed downwards against the work surface have replaceable inserts (e.g. pins) made of low-wear material (hard metal, ceramic, diamond or other hard material coating) that protrude by 10 mm in the direction of the work surface.
- the inserts are typically much smaller in their transverse dimensions than the knife cross sections.
- sensors for contactless measurement of the thickness of the ice layer and means for the height and depth adjustment of the rotors are provided.
- the height or depth is adjusted, for example, using a hydraulic system to be attached to a vehicle with automatic height control carried out in accordance with the presetting and the sensor signals.
- An assembly according to the invention for mounting on a vehicle can be equipped with rollers or runners in order to simplify the level control.
- z. B. an adjustable spindle is used.
- the unit can be tilted about a horizontal axis pointing in the direction of feed in the center of the unit to adapt the transverse inclination to the floor area.
- the reference numerals 20.1, 20.2, 20.3 denote rotor circles of three milling rotors arranged next to one another. On the rotor circles 20.1, ..., 20.3, knives 25.1, ..., 25.6 are guided to remove or roughen the ice layer.
- the neighboring rotor circles 20.1 and 20.2 or 20.2 and 20.3 run in opposite directions to each other (see arrows).
- the flat surface of the ice layer lies in the drawing plane in the representation according to FIGS. 1a, b.
- the rotor axes 21.1, 21.2, 21.3 are essentially perpendicular to it.
- the rotor axes are continuously moved in the direction of travel 22 during processing.
- a resulting processed ice surface 23, 24 generally has arc-shaped, in particular cycloid-like channels 24 which are offset with respect to one another. They form rows and cover the entire working width B0 or B1.
- the rotors are displaceable relative to each other, which leads to a variably adjustable working width B0, B1.
- maximum working width B0 (Fig. 1a)
- the distance between the rotor axes 21.1, ..., 21.3 corresponds approximately to a diameter of a rotor circle 20.2.
- the rotor circles 20.1, ..., 20.3 almost touch. If the rotors are pushed together so that the distances between the rotor axes 21.1, ..., 21.3 correspond to approximately half a diameter of a rotor circle 20.1, the result is a minimum working width B 1 which is approximately 30-50% smaller than the maximum.
- FIG. 2 illustrates the principle of a device which is suitable for carrying out the method.
- Five rotor modules 1.1, ..., 1.5 are shown as examples. They are clustered around a fixed central rotor module 1.3.
- the rotor modules 1.1, 1.2, 1.4, 1.5 are slidably mounted on two carrier bars 2.1, 2.2 which are parallel to one another and transverse to the direction of travel 22.
- the carrier bars 2.1, 2.2 are firmly connected to the central rotor module 1.3.
- the Outer rotor modules 1.1, 1.2, 1.4, 1.5 each have two bearing bushes 3.11 and 3.12, 3.21 and 3.22, 3.41 and 3.42, 3.51 and 3.52, which with respect to the center of the respective rotor module 1.1, 1.2, 1.4, 1.5 each towards the center of the device , ie the middle rotor module 3.3 are offset.
- the offset enables a close moving together and a wide extension with relatively short beam spars 2.1, 2.2. (When the modules are moved together, the spars must of course not take up more space in the transverse direction than all the modules together.)
- Hydraulic cylinders 4.1, ..., 4.4 are provided between adjacent rotor modules 1.1 / 1.2, 1.2 / 1.3, 1.3 / 1.4, 1.4 / 1.5 to move the outer rotor modules 1.1, 1.2, 1.4, 1.5. They are controlled synchronously and ensure a uniform movement and contraction of the rotor modules 1.1, ..., 1.5.
- the middle rotor module 1.3 has a drive shaft 5 which is perpendicular to the carrier bars 2.1, 2.2 and the rotational energy from the vehicle z. B. via propeller shaft first to the rotor 6.3 of the middle rotor module 1.3. From this, the rotation is transmitted to the outer rotors 6.1, 6.2, 6.4, 6.5 with the aid of transmission shafts 8.1, ..., 8.4 and (with bevel gears) transmission sleeves 7.1, ..., 7.5.
- the transmission sleeves 7.1, ..., 7.5 each have a multi-spline inner profile that corresponds to the multi-spline profile of the transmission shafts 8.1, 8.4.
- Transmission sleeves 7.1, ..., 7.5 and transmission shafts 8.1, ..., 8.4 can be pushed one into the other while the rotation is running. This makes it possible to vary the working width when the rotors are running and even when they are loaded. It can easily avoid candelabra and other obstacles without interrupting work become.
- the transmission shaft 8.2 which is also described, protrudes laterally from a gearbox 9 in which, among other things, an already described transmission sleeve is accommodated.
- a rotor shaft 10 protrudes downward from the gearbox 9. At the lower edge, namely laterally offset with respect to the rotor shaft 10 (marking the center of the rotor module), there is the bearing bush 3.21. Fastening tabs for the hydraulic cylinders are provided at the top of the gearbox 9.
- Two rotor arms 11.1, 11.2 are attached to the rotor shaft 10. They protrude radially outwards and at the same time obliquely downwards. At the outer end they each have a holder 12.1, 12.2, which run in a plane that is clearly below the end of the rotor shaft 10. The knives of the similar neighboring rotor can thus pass under the rotor shaft 10. In this way it is possible to push adjacent rotor modules very closely together.
