[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fräsrädchen zu Bodenfräsmaschinen gemäss Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
[0002] Bodenfräsmaschinen werden in der Regel zum Reinigen, Aufrauhen und/oder Abtragen
von Beton-, Asphalt- oder Metalloberflächen eingesetzt. Sie werden auch für die Entfernung
von Gummi auf Flugpisten, Strassenmarkierungen und Bodenbelägen verwendet. Das Fräswerkzeug
ist eine rotierende, käfigartige Frästrommel. Aufgebaut wie eine Fadenspule weist
sie am Umfang mindestens zwei parallel zum Kern verlaufende Trägerwellen auf, auf
denen mehrere frei rotierende Fräsrädchen angeordnet sind. Eine typische Bodenfräsmaschine
wird im Patent Nr. EP 0 661 144 vorgestellt. Der Aufbau des Werkzeughalters eines
Fräswerkzeuges, dessen Trägerwellen - welche dem Verschleiss ausgesetzt sind - ausgetauscht
werden können wird z.B. im Gebrauchsmuster Nr. DE 298 22 034 vorgestellt.
[0003] Als Werkzeuge wurden auf diesen Trägerwellen ursprünglich zahnradähnliche Fräsrädchen
aus zähem, gehärteten Stahl verwendet. Um die Standfestigkeit der auf der zu bearbeitenden
Fläche aufschlagenden Erhebungen (Schlagköpfe) am grössten Umfang solcher Fräsrädchen
zu erhöhen, wurden Hartmetallstifte eingepresst, die zu mindestens zwei -Dritteln
ihrer Länge in dafür vorbereitete Bohrungen eingepresst und/oder verlötet werden.
Die Herstellung solcher Fräsrädchen ist extrem aufwendig. Zudem haben diese Konstruktionen
den Nachteil, dass die eingepressten und eingelöteten Stifte im Einsatz herausgeschlagen
werden, was natürlich einen extrem schnellen Gesamtverschleiss des Fräsrädchens zur
Folge hat.
[0004] In den letzten Jahren werden immer mehr Fräsrädchen, die ganz aus Hartmetall gefertigt
sind, verwendet. Dadurch fällt das arbeitsintensive und deshalb teure Einlöten von
Hartmetallstiften weg. Da heute die Herstellung von Hartmetallteilen relativ günstig
ist, Fräsrädchen aus Hartmetall im Einsatz wirkungsvoll sind und damit je nach Oberflächenbeschaffenheit
höhere Arbeitsleistungen erreicht werden, bietet sich dies auch als relativ kostengünstige
Lösung an.
[0005] Bei der Auswahl der Qualität des Materials für Fräsrädchen sind die Eigenschaften:
Zähigkeit, Härte, Verschleissfestigkeit und Sprödheit zu berücksichtigen. Besonders
hartes Material ist sehr wirkungsvoll im Einsatz, es ist jedoch spröde und wenig verschleissfest,
da leicht Teile aus der Masse ausbrechen. Verschleissfestes Material ist umgekehrt
nicht spröde, d.h. es brechen keine Teile aus, es ist aber nicht so wirkungsvoll im
Einsatz. Man sucht den Kompromiss um eine möglichst hohe Zähigkeit zu erhalten. Diese
Eigenschaften werden bei der Herstellung von Hartmetall durch das Verhältnis von Wolfram
zu Kobalt bestimmt. Wirtschaftlich einsetzbare Hartmetalllegierungen sind in der Regel
spröde.
[0006] Die Fräswerkzeuge bewirken die erwünschte Abrasion durchwegs dadurch, dass die Fräsrädchen
durch die Zentrifugalkraft auf dem Kreisumfang der Rotationsbewegung aussen gehalten
werden und dann mit grosser Kraft auf der zu bearbeitenden Oberfläche aufschlagen
und dort Material abtragen. Das Fräsrädchen nimmt nicht allzu grossen Schaden, weil
es durch den Schlag selbst in eine Rotationsbewegung auf der Trägerwelle gebracht
wird. Im Einsatz von Hartmetallrädchen bedeutet dies jedoch oft, dass aus dem Fräsrädchen
einzelne Teile ausbrechen können, durch die Zentrifugalkraft weggeschleudert werden
und für Personen die sich im Umfeld befinden, eine Gefahr darstellen. Im schlimmsten
Fall zerbricht gar ein Fräsrädchen ganz. Diese Eigenschaft bietet erheblich Unfallgefahr
für das Bedienungspersonal. Die Frage der Produktehaftung spielt für den Hersteller
eine wesentliche Rolle. Dies ist der Grund, weshalb die Hersteller solcher Werkzeuge
den Einsatz von ganz aus Hartmetall gefertigten Fräsrädchen nur für die letzte Feinbearbeitung
einer Oberfläche empfehlen.
