DE2517669C2 - Frässchneidmaschine zum Einschneiden von Ausnehmungen in Natur- oder Kunststein - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Frässchneidmaschine ge

mäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der Zeitschrift »Tiefbau Ingenieurbau Straßenbau«, 12/1973, Seiten 1051 bis 1055 ist eine Frässchneidmaschine beschrieben, die als sogenannte Teilschnittmaschine u. a. für den Vortrieb von Stollen, Tunneln und Strecken eingesetzt wird. Diese Maschine enthält e^;n Raupenfahrwerk zum Fortbewegen und einen auf dem Fahrwerk gelagerten Schwenkarm, der an seinem freien Ende zwei mit austauschbaren Meißeln bestückte Schneidräder trägt Die Schneidräder sind dabei mit Abstand voneinander an den Enden einer die Schneidräder tragenden Antriebswelle gelagert Zum Abräumen des anstehenden Materials wird der Schwenkarm zur Seite geschwenkt, so daß mit dem in bezug auf die Bewegungsrichtung vorn liegenden Schneidrad ein Materialstreiftn von der Seite her abgefräst bzw. abgeräumt wird.

Der Einsatz einer solchen Frässchneidmaschine zum Auffahren eines Stollen oder einer Strecke erfordert einen Mindestquerschnitt, der um ein Vielfaches größer ist als die Umrisse der Schneidräder. In der vorerwähnten Literaturstelle ist dieser Mindestquerschnitt mit einer Breite von 4,5 m und einer Höhe von 3,5 m angegeben. Eine solche Frässehneidmaschine eignet sich somit nicht zum Einschneiden von Ausnehmungen, die im Querschnitt etwa den Umrissen des Schneidwerkzeuges entsprechen.

In den Förderschächten in Bergbaubetrieben sind die Förderkörbe oder Gefäße durch sog. Spurlatten geführt. Zur Halterung der über die gesamte Länge eines Förderschachtes verlaufenden Spurlatten dienen querverlaufende Träger, sog. Einstriche, die an ihren Enden an der Schachtauskleidung verankert sind. Im allgemeinen werden die Enden der Querträger in geeignete Ausnehmungen in der Schachtauskleidung eingesetzt und eingemauert oder eingegossen. Es sind aber auch sog. Einstrichkonsolen bekannt, die in Ausnehmungen im Schachtausbau befestigt werden, so daß später die Enden der Einstriche aufgelegt und mittels Schrauben befestigt werden können. In beiden Fällen sind für das Einsetzen in der Schachtauskleidung, die in der Regel aus Ziegelmauerwerk oder Beton besteht, Ausnehmungen mit etwa rechteckigem Querschnitt erforderlich, weil bei runden Ausnehmungen die Gefahr einer nachträglichen Lockerung besteht.

Da Ausnehmungen mit rechteckigem Querschnitt nicht gebohrt, sondern von Hand mit Hammer und Meißel gespitzt werden müssen, stellt das Erstellen der erforderlichen verhältnismäßig großen Anzahl von Ausnehmungen bei der Neuerrichtung eines Förderschachtes oder bei einem späteren Umbau der Schachtförderung eine der schwierigsten und langwierigsten Arbeiten dar. Bei einem Umbau kommt noch hinzu, daß die vorhandene Fördereinrichtung im allgemeinen während der Umbauzeit in Betrieb bleiben muß, so daß für den Einbau der neuen Einstriche nur die freien Nacht- oder Wochenendschichten belegt werden können. In solchen Fällen werden für das Herstellen der Ausnehmungen wegen der langwierigen Stemmarbeiten häufig mehrere Monate benötigt. Wenn die Ausnehmungen schneller hergestellt werden könnten, ließe sich die Umbauzeit wesentlich verkürzen, da für die anderen Arbeiten in der Regel wesentlich weniger Zeit als für das Herstellen der Ausnehmungen benötigt wird.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Frässehneidmaschine zu schaffen, mittels der annähernd rechteckige Ausnehmungen hergestellt werden können, deren Querschnittsmaße etwa den Um-

rissen des Schneidwerkzeuges entsprechen.

