DE4226976A1 - Werkzeuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Werkzeuge zum Aufbrechen oder für Aushubarbeiten, z. B. zum Gesteinsschneiden oder brechen, welche einen Schneideinsatz aus einem härteren Material aufweisen, der aus einem Loch an dem schräg zulaufenden vorderen Ende eines Werkzeugkorpus, der typischerweise aus Stahl besteht, hervorsteht.

Derartige Werkzeuge mit Arbeitseinsätzen aus Hartmetall sind in Gestaltungen hergestellt worden (EP 1 22 893), die für eine gegebene Betriebs- bzw. Arbeitsfähigkeit einen geringeren Energieverbrauch haben.

Auch wenn die vordere Spitze des Einsatzes dafür vorgesehen ist, die Schneid- oder Brechwir­ kung in diesen Niederenergiewerkzeugen bereitzustellen, kann auch das weichere Material des Korpus, welches während der Betätigung des Werkzeuges Schlägen bzw. Stößen oder einem Abrieb ausgesetzt ist, einem Verschleiß unterliegen oder eine Beschädigung erleiden, woraus unter anderem eine Schwächung der Befestigung des Einsatzes resultiert. Das Werkzeug fällt dann vorzeitig aus, weil sich der Einsatz verschoben bzw. verlagert hat.

Bezüglich der Formen von Werkzeugen, die in der EP 1 22 893 dargestellt sind, tritt dieses Problem mit größerer Wahrscheinlichkeit auf, wenn der Einsatz ein einfacher Zylinder mit einer konischen Spitze ist. Andere dargestellte Formen haben Einsätze mit konischen Abschnitten, die viel größer sind als das Loch, in welches der Einsatz eingepaßt ist, so daß die äußeren Bereiche dieser konischen Abschnitte einen Schutz für das vordere Ende des Korpus bereitstellen.

Diese alternativen Hartmetalleinsätze sind jedoch schwieriger herzustellen, weil ihre komplizierten Formen an die Drucksinterverfahren nicht gut angepaßt sind, die angewandt werden müssen. Sie erfordern außerdem beträchtlich mehr Hartmetall.

In der SU 8 99 916 ist vorgeschlagen worden, den Hartmetalleinsatz mit einem großen scheibenartigen Schurz in einem mittleren Abschnitt seiner Länge auszubilden, so daß dann, wenn das zylindrische hintere Ende des Einsatzes in einer passenden Bohrung an der Vorderseite des Werkzeugkorpus angeordnet ist, dieser Schurz die Vorderfläche um die Bohrung herum abdeckt. Dies erfordert weniger Material als die großen konischen Abschnitte der in der EP 1 22 893 dargestellten Einsätze, jedoch kann diese Form nicht in zufriedenstellender Weise durch Sintern hergestellt werden, weil die sehr hohen erforderlichen Sinterdrücke nicht gleichmäßig aufgebracht werden können und der Einsatz dann Schwachstellen hat, die zu einem vorzeitigen Ausfall führen.

Die DE 24 42 146 und 30 05 685 zeigen Beispiele von Werkzeugen, bei welchen der Frontabschnitt des Werkzeugkorpus aus einer Matrix besteht, die Hartmetall enthält. Dies beseitigt das Problem des Verschleißes nicht, weil die weichere Masse des Stahls, in welchem das Hartmetall gehalten wird, der Umgebung ausgesetzt ist, und, auch wenn die Hartmetallteilchen nicht verschleißen, so verlagern sie sich doch, wenn der Stahl verschleißt. Eine größere Konzentration aus Hartmetall in der Matrix, um diesen Nachteil zu vermeiden, würde zu erhöhten Materialkosten führen, ohne daß die Herstellung des Werkzeuges dadurch vereinfacht würde.

Das in der GB 20 04 315 offenbarte Werkzeug hat an dem äußeren Umfang des Vorderendes seines Korpus einen zylindrischen Ring aus Hartmetall als Verstärkung des Korpus, jedoch ist der Metallkorpus zwischen dem Ring und dem Einsatz nach wie vor dem Verschleiß ausgesetzt. Weiterhin ist es in dem Maße, in welchem der äußere Ring dem Schutz des Werkzeuges gegen Abrieb im Gebrauch dient, nicht möglich, diese Lösung anzuwenden, um ein sogenanntes Niederenergiewerkzeug herzustellen, weil der Ring diesen Effekt nur dann hat, wenn das gesamte Vorderende des Werkzeuges an der Schneid- oder Aufbrechwirkung teil hat.