[0007] Dieselben, ganz aus Hartmetall gefertigten Fräsrädchen neigen aber auch dazu, im
Zentrum, also dort wo sie sich auf der Trägerwelle des Werkzeughalters (Trommel) frei
bewegen, auszubrechen. Der Durchmesser der Bohrung des Fräsrädchens ist um einiges
grösser als der Aussendurchmesser der Trägerwelle. Seitlich werden die Fräsrädchen
nur mit grossem Spiel gegenseitig und durch dazwischen angebrachte Unterlags- und
Distanzscheiben geführt, welche schnell durchscheuern. Das seitliche Spiel der Fräsrädchen
auf der Trägerwelle wird dadurch grösser, die seitliche Führung wird schlechter und
durch die grössere Bewegungsfreiheit der Fräsrädchen werden die Kräfte, die zum Verschleiss
führen, grösser. Die Fräsrädchen werden durch den Schlag, der beim Abtrag auf der
bearbeiteten Oberfläche auf sie einwirkt, auf der Trägerwelle in eine Rotationsbewegung
versetzt. Normalerweise wirkt die durch diesen Schlag erzeugte Kraft nicht genau radial
in Richtung der Umfangsbewegung des Fräswerkzeuges. Dadurch entstehen Kräfte die nicht
radial zum Fräswerkzeug und - was schlimmer ist - nicht rechtwinklig zur Achse des
Fräswerkzeuges und der Trägerwelle wirken. Wenn nun der Aufschlag auf der zu bearbeitenden
Oberfläche nicht radial zum Fräswerkzeug und rechtwinklig zur Trägerwelle erfolgt,
trifft das Fräsrädchen mit einer Kante der Bohrung auf der Trägerwelle auf. Hier geschieht
nun der Ausbruch eines Teiles. Bei der weiteren Verwendung dieses Fräsrädchens wirkt
die ausgebrochene Stelle auf der Trägerwelle wie ein Fräsoder Sägewerkzeug und reduziert
auf diese Weise die Standzeit der Trägerwelle beträchtlich. Derart schlagende Fräsrädchen
mit zuviel Spiel auf der Trägerwelle haben eine unregelmässige Abtragung der zu bearbeitenden
Oberfläche zur Folge und müssen ausgewechselt werden.
[0008] Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe ein Fräsrädchen zu Bodenfräsmaschinen
der Eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass die Bohrung des Fräsrädchens
gegen das Ausbrechen seiner Kanten geschützt wird, die Aussenkonturen des Fräsrädchens
aus dem für die Bearbeitung der Oberfläche in Bezug auf Zähigkeit, Härte und Wirkung
die besten Leistungen erbringt.
[0009] Diese Aufgabe löst ein Fräsrädchen zu einer Bodenfräsmaschine mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1. Weitere erfindungsgemässe Merkmale gehen aus den abhängigen Ansprüchen
hervor und deren Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
[0010] In der Zeichnung zeigt:
- Fig 1
- Ansicht Fräsrädchen
- Fig 2
- Ansicht Fräsrädchen mit Stiften
- Fig 3
- Ansicht Fräsrädchen mit Schneiden
- Fig 4
- Ansicht Fräsrädchen mit Spitzen und Zinnen
- Fig 5
- Schnitt durch ein Fräsrädchen
- Fig 6
- Schnitt durch ein Fräswerkzeug
[0011] Die Figuren stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele dar, welche mit der nachfolgenden
Beschreibung erläutert werden.
[0012] Es wird ein Fräsrädchen 10 vorgestellt, welches aus verschiedenartigen Scheiben 11,
12 besteht. Mindestens eine Werkzeugscheibe 11 wird an deren Stirnseiten einseitig
mit einer Stützscheibe 12 oder beidseitig mit zwei Stützscheiben 12, 12' durch löten,
kleben oder schweissen verbunden.
