DE3542665A1 - Werkzeug zum abtragen von gestein und mineralien und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Abtragen von Gestein und Mineralien, insbesondere von Kohle, Erzen, Salzen und weichen bis mittelharten Gesteinen, dessen stählerner Schaft einen kreisrunden Querschnitt hat und sich zur Spitze hin verjüngt und dessen kegel­ förmige Spitze, die in eine entsprechende Schaftbohrung eingebettet ist, aus hartem Metall oder einem anderen Hartstoff besteht.

Solche Werkzeuge, auch als Rundschaftmeißel bezeichnet, werden z.B. in Schneidkopfmaschinen wie Grabenfräsen in der Bauindustrie sowie Teilschnittmaschinen im Tunnel- oder Bergbau, eingesetzt. Es versteht sich von selbst, daß für einen wirtschaftlichen Einsatz der Werkzeuge eine hohe Haltbarkeit gefordert wird. Neben zunächst lediglich durchgeführten Oberflächenhärtungen der Werkzeuge ist hierzu schon vorgeschlagen worden, die Werkzeugspitze in axialer Richtung mit Hartmetall- bzw. Hartstoff-Stiften zu bestücken, die in zylindrische Bohrungen an der Werkzeugspitze eingesetzt sind, wobei der zylindrische Teil des Stiftes mit Silber-, Kupfer- oder Bronzelot mit dem Schaft verlötet wird. Eine andere Befestigungsmethode ist das Einpressen der Hart­ metall-Stifte in eine Bohrung mit geringfügig gerin­ gerem Durchmesser oder das Aufschrumpfen des betreffen­ den Schaftmaterials auf die Hartmetall-Stifte. Diese Versuche schlugen fehl, weil die Länge des Hartmetall- Stiftes nur teilweise wirtschaftlich genutzt werden konnte. Denn der Rundschaftmeißel ist ein sich im Werkzeughalter drehendes, selbstschärfendes Werkzeug. Bei einem gelöteten Werkzeug verschleißt der Hartmetall- Stift über die Länge von oben nach unten, wobei ca. 90% der Gesamtlänge des Stiftes genutzt werden kann, da die Lötung auch nach erheblichem Längenverschleiß den Hartmetallrest festhält. Bei der Schrumpf- bzw. Preßmethode wurde dagegen im Einsatz festgestellt, daß sich die Hartmetall-Stifte nach etwa 2/3 Verschleiß aus der Bohrung lösten, weil offensichtlich die Halte­ kraft (Reibungskraft) zwischen Bohrungswandung und Hartmetall-Stiftmantel nicht mehr ausreichte, diesen festzuhalten. Damit war eine ausreichende Wirtschaft­ lichkeit nicht gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein rundes Werkzeug mit Selbstschärfeffekt zu schaffen, bei dem die Hartmetall- oder Hartstoff-Stifte sicher verankert sind, bei dem der Löt-Arbeitsgang in der Herstellung entfällt und bei dem trotzdem die gesamte Hartmetall- Stiftlänge im Einsatz wirtschaftlich genutzt werden kann; ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein zur Herstellung eines solchen Werkzeuges geeignetes Ver­ fahren zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch das eingangs genannte Werk­ zeug mit einem Hartmetall- bzw. Hartstoff-Stift gelöst, der über den in der Schaftbohrung eingebetteten Teil ganz oder teilweise eine sich zur Werkzeugspitze hin verjüngende Form hat. Dadurch wird auf einfache Weise verhindert,daß der Hartmetall- oder Hartstoff-Stift aus seiner Aufnahme gerissen wird.

Als bevorzugte Ausführungen bietet sich die in der Her­ stellung kostengünstige gleichmäßige, insbesondere konische, aber auch die stufenförmige Verjüngung an.

Alternativ oder ergänzend hierzu wird nach einer Weiterentwicklung der Erfindung die Mantelfläche des eingebetteten Teils der Hartmetall- oder Hart­ stoff-Stifte mit einer oder mehreren Rillen, vorzugs­ weise in Längs- oder Querrichtung zur Längsachse des Werkzeuges,versehen. Hierdurch wird auch die Haft­ reibung zwischen dem Hartmetall- bzw. Hartstoff-Stift und dem Werkzeugschaft bzw. dem Aufnahmebohrungsmantel erheblich vergrößert. Allen Ausführungsformen ist die leichte und kostengünstige Herstellung gemein.

