DE202018006277U1

DE202018006277U1 - Fräsmeißel

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Publication number: DE202018006277U1
Application number: DE202018006277.4U
Authority: DE
Original assignee: Betek GmbH and Co KG
Current assignee: Betek GmbH and Co KG
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2028-04-18

Abstract

Fräsmeißel, insbesondere Rundschaftmeißel mit einem Meißelkopf (40) und einer Meißelspitze (30), bestehend aus einem Hartwerkstoff, wobei die Meißelspitze (30) einen Befestigungsbereich aufweist, an dem sie mit dem Meißelkopf (40) verbunden ist,wobei die Meißelspitze (30) an ihrem längsseitigen, dem Meißelkopf (40) abgewandten Ende einen, die Meißelspitze (30) umlaufenden Endabschnitt (39) aufweist, der einen Verjüngungsabschnitt (39.1) und eine Endkappe (39.2) aufweist,wobei der Verjüngungsabschnitt (39.1) an seinem ersten Endbereich, welcher dem Meißelkopf (40) zugekehrt ist, eine maximale erste radiale Erstreckung (e) und an seinem dem Meißelkopf abgewandten Endbereich eine maximale zweite radiale Erstreckung (e) aufweist,und wobei an den Verjüngungsbereich (39.1) die Endkappe (39.2) angekoppelt ist, die das freie Ende der Meißelspitze (30) bildet,dadurch gekennzeichnet,dass die Endkappe (39.2) von einer Kugelkalotte gebildet ist, die an ihrem Basiskreis einen Durchmesser (306) aufweist,und dass das Verhältnis der doppelten maximalen erste Erstreckung (2 mal e1) zu dem Durchmesser des Basiskreises (306) im Bereich zwischen 1,25 und 2,25 liegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fräsmeißel, insbesondere Rundschaftmeißel mit einem Meißelkopf und einer Meißelspitze, bestehend aus einem Hartwerkstoff, wobei die Meißelspitze einen Befestigungsbereich aufweist, an dem sie mit dem Meißelkopf verbunden ist, wobei die Meißelspitze an ihrem längsseitigen, dem Meißelkopf abgewandten Ende einen, die Meißelspitze umlaufenden Endabschnitt aufweist, der einen Verjüngungsabschnitt und eine Endkappe aufweist, wobei der Verjüngungsabschnitt an seinem ersten Endbereich, welcher dem Meißelkopf zugekehrt ist, eine maximale erste radiale Erstreckung und an seinem dem Meißelkopf abgewandten Endbereich eine maximale zweite radiale Erstreckung aufweist, und wobei an den Verjüngungsbereich die Endkappe angekoppelt ist, die das freie Ende der Meißelspitze bildet.
Ein derartiger Fräsmeißel ist aus der DE 10 2007 009 711 A1 bekannt. In diesem Dokument sind als Fräsmeißel Rundschaftmeißel beschrieben, wie sie beispielsweise bei Bergbau-oder Straßenfräsmaschinen Verwendung finden. Diese Rundschaftmeißel besitzen an ihrem Meißelkopf eine napfförmige Vertiefung, in die eine Hartmetall-Meißelspitze eingelötet ist.
Die Meißelspitze weist eine Basis mit einem Befestigungsansatz auf. Mit dem Befestigungsansatz ist die Meißelspitze in der napfförmigen Vertiefung aufgenommen. An die Basis schließt sich ein konkav verjüngter Bereich an. Der konkav verjüngte Bereich geht in einen zylindrischen Bereich über und an den zylindrischen Bereich schließt sich das Ende der Meißelspitze an. Dieses wird von einem Verjüngungsabschnitt gebildet, der in Form eines Kegelstumpfes in eine Endkappe übergeleitet ist. Die in der DE 10 2007 009 711 A1 beschriebenen Meißel sind besonders bei der Verwendung in Straßenfräsmaschinen besonders leistungsfähig. Dennoch besteht ein kontinuierlicher Bedarf dafür, bei möglichst gleichbleibendem Materialeinsatz für die Meißelspitze und bei gleichwirkender oder besserer Schneidwirkung eine erhöhte Standzeit zu bewirken.
Es ist mithin Aufgabe der Erfindung einen Fräsmeißel der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der sich durch eine verbesserte Standzeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Endkappe von einer Kugelkalotte gebildet ist, die an ihrem Basiskreis einen Durchmesser aufweist, und dass das Verhältnis der doppelten maximalen erste Erstreckung zu dem Durchmesser des Basiskreises im Bereich zwischen 1,25 und 2,25 liegt.
Dieses Durchmesserverhältnis definiert letztendlich in Verbindung mit den üblichen axialen Erstreckungen derartiger Meißelspitze in Axialrichtung das Verjüngungsmaß des Verbindungsabschnitts. Es hat sich gezeigt, dass sich bei einem solchen Durchmesserverhältnis ein optimiertes Verschleißverhalten einstellt. Die Erfinder haben erkannt, dass sich der Haupt-Verschleißdruck während des Bearbeitungseinsatzes über den Verjüngungsbereich verteilt. Bei einem größeren Durchmesserverhältnis verlagert sich der Haupt-Verschleißdruck in Richtung der an Koppelstelle zwischen Verbindungsabschnitt und dem anschließenden zylindrischen Bereich. Hierdurch wird ein zu schneller Längenverschleiß der Meißelspitze bewirkt. Ist hingegen das Durchmesserverhältnis <1,25 gewählt, so verlagert sich der Haupt-Verschleißdruck in Richtung auf den an Koppelbereich des Verjüngungsabschnittes zu der Endkappe. Die Folge davon ist, dass die Meißelspitze stumpfer wird und daher dann nicht mehr so schneidfreudig ist. Insgesamt wird erfindungsgemäß mithin eine Meißelspitze geboten, die in besonderer Weise für die Anwendung in Straßenfräsmaschinen geeignet ist und dabei ein optimiertes Verschleißverhalten bei möglichst gleichbleibender Schneidfreudigkeit zeigt. Der Materialeinsatz des teuren Hartwerkstoffs, insbesondere Hartmetall als, für eine solche Meißelspitze ist dabei minimiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass eine Verbindungslinie von einem Punkt der ersten maximalen Erstreckung zu einem Punkt der zweiten maximalen Erstreckung im Winkel zwischen 45° und 52,5°, zu der Mittellängsachse steht. Bei diesen Winkelgeometrien ergibt sich insbesondere der oben erwähnte Effekt, wonach eine gleichmäßige Verteilung des Haupt-Verschleißdruck über den Verjüngungsbereich entsteht.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn vorgesehen ist, dass eine Verbindungslinie von einem Punkt der ersten maximalen Erstreckung zu einem Punkt der zweiten maximalen Erstreckung im Winkel zwischen 47,5° und 52,5°, zu der Mittellängsachse steht, und wobei der Verjüngungsabschnitt stumpfkegelförmig oder konkav ausgebildet ist.
Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass eine Verbindungslinie von einem Punkt der ersten maximalen Erstreckung zu einem Punkt der zweiten maximalen Erstreckung im Winkel zwischen 45° und 50°, zu der Mittellängsachse steht, und wobei der Verjüngungsabschnitt konvex ausgebildet ist. Bei dieser Geometrie ergibt sich ein verbessertes Längen-Verschleißverhalten, wobei die mögliche Standzeit des zylindrischen Bereichs besser und optimiert ausgenutzt werden kann.
Eine mögliche Erfindungsausgestaltung kann derart sein, dass sich an den Verjüngungsabschnitt, an der dem Meißelkopf zugewandten Seite, ein Verbindungsabschnitt anschließt, der zylindrisch oder konisch mit einem Kegelwinkel von maximal 20° ausgebildet ist, dass der Verbindungsabschnitt im Übergangsbereich zu dem Verjüngungsabschnitt eine Querschnittserstreckung aufweist, und dass das Verhältnis dieser Querschnittserstreckung zu der zweifachen maximalen zweiten Erstreckung ≤ 2 ist. Der Verbindungsabschnitt dient als verschleißaktiver Bereich, innerhalb dem eine Längenverschleiß stattfinden kann. Über die Standzeit der Meißelspitze hinweg reduziert sich die Länge dieses verschleißaktiven Bereichs kontinuierlich. Über die zylindrische bzw. leicht konische Ausbildung lässt sich eine annähernd gleichbleibende und insgesamt ausreichende Schneidwirkung aufrechterhalten.
Für eine materialoptimierte Ausbildung der Meißelspitze kann es vorgesehen sein, dass der konkave Bereich vorzugsweise eine elliptische Kontur aufweist. Hierdurch wird der Einsatz des teuren Hartstoffmaterials, insbesondere Hartmetall reduziert.
Um bei den erfindungsgemäßen Fräsmeißeln beim Einsatz in Straßenfräsen eine ausreichende Standzeit zur Verfügung zu stellen, kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass der Übergangsabschnitt eine axiale Erstreckung in Richtung der Mittellängsachse der Meißelspitze im Bereich zwischen 2,7 mm und 7,1 mm aufweist. Hierbei ist auch gewährleistet, dass die Meißelspitze ausreichend bruchstabil ist.
Zu diesem Zweck kann es auch vorgesehen sein, dass das Verhältnis der maximalen Erstreckung der Meißelspitze (30) in Richtung der Mittellängsachse der Meißelspitze zu der maximalen ersten radialen Erstreckung im Bereich zwischen 3,5 und 4,25 liegt.
Eine weitere denkbare Erfindungsausgestaltung kann derart sein, dass in den konkaven Bereich Eintiefungen eingebracht sind, und/oder Erhebungen vom konkaven Bereich vorstehen, die über den Umfang der Meißelspitze verteilt angeordnet und vorzugsweise in gleicher Teilung zueinander beabstandet angeordnet sind. Die Eintiefungen bzw. Erhebungen verbessern das Drehverhalten des Fräsmeißels, wenn dieser als Rundschaftmeißel ausgebildet ist. Zudem wird eine verbesserte Ableitung des während des Betriebseinsatzes gefrästen Materials erreicht. Um dabei keine zu starke Schwächung der Meißelspitze zu bewirken, kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Eintiefungen eine Tiefe gegenüber der Oberfläche des konkaven Bereichs zwischen 0,3 und 1,2 mm aufweisen.
Ein erfindungsgemäßer Fräsmeißel kann auch derart sein, die Meißelspitze aus Hartmetall besteht und vorzugsweise mit dem Meißelkopf verlötet, insbesondere bevorzugt in einer napfförmigen Aufnahme des Meißelkopfs mittels einer Lötverbindung befestigt ist. Anstelle von Meißelspitzen aus Hartmetall können im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch andere Meißelspitzen aus Hartwerkstoff eingesetzt werden. Beispielsweise kann als Hartstoff dann ein superharter Werkstoff, beispielsweise Keramikmaterial, ein polykristalliner Diamant, kubisches Bornitrid oder dergleichen eingesetzt werden.