Schließlich können noch Beispiele von Werkzeugen erwähnt werden, die analog demjenigen in der GB 20 04 315 betrachtet werden können insofern, als anstelle des äußeren Ringes aus Hartmetall eine Schicht aus Hartmetall vorliegt, die sich als eine komplette Hülle über zumindest den vorderen Abschnitt des Schaftes erstreckt. Ein Beispiel kann man in der US 46 82 987 finden, in welcher das Hartmetall als eine aufgeschmolzene Beschichtung auf dem Schaft aufgebracht wird, was eindeutig eine ziemlich komplizierte und teure Lösung darstellt. Die US 36 27 387 zeigt ein weiteres Beispiel, bei welchem eine beträchtlich dickere Hülle aus Hartmetall vorgesehen ist, was zu den Kosten des Werkzeuges beiträgt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Werkzeug vorgesehen, welches einen Arbeitseinsatz aufweist, der einen Korpusabschnitt hat, welcher in einer Öffnung bzw. Aussparung in dem vorderen Ende eines Werkzeugkorpus gehalten wird, sowie eine schräg bzw. konisch zulaufende vordere Spitze aufweist, welche von der Aussparung aus vorspringt, ein getrennt gebildeter Ring den Korpusabschnitt des Einsatzes umgibt und eine Vorderfläche des Werkzeugkorpus abdeckt, wobei der Einsatz und der Ring beide in ihrer Lage an dem Werkzeugkorpus sicher befestigt und aus einem härteren Material gebildet sind, als der Werkzeugkorpus.

Vorzugsweise ist ein gewisses radiales Spiel zwischen dem Ring und dem Einsatz vorgesehen. Eine Funktion eines solchen Spiels liegt darin, nicht nur die Montage, sondern auch das Befestigen des Ringes und des Einsatzes an Ort und Stelle zu vereinfachen. Wenn sie also durch Hartlöten befestigt werden, ist es möglich, die Hartlotlegierung in der Aussparung des Werkzeugkorpus anzuordnen, wobei das Spiel erlaubt, daß das Hartlotmaterial aus der Aussparung, welche den Einsatz hält, herausfließt in Kontakt mit dem Ring und gleichzeitig beide Teile an Ort und Stelle befestigt.

Der Ring kann eine Vielzahl von Formen annehmen. Eine flache ringförmige Form hat besondere Vorteile bezüglich der Einfachheit der Herstellung, vor dem Sintern können die einzelnen Ringe einfach durch Abschneiden derselben von einem extrudierten Rohr des Materials gebildet werden.

Es ist nicht notwendig, daß es sich um einen geschlossenen Ring handelt, und es kann bevorzugt sein, ihn aus einer Anzahl von Segmenten herzustellen, insbesondere wenn eine andere als eine flache ringförmige Form erforderlich ist.

Der Einsatz kann ebenfalls eine Vielfalt von Formen erhalten, sowohl was die (der Umgebung) ausgesetzte (exponierte) Schneidspitze angeht als auch was den Korpusabschnitt in dem Hauptkorpus des Werkzeuges betrifft. Generell hat die Schneidspitze eine rotationssymmetrische Form, jedoch kann diese beispielsweise konisch oder kugelförmig sein. Eine im wesentlichen zylindrische Form kann für den Korpusabschnitt am zweckmäßigsten sein, jedoch muß dieser nicht notwendigerweise einen kreisförmigen Querschnitt haben.

Ein Beispiel eines Werkzeuges gemäß der Erfindung ist in der zugehörigen Zeichnung veranschaulicht, welche dieses in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht darstellt.

Der Hauptkorpus 2 des Werkzeuges ist ganz konventionell und aus Stahl mit einem zentralen, zylindrischen Schaft 4 hergestellt, welcher das Werkzeug drehbar in der Bohrung eines (nicht dargestellten) Halters anordnet, wobei eine Schulter 6 an dem vorderen Ende des Abschnittes eine Anschlagfläche 8 bereitstellt, welche das Einsetzen des Werkzeuges in die Bohrung begrenzt, und ein rückwärtiger Abschnitt 10 mit verringertem Durchmesser vorgesehen ist, an welchem ein (nicht dargestellter) Sicherungsring angebracht werden kann, um das Werkzeug in der Bohrung zu halten.