[0013] Ein Fräswerkzeug besteht aus einem Werkzeughalter 1 (Fig 6) an dessen Umfang Trägerwellen
3 angebracht sind, auf die eine Anzahl Fräsrädchen 10 aufgeschoben werden. Dabei wird
darauf geachtet, dass die Anzahl der Fräsrädchen 10 und Distanzscheiben 13 so gewählt
wird, dass die Ausdehnung in achsialer Richtung der Trägerwelle 3 von Fräsrädchen
10 und Distanzscheiben 13 eine Drehung beider auf der Trägerwelle 3 noch zulässt,
aber sowenig seitliches Spiel wie möglich aufweist. Im Laufe des Einsatzes wird dieses
Spiel durch den Verschleiss der Stirnflächen aller montierten Teile grösser.
[0014] Wenn das Fräsrädchen 10 nur aus einer Werkzeugscheibe 11 und einer Stützscheibe 12
besteht, darf das Spiel zwischen den Fräsrädchen 10 und den Distanzscheiben 13 nicht
gross sein, damit eine seitliche Führung gewährleistet ist. In der Praxis wird man
deshalb eine Werkzeugscheibe 11 immer an beiden Stirnseiten mit einer Stützscheibe
12 verbinden, so dass das Fräsrädchen 10 bei der Rotation um die Trägerwelle 3 nicht
im Ungleichgewicht ist und schon aufgrund dessen seitlich wirkende Kräfte frei werden.
Diese würden die stirnseitige Abnützung begünstigen. Man wird die Konstruktion also
vorteilhafterweise wie in Fig 5 dargestellt symmetrisch aufbauen.
[0015] Jede Werkzeugscheibe 11 ist am Umfang mit sogenannten Schlagköpfen 20 versehen. Während
die Grundmasse der Werkzeugscheibe die notwendige Masse liefert, wird mit diesen Schlagköpfen
20 die Arbeit verrichtet. Durch die Rotation des Werkeughalters 1 werden die Fräsrädchen
11 auf deren Trägerwellen 3 wie in Fig 6 gezeigt von der Zentrifugalkraft nach aussen
geworfen. Der Durchmesser der Bohrungen 15 der Werkzeugscheiben 11 und die Bohrungen
16 der Stützscheiben sind immer um einige Millimeter grösser als der Aussendurchmesser
der Trägerwelle 3. Im Gegensatz dazu hält man den Durchmesser der Bohrung 17 der Distanzscheiben
13 in einer ähnlichen Dimension wie den Durchmesser der Trägerwelle 3, damit diese
mit wenig Spiel auf den Trägerwellen sitzen.
[0016] Wenn sich der Werkzeughalter 1 um die Achse A dreht, wird dieser langsam auf die
zu bearbeitende Fläche herunter gelassen. Ein Gerät welches diesen Vorgang erläutert
ist in EP 0 661 144 vorgestellt. Wenn nun die Fräsrädchen 10 mit den Schlagköpfen
20 auf der zu bearbeitenden Fläche aufschlagen, werden sie schlagartig in Rotation
um die Trägerwelle 3 versetzt. Da die Schlagköpfe 20 mit den Fräsrädchen 10 fest verbunden
sind, muss bei diesem Vorgang die ganze Masse von Stützscheiben 12, Werkzeugscheiben
11 und Schlagköpfen 20, kurz des ganzen Fräsrädchens 10 in Bewegung versetzt werden.
Dies geschieht nach den Prinzipien des Impulssatzes, so dass die Schlagköpfe 20 die
Fläche mit einer Kraft die dem aufzuwendenden Impuls entspricht, der notwendig ist
um das Fräsrädchen 10 in Rotation zu versetzen. Auf diese Art erzielt man die Bearbeitung
einer Oberfläche.
[0017] Ein heute gebräuchliches Fräsrädchen 10 ist in Fig 1 dargestellt. Die Werkzeugscheibe
11 ist aus zähem und widerstandsfähigem Stahl gefertig und die der grossen Abrasion
ausgesetzten Schlagköpfe 20 sind aus Hartmetall. Man hat in die Werkzeugscheiben 11
wie in Fig 2 gezeigt am Aussendurchmesser Bohrungen 30 angebracht. In diese werden
Hartmetallstifte 21 eingepresst, welche in manchen Fällen durch einlöten zusätzlich
gesichtert werden. Solchermassen aufgebaute Fräsrädchen 10 werden in Massen eingesetzt.
Deren Probleme sind schlechte Standzeiten durch den Verlust von Stiften 21 die im
Einsatz rausgeschlagen werden begrenzt sind und die arbeitsintensive Fertigung solcher
Fräsrädchen 10 wie in Figuren 1 und 2 dargestellt. Versuche, die angestellt wurden,
Fräsrädchen 10 so herzustellen wie die in der Maschinenindustrie üblich schlugen fehl.
