DE2610734A1 - Mit schneid- und schlagstiften bestuecktes werkzeug zum abtragen von gesteinen und mineralien - Google Patents
Mit schneid- und schlagstiften bestuecktes werkzeug zum abtragen von gesteinen und mineralienInfo
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Description
FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG in Essen
Mit Schneid« und Schlagstiften bestücktes Werkzeug zum
Abtragen von Gesteinen und Mineralien
Die Erfindung betrifft ein mit Schneid— und Schlagstiften bestücktes
Werkzeug zum Abtragen von Gesteinen und Mineralien, das insbesondere zur schlagenden, geradlinig schneidenden
(hobeln, schrämen), drehend schneidenden, mahlend verdrängenden
oder glättenden Gesteinsbearbeitung geeignet ist. Das Werkzeug kann als Schlagbohrer, Drehbohrer, Schrämmeißel,
Hobelmesser, Rollenbohrkopf, Schneidrolle für Streckenvortriebmaschinen oder dergleichen ausgebildet sein»
Es sind Werkzeuge der genannten Art zur Gesteinsbearbeitung bekannt, bei denen der Bohrerkopf mit Stiften aus Hartmetall
bestückt ist, wobei die Stifte entsprechend den gewünschten Schnittbahnen angeordnet sind. Bei den bekannten Werkzeugen
weisen die Stifte aus Hartmetall eine Stirnfläche auf, welche unter anderem die Form einer Ebene, eines Kegels oder eines
Kugelschnittes haben kann. Die bekannten Werkzeuge haben den Nachteil, daß die in ihnen angeordneten Stifte beim Einsatz
im abrasivem Gestein stumpf werden beziehungsweise abflachen und entweder überhaupt nicht oder nur mit großen Schwierigkeiten
nachgeschliffen werden können. Außerdem hat sich gezeigt,
daß die Kaliberstifte bei den bekannten Werkzeugen bereits nach kurzem Einsatz einen sogenannten Gegenkegel aufweisen,
der seitliche Druckkräfte erzeugt und das Zerbrechen der Kaliberstifte bewirkt. Durch den verhältnismäßig schnellen
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Verschleiß der Hartmetallstifte werden die bekannten Werkzeuge unbrauchbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Werkzeuge der genannten Art zu schaffen, die eine lange Lebensdauer haben
und deren Schneid» und Schlagstifte einem geringen Verschleiß unterliegen und bei denen die Bildung der nach»
teilig wirkenden Gegenkegel vermieden wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst*
daß die Stifte einen Kern aus einem Hartstoff oder Hartmetall und eine oder mehrere um den Kern angeordnete
Schichten aus einem Hartstoff oder Hartmetall aufweisen und daß die Härte der Hartstoffe und Hartmetalle vom Kern zur
äußeren Schicht hin abnimmt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist alternativ vorgesehen, daß der Kern und die
einzelnen Schichten aus Hartstoffen und/oder Hartmetallen mit unterschiedlicher Zusammensetzung, unterschxedlicher
Körnung und unterschied.icher Härte bestehen, daß der Kern
und die einzelnen Schichten aus Hartstoffen und/oder Hartmetallen mit unterschiedlicher Zusammensetzung, gleicher
Körnung und unterschxedlicher Härte bestehen oder daß der Kern und die einzelnen Schichten aus Hartstoffen und/oder
Hartmetallen mit gleicher Zusammensetzung, unterschiedlicher Körnung und unterschiedlicher Härte besteheno
Als Hartstoffe werden harte Boride, Nitride, Silicide,
Carbide, Oxide sowie in einer Metall-Matrix suspendierter Diamant und als Hartmetalle werden Legierungen aus einem
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Bindemetall (Eisen, Kobalt, Nickel, Molybdän oder Legierungen aus diesen Metallen) sowie einem oder mehreren
Carbiden der Elemente der Gruppen 4 a, 5 a und 6 a des Periodensystems, insbesondere der Carbiden des Wolframs,
Titans, Tantals, Niobs und Molybdäns, verwendet. Die entsprechend der Erfindung gestalteten Stifte können
unterschiedliche geometrische Formen haben, und die Stirnflächen der Stifte können als Kugelabschnitt··, Kegel«,
Kegelstumpf», Pyramidenoberfläche oder dergleichen ausge»
bildet sein.