- Knives 13.1, 13.2 projecting vertically downward and thus projecting parallel to the rotor axis are clamped in the holders 12.1, 12.2.
- the mentioned knives 13.1, 13.2 have the shape of regular triangular prisms.
- Each of the longitudinal edges can be used as a cutting edge if the knife is inserted into its holder in a corresponding manner.
- pins 14.1, 14.2 made of particularly low-wear material or with a particularly wear-resistant coating are used on the lower sides of the knives 13.1, 13.2. They have a smaller cross section than the knives 13.1, 13.2 and can be replaced in just a few simple steps. You assign a z. B. conically shaped stump and can thus be clamped in the appropriately designed conical bore of the knife. You can with the help of a tool (mandrel), which in the longitudinal channel 15.1 resp. 15.2 of the knife 13.1 resp. 13.2 can be inserted, knocked down. The part protruding from the hole advantageously has the same cutting edge geometry as the knife (ie triangular knife).
- the cutting pins located in the largest wear area of the knives, which are used both for roughening and milling away the ice layer, consist for example of hard metal, ceramic or diamond and have the same cutting edge geometry as the main knives.
- brackets 12.1, 12.2 in perspective. They each have a wedge or V-shaped recess 16.1, 16.2, which are adapted to the cross-sectional shape of the knives 13.1, 13.2.
- a plate 17.1 or 17.2 can be screwed tight (18.1, 18.2 or 18.3, 18.4: screws) in order to clamp the knives 13.1, 13.2.
- the knife 13.1 for example, can be clamped in the holder 16.1 in three cyclically different orientations, a different cutting edge of the knife 13.1 being active in each case. If a knife becomes blunt in the course of ice processing, it is simply unscrewed and fixed again in a different orientation.
- the V-shaped recesses 16.1, 16.2 are slightly rotated with respect to the radial direction, so that the outward the side face of the knife 13.1 or 13.2 pointing against the plate 17.1 or 17.2 has an angle of inclination of approximately 15 ° to the tangential direction to the circular movement. It has been shown that such a geometry leads to very low milling resistance.
- the angle inclination mentioned is adapted to the ratio of the rotational speed to the feed speed. Depending on the choice of the two speeds mentioned, it may be appropriate to change the angle from 15 ° downwards or upwards.
- the knives cut to a length of z. B. 10 cm.
- the cutting edge geometry (cross-section of the knife, guidance to the path of movement) is designed so that the rotors have a minimal power consumption on a 180 ° semicircle in the area of the working surface.
- the device is designed as a unit for a commercial vehicle known per se.
- the rotors are driven by a vehicle PTO, a cardan shaft or hydraulically.
- depth control is possible on the basis of one or more sliding shoes or rollers.
- the support via the sliding shoes or the rollers can be designed to be leading or trailing with respect to the direction of travel.
- the adjustment is made mechanically. It is particularly advantageous to use hydraulic or electrical control with automatic adaptation based on a knife system with sensors for non-contact ice thickness measurement.
- the ice thickness can be scanned optically or with ultrasound, for example.
- the rotors are held “in suspension” by means of a hydraulic system.
- the invention is already implemented with a rotor. However, based on the embodiment shown in FIG. 3, several, in particular three, five or seven rotors are preferably used.
- linearly moving knives can also be provided, which produce zigzag-like patterns when the ice is roughened.
- the person skilled in the art can transfer and adapt the corresponding mechanisms for guiding the knives of agricultural machines. The detailed specification of technical constructions is therefore unnecessary.
- the middle rotor was immovable.
- all rotors can be moved as desired as well as completely fixed his.
- light e.g. B. uniaxial units
- a variation of the working width will not be necessary. Accordingly, the unit can be made lighter.
- large units on the other hand, it might even make sense to keep the individual modules individually displaceable in order to B. enable only one-sided circumvention of obstacles.
- the rotary drive can be implemented in a wide variety of ways (electrical or hydraulic, independent or externally controlled). In any case, however, it will make sense to couple the individual modules in terms of movement so that they can easily interlock with one another in terms of work.
- the displaceable modules can also be suspended from a single support rod.
- the modules do not need to be arranged on a straight line. They can also be staggered with respect to the direction of travel (e.g. in the sense of a two-row arrangement). Even a slidable mounting on support bars is not essential to achieve a variable working width.
- the modules can e.g. B. be fixed on two V-shaped mutually pivoting supports. By changing the angle between the V-shaped beams, the working direction changes transversely to the direction of travel. Two rotor blades arranged one behind the other can also be provided, which are displaceable in the transverse direction relative to one another for the purpose of changing the working width.
- knives with three edges those with multiple cutting edges can generally be used, but also those with only one pronounced cutting edge.
- the invention is not limited to single-arm or multi-arm rotors. These can be used to create patterns from ordinary, shortened or elongated cycloids in the ice layer. However, completely different channel structures are also possible. Some variants of this are shown in FIGS. 5a-c.