Diese Aufgabe wird — ausgehend von einer Fräs-■sjhneidmaschine der eingangs genannten Art — erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schneidwerkzeug im wesentlichen als Schneidwalze ausgebildet ist, die an ihrer Mantelfläche mit Schneidzähnen besetzt ist, und daß die Schneidwalze beim Schneidvorgang mit etwa parallel zur Wandoberfläche liegender Drehachse an einem ortsfesten Maschinenrahmen eine geradlinige Vorschubbewegung und zugleich eine Pendelbewegung in einer Ebei-.e ausführt, die aus der Drehachse der Schneidwalze und der Vorschubrichtung gebildet ist, wobei der Pendelausschlag an der Schneidfläche größer ist als der halbe Abstand zwischen den Drehebenen von zwei axial mit größtem Abstand voneinander benachharten Schneidzähnen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Schneidwalze am Ende eines Tragelementes gelagert, das an einem in der Vorschubrichtung an Führungen bewegbaren Schlitten um eine Schwenkachse schwenkbar ist und mit einem die Pendelbewegung bewirkenden motorbetriebenen Triebwerk, z. B. einem Exzentergetriebe, gekuppelt ist

Der Vorschub wird vorteilhafterweise mit einem am Maschinenrahmen abgestüuten Vorschubelement, z. B. einem Hubzylinder, bewirkt.

Die Schneidwalze kann vorteilhafterweise aus axial nebeneinanderliegenden und drehfest auf einer Welle angeordneten Scheiben mit am Umfang befestigten Schneidzähnen bestehen, wobei die Welle an zwei paralielen, vom Tragelement ausgehenden Auslegerarmen derart gelagert ist, daß sowohl zwischen den Armen als auch außerhalb derselben sich Scheiben mit Schneidzähnen befinden. Die Schneidzähne können aus lösbar befestigten Hartmetallstiften bestehen.

Um insbesondere bei tiefergehenden Ausnehmungen zwischen den Stirnflächen des Schneidwerkzeuges und den Wandungen der Ausnehmung für ein ausreichendes Spiel zu sorgen, ist es vorteilhaft, die Schneidzähne an den Enden der Schneidwalze so anzuordnen, daß sie gegenüber der zugehörigen Endfläche axial überstehen.

Im Hinblick auf die Pendelbewegung des Schneidwerkzeuges ist es weiterhin vorteilhaft, der Mantelfläche der Schneidwalze die Gestalt eines Fasses zu geben, wobei die Konturlinie in der Achsrichtung auf einer Kreislinie liegt, die auf die Schwenkachse des Tragelementes zentriert ist.

Der Hauptvorteil, der durch die Erfindung erzielt wird, ist darin zu sehen, daß es mit der beschriebenen Frässchneidmaschine möglich ist, etwa rechteckige Ausnehmungen in einer Steinwand herzustellen, deren Querschnittsfläche etwa den Umrissen des Schneidwerkzeuges entspricht. Die hierzu vorgeschlagene Frässchneidmaschine hat verhältnismäßig kleine Abmessungen und ist leicht zu handhaben. Die Arbeitsleistung der Maschine hängt sowohl von der Art des Gesteins, d. h. von seiner Härte, als auch von der Schnittgeschwindigkeit und somit von der Auslegung der Maschine selbst ab. Der erzielte Zeitgewinn wird aus nachfolgendem Zahlenbeispiel deutlich. Ausnehmungen für das Befestigen der Einstriche in einem Förderschacht haben im allgemeinen einen Querschnitt von ca. 320 · 260 mm bei einer Tiefe von 600 mm. Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Frässchneidmaschine lassen sich solche Ausnehmungen im Vergleich zum herkömmlichen Ausstemmen in einem Fünftel der Zeit mühelos in der gewünschten Rechteckform ausschneiden.