Das entsprechend der Erfindung gestaltete Werkzeug hat gegenüber bekannten Werkzeugen der gleichen Art den Vorteil, daß die Stifte eine erheblich höhere Verschleißfestigkeit
aufweisen und somit die Lebensdauer des Werkzeugs wesentlich, erhöht ist. Durch die erfindungsgemäße
Ausbildung der Stifte wird weiterhin ein optimales Verschleißbild erreicht, da der Materialabtrag durch Verschleiß
vom Kern zur äußeren Schicht hin zunimmt und somit — z.B. bei kegeliger Ausbildung der Stirnfläche - in etwa die
ursprünglich vorhandene Stirnfläche - also der Kegel - beibehalten wird. Hierdurch bleibt auch die Bohrgeschwindigkeit
während der Lebensdauer des Werkzeugs nahezu konstant. Durch die Schichten wird der Kern in vorteilhafter Weise gestützt,
was zu einer Erhöhung der Bruchfestigkeit der Stifte führt.
Die erfindungsgemäßen Stifte können in vorteilhafter Weise an die für das Werkzeug geforderten Arbeitsbedingungen durch
die Auswahl der Kern— und Schichtwerkstoffe und durch eine Optimierung des Kerndurchmesser-Schichtdicken-VerhältnisseS
angepaßt waden. Ebenso ist die Anpassung des Schichtmaterials zum Schaftwerkstoff des Werkzeugs möglich, so daß auch eine
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feste Relation des Verschleißabtrages der Schicht zum Verschleißabtrag des Schaftwerkstoffes einstellbar ist.
Durch die Anpassung von Kern«s Schicht« und Schaftwerk«
stoff an die Arbeitsbedingungen des Werkzeugs wird ein Selbstschärfeffekt erzielt, der den bisher notwendigen
hohen Aufwand für das Schärf-en durch Nachschleifen ver«
meidet« Die aus einem Kern und einer oder mehreren Schichten bestehenden Stifte haben gegenüber bekannten
Hartmetallstiften auch den Vorzug, daß im eingelöteten bzw.
eingeschrumpften Stift eine verbesserte Spannungsverteilung erreicht wird, d.h. Spannungsspitzen werden von dem zäheren
Schichtmaterial abgebaut, so daß der spröde Kern von den Lot» bzw. Schrumpfspannungen fast gänzlich entlastet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbei«
spiele näher beschrieben und in der Zeichnung dargestellt· Es zeigen:
Fig. 1 Aufsicht auf den Bohrerkopf eines Schlag« bohrers
Fig. 2 Längsschnitt durch den Bohrerkopf eines Schlagbohrers
Fig. 3 Längsschnitt durch einen Schrämmeißel
Fig. k Längsschnitt durch einen Stift mit durch«
gehendem Kern und einer mantelartigen Schicht sowie kegelstumpfförmiger Stirnfläche
Fig. 5 Längsschnitt durch einen Stift mit nicht durch«
gehendem Kern und einer sackartigen Schicht sowie kugeliger Stirnfläche
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Fig, 6 Längsschnitt durch einen Stift mit durchgehendem Kern und zwei mantelartigen
Schichten sowie kegeliger Stirnfläche
Pig. 7 Längsschnitt durch einen Schrammeißelstift
Die Figuren 1 und 2 zeigen den Bohrerkopf 1 eines Schlagbohrers»
der mit mehreren Stiften 2 bestückt ist, wobei die äußeren Stifte 2 a als Kaliberstifte bezeichnet werden.
Die Stifte 2 werden in den Bohrerkopf 1 durch Einlöten, Einpressen oder Einschrumpfen eingebracht· Die Stifte 2 bestehen
aus einem Kern 3f um den eine oder mehrere Schichten 4, 5
angeordnet sind. Der Kern 3 besteht aus dem härtesten Material, während die Härte der einzelnen um den Kern 3 angeordneten
Schichten 4, 5 von der inneren Schicht 4 zur äußeren Schicht hin abnimmt. Die Stirnfläche 6 der Stifte 2 kann unterschiedlieh
geformt sein, wie die Figuren 4, 5, 6 und 7 zeigen. Die Stifte 2 können so beschaffen sein, daß der Kern 3 von den
Schichten 4, 5 sackartig (Fig. 4) oder mantelartig (Fig. 3) umschlossen wird. Außerdem können die Schichten 4, 5 die
stirnseitige Oberfläche des Kern teilweise überdecken. Die Figur 3 zeigt den Längsschnitt eines Schrämmeißels, bei dem
der als Werkzeugkörper ausgebildete Bohrerkopf 1 lediglich einen Stift 2 trägt, dessen Form in der Fig. 7 dargestellt ist.