- Figure 5a shows a pattern created by combining a linear forward movement with a linear transverse movement. It is a kind of zigzag curve with cut off peaks.
- Fig. 5b shows a pattern of lined up curved lines.
- FIG. 5c shows elongated wavy lines.
- the individual lines do not cross. However, it is easily possible to create an overlap by moving the lines closer together. Conversely, the lines shown in FIG. 5a can be pulled apart in the transverse direction so that they no longer cross.
- the lines change their direction over a small area, be it because they have sudden changes in direction (as in FIG. 5 a) or continuous curvatures (as in FIGS. 5 b and c) in quick succession.
- the invention has created a novel method for removing or roughening snow and ice layers as well as a device for carrying out the method, which enables the machined surface to be walked on or driven over and is versatile in use.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten, insbesondere Aufrauhen oder Abtragen einer Schnee- oder Eisschicht auf einer im wesentlichen ebenen Fläche, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine nach diesem Verfahren bearbeitete Schnee- oder Eisfläche.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches sich zum teilweisen oder vollständigen Abtragen von Eisschichten auf Strassen, Gehwegen, Plätzen und dergleichen eignet und wenn möglich ein Splitten oder Salzen erübrigt. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die ein effizientes und den Untergrund der Eisschicht schonendes Arbeiten erlaubt.
- Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein Messer in der Ebene der Eisfläche eine repetitive Querbewegung bezüglich einer Vorschubrichtung ausführt, um eine Struktur aus sich kreuzenden und/oder die Richtung kleinräumig ändernden Rinnen zu erzeugen.
- Das Ende des Messers wird also dauernd in der Ebene der Eisfläche geführt. Die Bewegung kann linear oder gekrümmt verlaufen. Ziel ist es dabei, in kontinuierlicher Weise ein Profil in die Schnee- bzw. Eisschicht zu schneiden, welches im Gegensatz zu parallelen Längs- bzw. Querrillen eine gute Begehbarkeit bzw. Befahrbarkeit ermöglicht.
- Vorzugsweise rotiert das Messer um eine zur zu bearbeitenden ebenen Fläche zumindest näherungsweise senkrecht geführte Achse, um die Eisschicht durch Anbringen von bogenförmigen Rinnen aufzurauhen bzw. abzutragen. Erfindungsgemässe Oberflächenstrukturen lassen sich auch durch Kombinieren einer repetitiven Querbewegung mit einer Vorwärtsbewegung erreichen.
- Bei der Erfindung werden vorzugsweise in der Ebene (und nicht senkrecht dazu) geführte Rotoren eingesetzt, die in einem gewissen Sinn wie Kreiselmäher arbeiten. Die bearbeitete Eisfläche weist - sofern sie nur teilweise abgetragen ist - bogenförmige Rinnen auf, die ihr ein schuppenähnliches Aussehen verleihen. Diese Rinnen bieten beim Begehen und Befahren den gewünschten Halt und ebnen sich auch bei kurzzeitigem Antauen nicht unverzüglich wieder zu einer spiegelglatten Fläche aus. In der Regel erübrigt sich dadurch sowohl das Salzen als auch das Ausstreuen von Splitt.
- Vom Prinzip her steht die Rotationsachse senkrecht zur bearbeiteten Fläche und wird vorzugsweise kontinuierlich in einer Richtung parallel zur genannten Fläche vorgeschoben. Unter Umständen kann es aber vorteilhaft sein, von dieser Geometrie leicht abzuweichen und die Rotationsachse mit einer geringfügigen Schieflage zu führen, um einseitig stärker ausgeprägte Rinnen zu schneiden.
- Vorzugsweise erfolgt das Aufrauhen bzw. Abtragen mit mindestens zwei gegensinnig bewegten Messern. Eine gegensinnige Bewegung liegt im Rahmen der Erfindung immer dann vor, wenn die Messer zumindest vorübergehend aufeinander zu bzw. voneinander weg laufen. Damit lassen sich gewisse, die Führung der Rotoren erschwerende Kraftkomponenten eliminieren.
- Eine die gestellte Aufgabe lösende, erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass ein Mechanismus mit mindestens einem Messer vorgesehen ist, der eine Bewegung des Messers in der Ebene der Eisfläche ermöglicht, um eine Struktur aus sich kreuzenden und/oder die Richtung kleinräumig ändernden Rinnen zu erzeugen.
- Mit Vorteil ist zu diesem Zweck mindestens ein Fräsrotor mit in Richtung seiner Rotationsachse in eine Bearbeitungsebene vorstehenden Messern vorgesehen, um eine kreiselartige Bearbeitung in der ebenen Fläche im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse zu ermöglichen.
- Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei relativ zueinander verschiebbar gelagerte Rotoren zur Erzielung einer variabel einstellbaren Arbeitsbreite vorgesehen. Sind die Rotoren eng zusammengezogen, überlagern sich ihre Arbeitsflächen teilweise. Bei maximalem Abstand dagegen berühren sie sich nur noch - mit dem Ziel, eine lükkenlose Bearbeitung der Eisschicht zu ermöglichen. Nach diesem Prinzip kann die Arbeitsbreite der Vorrichtung variabel um einen Faktor von z. B. 1.3 bis 2 vergrössert bzw. reduziert werden. Dies ist nicht nur deshalb vorteilhaft, weil mit einem einzigen Gerät Wege ganz unterschiedlicher Breite bearbeitet werden können, sondern auch weil eine örtliche Verengung der Durchgangsbreite (z. B. wegen eines Kandelabers) den Arbeitsfluss nicht unterbricht: Die Rotoren werden einfach vorübergehend enger zusammengefahren.
