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Die
Erfindung betrifft einen Meißel
zur Verbindung mit einer rotierbaren Walze einer Fräsvorrichtung
zum Materialabtrag, wobei der Meißel mittels eines Halters an
der Walze halterbar und aus diesem entfernbar ist und einen Meißelkopf
besitzt, der mit einem Hartmetall-Kontaktelement versehen ist, das im
Betrieb des Meißels
mit dem abzutragenden Material in Kontakt kommt und wobei zumindest
das Kontaktelement gegenüber
dem Halter drehbar ist um eine Achse, die zumindest eine Komponente senkrecht
zur Drehachse der Walze aufweist.
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Die
Meißelachsen
sind aus der radialen Richtung im Wesentlichen in Rotationsrichtung
geneigt. Im Fräsbetrieb
wird die rotierende Walze senkrecht zu ihrer Rotationsachse im Wesentlichen
entlang einer Materialoberfläche
verfahren, wobei die Rotationsrichtung der Rollrotation einer auf
der Oberfläche
abrollenden Walze entgegengesetzt ist.
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Bei
Betrieb der Fräsvorrichtungen
greifen die Meißelköpfe je nach
Elastizität
des Materials spanend, schneidend oder schlagend in das abzutragende
Material ein. Der Eingriff beginnt wenn ein Meißelkopf sich im Wesentlichen
lotrecht unter der Rotationsachse der Walze befindet. Die Rotation
der Walze und dies Verfahrgeschwindigkeit der Fräsvorrichtung addieren sich
zu einem Vorschub des Meißelkopfes zunächst im
Wesentlichen parallel zur Oberfläche
in Fräsrichtung.
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Im
weiteren Verlauf des Fräsvorgangs
vergrößert sich
an dem betrachteten Meißelkopf
der Winkel zwischen einer Radialrichtung durch den Meißelkopf
und dem Lot durch die Rotationsachse auf die Materialoberfläche, so
dass der Meißelkopf
auf einer zunehmend steiler zur Oberfläche ansteigenden Bahn und schließlich aus
dem Material heraus geführt
wird. Durch diesen typischen Bewegungsablauf bildet sich bei bestimmten
Materialien eine charakteristische Spanform, der sogenannte „Komma-Span" aus.
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Als
sogenannte Schaftmeißel
weisen Meißel einen
Meißelschaft
auf, der in eine Bohrung eines Halters einschiebbar ist. Der Meißelkopf
mit einer Hartmetallspitze ragt aus der Bohrung heraus und liegt
mit einem radial aus der Meißelachse
vorstehenden Bund an dem Halter an. Auf der zylindrischen Mantelfläche des
Meißelschafts
weist ein solcher Schaftmeißel
ein Halteelement auf, mit dem der Schaftmeißel in der Bohrung halterbar
ist.
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Derartige
Meißel
sind vor allem aus dem Bereich des Straßenbaus bekannt. Dort werden
sie in Straßenfräsen verwendet,
wo sie in einer Mehrzahl von einigen Zehn bis zu wenigen Hunderten
durch Halter an eine rotierbare Walze montiert sind.
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Sie
eignen sich zum großflächigen Abtrag von
Straßenbelag,
also insbesondere von Beton- und Asphaltschichten.
An Kleinfräsen
eingesetzt, eignen sie sich für
das Egalisieren von Unebenheiten ebenso gut, wie für das Einschneiden
von Nuten in Straßenbeläge beim
Grabenbau, für
Markierungs- bzw. Demarkierungsarbeiten oder für das Anrauhen glatter Straßenbeläge. Ein
weiteres Einsatzgebiet derartiger bekannter Meißel ist noch der Tagebau, wo
sie an sogenannten Surface Minern eingesetzt werden und dort besonders
hohen Belastungen ausgesetzt sind, da die inhomogenen Gesteinsgefüge der Gebirgsformationen,
die zudem noch unregelmäßig geformt
sind, Hartgesteinseinschlüsse
enthalten können.
Im Gegensatz zum ebenen und relativ homogenen Gefüge eines
Asphaltbelags können
bei derartigen Bedingungen enorme Spitzenbelastungen für die Meißel auftreten.