Die Herstellung der Stifte erfolgt nach den bekannten Verfahren der Hartmetalltechnologie·
Nachfolgend werden Eigenschaften und Zusammensetzungen von entsprechend der Erfindung gestalteten Stiften anhand mehrerer
Beispiele angegeben, wobei die genannten Prozentzahlen a\a Gewichtsprozente gelten.
• 5 - 709838/0199
Der Kern 3 besteht aus 6 % Co und 94 % WC und hat die
Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 3 »im. Die Härte des für den Kern3verwendeten Hartmetalls beträgt
HV 30 a l600 kp/mm2.
Der Schicht-Werkstoff besteht aus 8 % Co und 92 % WC und
hat eine Härte HV 3° = 1250 kp/mm , die Wanddicke der
Schicht 4 beträgt 3
Die Korngröße des Kern-Werkstoffs liegt unter 3 M und die Korngröße des Mantel-Werkstoffs liegt zwischen 3 und 10 u. Der Stift 2 hat die in Figur 3 gezeigte Form.
Die Korngröße des Kern-Werkstoffs liegt unter 3 M und die Korngröße des Mantel-Werkstoffs liegt zwischen 3 und 10 u. Der Stift 2 hat die in Figur 3 gezeigte Form.
Der Kern 3 besteht aus 3 % Co und 97 % WC. Der Kern-Werk-
ο stoff hat eine Härte HV 30 = 1700 kp/mm und eine Korngröße
unter 3 uo Die Schicht 4 besteht aus 12 % Co, 15 # TiC/Ta
(Nb)C und 73 % WC. Der Schicht-Werkstoff hat eine Härte HV 30 = 1350 kp/mm und eine Korngröße von k bis 10 u.
Die Schicht k ist sackartig ausgebildet, und der Stift 2 hat
die in Figur 4 gezeigte Form.
Auf den gemäß Beispiel B beschaffenen Körper wird eine äußere Schicht 5 aufgebracht, die aus einem Hartmetall der
Zusammensetzung 15 % Co und 85 % WC und einer Korngröße von
3 bis 10 u besteht sowie eine Härte HV 30 = 1000 kp/mm auf«
weist.
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Der Kern 3 besteht aus Hartmetall der Zusammensetzung
6 % Co und 94 % WC. Die Korngröße des Kern-Werkstoff liegt
unter 3 «■ und die Härte beträgt HV 30 = 16OO kp/mm . Die
innere mantelartige Schicht 4 besteht aus Hartmetall der Zusammensetzung 12 % Co, 50 % TiC, 38 % WC, der Korngröße
von 3 bis 10 u und der Härte HV 30 » l400 kp/mm2. Die äußere,
mantelartige Schicht 5 besteht aus einem Hartmetall mit der Zusammensetzung 15 % Co, 50 % TiC, 35 % WC, der Korngröße
3 bis 10 u und der Härte HV 30 » 13OO kp/mm2. Der Stift
hat die in Figur 5 gezeigte Form.
Kern und Mantel bestehen aus einem Hartmetall mit der Zusammensetzung
10 % Co und 90 % WC. Der Kern-Werkstoff hat eine
!5 Korngröße von weniger als 1 u und eine Härte HV 30 = I7OO kp/
mm · Der Mantel-Werkstoff hat eine Korngröße von 3 bis 10 u
und eine Härte HV 30 = 1250 kp/mm2. Der Stift hat die in
Figur 3 gezeigte Form.
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Claims (2)
1. Mit Schneid·· und Schlagstiften bestücktes Werkzeug
zum Abtragen von Gesteinen und Mineralien, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (2) einen Kern (3)
aus einem Hartstoff oder Hartmetall und eine oder mehrere um den Kern (3) angeordnete Schichten (4, 5)
aus einem Hartstoff oder Hartmetall aufweisen und daß die Härte der Hartstoffe und Hartmetalle vom Kern (3)
zur äußeren Schicht (5) hin abnimmt.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (3) und die einzelnen Schichten (4, 5) aus Hartstoffen und/oder Hartmetallen mit unterschiedlicher
Zusammensetzung, unterschiedlicher Körnung und unter» schiedlicher Härte bestehen.
3· Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) und die einzelnen Schichten (4, 5) aus
Hartstoffen und/oder Hartmetallen mit unterschiedlicher Zusammensetzung, gleicher Körnung und unterschiedlicher
Härte bestehen.
4» Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (3) und die einzelnen Schichten (4, 5) aus Hartstoffen und/oder Hartmetallen mit gleicher Zusammensetzung, unterschiedlicher Körnung und unterschiedlicher
Härte bestehen.
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