- Mit Vorteil ist die Vorrichtung ein Aggregat, das vorne oder hinten an ein entsprechend ausgerüstetes Fahrzeug angebracht werden kann und von diesem angetrieben wird. Beim Fahrzeug kann es sich um ein mehrachsiges Allzweckfahrzeug oder um einen Einachser handeln.
- Mit Vorteil sind zwei parallele horizontale Träger vorgesehen, auf denen mehrere Rotoren relativ zueinander mit Hilfe von elektrisch und/oder hydraulisch betriebenen Verschiebeeinheiten verschiebbar sind. Die Vorschubrichtung (Fahrtrichtung) steht in der Regel senkrecht zu den genannten Trägern. Die Rotoren sind antriebsmässig über ineinander greifende und ineinander verschiebbare Vielkeilprofilwellen und Rohrhülsen mit entsprechenden Vielkeilinnenprofilen gekoppelt. Profilwellen und Rohrhülsen sind parallel zu den Trägern ausgerichtet.
- Indem die jeweils benachbarten Rotoren paarweise z. B. durch Hydraulikzylinder verbunden sind und die Hydraulikzylinder alle synchron gesteuert werden, sind die Rotoren in einfacher Weise proportional bezüglich der Mitte der Vorrichtung verschiebbar und auf die Arbeitsbreite stets gleichmässig verteilt. Ferner erlaubt diese Konstruktion die Realisierung eines modularen Aufbaus: Je nach gewünschter Arbeitsbreite werden die Tragholme länger oder weniger lang gewählt und mehr oder weniger Rotormodule aufgesetzt.
- Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Rotoren mit Messern mit mehreren, insbesondere drei gleichartigen Schneidkanten ausgerüstet. Die Messer sind in verschiedenen Orientierungen in Halterungen des Rotors fixierbar, um beim Abstumpfen einer Schneidkante durch geändertes Einsetzen des Messers in die Halterung eine noch scharfe Schneidkante zum Einsatz bringen zu können.
- Die Messer haben beispielsweise die Form eines regelmässigen Dreikantprismas. Sie sind in Rotorarmen auswechselbar fixiert und stehen parallel zur Rotorachse. Um eine bei der Schnee- bzw. Eisbearbeitung aufzuwendende Leistung zu minimieren, ist die Halterung so ausgebildet, dass eine der Schneidkante zugeordnete Aussenfläche des Messers in einem spitzen Winkel von etwa 15° bezüglich einer Tangentialrichtung der Rotationsbewegung steht.
- Insbesondere zum Aufrauhen der Eisschicht können die Messer an den nach unten gegen die Arbeitsfläche gerichteten Stirnseiten auswechselbare, in Richtung der Arbeitsfläche um beispielsweise 10 mm herausragende Einsätze (z. B. Stifte) aus verschleissarmem Material (Hartmetall, Keramik, Diamant- oder andere Hartstoffbeschichtung) haben. Die Einsätze sind typischerweise in ihrer Querabmessung viel kleiner als die Messerquerschnitte.
- Um die Eisschicht auf eine vorgegebene Dicke abtragen zu können, sind Sensoren zum berührungslosen Messen der Dicke der Eisschicht und Mittel für die Höhen- bzw. Tiefenverstellung der Rotoren vorgesehen. Die Höhen- bzw. Tiefenverstellung erfolgt beispielsweise mit einer an einem Fahrzeug zu befestigenden Hydraulik mit entsprechend der Voreinstellung und der Sensorsignale durchgeführter automatischer Höhenregelung.
- Ein erfindungsgemässes Aggregat zur Montage an einem Fahrzeug kann mit Laufrollen oder Kufen ausgestattet sein, um die Niveauregelung zu vereinfachen. Es ist aber auch möglich und sogar vorteilhaft, das Aggregat unter Verwendung einer geeigneten Höhennachregelung "schwebend" zu halten.
- Zur Einstellung der Längsneigung wird z. B. eine verstellbare Spindel eingesetzt. Zur Anpassung der Querneigung an die Bodenfläche ist das Aggregat um eine horizontale, in Vorschubrichtung zeigende Achse im Zentrum des Aggregats kippbar.
- Aus der Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Merkmale und Merkmalskombinationen der Erfindung.
- Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
- Fig. 1a, b
- Das Prinzip der erfindungsgemässen Eisschichtbearbeitung bei maximaler und minimaler Arbeitsbreite;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit fünf Rotormodulen;
- Fig. 3
- eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Rotormoduls;
- Fig. 4
- eine perspektivische Darstellung des in Fig. 3 gezeigten Moduls;
- Fig. 5a-c
- verschiedene erfindungsgemässe Obeflächenstrukturen.