Diese Frässchneidmaschine ist aber nicht nur für das Herstellen von Ausnehmungen in einem Förderschacht geeignet, sondern läßt sich in all den Fällen mit Erfolg verwenden, in denen es darauf ankommt, in Mauerwerk, Beton oder gewachsenem Gestein Ausnehmungen mit etwa rechteckigem Querschnitt in Sackform herzustellen, wofür bisher geeignete Maschinen nicht bekanntgeworden sind.

Ein Ausführungsbeispiel einer Frässchneidmaschine nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht der Frässchneidmaschine,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Frässchneidmaschine in einem Schnitt in der Ebene der Linie I-I der F i g. 1,

F i g. 3 eine Ansicht auf das Fräswerkzeug in der Vorschubrichtung in einem größeren Maßstab, wobei die Auslegerarme in der Ebene der Linie II-II geschnitten sind und

F i g. 4 eine Seitenansicht des Fräswerkzeuges.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Frässchneidmaschine einen Rechteckrahmen 1 als Grundkörper, der aus zwei Längsträgern 2 und Querverbindungen 3 besteht An den Längsträgern 2 sind Führungsschienen 4 zur Lagerung eines Schlittens 5 angebracht. Der Schlitten 5 ist an seinem Ende mit einer Kolbenstange 6 eines druckmittelbetriebenen Hubzylinders 7 verbunden, der an seinem hinteren Ende gelenkig an dem äußeren Querträger 3 befestigt ist. Zweckmäßigerweise wird ein Hubzylinder verwendet, dessen Kolben doppelseitig beaufschlagbar ist, so daß der Schlitten 5 durch den Hubzylinder 7 sowohl in der Vorschubrichtung als auch in entgegengesetzter Richtung bewegbar ist.

Auf dem Schlitten 5 ist ein Tragelement 8 um eine senkrecht zur Bewegungsebene des Schlittens 5 stehende Achse 9 begrenzt schwenkbar gelagert. Für die Erzeugung einer hin- und hergehenden Schwenkbewegung ist eine Einrichtung vorgesehen, die aus einem Motor 10 und einem Exzentergetriebe besteht. Der Motor 10 ist mit nach unten ragendem Antriebswellenstumpf an einer mit dem Schlitten 5 fest verbundenen Portallasche 11 angeordnet. Unterhalb der Portallasche 11 liegt das Exzentergetriebe 12, welches mit einem Schwenkhebel 13 an einem Zapfen 14 gelenkig am Tragelement 8 angreift. Bei laufendem Motor 10 führt das Tragelement 8 eine hin- und hergehende Schwenkbewegung um die Achse 9 in Richtung der Pfeile 15 aus.

Am vorderen Ende sind am Tragelement 8 parallele Auslegerarme 16 befestigt, die zur Lagerung des rotierenden walzenförmigen Fräswerkzeuges 17 dienen. Das Fräswerkzeug besteht aus einer Anzahl axial aufeinanderfolgender Scheiben. Bei dem Ausführungsbeispiel sind es insgesamt zehn Scheiben, die als Träger für Fräsbzw. Schneidzähne dienen. Die Scheiben 18 sind auf einer in der Zeichnung nicht erkennbaren Welle drehfest gelagert, wobei zwei Spalte 19 für die Aufnahme der Lagerelemente der Auslegerarme 16 und ein weiterer mittiger Spalt 20 vorhanden ist, in dem ein zum Antrieb des Fräswerkzeuges dienendes Kettenrad 21 angeordnet ist. Die Lager in den Auslegerarmen können als Gleit- oder Wälzlager ausgebildet sein. Sie sind gegen das Eindringen von Fremdkörpern durch bekannte Dichtelemenle, z. B. Simmerringe oder dergleichen, abgedichtet.