Eine besonders bevorzugte Erfindungsvariante ist dergestalt, dass der Verjüngungsabschnitt in Richtung der Mittellängsachse konvex, vorzugsweise ballig ausgebildet ist. Hierdurch entsteht ein optimiertes Verschleißverhalten
Wenn vorgesehen ist, dass eine Tangente an die Meißelspitze und durch den Punkt der maximalen zweiten Erstreckung, mit der Mittellängsachse einen Tangentenwinkel einschließt, und dass dieser Tangentenwinkel größer ist, als der Winkel, den die Verbindungslinie von einem Punkt der ersten maximalen Erstreckung zu einem Punkt der zweiten maximalen Erstreckung, mit der Mittellängsachse einschließt, dann ist der Übergangsbereich zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem in Richtung des Meißelkopfs anschließenden Verschleißbereich verschleißentlastet ausgebildet. Dann verteilt sich der Verschleißdruck gleichmäßiger auf den eigentlich dafür vorgesehenen Verjüngungsabschnitt
Ein für Straßenfräsanwendungen optimiert ausgelegter Fräsmeißel kann erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet sein, dass das Verhältnis der Gesamtlänge der Meißelspitze zu dem maximalen Durchmesser der Meißelspitze im Bereich zwischen 0,8 bis 1,2 liegt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

1 in perspektivischer Seitenansicht einen Fräsmeißel in einer ersten Ausführungsvariante,
2 in perspektivischer Seitenansicht einen Fräsmeißel in einer zweiten Ausführungsvariante,
3 in Seitenansicht eine Meißelspitze (30) zur Verwendung an einem der Fräsmeißel gemäß 1 oder 2,
4 die Meißelspitze (30) gemäß 3 in Seitenansicht und teilweise geschnittener Darstellung
5 eine Verschleißschutzscheibe (20) in perspektivischer Ansicht von oben zur Verwendung an einem der Fräsmeißel gemäß 1 oder 2,
6 die Verschleißschutzscheibe (20) gemäß 5 in perspektivischer Ansicht von unten und
7 ein Vergleichsbild in Seitenansicht, in dem eine Meißelspitze (30) dargestellt ist.

1 zeigt einen Fräsmeißel, nämlich einen Rundschaftmeißel. Dieser Fräsmeißel weist einen Meißelschaft 10 auf, an den einteilig ein Meißelkopf 40 angeformt ist. Denkbar ist auch eine Ausgestaltungsvariante, bei der der Meißelkopf 40 nicht einteilig an den Meißelschaft 10 angeformt ist, sondern als separates Bauteil gefertigt und mit dem Meißelschaft 10 verbunden ist.
Der Meißelschaft 10 weist einen ersten Abschnitt 12 und einen Endabschnitt 13 auf. Zwischen dem ersten Abschnitt 12 und dem Endabschnitt 13 verläuft eine umlaufende Nut 11. Sowohl der erste Abschnitt 12 als auch der Endabschnitt 13 sind zylinderförmig ausgebildet. Die Nut 11 ist im Bereich des freien Endes des Meißelschaftes 10 angeordnet.
Auf den Meißelschaft 10 ist ein Spannelement 14, welches vorliegend in Form einer Spannhülse ausgebildet ist, aufgezogen. Es ist auch denkbar ein anderes Spannelement 14 am Meißelschaft 10 zu befestigen. Das Spannelement 14 dient dazu den Fräsmeißel in einer Aufnahmebohrung eines Meißelhalters festzulegen. Mittels der Spannhülse kann der Fräsmeißel derart in der Aufnahmebohrung des Meißelhalters festgelegt werden, dass sich die Spannhülse mit ihrem Außenumfang an die Innenwandung der Aufnahmebohrung spannend anlegt.
Das Spannelement 14 weist Halteelemente 15 auf. Diese Halteelemente 15 greifen in die umlaufende Nut 11 ein. Damit ist der Fräsmeißel in dem Spannelement 14 in Umfangsrichtung frei drehbar, jedoch in Achsrichtung unverlierbar gehalten.
Das Spannelement 14 kann, wie gesagt als Spannhülse ausgebildet sein. Zu diesem Zweck kann die Spannhülse aus einem gerollten Blechabschnitt bestehen. Die Halteelemente 15 können, in Richtung auf die Nut 11 vorstehend, in den Blechabschnitt eingeprägt sein. Denkbar ist es auch, dass die Halteelemente aus dem Material des Blechabschnitts teilweise freigeschnitten und in Richtung auf die Nut 11 hin abgebogen sind.
Auf den Meißelschaft 10 ist eine Verschleißschutzscheibe 20 aufgezogen. Die Verschleißschutzscheibe 20 ist dabei im Bereich zwischen dem zugeordneten Ende des Spannelements 14 und einem Meißelkopf 40 angeordnet. Die Verschleißschutzscheibe 20 ist gegenüber sowohl dem Spannelement 14 als auch gegenüber dem Meißelkopf 40 drehbar.
Die Gestaltung der Verschleißschutzscheibe 20 lässt sich näher den 5 und 6 entnehmen. Wie diese Darstellungen zeigen, kann die Verschleißschutzscheibe 20 ringförmig ausgebildet sein. Die Verschleißschutzscheibe 20 weist eine zentrale Durchbrechung 25 auf, die als Bohrung ausgebildet sein kann. Denkbar ist auch eine polygonförmige Durchbrechung.
Die Verschleißschutzscheibe 20 besitzt eine obere Gegenfläche 23 und der Gegenfläche 23 abgekehrt auf der Unterseite eine Stützfläche 21. Die Stützfläche 21 kann parallel zur Gegenfläche 23 ausgerichtet sein. Denkbar ist es auch, dass diese beiden Flächen zueinander im Winkel stehen.. Aus der Gegenfläche 23 können Ausnehmungen 24 ausgenommen bzw. in die Gegenfläche 23 eingetieft sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 24 in gleichem Teilungsraster umfangsseitig zueinander beabstandet angeordnet. Denkbar ist auch, dass eine variierende Teilung vorgesehen ist. Die Ausnehmungen 24 unterteilen die Gegenfläche 23 in einzelne Flächenabschnitte 23.1, 23.2. Dabei ist zunächst ein erster Flächenabschnitt 23.1 gebildet, der ringförmig ausgebildet ist und der um die Durchbrechung 25 umläuft. An den ersten Flächenabschnitt 23.1 schließen die zweiten Flächenabschnitte 23.2 radial an. Die zweiten Flächenabschnitte 23.2 sind über die Ausnehmungen 24 zueinander beabstandet angeordnet. Wie 5 erkennen lässt, können die Ausnehmungen 24 über Flanken 24.1 in die benachbarten zweiten Flächenabschnitte 23.2 übergehen. Dabei verlaufen die Flanken 24.1 geneigt und im stumpfen Winkel zu dem jeweils anschließenden zweiten Flächenabschnitt 23.2. Wie 5 weiter erkennen lässt, laufen die Ausnehmungen 24 zum ersten Flächenabschnitt 23.1 hin kontinuierlich aus. Die Flächenabschnitte 23.1, 23.2 bilden eine ebene Auflagefläche für einen Meißelkopf 40.