- Grundsätzlich sind in den Zeichnungen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
- Fig. 1a, b veranschaulicht das Prinzip der Erfindung. Die Bezugszeichen 20.1, 20.2, 20.3 bezeichnen Rotorkreise von drei nebeneinander angeordneten Fräsrotoren. Auf den Rotorkreisen 20.1, ..., 20.3 werden Messer 25.1, ..., 25.6 zum Abtragen bzw. Aufrauhen der Eisschicht geführt. Die benachbarten Rotorkreise 20.1 und 20.2 bzw. 20.2 und 20.3 laufen jeweils gegensinnig zueinander (siehe Pfeile).
- Die ebene Fläche der Eisschicht liegt bei der Darstellung gemäss Fig. 1a, b in der Zeichenebene. Die Rotorachsen 21.1, 21.2, 21.3 stehen im wesentlichen senkrecht zu ihr. Die Rotorachsen werden während der Bearbeitung kontinuierlich in Fahrtrichtung 22 bewegt. Eine dadurch entstehende bearbeitete Eisfläche 23, 24 weist ganz allgemein bogenförmige, gegeneinander versetzte insbesondere zykloidartige Rinnen 24 auf. Sie bilden Reihen und decken die ganze Arbeitsbreite B₀ bzw. B₁ ab.
- Die Rotoren sind relativ zueinander verschiebbar, was zu einer variabel einstellbaren Arbeitsbreite B₀, B₁ führt. Bei maximaler Arbeitsbreite B₀ (Fig. 1a) entspricht der Abstand der Rotorachsen 21.1, ..., 21.3 etwa einem Durchmesser eines Rotorkreises 20.2. Die Rotorkreise 20.1, ..., 20.3 berühren sich nahezu. Werden die Rotoren zusammengeschoben, so dass die Abstände der Rotorachsen 21.1, ..., 21.3 gerade etwa einem halben Durchmesser eines Rotorkreises 20.1 entsprechen, so resultiert eine minimale Arbeitsbreite B₁ die etwa 30-50% kleiner als die maximale ist.
- Fig. 2 veranschaulicht das Prinzip einer Vorrichtung, welche zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist. Es sind beispielhaft fünf Rotormodule 1.1, ..., 1.5 gezeigt. Sie scharen sich um ein ortsfestes mittleres Rotormodul 1.3. Die Rotormodule 1.1, 1.2, 1.4, 1.5 sind auf zwei parallel zueinander und quer zur Fahrtrichtung 22 stehenden Trägerholmen 2.1, 2.2 verschiebbar gelagert. Die Trägerholme 2.1, 2.2 sind mit dem mittleren Rotormodul 1.3 fest verbunden. Die äusseren Rotormodule 1.1, 1.2, 1.4, 1.5 weisen je zwei Lagerbuchsen 3.11 und 3.12, 3.21 und 3.22, 3.41 und 3.42, 3.51 und 3.52 auf, welche bezüglich der Mitte des jeweiligen Rotormoduls 1.1, 1.2, 1.4, 1.5 jeweils gegen das Zentrum der Vorrichtung, d. h. das mittlere Rotormodul 3.3 hin versetzt sind. Die Versetzung ermöglicht ein enges Zusammenfahren und ein weites Ausfahren bei verhältnismässig kurzen Trägerholmen 2.1, 2.2. (Bei zusammengefahrenen Modulen dürfen die Holme natürlich in Querrichtung nicht mehr Platz beanspruchen als alle Module zusammen.)
- Zum Verschieben der äusseren Rotormodule 1.1, 1.2, 1.4, 1.5 sind zwischen jeweils benachbarten Rotormodulen 1.1/1.2, 1.2/1.3, 1.3/1.4, 1.4/1.5 Hydraulikzylinder 4.1, ..., 4.4 vorgesehen. Sie werden synchron angesteuert und gewährleisten ein gleichmässiges Auseinanderfahren und Zusammenziehen der Rotormodule 1.1, ..., 1.5.
- Das mittlere Rotormodul 1.3 weist eine Antriebswelle 5 auf, die senkrecht zu den Trägerholmen 2.1, 2.2 steht und die Rotationsenergie vom Fahrzeug z. B. via Gelenkwelle zunächst auf den Rotor 6.3 des mittleren Rotormoduls 1.3 überträgt. Von diesem wird die Rotation mit Hilfe von Uebertragungswellen 8.1, ..., 8.4 und (mit Kegelrädern ausgestatteten) Uebertragungshülsen 7.1, ..., 7.5 auf die äusseren Rotoren 6.1, 6.2, 6.4, 6.5 weitergegeben. Die Uebertragungshülsen 7.1, ..., 7.5 verfügen jeweils über ein Vielkeilinnenprofil, das dem Vielkeilprofil der Uebertragungswellen 8.1, 8.4 entspricht. Uebertragungshülsen 7.1, ..., 7.5 und Uebertragungswellen 8.1, ..., 8.4 sind bei laufender Drehung kontinuierlich ineinander schiebbar. Dadurch ist es möglich, die Arbeitsbreite bei laufenden Rotoren und sogar unter Belastung derselben zu variieren. Es kann also problemlos Kandelabern und anderen Hindernissen ohne Arbeitsunterbruch ausgewichen werden.