Für den Antrieb des rotierenden Fräswerkzeuges 17 ist auf dem Tragelement 8 ein Antriebsmotor 22 gelagert, dessen Drehbewegung über eine Kette 23 auf das Kettenrad 21 übertragen wird. Die Kette 23 und insbe-

sondere das Kettenrad 21 sind von einem staubdichten Schutzgehäuse umschlossen. Von diesem Schutzgehäuse ist in F i g. 3 die Wandung 24 im Bereich des Kettenrades 21 angedeutet. Diese Wandung ist rotationssymmetrisch zur Drehachse 25 des Fräswerkzeuges ausgebildet und an den Seitenwandungen der benachbarte'·· Scheiben 18 mit einer geeigneten Dichtung, beispielsweise einer Simmerring- oder Labyrinthdichtung, ausgestattet. In die staubdichte Abschirmung der Kette 23 wird zweckmäßigerweise der Antriebsmotor 22 einbezogen.

Wie aus der Darstellung in F i g. 3 hervorgeht, sind die Scheiben 18 in ihrer Größe so abgestuft, daß die Umrißlinie des Drehkörpers auf einer Kreislinie liegt, die auf die Schwenkachse 9 des Tragelernentes 8 zentriert ist. is An den Scheiben 18 sind an sich bekannte Hartmetallstifte 26 als Schneidzähne lösbar befestigt. Diese Hartmetallstifte können in verschiedener Weise über den Umfang des Fräswerkzeuges verteilt werden. Zweckmäßig ist eine Anordnung, bei der die Hartmetallstifte 26 entlang einer Schraubenlinie angeordnet sind. Ebensogut können die Hartmetallstifte entlang von zwei oder mehr Schraubenlinien wie bei einem Gewinde einer mehrgängigen Schraube angeordnet sein. Für das Ausführangsbeispiel wurde eine Anordnung auf einer einzigen Schraubenlinie zugrundegelegt, und zwar derart, daß an jeder Scheibe 18 ein einziger Hartmetallstift 26 befestigt ist, so daß der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Hartmetallstiften 36° beträgt. Die Stellen, an denen die Hartmetallstifte sitzen, sind in den F i g. 3 und 4 mit 1 bis 110 bezeichnet

An den äußeren Scheiben sind zusätzliche Hartmetalistifte 27 befestigt, die eine Schrägstellung nach außen haben und damit gegenüber der Stirnfläche der Endscheibe um einen bestimmten Betrag überstehen. Durch diese zusätzlichen Hartmetallstifte 27 ist sichergestellt, daß die Stirnflächen der Endscheiben 18 mit der Wandung der herzustellenden Ausnehmung nicht in Berührung kommen.

Die Ausnehmungen, die mit Hilfe der beschriebenen Frässchneidmaschine in einer Wand aus Stein oder dergleichen eingeschnitten werden können, haben die aus F i g. 3 ersichtliche Querschnittsform, die zwei parallele und zwei nach außen leicht gewölbte Seitenwandungen aufweist.

Die Arbeitsweise der Frässchneidmaschine ist folgende:

Vor dem Einschneiden einer Ausnehmung wird der Rahmen 1 in bezug auf die gewünschte Vorschubrichtung in Position gebracht und in geeigneter Weise verankert. Der Schlitten 5 befindet sich zu diesem Zeitpunkt in seiner hinteren Endstellung. Danach werden die Antriebsmotoren 10 und 22 eingeschaltet und das Druckmittel für den Hubzylinder 7 freigegeben. Durch die Kraft des Hubzylinders 7 wird der Schlitten 5 und damit das Fräswerkzeug 17 kontinuierlich vorgeschoben, wobei es gleichzeitig eine hin- und hergehende Schwenkbewegung ausführt Die Vorschubgeschwindigkeit hängt von der Art des Materials ab, in das die Ausnehmung eingeschnitten werden soll. Es braucht nicht besonders betont zu werden, daß Vorschubgeschwindigkeit, Leistung der Antriebsmotoren und Anzahl der verwendeten Schneidzähne als die wichtigsten Kenngrößen der Maschine in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt sein müssen.