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Meißel unterliegen
aufgrund der dynamischen Belastung beim Fräsvorgang einem hohen Verschleiß und müssen regelmäßig und
vollständig ausgetauscht
werden. Hinzu kommt, dass einzelne Meißel, die besonderen Belastungen
ausgesetzt sind, abbrechen können
und ebenfalls ersetzt werden müssen.
Die Kosten die dabei regelmäßig entstehen,
setzen sich vor allem aus den Anschaffungskosten neuer Meißel und
aus den Kosten, die die Stillstandzeit der jeweiligen Maschine verursachen zusammen.
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Zur
Kostenreduzierung, d.h. zur Verlängerung
der Betriebszeit pro Meißel
einerseits und der Verkürzung
der Stillstandzeit andererseits, sind bei den bekannten Meißeln schon
zahlreiche Verbesserungen vorgenommen worden.
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Zum
Beispiel offenbart die
DE
36 30 444 A1 einen Meißel,
der durch einen elastischen Ring axial vom Halter abgestützt wird.
Der Ring soll dabei die auf den Meißelkopf einwirkenden Stoßkräfte abfedern
und dadurch die Belastungen an dem Hartmetall-Kontaktelement der
Meißelspitze,
Meißelkopf und
Halter wirksam reduzieren, um so die Lebensdauer der genannten Elemente
zu erhöhen.
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Weiterhin
offenbart die
DE 37
01 905 C1 eine besondere Befestigung eines Meißels an
einem Halter mittels einer Spannhülse, die gewährleisten
soll, dass der Meißel
drehbar ist und sich zudem besonders leicht durch Hammerschläge einsetzen
lassen soll.
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Von
Nachteil ist bei bekannten Meißeln,
dass sie hinsichtlich ihres Aufbaus und den damit verbundenen Erfordernissen,
wie zum Beispiel ihrer in jeden Fall zu erhaltenden Drehbarkeit
noch nicht optimal auf den unterschiedlich starken Verschleiß der verschiedenen
Meißelbereiche
abgestimmt wurden. Insbesondere wenn das bei bekannten Meißeln an
der Spitze des Meißelkopfes
durch Hartlöten
angebrachte Hartmetall-Kontaktelement abgenutzt oder beschädigt ist,
muss der Meißel
durch einen neuen ersetzt werden, da sich eine Reparatur derartiger
Meißel
bei diesem Massenprodukt nicht rentieren würde.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung einen Meißel zu schaffen, der ein verbessertes
Preis-/ Leistungsverhältnis
aufweist und bei Beschädigung
und Verschleiß leichter
auszutauschen ist als bekannte Meißel.
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Die
Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Meißelkopf
vom Meißelschaft, der
mit dem Halter verbindbar ist, entfernbar ist.
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Bei
Verschleiß des
Meißelkopfes
muss dadurch nicht der gesamte Meißel aus dem Halter entfernt
und danach wieder ein neuer Meißel
eingesetzt, sondern nur der Meißelkopf
ausgetauscht werden. Der Meißelschaft
muss dabei nicht ausgetauscht werden und kann im Halter verbleiben.
Die solchermaßen
erreichbare Materialeinsparung kann bei derartigen Meißeln bis
zu 50 % ausmachen und sich deshalb innerhalb kurzer Zeit rentieren.
Zudem muss sich der erfindungsgemäße Meißel nicht in seiner äußeren Form
von den bekannten Meißeln
unterscheiden, so dass er auch zusammen mit letzterem für besonders
hartes und inhomogenes Straßen-
bzw. Gesteinsmaterial einsetzbar ist.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung ist es, dass der Meißelkopf und der Meißelschaft
durch ein elastisches Element kraftschlüssig miteinander verbunden
sind welches in einer Aussparung liegt, die zum Teil konisch geformt
ist, wobei der Konus eine Neigung von vorzugsweise 1 bis 15 Grad
gegenüber der
Mittelachse des Meißels
aufweist. Durch das elastische Element können die auf den Meißelkopf einwirkenden
Stöße abgefedert
oder absorbiert werden und schädigen
nicht weitere Teile des Meißels wie
den Meißelschaft
oder den mit diesem verbundenen Halter. Ebenfalls kann dadurch ein
Aneinanderschlagen der beiden Metallkörper vermieden oder gänzlich unterbunden
werden, was zusätzlich
zur Verlängerung
der Einsatzzeit des Meißels
beiträgt. Auch
kann hierdurch ein unerwünschtes
axiales Oszillieren des Meißels
unter Lastwechseln vermieden werden.