- Fig. 3 zeigt das Modul 1.2 in der Seitenansicht. Aus einem Getriebekasten 9, in welchem unter anderem eine bereits beschriebene Uebertragungshülse untergebracht ist, ragt die ebenfalls beschriebene Uebertragungswelle 8.2 seitlich heraus. Eine Rotorwelle 10 steht nach unten aus dem Getriebekasten 9 heraus. Am unteren Rand und zwar bezüglich der (die Mitte des Rotormoduls markierenden) Rotorwelle 10 seitlich versetzt, befindet sich die Lagerbuchse 3.21. Oben am Getriebekasten 9 sind Befestigungslaschen für die Hydraulikzylinder vorgesehen.
- An der Rotorwelle 10 sind zwei Rotorarme 11.1, 11.2 angebracht. Sie ragen radial nach aussen und gleichzeitig schräg nach unten. Am äusseren Ende weisen sie je eine Halterung 12.1, 12.2 auf, die in einer deutlich unterhalb des Endes der Rotorwelle 10 liegenden Ebene laufen. Die Messer des gleichartigen benachbarten Rotors können somit unter der Rotorwelle 10 durchlaufen. Auf diese Weise ist es möglich, benachbarte Rotormodule sehr eng zusammenzuschieben.
- In den Halterungen 12.1, 12.2 sind vertikal nach unten ragende und damit parallel zur Rotorachse vorstehende Messer 13.1, 13.2 eingespannt. Die genannten Messer 13.1, 13.2 haben die Form regulärer Dreikantprismen. Jede der Längskanten kann als Schnittkante verwendet werden, wenn das Messer in entsprechender Weise in seine Halterung eingesetzt wird.
- Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind an den unteren Seiten der Messer 13.1, 13.2, Stifte 14.1, 14.2 aus besonders verschleissarmem Material bzw. mit besonders verschleissresistenter Beschichtung eingesetzt. Sie weisen einen geringeren Querschnitt als die Messer 13.1, 13.2 auf und sind mit wenigen Handgriffen auswechselbar. Sie weisen einen z. B. konisch geformten Stumpf auf und lassen sich somit in der entsprechend ausgebildeten konischen Bohrung des Messers festklemmen. Sie können mit Hilfe eines Werkzeugs (Dorn), welches in den Längskanal 15.1 resp. 15.2 des Messers 13.1 resp. 13.2 einführbar ist, nach unten herausgeschlagen werden. Der aus der Bohrung herausragende Teil hat mit Vorteil dieselbe Schneidengeometrie wie das Messer (d. h. Dreikantmesser).
- Die im grössten Verschleissbereich der Messer angebrachten Schneidstifte, die sowohl zum Aufrauhen wie auch zum Wegfräsen der Eisschicht verwendet werden, bestehen beispielsweise aus Hartmetall, Keramik oder Diamant und genügen derselben Schneidengeometrie wie die Hauptmesser.
- Fig. 4 zeigt schliesslich die Halterungen 12.1, 12.2 in perspektivischer Darstellung. Sie weisen jeweils eine keil-bzw. V-förmige Ausnehmung 16.1, 16.2 auf, die an die Querschnittform der Messer 13.1, 13.2 angepasst sind. An den in radialer Richtung nach aussen zeigenden Flächen der Halterung 12.1, 12.2 ist jeweils eine Platte 17.1 bzw. 17.2 festschraubbar (18.1, 18.2 bzw. 18.3, 18.4: Schrauben), um die Messer 13.1, 13.2 einzuspannen.
- Das Messer 13.1 beispielsweise kann in die Halterung 16.1 in drei zyklisch verschiedenen Orientierungen eingespannt werden, wobei jeweils eine andere Schnittkante des Messers 13.1 aktiv ist. Wird im Verlauf der Eisbearbeitung ein Messer stumpf, so wird es einfach losgeschraubt und in einer anderen Orientierung wieder fixiert.
- Die V-förmigen Ausnehmungen 16.1, 16.2 sind gegenüber der radialen Richtung leicht gedreht, so dass die nach aussen zeigende, an die Platte 17.1 bzw. 17.2 anliegende Seitenfläche des Messers 13.1 bzw. 13.2 einen Neigungswinkel von etwa 15° zur Tangentialrichtung an die Kreisbewegung hat. Es hat sich gezeigt, dass eine solche Geometrie zu einem sehr geringen Fräswiderstand führt. Die genannte Winkelneigung ist dabei an das Verhältnis von Rotationsgeschwindigkeit zu Vorschubgeschwindigkeit angepasst. Je nach Wahl der beiden genannten Geschwindigkeiten kann es angezeigt sein, den Winkel von 15° nach unten oder oben abzuändern.
- Die Messer schneiden auf einer Länge von z. B. 10 cm. Die in diesen eingesetzten Stifte ragen ihrerseits z. B. 1 cm aus der Messerunterseite heraus.
- Insgesamt ist die Schneidengeometrie (Querschnitt des Messers, Führung zur Bewegungsbahn) so ausgebildet, dass die Rotoren im Bereich der Arbeitsfläche auf einem 180°-Halbkreis eine minimale Leistungsaufnahme haben.