Die Größe der Schwenkbewegung des Schneidwerkzeuges hängt von der axialen Breite des größten Spaltes zwischen benachbarten Schneidebenen ab. Im allgemeinen wird dies der Spalt zwischen den Schneidzähnen sein, die zu beiden Seiten des Kettenrades 21 liegen. Um zu verhindern, daß an der Schnittfläche Material stehen bleibt, muß die Schwenkbewegung im Bereich der Schnittfläche größer sein als die Hälfte des axialen Abstandes zwischen den Schneidzahnen, die auf der einen und anderen Seite des Spaltes 20 liegen. Die Spalte 19 für die Aufnahme der Lagerungen des Fräswerkzeuges dürften in der Regel kleiner sein als der Spalt 20 für das Kettenrad 21.

Das Fräswerkzeug kann anstelle einer Schwenkbewegung auch eine geradlinige hin- und hergehende Bewegung entlang seiner Drehachse ausführen. In diesem Fall braucht das Fräswerkzeug nicht faßförmig, sondern kann zylindrisch ausgebildet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Frässchneidmaschine zum Einschneiden von Ausnehmungen in einer Wand aus Natur- oder Kunststein mit einem motorbetriebenen, rotierenden Schneidwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug im wesentlichen als Schneidwalze (17) ausgebildet ist, die an ihrer Mantelfläche mit Schneidzähnen (26, 27) besetzt ist, und daß die Schneidwalze (17) beim Schneidvorgang mit etwa parallel zur Wandoberfläche liegender Drehachse (25) an einem ortsfesten Maschinenrahmen eine gradlinige Vorschubbewegung und zugleich eine Pendelbewegung in einer Ebene ausführt, die aus der Drehachse der Schneidwalze (17) und der Vorschubrichtung gebildet ist, wobei der Pendelausschlag an der Schneidfläche größer ist als der halbe Abstand zwischen den Drehebenen von zwei axial mit größtem Abstand voneinander benachbarten Schneidzähnen (26,27).

2. Frässchneidmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidwalze (17) am Ende eines Tragelementes (8) gelagert ist, das an einem in der Vorschubrichtung an Führungen (4) bewegbaren Schlitten (5) um eine Schwenkachse (9) schwenkbar ist und mit einem die Pendelbewegung bewirkenden motorbetriebenen Triebwerk gekuppelt ist.

3. Frässchneidmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (5) mit einem am Maschinenrahmen abgestützten Vorschubelement, z. B. einem Hubzylinder (7) in Verbindung steht.

4. Frässchneidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidwalze (17) aus axial nebeneinanderliegenden und drehfest auf einer Welle angeordneten Scheiben (18) mit am Umfang befestigten Schneidzähnen (26, 27) besteht und an zwei parallelen, vom Tragelement (8) ausgehenden Auslegerarmen (16) derart gelagert ist, daß sowohl zwischen den Armen als auch außerhalb derselben sich Scheiben (18) mit Schneidzähnen (26,27) befinden.

5. Frässchneidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidzähne (26, 27) aus lösbar befestigten Hirtmetallstiften bestehen.

6. Frässchneidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an den beiden Enden der Schneidwalze (17) angeordneten Schneidzähne (27) gegenüber der Endfläche axial überstehen.

7. Frässchneidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche der Schneidwalze (17) etwa die Gestalt eines Fasses hat, wobei die Konturlinie in der Achsrichtung auf einer Kreislinie liegt, die auf die Schwenkachse (9) des Tragelementes (8) zentriert ist.

8. Frässchneidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Schlitten (5) ein Motor (10) mit einem Exzentergetriebe (12) für die Ausführung der Pendelbewegung des Tragelementes (8) angeordnet ist.