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Insbesondere
die Verwendung eines Rings aus einem Kunststoff oder einem Metall,
wobei bei letzterem die Elastizität aus der dem Metall innewohnende
Schraubenfeder- bzw. Rückstellkraft
herrührt, ist
eine weitere Ausgestaltung der Erfindung und allein schon deshalb
von Vorteil, weil derartige Ringe sehr kostengünstig sind. Dabei wird die
Klemm- und Rückstellwirkung
nur durch die oben beschriebene Konusfläche erreicht Ist ein solcher
Ring zudem mit einem seitlichen Schlitz versehen, so kann das Austauschen
solcher Ringe bei einem seitlichen Schlitz versehen, so kann das
Austauschen solcher Ringe bei einem gewissen Verschleiß erheblich
vereinfacht werden. Je nach Anwendung kann der Ring aus Kunststoff
oder -bei Einwirkung höherer
Temperaturen auf den Meißel
bei besonders verschleißträchtigen
Einsätzen-
aus Metall, insbesondere einem federelastischen Stahl bestehen.
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Diese
Art der Verbindung ist überaus
sinnvoll, da beim Auswechseln der Meißel oder der Meißelelemente
völlig
auf Werkzeug verzichtet werden kann. Die Quetschung der Ringe wird,
wie bereits oben erwähnt,
beim Auseinanderziehen der Elemente verstärkt und führt zu einer erhöhten Gegenkraft zur
Zugkraft. Durch ein einfaches Drehen in eine Richtung oder einem
Hin- und Herdrehen eines Elementes des Meißels gegenüber einem anderen oder des
kompletten Meißels
gegenüber
dem Halter bei gleichzeitigem Ziehen, lässt sich diese Gegenkraft jedoch
reduzieren, da dabei die Haftreibung zwischen dem Element ohne Aussparung
und dem elastischen Ring in eine niedrigere Gleitreibung übergeht,
so dass der Ring nicht wie zuvor zu der sich verjüngenden
Seite der Aussparung hin verschoben und verquetscht wird.
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Im
Gegensatz zu bekannten Meißeln,
die bei Verschleiß oder
Bruch des Meißelkopfes
komplett ersetzt werden müssen,
indem man sie mittels Hammerschlägen
von der Rückseite
aus dem Halter austreibt und einen neuen Meißel eintreibt, genügt es bei dem
erfindungsgemäßen Meißel, den
Meißelkopf durch
eine einfache und kombinierte Dreh- und Ziehbewegung zu entfernen.
Damit wird einerseits die für den
Austausch benötigte
Stillstandzeit reduziert und andererseits das verletzungsträchtige Ein-
und Austreiben durch Hammerschläge überflüssig. Im Übrigen kann
der elastische Ring noch aufgetrennt sein, ohne einen Nachteil in
Bezug auf die Montage und Demontage des Meißelkopfes vom Meißelschaft
herbeizuführen,
sondern sie im Gegenteil noch einfacher zu ermöglichen.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Alternative ist
es, dass ein Oberteil und ein Unterteil des Meißelschaftes durch eine Schraubenfeder
miteinander verbunden sind.
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Durch
die Verwendung einer Schraubenfeder als Bindeglied zwischen dem
Ober- und dem Unterteil des Meißelschafts
können
Belastungen an besonders exponierten Meißeln reduziert werden, da die
Schraubenfeder nachgiebig ist. Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Meißels erhöht sich
nochmals seine Einsatzzeit. Es wird insbesondere auch die Möglichkeit
geschaffen, gekrümmte Fläche zu bearbeiten,
wie etwa Fahrbahnen mit Spurrillen aufzurauhen.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist noch vorgesehen,
dass der Meißelkopf
aus einer Haltekappe, einem Haltesockel und einem Hartmetall-Kontaktelement
besteht, wobei das Hartmetall-Kontaktelement von Haltekappe und
Haltesockel gehaltert wird und jedes der drei Elemente einzeln austauschbar
ist. Ein Vorteil einer derartigen Ausgestaltung ist die Möglichkeit,
die jeweiligen Einzelkomponenten ihrem Beanspruchungsgrad noch weiter
anpassen zu können.