- Die Vorrichtung ist gemäss einer bevorzugten Ausführungsform als Aggregat zu einem an sich bekannten Nutzfahrzeug ausgebildet. Der Antrieb der Rotoren erfolgt über eine Fahrzeugzapfwelle, eine Gelenkwelle oder hydraulisch. Um die Eisschicht bis auf eine vorgebbare Dicke abtragen zu können, ist eine Tiefenregelung auf der Basis eines oder mehrerer Gleitschuhe oder Laufrollen möglich. Die Abstützung über die Gleitschuhe bzw. die Laufrollen kann bezüglich der Fahrtrichtung vor- oder nachlaufend ausgebildet sein. Im einfachsten Fall erfolgt die Verstellung mechanisch. Besonders vorteilhaft ist es, eine hydraulische oder elektrische Regelung mit automatischer Anpassung auf der Basis eines Messersystems mit Sensoren für die berührungslose Eisdickenmessung einzusetzen. Die Eisdicke kann beispielsweise optisch oder mit Ultraschall abgetastet werden.
- Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Rotoren mit Hilfe einer Hydraulik "in der Schwebe" gehalten.
- Die automatische Schnittiefenregulierung hat unter anderem folgende Vorteile:
- Voreinstellung der Arbeitstiefe für die verschiedenen Anwendungen (Aufrauhen, Abtragen, Entfernen);
- keine Beschädigung der Fahrbahn oder des Untergrundes;
- regelmässige Schichtdicke auf der ganzen Fahrbahn.
- Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele. Im folgenden werden deshalb diverse Variationsmöglichkeiten angedeutet.
- Im Prinzip wird die Erfindung schon mit einem Rotor verwirklicht. Bevorzugt werden aber - basierend auf der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform - mehrere, insbesondere drei, fünf oder sieben Rotoren zur Anwendung gebracht.
- Anstelle von Rotoren können auch linear bewegte Messer vorgesehen sein, die beim Aufrauhen des Eises zickzackartige Muster erzeugen. Der Fachmann kann die entsprechenden Mechanismen zur Führung der Messer von landwirtschaftlichen Maschinen übertragen und anpassen. Die detaillierte Angabe von technischen Konstruktionen erübrigt sich daher.
- Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform war der mittlere Rotor unverschiebbar. Dies ist natürlich in keiner Weise erfindungswesentlich. Im Prinzip können alle Rotoren sowohl beliebig verschiebbar als auch vollständig fix montiert sein. Bei leichten, z. B. einachsigen Aggregaten wird eine Variation der Arbeitsbreite nicht erforderlich sein. Entsprechend wird das Aggregat leichtgewichtiger ausgeführt werden können. Bei grossen Aggregaten könnte es dagegen sogar sinnvoll sein, die einzelnen Module individuell verschiebbar zu halten, um z. B. ein nur einseitiges Umfahren von Hindernissen zu ermöglichen.
- Der Rotationsantrieb kann in unterschiedlichster Weise erfolgen (elektrisch oder hydraulisch, eigenständig oder fremdgesteuert). In jedem Fall wird es aber sinnvoll sein, die einzelnen Module bewegungsmässig so zu koppeln, dass sie problemlos arbeitsmässig ineinander greifen können.
- Die verschiebbaren Module können im Prinzip auch an einer einzigen Trägerstange aufgehängt sein. Die Module brauchen nicht auf einer Geraden angeordnet zu sein. Sie können auch bezüglich der Fahrtrichtung gestaffelt sein (z. B. im Sinn einer zweireihigen Anordnung). Auch eine verschiebbare Lagerung auf Trägerholmen ist nicht zwingend zur Realisierung einer variablen Arbeitsbreite. Die Module können z. B. fest auf zwei V-förmig zueinander stehenden und schwenkbaren Trägern angebracht sein. Durch Aenderung des Winkels zwischen den V-förmigen Trägerholmen ändert sich auch die Arbeitsrichtung quer zur Fahrtrichtung. Es können auch zwei hintereinander angeordnete Rotorscharen vorgesehen sein, die in Querrichtung relativ zueinander verschiebbar sind zwecks Aenderung der Arbeitsbreite.
- Anstelle von Messern mit drei Kanten können ganz allgemein solche mit mehreren Schneidkanten aber auch solche mit nur einer ausgeprägten Schneidkante eingesetzt werden.
- Die Erfindung beschränkt sich schliesslich auch nicht auf ein- oder mehrarmige Rotoren. Mit solchen lassen sich Muster aus ordentlichen, verkürzten oder verlängerten Zykloiden in der Eisschicht erzeugen. Es sind aber auch ganz andere Rinnenstrukturen möglich. Im Fig. 5a-c sind einige Varianten dazu gezeigt.
- Fig. 5a zeigt ein Muster, das durch Kombination einer linearen Vorwärtsbewegung mit einer linearen Querbewegung entsteht. Es handelt sich um eine Art Zickzackkurve mit abgeschnittenen Spitzen.
- Fig. 5b zeigt ein Muster von aneinander gereihten gekrümmten Linien.