6 zeigt die Unterseite der Verschleißschutzscheibe 20. Hier ist die Stützfläche 21 deutlich erkennbar. In die Stützfläche 21 ist eine umlaufende Nut 21.1 eingetieft. An die umlaufende Nut 21.1 schließt sich mittelbar oder unmittelbar ein Zentrieransatz 21.2 an. Der Zentrieransatz 21.2 ist konusförmig ausgebildet. Er ist umlaufend um die bohrungsförmige Durchbrechung 25 angeordnet.
An ihrem Außenumfang ist die Verschleißschutzscheibe 20 von einem ringförmig umlaufenden Rand 22 begrenzt.
Die Verschleißschutzscheibe 20 kann mit ihrer Durchbrechung auf den Meißelschaft 10 aufgeschoben werden. Im montierten Zustand, der in den 1 und 2 gezeigt ist, umschließt die Verschleißschutzscheibe 20 mit ihrer Durchbrechung 25 einen zylindrischen Abschnitt des Fräsmeißels. Dieser zylindrische Abschnitt kann von dem ersten Abschnitt 12 des Meißelschafts 10 gebildet sein. Vorzugsweise ist allerdings an den ersten Abschnitt 12 ein weiterer Abschnitt angeschlossen, der den zylindrischen Abschnitt bildet. Der zylindrische Abschnitt ist gegenüber dem ersten Abschnitt 12 im Durchmesser vergrößert und konzentrisch zu diesem angeordnet.
Es ist auch denkbar, die Verschleißschutzscheibe 20 als Montageerleichterung zu verwenden. In diesem Fall ist die Verschleißschutzscheibe 20 auf den Außenumfang des Spannelements 14 aufgezogen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Spannelement 14 als längsgeschlitzte Spannhülse ausgebildet. Die Durchbrechung 25 weist einen geringeren Durchmesser auf, als die Spannhülse in ihrem auf gefederten, in den 1 und 2 gezeigtem Zustand. Wenn nun die Verschleißschutzscheibe 20 mit ihrer Durchbrechung 25 auf den Außenumfang der Spannhülse aufgezogen ist, so ist sie in einem Vorspannzustand gebracht. Dabei ist dieser Vorspannzustand so gewählt, dass die Spannhülse ohne oder mit geringem Kraftaufwand in die Aufnahmebohrung eines Meißelhalters eingeschoben werden kann. Dabei wird die Einsetzbewegung in den Meißelhalter dann von der Verschleißschutzscheibe 20 begrenzt. Diese schlägt mit ihrer unterseitigen Stützfläche 21 dann auf einer zugeordneten Verschleißfläche des Meißelhalters an. Anschließend kann der Fräsmeißel, beispielsweise durch Hammerschläge weiter in die Aufnahmebohrung des Meißelhalters eingetrieben werden. Dabei wird die Verschleißschutzscheibe von der Spannhülse abgeschoben, bis sie in die in 1 bzw. 2 gezeigte Stellung gelangt. Die Spannhülse kann dann freier radial auffedern, wobei sich der Fräsmeißel in der Aufnahmebohrung mittels der Spannhülse verspannt. In diesem Zustand ist der Fräsmeißel mit der Spannhülse in der Aufnahmebohrung verklemmt. Der Meißelschaft 10 lässt sich in der Spannhülse in Umfangsrichtung frei drehen. Mittels der Halteelemente 15 ist er axial unverlierbar gehalten.
Die Verschleißschutzscheibe 20 weist zwischen der Stützfläche 21 und der Gegenfläche 23 eine Scheibendicke d auf. Das Verhältnis dieser Scheibendicke d zu dem Durchmesser der Durchbrechung 25 bzw. zu dem Durchmesser des der Durchbrechung 25 zugeordneten zylindrischen Abschnitts des Meißelschafts 10 liegt im Bereich zwischen 2 und 4,5. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt dieses Verhältnis 2,8, bei einer Scheibendicke d von 7 mm. Die Scheibendicke d ist vorzugsweise im Bereich zwischen 4,4 mm und 9,9 mm gewählt. Bei solchen Scheibendicken d kann gegenüber den aus den Stand der Technik bekannten Fräsmeißeln eine Verbesserung erreicht werden. Insbesondere kann der Meißelkopf 40 des Fräsmeißels in Achsrichtung des Fräsmeißels kürzer ausgeführt werden, wobei die Kürzung des Meißelkopfs 40 durch die größere Dicke der Verschleißschutzscheibe 20 kompensiert wird. Der kürzere Meißelkopf 40 kann dann jedoch mit gleich bleibendem Außendurchmesser im Bereich seines Basisteils 42 ausgeführt werden. Die verkürzte Ausführung des Meißelkopfes führt im bruchgefährdeten Bereich zwischen dem Meißelkopf und dem Meißelschaft 10 zu einer kleineren Biegebeanspruchung. Dementsprechend verringert sich auch die hier anstehende Vergleichsspannung zugunsten eines verbesserten Kopf-und Schaftbruchverha ltens.