Besonders für
Spezialmeißel
ergibt sich so die Möglichkeit,
die Anschaffungskosten zu reduzieren, da nunmehr nur die tatsächlich abgenutzten
Komponenten getauscht werden müssen.
Zudem erlaubt es die Ausgestaltung, das Hartmetall-Kontaktelement
drehbar zu haltem. Durch die Möglichkeit
einer eigenen Drehung der Hartmetall-Kontaktelemente, kann auf die Drehbarkeit
des gesamten Meißels,
wie sie bei bekannten Meißeln
zum Erhalt der Spanfähigkeit
stets notwendig ist, falls gewünscht
vollständig
verzichtet werden.
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Überdies
ist noch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung,
dass das Hartmetall-Kontaktelementelement
zwei sich gegenüberliegende
Kontaktflächen
aufweist, die durch einen dazwischen angeordneten Haltebereich getrennt
sind. Auf diese Weise lässt
sich die Nutzungsdauer leicht verdoppeln. Bei Abnutzung einer Kontaktfläche des
Hartmetall-Kontaktelementelementes
kann einfach die unbenutzte zweite Kontaktfläche verwendet werden. Selbst
bei niedrigsten Stückkosten
für Meißel oder
Meißelelemente
ist diese Ausgestaltung von Vorteil, da für gleiche Nutzungsdauer nur
halb soviel beidseitig nutzbaren Hartmetall-Kontaktelementelemente
vorgehalten werden müssen
als einseitig nutzbare.
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Eine
letzte erfindungsgemäße Ausführung sieht
vor, dass Elemente des Meißels
an den Kontaktstellen zu benachbarten Elementen mit Hartmetall-Elementen
versehen sind, um den Verschleiß nochmals
zu reduzieren und die Nutzdauer des Meißel weiter zu erhöhen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
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Es
zeigt
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1 einen
schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Meißel in einem Halter steckend,
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2 wie 1,
jedoch in einer zweiten Ausführungsform,
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3 wie 1,
jedoch in einer dritten Ausführungsform
und
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4 wie 1,
jedoch in einer vierten Ausführungsform.
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Der
in 1 gezeigte, in einem Halter 1 steckende
Meißel 2 weist
einen Meißelschaft 3 und
einen auf diesen aufsteckbaren Meißelkopf 4 mit einem Hartmetall-Kontaktelement 5 in
Form einer Hartmetallspitze auf. Der Halter 1 kann entweder
direkt mit einem Walzenkörper
z. B. durch Schweißen
oder als sogenannter Wechselhalter z. B. durch Schrauben mit einem
Grundhalter, der mit dem Walzenkörper verschweißt ist,
verbunden sein.
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Der
Meißelkopf 4 des
Meißels 2 wird
durch ein elastisches Element 6 in Form eines O-Rings, welches
auf einer Aussparung 7 des Meißelschaftes 3 unter
gewisser Spannung elastisch aufgesteckt ist, auf einem Bolzenabschnitt 9 des
Meißelschaftes 3 gehalten.
Der Meißelschaft 3 hat
im wesentlichen die Form eines Zylinders mit einem über seine
Mantelfläche
hinausragenden radial vorstehenden Flansch B. Der Flansch 8 teilt
den Zylinder in zwei Bolzenabschnitte 9, 10 derart
auf, dass etwa ein Drittel der Gesamtlänge des Zylinders einen ersten
Bolzenabschnitt 9 bilden, welcher in den Meißelkopf 4 hineinragt
und der zweite Bolzenabschnitt 10 somit etwa zwei Drittel
der Gesamtlänge
des Zylinders aufweist und im Halter 1 eingesteckt ist.