- Fig. 5c zeigt langgezogene Wellenlinien. Bei den in Fig. 5b und c gezeigten Mustern kreuzen sich die einzelnen Linien nicht. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, durch engeres Zusammenschieben der Linien ein Ueberschneiden zu erzeugen. Umgekehrt können die in Fig. 5a gezeigten Linien in Querrichtung auseinander gezogen werden, so dass sie sich nicht mehr kreuzen.
- In jedem Fall ändern die Linien aber ihre Richtung kleinräumig, sei es nun weil sie kurz aufeinanderfolgende plötzliche Richtungsänderungen (wie in Fig. 5a) oder kontinuierliche Krümmungen (wie in Fig. 5b und c) aufweisen.
- Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die Erfindung ein neuartiges Verfahren zum Abtragen oder Aufrauhen von Schnee- und Eisschichten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen worden ist, welche eine gute Begeh- bzw. Befahrbarkeit der bearbeiteten Fläche ermöglicht und vielseitig einsetzbar ist.
Claims (14)
- Verfahren zur Bearbeitung, insbesondere zum Aufrauhen oder Abtragen einer Schnee- oder Eisfläche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messer in der Ebene der Eisfläche eine repetitive Querbewegung bezüglich einer Vorschubrichtung (22) ausführt, um eine Struktur aus sich kreuzenden und/oder die Richtung kleinräumig ändernden Rinnen zu erzeugen.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das mindestens eine Messer um eine zur genannten Fläche zumindest näherungsweise senkrecht geführte Achse rotierend, die Eisschicht durch Anbringen von bogenförmigen Rinnen aufrauht bzw. abträgt.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine rotierende Messer (25.1, ..., 25.6; 13.1, 13.2) kontinuierlich in einer Richtung (22) parallel zur ebenen Fläche vorgeschoben wird, um eine schuppenähnliche Oberfläche (23, 24) zurückzulassen.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauhen bzw. Abtragen mit mindestens zwei (25.1, 25.2 und 25.3, 25.4) gegensinnig bewegten Messern (25.1, ..., 25.6) erfolgt.
- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Mechanismus (1.1, ..., 1.5) mit mindestens einem Messer (13.1, 13.2), das eine repetitive Querbewegung bezüglich einer Vorschubrichtung (22) in der Ebene der zu bearbeitenden Eisfläche ausführen kann, um eine Struktur aus sich kreuzenden und/oder die Richtung kleinräumig ändernden Rinnen zu erzeugen.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens einen Rotor (6.1, ..., 6.5) mit mindestens einem nach unten, in Richtung einer jeweiligen Rotationsachse vorstehenden Messer (13.1, 13.2), um eine Bearbeitung in einer ebenen Fläche im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse zu ermöglichen.
- Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei in ihrem Abstand zu einer Mittelachse variierbar gelagerte Mechanismen (6.1, ..., 6.5) zur Erzielung einer variabel einstellbaren Arbeitsbreite B₀, B₁ vorgesehen sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere zwei parallele horizontale Träger (2.1, 2.2) vorgesehen sind, auf denen mehrere Rotoren (6.1, 6.2, 6.4, 6.5) relativ zueinander mit Hilfe von elektrisch und/oder hydraulisch betreibbaren Verschiebeeinheiten (4.1, ..., 4.4) verschiebbar gelagert sind, und dass die Rotoren (6.1, ..., 6.5) mit Hilfe von ineinander greifenden und ineinander verschiebbaren Vielkeilprofilwellen (8.1, ..., 8.4) und Rohrhülsen (7.1, ..., 7.5) mit entsprechenden Vielkeilinnenprofilen antriebsmässig gekoppelt sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messer (13.1, 13.2) mehrere, insbesondere drei gleichartige Schneidkanten aufweisen und in verschiedenen Orientierungen in Halterungen (12.1, 12.2) der Rotoren (1.2) befestigbar sind, um beim Abstumpfen einer Schneidkante durch geändertes Einsetzen des entsprechenden Messers in der Halterung eine noch scharfe Schneidkante zum Einsatz zu bringen.
- Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messer (13.1, 13.2) die Form eines regelmässigen Dreikantprismas haben und in der Halterung (12.1, 12.2) unter einem die Leistungsaufnahme bei der Bearbeitung minimierenden Winkel von insbesondere etwa 15° bezüglich einer Tangentialrichtung der Rotationsbewegung gehalten sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass am mindestens einen Messer (13.1, 13.2) an seiner nach unten gerichteten Stirnseite auswechselbare, nach unten herausragende, verschleissarme Einsätze (14.1, 14.2) vorgesehen sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren zum berührungslosen Messen der Dicke der Eisschicht und Mittel für die Höhenverstellung der Rotoren (6.1, ..., 6.5) vorgesehen sind, um die Eisschicht auf eine vorgebbare Dicke abzutragen.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für die Höhenverstellung eine entsprechend den Signalen der Sensoren gesteuerte Hydraulik umfassen.
- Oberflächenstruktur einer Eis- oder Schneeschicht, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 mit sich kreuzenden und/oder die Richtung kleinräumig ändernden Rinnen.
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CH14694 | 1994-01-18 | ||
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