Durch die im Bereich der Stützfläche 21 angeordnete umlaufende Nut 21.1 wird ein verbessertes Querabstütz-Verhalten geboten. Während des Betriebseinsatzes arbeitet sich die Stützfläche 21 in eine zugeordnete Auflagefläche des Meißelhalters ein. An dem Meißelhalter wird im Bereich der umlaufenden Nut 21.1, korrespondierend zu der umlaufenden Nut 21.1, ein umlaufender Wulst in Form eines Negativs erzeugt. Denkbar ist es auch initial an dem Meißelhalter eine Auflagefläche mit einem entsprechenden Wulst bereits im Neuzustand vorzusehen. Es ist also so, dass dann der Zentrieransatz 21.1 in eine entsprechende Zentrieraufnahme des Meißelhalters eingreift. Die umlaufende Nut 21.1 kommt im Bereich des Wulsts zum Liegen. Hierdurch wird das verbesserte Querabstütz-Verhalten erreicht. Eine verbesserte Quer-Abstützung hat zur Folge, dass sich die Flächenpressungen im oberen Bereich der Spannhülse, also in dem Bereich, der dem Meißelkopf 40 zugekehrt ist verringern. Hierdurch wird verhindert, dass die Spannhülse in diesem Bereich übermäßig verschlissen wird. Die Erfinder haben erkannt, dass ein übermäßiger Verschleiß hier zu einem Verlust der Vorspannung der Spannhülse führen kann. Infolge dieses Vorspannung-Verlusts kann der Fräsmeißel aus der Aufnahmebohrung des Meißelhalters unbeabsichtigt herausrutschen und verloren gehen. Die verbesserte Abstützung in radialer Querrichtung, bedingt durch den Zentrieransatz 21.2 und die umlaufende Nut 21.1 führt mithin zu längeren Standzeiten für den Fräsmeißel. Beim Einsatz der Fräsmeißel bei Straßenfräsen hat sich der oben angegebene Bereich der Scheibendicke d als vorteilhaft erwiesen. Es ist dann nämlich so, dass die Verschleißschutzscheiben 20 über die gesamte, verlängerte Lebensdauer des Fräsmeißels hin ihre Funktion zuverlässig erfüllen bzw. der Meißel nicht vorzeitig aufgrund einer verschlissenen Spannhülse gewechselt werden muss.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ergibt sich mit der umlaufenden Nut 21.1 während des Betriebseinsatzes ein besseres Querabstützverhalten für die Verschleißschutzscheibe 20. Dies bedeutet auch, dass sich in radialer Richtung größere Kräfte zwischen der Verschleißschutzscheibe 20 und dem Meißelhalter übertragen lassen. Eine größere Scheibendicke d in der oben angegebenen Weise führt dazu, dass die Durchbrechung in der Verschleißschutzscheibe 20 dem Meißelschaft 10 eine größere Anlagefläche bietet. In Verbindung mit der angegebenen Scheibendicke d und der umlaufenden Nut 21.1 in der Unterseite der Verschleißschutzscheibe 20 können damit größere Querkräfte übertragen werden, als dies beim Stand der Technik möglich ist. In Verbindung mit der kürzeren Ausführung des Meißelkopfes bedeutet dies aber auch, dass sich mit der neuartigen Ausgestaltung höhere Vorschubgeschwindigkeiten fahren lassen, oder alternativ, zugunsten einer Materialeinsparung, der Meißelkopf bzw. der Meißelschaft 10 entsprechend spannungsoptimiert konstruiert werden können.
Die Maßverhältnisse zwischen dem Halteelement 14 und dem Meißelschaft 10 sind so eingestellt, dass ein begrenzter axialer Versatz des Meißelschaftes 10 gegenüber dem Halterelement 14 möglich ist. Hierdurch wird während des Betriebseinsatzes ein Pumpeffekt in Axialrichtung des Fräsmeißels bewirkt. Wenn während des Betriebseinsatzes gefrästes Material in den Bereich zwischen die Auflagefläche 41 des Meißelkopfes 40 und die Gegenfläche 23 gelangt, so bildet der ringförmige erste Flächenabschnitt 23 eine Art Abdichtungsbereich, der die Gefahr des Eindringens von Abraummaterial in den Bereich des Halteelements 14 minimiert. Zwischen der Auflagefläche 41 des Meißelkopfes 40 und den Flächenabschnitten 23.2 und in Verbindung mit den Flanken 24.1 bildet sich eine Art Mühl-Effekt. Eindringende größere Partikel werden zermahlen und über die geneigte Ausführung der Ausnehmungen 24 wieder nach außen abtransportiert. Auch hierdurch wird die Gefahr des Eindringens von abgetragenem Material in dem Bereich des Meißelschaft 11 verringert.
Der Fräsmeißel weist, wie oben erwähnt einen Meißelkopf 40 auf. Der Meißelkopf 40 weist eine untere Anlagefläche 41 auf. Mit dieser Anlagefläche 41 kann der Meißelkopf auf der Gegenfläche 23 aufsetzen. Dabei überdeckt die Anlagefläche 41 den ringförmigen ersten Flächenabschnitt 23.1 und die zweiten Flächenabschnitte 23.2 zumindest teilweise, wie dies die 1 und 2 zeigen. Im Anschluss an die Auflagefläche 41 besitzt der Meißelkopf 40 ein Basisteil 42. Das Basisteil 42 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel wulstförmiger ausgebildet. Denkbar sind jedoch auch andere Geometrien. Beispielsweise ist es denkbar eine zylindrische Geometrie, eine kegelstumpfförmige Geometrie oder dergleichen für das Basisteil 42 vorzusehen. An das Basisteil 42 schließt sich eine Verschleißfläche 43 an. Die Verschleißfläche 43 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel verschleißoptimiert zumindest bereichsweise konkav ausgebildet. Die Verschleißfläche 43 geht in einen Endbereich des Meißelkopfs 40 über, der eine Aufnahme 45 für eine Meißelspitze 30 bildet. Dabei kann, wie vorliegend in den Zeichnungen gezeigt, in dem Endbereich des Meißelkopfs 40 die Aufnahme 45 als kappenförmige Vertiefung eingearbeitet sein. In der kappenförmigen Vertiefung kann eine Meißelspitze 30 befestigt werden. Denkbar ist es zur Befestigung der Meißelspitze 30 eine Lotverbindung zu verwenden.