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Während die
Aussparung 7 des Meißelschaftes 3 auf
dem Bolzenabschnitt 9 der Meißelkopf-Seite konisch ausgeformt ist, wobei
der Konus gegenüber
der Mittelachse des Meißelschaftes 3 um etwa
5 Grad geneigt ist und zur Meißelspitze
hin ausläuft,
ist die nicht gezeigte Aussparung 11 auf dem dem Halter 1 zugewandten
Bolzenabschnitt 10 des Meißelschaftes 3 für die Aufnahme
einer geschlitzten Spannhülse 12 geeignet
und besitzt deshalb die Form einer im Querschnitt flachen, rechteckförmigen Ringnut.
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Der
Meißel 2 kann
mittels einer Austreibe-Stange und einem Hammer von der Rückseite aus
dem Halter 1 getrieben und mittels eines Hammers in den
Halter 1 hineingehämmert
werden. Falls es jedoch nur nötig
sein sollte, den Meißelkopf 4 zu ersetzen,
so gestattet es die gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meißels 2,
dessen Meißelkopf 4 durch
eine kombinierte Dreh- und Ziehbewegung vom Meißelschaft 3 zu trennen.
Dabei ist der Meißelkopf 4 zur
Erhöhung
der Griffigkeit, um ein hinreichend großes Drehmoment für die Drehbewegung
einleiten zu können,
mit einer geeigneten Rändelung 8' oder einer
Mehrkantkontur versehen.
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Im Übrigen dient
der Flansch 8 als Soll-Verschleißkörper, der einen Teil des unerwünschten
Verschleißes
des Halters 1 verhindern soll. Die Funktion des Flansches 8 als
Opfer-Verschleißkörper wird
erst durch die Erfindung sinnvoll ausführbar, da erst durch diese
eine zusätzliche
Verschleißfläche zwischen zwei
Metallflächen
zustande kommen kann.
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Die 2 zeigt
einen Meißel 2 bei
dem der Meißelkopf 4 in
eine Meißelkopfkappe 4' und einen Meißelkopfsockel 4'' geteilt ist. Beide Elemente lassen
sich durch das oben beschriebene Wirkprinzip verbinden, wobei eine
Aussparung 7',
die das elastische Element 6 in Form eines Ringes in sich
aufnimmt, sich in diesem Fall in einer Innenwand der Meißelkopfkappe 4' befindet. Zwei
weitere Ring-Verbindungen halten einerseits den Meißelkopfsockel 4'' an dem in ihm eingesteckten Bolzenabschnitt 9 des Meißelschaftes 3 und
andererseits den Meißelschaft 3 in
dem Halter 1. Weiterhin ist noch eine erfindungsgemäße Ausführungsform
des Hartmetallkontaktelementes 5 gezeigt, das drehbar zwischen
Meißelkopfkappe 4' und Meißelkopfsockel 4'' gelagert ist. Das Hartmetall-Kontaktelement 5 weist
einen Haltebereich 13 in Form einer ballförmigen Verdickung
auf, die das Hartmetall-Kontaktelement 5 in zwei Nutzabschnitte 14, 14' mit außenliegenden
Kontaktbereiche 15, 15' mittig unterteilt. Der Meißelkopfsockel 4'' ist einem der Nutzabschnitte 14 des
Hartmetall-Kontaktelementes 5 durch eine Bohrung 16 entsprechend angepasst.
Ebenfalls dem Hartmetall-Kontaktelement 5 angepasst ist
auch die Meißelkopfkappe 4', welche eine Öffnung 17 für den zweiten
Nutzabschnitt 14' des
Hartmetall-Kontaktelements 5 aufweist und die zudem eine
sich darunter anschließende
Aussparung 17' aufweist,
die dem Haltebereich 13 angepasst ist. Ein Vorteil des
beschriebenen Meißels 2 ist
die weitgehende Anpassung an unterschiedliche Ausprägung von
Verschleiß bezüglich der
einzelnen Meißelbereiche.