Hartmetallschneiden die nur aufgelötet sind ohne im Material des Werkzeugträgers 11
sicher verankert zu sein, haben nicht genügend Halt, und werden schon beim ersten
Einsatz abgeschlagen. Nur mit Stiften 21 deren Hauptanteil in der Bohrung 30 verankert
wird, erreicht man vernünftige Standzeiten.
[0018] Der Gedanke liegt nun nahe, Fräsrädchen 10 ganz aus Hartmetall zu fertigen. Man kann
dasselbe dann wie eine Werkzeugscheibe 11 Fig 1 ausbilden, an deren äusserem Durchmesser
Schlagköpfe 20 in der Form von Schneiden 22 (Fig 3), Zähne 23 oder Zinnen 24 (Fig
4) ausgebildet sind. Solchermassen aufgebaute Werkzeugscheiben 11 sind handelsüblich.
Allerdings leidet beim Einsatz solcher ganz aus Hartmetall gefertigter Fräsrädchen
10 die Standzeit der aus weicherem Material gefertigten Trägerwellen 3. Solche Fräsrädchen
10 sind auch sehr teuer.
[0019] Der Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, die aus Hartmetall gefertigte Werkzeugscheibe
11 seitlich mit Stützscheiben 12 fest zu verbinden, so dass die Werkzeugscheibe 11
mit den seitlich fest verbundenen Stützscheiben 12 eine Einheit 12/11/12' bilden (Fig
5). Die Stützscheiben 12 wirken in einer solchen Konstruktion wie Armierungen. Der
Materialanteil aus Hartmetall kann reduziert werden, da die Werkzeugscheibe 11 dünner
ausgebildet werden kann. Bei der Wahl der Qualität des Hartmetalls kann freier entschieden
werden, da die Werkzeugscheibe 11 weniger Eigenfestigkeit aufweisen muss. Diese wird
durch die Stützscheiben 12, 12' aufgenommen.
[0020] Um die Einheit 12/11/12' mit guter Eigenfestigkeit zu versehen, werden die drei Scheiben
mittels Schweissen, Löten, Schrauben oder Nieten miteinander fest verbunden. Diese
Einheit 12/11/12' soll sich möglichst breit auf der Trägerwelle 3 abgestützt sein.
Nur die Stützscheiben 12, 12' sollten mit der Trägerwelle 3 in Kontakt kommen. Deshalb
wird man den Durchmesser der Bohrung 16 der Stützscheiben 12 immer gleich oder kleiner
dem Durchmesser der Bohrung 15 der Werkzeugscheibe 11 wählen. Dies hat wiederum zur
Folge, dass die Bohrung 15 der Werkzeugscheibe 11 nicht ausgeschlagen wird und sich
die unvermeidlichen Schläge, die im Einsatz von den Fräsrädchen 10 auf die Trägerwelle
3 wirken auf eine grössere Fläche resp. grössere Länge 1 (Fig 5) verteilt.
1. Fräsrädchen zu einer Bodenfräsmaschine aus verschiedenartigen Scheiben, welche zu
einer Einheit verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Werkzeugscheibe (11) seitlich mit mindestens einer Stützscheibe (12)
durch löten, kleben oder schweissen fest verbunden ist, wobei der Innendurchmesser
Bohrung (15) der Werkzeugscheibe (11) mindestens dem Innendurchmesser der Bohrung
(16) Stützscheiben (12) entspricht.
2. Fräsrädchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugscheibe (11) am Umfang Schlagköpfe (20) aufweist.
3. Fräsrädchen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagköpfe (20) Stifte (21) sind, welche in der Werkzeugscheibe (11) in dafür
vorgesehene Bohrungen (30) eingepresst und eingelötet werden, wobei die Stifte (21)
aus Hartmetall sind und die Werkzeugscheibe (11) aus Stahl ist.
4. Fräsrädchen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagköpfe (20) wie Schneiden (22) ausgebildet sind.
5. Fräsrädchen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagköpfe (20) wie Spitzen (23) ausgebildet sind.
6. Fräsrädchen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagköpfe (20) wie Zinnen (24) ausgebildet sind.
7. Fräsrädchen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugscheibe (11) aus Hartmetall und die Stützscheiben (12) aus hochfestem
Stahl gefertigt sind.