Die Gestalt der Meißelspitze 30 ist in den Zeichnungen 3 und 4 näher detailliert. Wie diese Darstellungen veranschaulichen, weist die Meißelspitze 30 einen Befestigungsabschnitt 31 auf. Dieser ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als untere Fläche 31 der Meißelspitze 30 ausgebildet. In diese untere Fläche kann, wie dies 4 zeigt eine Vertiefung 31.1 eingearbeitet sein, die insbesondere muldenförmige ausgebildet sein kann. Die Vertiefung 31.1 bildet ein Reservoir, in dem sich überschüssiges Lotmaterial ansammeln kann. Darüber hinaus wird über die Vertiefung 31.1 das erforderliche Material zur Fertigung der Meißelspitze 30 verringert. Üblicherweise wird die Meißelspitze 30 aus einem Hartwerkstoff, insbesondere aus Hartmetall gefertigt. Hierbei handelt es sich um ein relativ teures Material. Über die Vertiefung 31.1 lässt sich also der Teileaufwand verringern.
Im Bereich der Unterseite der Meißelspitze 30 sind an dem Befestigungsabschnitt 31 Ansätze 32 vorhanden. Über diese Ansätze 32 kann die Einstellung der Dicke des Lotspalts zwischen dem flächenförmigen Befestigungsabschnitt 31 und einer zugeordneten Fläche des Meißelkopfes 40 eingestellt werden.
Der Befestigungsabschnitt 31 geht über eine Fase 33 in einen Bund 34 über. Denkbar ist auch ein anderer Übergang zwischen dem Befestigungsabschnitt 31 und dem Bund 34. Insbesondere kann auch ein unmittelbarer Übergang des Befestigungsabschnitts 31 in den Bund 34 vorgesehen sein. Der Bund 34 ist in vorliegender Ausführung zylindrisch ausgebildet. Denkbar ist es auch, den Bund 34, beispielsweise konvex gewölbt und/oder wulstförmiger auszuführen. Der Bund 34 kann unmittelbar oder mittelbar in einen konkaven Bereich 36 übergehen. In dem in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gestaltung eines mittelbaren Übergangs gezeigt. Dementsprechend geht der Bund 34 über einen konusförmigen oder konvex gewölbten Übergangsabschnitt 35 in den konkaven Bereich 36 über.
Der konkave Bereich 36 kann mittelbar oder unmittelbar in einen Verbindungsabschnitt 38 übergehen. Vorliegend ist die Gestaltung eines unmittelbaren Übergangs in den Verbindungsabschnitt 38 gewählt. Der Verbindungsabschnitt 38 kann, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt, zylinderförmig ausgeführt sein. Denkbar ist es auch, eine kegelstumpfförmige Gestaltung für den Verbindungsabschnitt 38 zu wählen. Auch können leicht konvex oder konkav gewölbte Gestaltungen des Verbindungsabschnitts 38 Verwendung finden. Ein zylindrischer Verbindungsabschnitt 38 hat den Vorteil einer, Material- und gleichzeitig festigkeitsoptimierten Gestaltung. Darüber hinaus bildet der Verbindungsabschnitt 38 einen Verschleißbereich, der während des Betriebseinsatzes reduziert wird, während sich die Meißelspitze 30 abnutzt. Insofern wird über die zylindrische Gestaltung des Verbindungsabschnitts 38 eine gleichbleibende Schneidwirkung erzielt.
An den Verbindungsabschnitt 38 schließt sich mittelbar oder unmittelbar ein Endabschnitt 39 an. Vorliegend ist ein mittelbarer Übergang gewählt, wobei der Übergang über eine fasenförmige Kontur 39.3 geschaffen wird. Der Endabschnitt 39 weist einen Verjüngungsabschnitt 39.1 und eine Endkappe 39.2 auf. Mit dem Verjüngungsabschnitt 39.1 wird der Querschnitt der Meißelspitze 30 in Richtung hin auf die Endkappe 39.2 hin verjüngend. Insofern bildet, insbesondere die Endkappe 39.2, das schneidaktive Element der Meißelspitze 30.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Außenkontur der Endkappe von einer Kugelkalotte gebildet. Der Basiskreis dieser Kugelkalotte weist einen Durchmesser 306 auf. Um eine möglichst scharfe Schneidwirkung zu erreichen und gleichzeitig eine bruchstabile Ausbildung der Meißelspitze 30 zu erreichen, ist es vorteilhaft wenn vorgesehen ist, dass der Durchmesser 306 des Basiskreises im Bereich zwischen 1 und 20 Millimeter gewählt ist.
Der Verjüngungsabschnitt 39.1 weist an seinem ersten, dem Meißelkopf 40 zugekehrten Endbereich eine maximale erste radiale Erstreckung e1 auf. An seinem dem Meißelkopf 40 abgewandten Ende weist der Verjüngungsabschnitt 39.1 eine zweite maximale radiale Erstreckung e2 auf. In 3 ist eine Verbindungslinie von einem Punkt der ersten, maximalen Erstreckung e1 zu einem Punkt der zweiten maximalen Erstreckung e2 in gestrichelter Darstellung gezeigt. Diese Verbindungslinie steht zu der Mittellängsachse M der Meißelspitze 30 in einem Winkel β/2 zwischen 45° und 52,5°. Vorzugsweise ist ein Winkel von 50° gewählt. 4 veranschaulicht auch,, dass eine Tangente T an die Meißelspitze 30 und durch den Punkt der maximalen zweiten Erstreckung e2 mit der Mittellängsachse M einen Tangentenwinkel µ einschließt, und dass dieser Tangentenwinkel µ größer ist als der Winkel β/2, den die Verbindungslinie von einem Punkt der ersten maximalen Erstreckung e1 zu einem Punkt der zweiten maximalen Erstreckung e2 mit der Mittellängsachse M einschließt.
Vorliegend ist eine kugelförmige Geometrie des Verjüngungsabschnittes 39.1 gewählt. Denkbar ist es jedoch auch, eine leicht konvexe oder konkave Geometrie zu wählen, die sich in Richtung auf die Endkappe 39.2 verjüngt.