Ebenfalls von großem
Vorteil ist die optionale Drehbarkeit des Hartmetall-Kontaktelements 5 relativ
zu der Meißelkopfkappe 4' bzw. dem Meißelkopfsockel 4'', durch die ein einseitiger Verschleiß des Hartmetall-Kontaktelements 5,
selbst bei einer unerkannt bleibenden Verklemmung und einer damit
einhergehenden Verhinderung der Drehung des Meißels 2 in dem Halter 1,
verhindert wird. Eine weitere Drehbewegung kann zwischen dem Meißelkopf 4 und
dem Meißelschaft 3 stattfinden,
so dass sich theoretisch drei Drehbewegungen ergeben können. Auch
bei dieser Meißelausführung können die einzelnen
Elemente noch eine Rändelung
oder eine Mehrkantkontur aufweisen, die die Griffigkeit der Elemente
erhöht
und die dadurch eine Trennung der Elemente voneinander durch die
oben beschriebene Dreh-/Ziehbewegung vereinfacht. Sie radial verlaufenden
Aussparungen einmal am Meißelkopfsockel 4'' und einmal am Flansch 8 ermöglichen
ein leichteres Entfernen des Meißelkopfes 4 bzw. des
gesamten Meißels 2 mittels
eines Schraubenziehers etc. vom Halter 1.
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Der
in 3 dargestellte Meißel 2 weist einen
in ein Oberteil 3' und
ein Unterteil 3'' unterteilten und
von einer Schraubenfeder 18 separierten Meißelschaft 3 auf.
Die Schraubenfeder 18 ist dabei äußerst fest auf die vorstehenden
Bolzenabschnitte 9, 19 des Oberteils 3' und des Unterteils 3'' aufgepresst. Die Schraubenfeder 18 ermöglicht die
impulshafte Abgabe der Bewegungsenergie des Meißelkopfes 4 auf das
abzutragende Material, weshalb in diesem Fall eine hammerartige
Wirkung entfaltet wird. Nach Abgabe des Großteils der Energie weicht der
Meißelkopf 4 mit
dem Schaft-Oberteil 3' dem
Material aus. Die Ausführungsform
gestattet es durch die beschriebene Wirkung der Schraubenfeder 18,
den erfindungsgemäßen Meißel 2 auch
bei solchem Material einzusetzen, bei dem zuvor keinerlei adäquate Schneid-
oder Spanwirkung des Meißels 2 zu
beobachten war. Eine langgezogene Schleif- und Schmierwirkung des
Meißels
wird wirkungsvoll verhindert.
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4 stellt
schließlich
einen Meißel 2 dar, bei
welchem besonders beanspruchte Stellen an dem Meißelkopf 4 noch
mit Elementen aus Hartmetall versehen sind. Zum einen handelt es
sich um einen auf dem Bolzenabschnitt 9 des Meißelschaftes 3 aufgesetzten
und mittels Hartlöten
befestigten Hartmetall-Rundkopf 20, an die die Aufnahme
in dem Meißelkopf
in Form einer Kalotte entsprechend angepasst ist, zum anderen um
einen auf dem Flansch 8 des Meißelschafts 3 befestigten
Hartmetall-Ring 21, der ebenfalls mittels einer Hartlötung mit
dem Meißelschaft 3 verbunden
ist und der bündigen
Kontakt zu dem sich direkt gegenüberliegend
anschließenden Meißelkopf 4 besitzt.
Mittels derartiger Hartmetall-Elemente kann die Nutzungsdauer des
Meißelschafts 3 um
ein mehrfaches gegenüber
herkömmlichen
Meißelschaftabschnitten
verlängert
werden.
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- 1
- Halter
- 2
- Meißel
- 3
- Meißelschaft
- 3'
- Oberteil
- 3''
- Unterteil
- 4
- Meißelkopf
- 5
- Hartmetall-Kontaktelement
- 6
- elastisches
Element
- 7,
7'
- Aussparung
- 8
- Flansch
- 9
- Bolzenabschnitt
- 10
- Bolzenabschnitt
- 11
- Aussparung
- 12
- Spannhülse
- 13
- Haltebereich
- 14,
14'
- Nutzabschnitt
- 15,
15'
- Kontaktbereich
- 16
- Bohrung
- 17
- Öffnung
- 17'
- Aussparung
- 18
- Schraubenfeder
- 19
- Bolzenabschnitt
- 20
- Hartmetall-Rundkopf
- 21
- Hartmetallring