An seinem vorderen Ende hat der Werkzeugkorpus 2 einen schräg zulaufenden Vorderabschnitt 12, in welchem eine zentrale, kreisförmige Bohrung 14 einen Hartmetallschneideinsatz 20 aufnimmt, der einen zylindrischen Hauptabschnitt 22 aufweist, welcher aus der Bohrung heraus vorsteht, sowie eine im wesentlichen konische Spitze 24. Der Werkzeugkorpus hat eine flache ringförmige Fläche bzw. Stirnfläche 16, welche die Bohrung 14 umgibt und diese Stirnfläche wird durch einen getrennten Hartmetallring 30 mit flachem, rechtwinkligen Querschnitt abgedeckt. Der äußere Durchmesser des Ringes ist so ausgewählt, daß eine Linie T, die tangential an der schräg zulaufenden Spitze und am Umfang des Ringes anliegt, einen größeren Winkel mit der Längsachse L des Werkzeuges einschließt als die schräg zulaufende Fläche des Werkzeugkorpus unmittelbar hinter dem Ring, so daß der Korpus innerhalb der konischen Hüllfläche liegt, welche durch die Tangente T definiert wird. Um einen vorzeitigen Verschleiß des Ringes zu vermeiden, liegt jedoch diese Tangente T an die Spitze und den Ring vorzugsweise unter einem Winkel, der nicht wesentlich größer ist als etwa 40° relativ zu der Werkzeugachse. Ein kleines radiales Spiel, d. h. nicht wesentlich mehr als 0,5 mm und vorzugsweise nicht wesentlich mehr als 0,2 mm, ist zwischen dem Einsatz 20 und dem Ring 30 vorgesehen.

Der Einsatz und der Ring sind an dem Werkzeugkorpus durch Hartlöten befestigt. Hartlotmaterial (nicht dargestellt), welches vor dem Einsatz 20 in der Bohrung 14 angeordnet ist, wird aufgeschmolzen und kann an den Seiten der Bohrung nach oben und in die Zwischenräume zwischen dem Einsatz 20 und dem Ring 30 sowie zwischen dem Ring 30 und dem Korpus 2 fließen. Auf diese Weise werden beide Teile 20, 30 gleichzeitig mit dem Werkzeugkorpus hartverlötet.

Im Gebrauch dient der Ring als ein einfaches und wirtschaftliches Schild über dem am meisten der Umgebung ausgesetzten Teil des Werkzeugkorpus, um den Verschleiß um den Einsatz herum zu reduzieren und um so die Lebensdauer des Werkzeuges zu verlängern. Durch Abschirmen des Metalls des Korpus gegenüber direkten Stößen oder Schlägen, wenn eine Oberfläche bearbeitet wird, d. h. beim Gesteinsschneiden oder -brechen, kann das Werkzeug auch die Möglichkeit von Funkenerzeugung verringern.

In Abhängigkeit von dem beabsichtigten Gebrauch kann man dem Ring unterschiedliche Formen geben, jedoch wird er immer als getrenntes Teil hergestellt, der mit dem Einsatz auf dem Schaft montiert wird. Für spezielle Anwendungen können der Einsatz und der Ring aus anderen Materialien hergestellt werden, wie z. B. aus kubischem Bornitrid oder polykristallinem Diamant, einschließlich Verbundwerkstoffen aus zwei oder mehreren Materialien, und die beiden Teile können aus verschiedenen Materialien hergestellt sein im Hinblick auf ihre unterschiedlichen Funktionen.

Claims (5)

1. Werkzeug mit einem Arbeitseinsatz (20), der einen Korpusabschnitt in einer Aussparung in dem vorderen Ende eines Korpus (2) des Werkzeuges hat sowie eine schräg zulaufende Spitze (24), die von der Aussparung aus vorsteht, dadurch gekennzeichnet, daß ein getrennt gebildeter Ring (30) den Korpusabschnitt des Einsatzes umgibt und eine Vorderfläche (16) des Werkzeug­ korpus abdeckt, wobei der Einsatz und der Ring beide in ihrer Position an dem Werkzeugkorpus befestigt und aus einem härteren Material gebildet sind als der Werkzeugkorpus.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, wobei ein radiales Spiel zwischen dem Ring (30) und dem Einsatz (20) vorgesehen ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ring (30) eine flache Ringform hat.

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine flache, ringförmige Vorderfläche (16) an dem Werkzeugkorpus (2) ausgebildet ist, um den Ring (30) aufzunehmen.

5. Werkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Tangente an die schräg zulaufende Spitze des Einsatzes und an den Ring (30) eine größere Neigung zu einer Längsachse des Werkzeuges hat als die Umfangsfläche des Werkzeugkorpus unmittelbar hinter dem Ring.