Während des Bearbeitungseinsatzes nutzt sich die Meißelspitze 30 ab, wobei sie sich in Richtung der Mittellängsachse M verkürzt. Bei der Anwendung im Straßenfräsbreich hat sich gezeigt, dass bei den hier gewählten Anstellwinkeln der Fräsmeißel gegenüber einer Fräswalze, auf der die Fräsmeißel befestigt sind, sich der vorliegende Winkelbereich der Verbindungslinie als besonders vorteilhaft erweist. Wird ein größerer Winkel gewählt, so wird ein zu großer Eindringwiderstand während des Fräsprozesses bewirkt. Dies wirkt sich in einer höheren erforderlichen Antriebsleistung der Fräsmaschine aus. Darüber hinaus wirkt dann der Hauptdruckpunkt für den Verschleißangriff im Übergangsbereich zwischen dem Verbindungsabschnitt 38 und dem Verjüngungsabschnitt 39.1 auf die Meißelspitze 30 ein. Hierdurch entsteht eine erhöhte Gefahr des Kantenbruchs und eines vorzeitigen Ausfalls der Meißelspitze 30. Wird ein kleinerer Winkel gewählt, so ist die Meißelspitze 30 initial zu schneidfreudig, was sich in einem hohen initialen Längenverschleiß auswirkt. Dadurch verringert sich die mögliche maximale Standzeit. Mit dem erfindungsgemäßen Winkelbereich wird die Druckeinwirkung während des Fräsprozesses vergleichmäßigt auf die Flächen des Verjüngungsabschnitt 39.1 und der Endkappe 39.2 verteilt. Hierdurch ergibt sich eine ideale Standzeit für die Meißelspitze und gleichzeitig eine ausreichend schneidaktive Meißelspitze 30.
Die Meißelspitze 30 hat eine axiale Erstreckung 309 in Richtung der Mittellängsachse M im Bereich zwischen 10 und 30 mm. Dieser Erstreckungsbereich ist optimiert auf die Straßenfräsanwendung ausgelegt. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Gesamtlänge 309 der Meißelspitze 30 zu dem maximalen Durchmesser der Meißelspitze 30 im Bereich zwischen 0,8 bis 1,2 liegt. Der den Haupt-Verschleißbereich bildende Verbindungsabschnitt 38 kann eine axiale Erstreckung im Bereich zwischen 2,7 und 7,1 Millimeter aufweisen
Der konkave Bereich 36 der Meißelspitze 30 weist eine elliptische Kontur auf. Die die elliptische Kontur erzeugende Ellipse E ist in 3 gestrichelt gezeichnet. Die Ellipse E ist so angeordnet, dass die große Halbachse 302 der Ellipse E und die Mittellängsachse M der Meißelspitze 30 einen spitzen Winkel α einschließen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Winkel α im Bereich zwischen 30° und 60°, vorzugsweise zwischen 40° und 50° ° gewählt, besonders bevorzugt beträgt der Winkel, wie vorliegend dargestellt 45°. Der konkave Bereich besitzt mithin eine, der Ellipse E folgende Geometrie. Vorzugsweise ist die Länge der großen Halbachse 302 im Bereich zwischen 8mm und 15mm gewählt. In der in 3 gezeigten Ausführung beträgt die Länge der großen Halbachse 302 12 mm. Die Länge der kleinen Halbachse ist im Bereich zwischen 5 mm und 10 mm gewählt. Vorliegend ist in 3 eine Länge von 9 mm für die kleine Halbachse 301 gewählt.
Wie 3 veranschaulicht, ist der Mittelpunkt D der Ellipse E vorzugsweise in Richtung der Mittellängsachse M beabstandet zu der Übergangsstelle zwischen dem konkaven Bereich 36 und dem Verbindungsabschnitt 38 angeordnet, wobei der Mittelpunkt D in Richtung auf den Meißelkopf 40 hin gegenüber dieser Verbindungsstelle versetzt ist. Hierdurch wird eine verschleißoptimierte Geometrie des konkaven Bereichs 36 erzeugt.
In 7 ist die Wirkung der Schrägstellung der Ellipse E veranschaulicht. 7 zeigt eine Meißelspitze 30, bei der, entsprechend dem Stand der Technik, wie er aus der DE 10 2007 009 711 A1 bekannt ist, eine konkave Kontur im konkaven Bereich 36 der Meißelspitze 30 gewählt ist, bei der die große Halbachse der erzeugenden Ellipse E parallel zu der Mittellängsachse M der Meißelspitze 30 angeordnet ist. Infolge der Schrägstellung der Ellipse E ergibt sich ein zusätzlicher umlaufender Materialbereich B. Dieser zusätzliche umlaufende Materialbereich B verstärkt die Kontur der Meißelspitze 30 im am stärksten belasteten Bereich der Meißelspitze 30. Es ist dies der Bereich, in dem die höchste Vergleichsspannung auftritt. Mithin wird also aufgrund der Schrägstellung der erzeugenden Ellipse E die Meißelspitze 30 im relevanten Bereich verstärkt, ohne dass hier ein deutlich höherer Materialanteil erforderlich wird. Die Meißelspitze 30 bleibt schlank und schneidfreudig.
Auf der linken Seite in 7 ist demgegenüber eine Kontur des konkaven Bereichs 36 gezeigt, der gegenüber der Meißelspitze 30 einen zusätzlichen umlaufenden Materialbereich C aufweist. Die Kontur dieses zusätzlichen umlaufenden Materialbereichs C wird von einer radiusförmigen Geometrie, also eines Kreises erzeugt. Es wird deutlich, dass gegenüber dem Materialbereich B eine deutliche Aufdickung der Meißelspitze 30 bewirkt wird. Hierdurch verbessert sich die Festigkeit im kritischen der Meißelspitze 30 gegenüber der Variante mit dem Materialbereich B (schräggestellte Ellipse E) nicht oder nur unwesentlich. Gleichzeitig wird aber ein deutlich höherer Materialanteil des teuren Hartstoff Werkstoffes erforderlich und die Meißelspitze 30 wird weniger schneidfreudig.