Als Herstellungsverfahren für die oben beschriebenen Werkzeuge bietet es sich an, das den Hartmetall- oder Hartstoff-Stift umgebende Schaftmaterial durch Pressen oder Rollen formschlüssig auf den besagten Stift auf­ zubringen.

Beim Pressen kann dies dadurch geschehen, daß der ein­ gespannte Werkzeugrohling mit vorgefertigter Bohrung und in diese eingesetztem Hartmetall- oder Hartstoff- Stift an seiner Spitze durch einen Stempel allseitig druckbeaufschlagt wird, wobei sich das Schaftmaterial an die Mantelform des Stiftes anlegt und eine form­ schlüssige Verbindung hergestellt wird.

Statt eines Preßvorganges kann das die Bohrung ent­ haltende Schaftmaterial aber auch auf den in diese Bohrung eingesetzten Stift mittels einer oder mehrerer rotierender Rollen aufgerollt werden. Damit wird ein sicherer Halt des Hartmetall-Stiftes in der Bohrung erreicht. Der Hartmetall-Stift wird nicht mehr nur durch Reibungskraft gehalten, sondern kann sich durch die zur Werkzeugspitze hin verlaufende Konizität nicht mehr lösen. Versuche haben ergeben, daß sich bei der genannten Werkzeugausführung die Hartmetall-Stiftlänge wie beim durch Einlöten des Hartmetall-Stiftes herge­ stellten Werkzeug zu ca. 10% genutzt werden kann.

Damit wurde eine Kostensenkung in der Fertigung und gleichzeitig die Möglichkeit einer auf den Stahl ab­ gestimmten optimalen Wärmebehandlung erreicht, ohne daß diese Wärmebehandlung durch den anschließenden Lötvorgang wieder negativ beeinflußt wird. Damit braucht bei Auswahl der Stahlsorte nicht mehr auf den Lötarbeitsgang Rücksicht genommen werden, sondern es kann eine Stahlgüte gewählt werden, die zusammen mit einer exakten Wärmebehandlung den Einsatzbedin­ gungen optimal angepaßt ist. Dieses ist besonders wichtig bei fortschreitend höherer installierter Leistung bei Tunnel-Vortriebsmaschinen; denn es hat sich gezeigt, daß die derzeit verwendeten Vergütungs­ stähle am Ende ihrer Belastungsfähigkeit angekommen sind, wenn z.B. Maschinen mit einer Antriebsleistung von 300 KW in härteren Gesteinsformationen arbeiten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 jeweils Querschnittsansichten von Werkzeugrohlingen mit ein­ gesetztem Hartmetall- bzw. Hartstoff-Stift,

Fig. 5 eine Schnittansicht des Werk­ zeuges während des Preßvor­ gangs und

Fig. 6 eine Schnittansicht des Werk­ zeuges während des Aufrollens des Schaftmaterials auf die Hartmetall- bzw. Hartstoff­ manteloberfläche.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Werkzeugrohlinge besitzen einen im Querschnitt kreisrunden Schaft 1 mit einem zur Spitze hin kegelförmig verjüngten Schaft­ teil 1 a, das eine zylindrische (Sack-)Bohrung 2 zur Aufnahme des Hartmetall- bzw. Hartstoff-Stiftes 3 auf­ weist. Der Schaft besteht aus einem gut fließbaren, preß­ baren, härtbaren Material, wie z.B. 42 CrMo4. Als Hart­ metalle bzw. Hartstoffe bieten sich die nach dem Stand­ der Technik bekannten Materialien an.

Die Unterschiede der einzelnen Werkzeuge liegen in der äußeren Gestaltung der Hartmetall- bzw. Hartstoff-Stifte.

So zeigt Fig. 1 einen Hartmetall-Stift mit im Quer­ schnitt konischer bzw. kegelförmiger Seitenmantel­ fläche, die in die nach dem Stand der Technik bekannte, dem Mantel des Schaftteils 1 a angepaßte Kegelform zur Werkzeugspitze 11 hin einmündet.