In 7 ist auch veranschaulicht, wie sich das oben beschriebene Merkmal, wonach vorgesehen ist, dass im Querschnitt der Meißelspitze 30 eine Verbindungslinie von einem Punkt der ersten maximalen Erstreckung e1 zu einem Punkt der zweiten maximalen Erstreckung e2 im Winkel β/2 zwischen 45° und 52,5° zu der Mittellängsachse M der Meißelspitze 30 steht, veranschaulicht. Wie die Darstellung zeigt, wird durch die Anstellung der Verbindungslinie ein zusätzlicher umlaufender Materialbereich A erzeugt. Dieser zusätzliche Materialbereich A bringt zum einen zusätzliches Verschleißvolumen im hauptbelasteten Schneidbereich und darüber hinaus die oben beschriebenen Vorteile.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007009711 A1 [0002, 0003, 0049]

Claims

Fräsmeißel, insbesondere Rundschaftmeißel mit einem Meißelkopf (40) und einer Meißelspitze (30), bestehend aus einem Hartwerkstoff, wobei die Meißelspitze (30) einen Befestigungsbereich aufweist, an dem sie mit dem Meißelkopf (40) verbunden ist, wobei die Meißelspitze (30) an ihrem längsseitigen, dem Meißelkopf (40) abgewandten Ende einen, die Meißelspitze (30) umlaufenden Endabschnitt (39) aufweist, der einen Verjüngungsabschnitt (39.1) und eine Endkappe (39.2) aufweist, wobei der Verjüngungsabschnitt (39.1) an seinem ersten Endbereich, welcher dem Meißelkopf (40) zugekehrt ist, eine maximale erste radiale Erstreckung (e₁) und an seinem dem Meißelkopf abgewandten Endbereich eine maximale zweite radiale Erstreckung (e₂) aufweist, und wobei an den Verjüngungsbereich (39.1) die Endkappe (39.2) angekoppelt ist, die das freie Ende der Meißelspitze (30) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Endkappe (39.2) von einer Kugelkalotte gebildet ist, die an ihrem Basiskreis einen Durchmesser (306) aufweist, und dass das Verhältnis der doppelten maximalen erste Erstreckung (2 mal e1) zu dem Durchmesser des Basiskreises (306) im Bereich zwischen 1,25 und 2,25 liegt.
Fräsmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungslinie von einem Punkt der ersten maximalen Erstreckung (e1) zu einem Punkt der zweiten maximalen Erstreckung (e2) im Winkel (β/2) zwischen 45° und 52,5°, zu der Mittellängsachse (M) steht.
Fräsmeißel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungslinie von einem Punkt der ersten maximalen Erstreckung (e1) zu einem Punkt der zweiten maximalen Erstreckung (e2) im Winkel (β/2) zwischen 47,5° und 52,5°, zu der Mittellängsachse (M) steht, und wobei der Verjüngungsabschnitt stumpfkegelförmig oder konvex ausgebildet ist.
Fräsmeißel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungslinie von einem Punkt der ersten maximalen Erstreckung (e1) zu einem Punkt der zweiten maximalen Erstreckung (e2) im Winkel (β/2) zwischen 45° und 50°, zu der Mittellängsachse (M) steht, und wobei der Verjüngungsabschnitt konvex ausgebildet ist.
Fräsmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Verjüngungsabschnitt (39.1), an der dem Meißelkopf (40) zugewandten Seite, ein Verbindungsabschnitt (38) anschließt, der zylindrisch oder konisch mit einem Kegelwinkel von maximal 20° ausgebildet ist, dass der Verbindungsabschnitt (38) im Übergangsbereich zu dem Verjüngungsabschnitt (39) eine Querschnittserstreckung (Durchmesser 305) aufweist, und dass das Verhältnis dieser Querschnittserstreckung (Durchmesser 305) zu der zweifachen maximalen zweiten Erstreckung (e₂) ≤ 2 ist.
Fräsmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (38) dem Meißelkopf (40) zugewandt in einen konkaven Bereich (36) übergeht, und dass der konkave Bereich (36) vorzugsweise eine elliptische Kontur aufweist.
Fräsmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (38) eine axiale Erstreckung in Richtung der Mittellängsachse (M) der Meißelspitze (30) im Bereich zwischen 2,7 mm und 7,1 mm aufweist.
Fräsmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der maximalen Erstreckung (309) der Meißelspitze (30) in Richtung der Mittellängsachse (M) der Meißelspitze (30) zu der maximalen ersten radialen Erstreckung (e₁) im Bereich zwischen 3,5 und 4,25 liegt.
Fräsmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den konkaven Bereich (36) Eintiefungen (37) eingebracht sind, und/oder Erhebungen vom konkaven Bereich (39) vorstehen, die über den Umfang der Meißelspitze (30) verteilt angeordnet und vorzugsweise in gleicher Teilung zueinander beabstandet angeordnet sind.
Fräsmeißel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintiefungen (37) eine Tiefe gegenüber der Oberfläche des konkaven Bereichs (36) zwischen 0,3 und 1,2 mm aufweisen.
Fräsmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Meißelspitze (30) aus Hartmetall besteht und vorzugsweise mit dem Meißelkopf (30) verlötet, insbesondere bevorzugt in einer napfförmigen Aufnahme (45) des Meißelkopfs (40) mittels einer Lötverbindung befestigt ist.
Fräsmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verjüngungsabschnitt (39.1) in Richtung der Mittellängsachse (M) konvex, vorzugsweise ballig ausgebildet ist.
Fräsmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tangente (T) an die Meißelspitze (30) und durch den Punkt der maximalen zweiten Erstreckung (e2) mit der Mittellängsachse (M) einen Tangentenwinkel (µ) einschließt, und dass dieser Tangentenwinkel (µ) kleiner ist als der Winkel (β/2), den die Verbindungslinie von einem Punkt der ersten maximalen Erstreckung (e1) zu einem Punkt der zweiten maximalen Erstreckung (e2) mit der Mittellängsachse (M) einschließt
Fräsmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gesamtlänge (309) der Meißelspitze (30) zu dem maximalen Durchmesser der Meißelspitze (30) im Bereich zwischen 0,8 bis 1,2 liegt.