Fig. 2 hingegen zeigt einen Hartmetall-Stift mit einer Stufe 4. Denkbar wären auch mehrere Stufen, wobei die Stufentiefe bzw. -höhe jeweils gleich oder verschieden sein kann. Die Stufen können abgerundete oder scharfe Kanten aufweisen, wobei die waagerechten wie hori­ zontalen Stufenflächen nicht zwingend senkrecht zu­ einander verlaufen müssen. Denkbar sind auch Aus­ führungsformen, bei denen die im wesentlichen vor­ gegebene Konizität der Hartmetalloberfläche durch einzelne Rippen bzw. hervorstehende Kanten unter­ brochen wird.

Fig. 3 zeigt einen Hartmetall-Stift mit einer oder mehreren Querrillen 5, die im vorliegenden Fall gleich tief angedeutet sind. Die Einhüllende der Mantelseiten­ fläche des Hartmetall-Stiftes kann zylindrisch, wie dargestellt, oder auch kegelig sein. Schließlich zeigt Fig. 4 einen kegeligen Hartmetall-Stift, der Längs­ rillen 6 aufweist.

Alle der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Werkzeugrohlinge können zu Werkzeugen mittels der in Fig. 5 und 6 beschriebenen Verfahren bzw. Vorrichtungen leicht und kostengünstig weiterverarbeitet werden.

Fig. 5 zeigt das erfindungsgemäße Werkzeug in zusammen­ gepreßtem Zustand, wobei der Werkzeugschaft 1 in einer Auflage 8 eingespannt ist und in Richtung auf die Werkzeugspitze 11 zu ein Stempel 7 gefahren wird, dessen Innenmantel der gewünschten Konizität des Werkzeugmantels angepaßt ist. Durch den Druck des Stempels 7 auf den Schaftteil 1 a wird dieser so auf den Hartmetall-Stift aufgepreßt, daß er sich formschlüs­ sig an dessen Seitenmantelfläche anlegt.

Eine weitere kostengünstige Herstellmöglichkeit zeigt Fig. 6, in der der Werkzeugschaft 1 in einen Spann­ körper 9 eingespannt ist, während eine Rolle 10, die um die Längsachse 12 des Werkzeuges rotiert, das Schaft­ teil 1 a auf den Hartmetall-Stift 3 aufwalzt. Wie im Falle der Pressenausführung nach Fig. 5 hat auch die Walze eine Rotationsoberfläche, die der gewünschten konischen Form des Werkzeuges entspricht.

Durch das geschilderte Aufpressen bzw. -rollen wird jedenfalls der Innenradius der ursprünglich zylin­ drischen Bohrung zur Werkzeugspitze hin kleiner, so daß ein Herausgleiten des Hartmetall-Stiftes vermieden wird.

Claims (6)

1. Werkzeug zum Abtragen von Gestein und Mineralien, insbesondere von Kohle, Erzen, Salzen und weichen bis mittelharten Gesteinen, dessen stählerner Schaft einen kreisrunden Querschnitt hat und sich zur Spitze hin verjüngt und dessen kegelförmige Spitze, die in eine entsprechende Schaftbohrung eingebettet ist, aus Hartmetall oder einem anderen Hartstoff besteht, dadurch gekennzeich­ net, daß der in der Schaftbohrung (2) eingebettete Teil des Hartmetall- oder Hartstoff-Stiftes (3) ganz oder teilweise eine sich zur Werkzeugspitze (11) hin verjüngende Form hat.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingebettete Teil sich gleichmäßig ver­ jüngt.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der eingebettete Teil sich konisch oder stufenförmig verjüngt.

4. Werkzeug nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des einge­ betteten Teils eine oder mehrere Rillen (5, 6) aufweist.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Längs- (6) und/oder Quer- (5) rillen vorgesehen sind.

6. Verfahren zur Herstellung des in Ansprüchen 1 bis 3 beschriebenen Werkzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß das den Hartmetall- oder Hartstoff-Stift (3) umgebende Schaftmaterial (1 a) durch Pressen oder Rollen formschlüssig auf den Stift (3) aufgebracht wird.