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Schrämmeißel mit für die Unterstützung durch Hochdruckflüssig-
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keitsstrahlen ausqebildetem Meißelkopf Die Erfindung betrifft einen
Schrämmeißel, insbesondere für Schrämwalzen, auf dessen Schneidkante zumindest eine
im MeiBelhalter oder im Umfang der Schrämwalze angeordnete Düse zum Absprühen eines
Flüssigkeitsstrahls gerichtet ist.
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Es gehören Walzenschrämmaschinen zum vorbekannten Stand der Technik,
deren Schrämwalzen auf ihrem Umfang mit Schrämmeißelhaltern besetzt sind. Die in
diesen Meißelhaltern angeordneten Schrämmeißel werden zur Staubbekämpfung, aber
auch, um die in Arbeitsrichtung vor den einzelnen Schrämmeißeln gelegenen Zonen
zu befeuchten, über Flüssigkeitsleitungen, die bis in die Meißelhalter geführt sind,
mit Wasser versorgt. Die Austrittsstellen dieser zur Staubbekämpfung dienenden Flüssigkeit
liegen unterhalb der Schrämmeißelschneide, vor dem Kopf des Schrämmeißels. Um die
Berieselungsflüssigkeit bis zum Ort der Entstehung des Staubes zu bringen, ist die
Schneidkante des Schrämmeißels mit einem in Längsrichtung verlaufenden Einschnitt
versehen, der an die dem Meißelhalter zugeordneten Flüssigkeitsleitungen anschließt
oder aber in der Nähe dieser Leitungen beginnt. Auch kann der Meißel im Innern eine
Bohrung aufweisen, die Flüssigkeit von den Leitungen des Meißelhalters bis in die
Nähe der schneidenden Meißelspitze führt und von dort einen Strahl zu der angrenzenden
Schneidkante des Schrämmeißels erzeugt (DE-AS 12 18 980).
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Wasserstrahlen, die mit zur Berieselung von Schrämmeißeln üblichem
Betriebsdruck abgesprüht werden, müssen, wenn sie bis zur Schneide des jeweiligen
Schrämmeißels in das zu lösende Mineral eindringen sollen, im unmittelbaren Schneidbereich
aus dem Meißelkopf oder einer hier befindlichen Düse austreten. Nur dann besteht
Aussicht, daß sie auch an den Entstehungsort des Staubes gelangen und hier die angestrebte
Wirkung haben. Die in der vorgenannten Druckschrift beschriebene Ausbildung erfordert
einen verhältnismäßig langen Flüssigkeitsstrahl, da der Abstand zwischen Meißelschneide
und
der Austrittsstelle der Berieselungsflüssigkeit stets etliche Zentimeter beträgt.
Folglich ist es unwahrscheinlich, daß durch die angegebenen Maßnahmen ein merklicher
Beitrag zur Staubbekämpfung geleistet und eine Verbesserung des Staubniederschlages
erreicht wird.
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Schrämmeißel, vor allem wenn sie in sehr hartem Mineral und nicht
in der Kohle arbeiten, werden verschiedentlich bei ihrer Schneidarbeit durch Hochdruckflüssigkeitsstrahlen
unterstützt. Flüssigkeitsstrahlen dieser Art, die mit Drücken von mehr als 800 bar
über Düsen abgesprüht werden, sollen im unmittelbaren Bereich der Meißelschneide
wirken und hier zwar auch zur Staubbindung und zur Kühlung der Meißelschneide beitragen,
in der Hauptsache aber auf das vom Schrämmeißel zu lösende Mineral zerstörend einwirken
und es entweder vor der Meißelschneide aufschlitzen oder zumindest aber in seiner
Struktur soweit aufbrechen, daß es von dem nachfolgenden Schrämmeißel relativ mühelos
aus seinem Verband gelöst werden kann. Auf diese Weise wird die Standzeit der Schrämmeißel
erheblich verlängert und infolge der Meißelersparnis die Vortriebsarbeit in hartem
Gestein wesentlich verbilligt. Dabei sollte nicht unberücksichtigt bleiben, daß
mit der längeren Einsatzdauer des einzelnen Schrämmeißels auch die Zeiten, die zum
Auswechseln der Schrämmeißel notwendig sind, abnehmen, was die Wirtschaftlichkeit
der Vortriebsarbeit weiter verbessert.
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Voraussetzung hierfür ist aber eine Düsenanordnung, die die Gewähr
bietet, daß der von ihr ausgehende Flüsssigkeitsstrahl auch bis über die Meißelschneide
hinaus in das Mineral eindringt. Würde man dazu die Hochdruckflüssigkeit durch den
Meißelschaft bis in den Meißelkopf leiten und den Flüssigkeitsstrahl erst hier aus
einer Düse austreten lassen, so wäre eine dem hohen Betriebsdruck gewachsene Abdichtung
zwischen Schrämmeißelschaft und Einstecköffnung des Schrämmeißelhalters erforderlich,
die jedoch einen schnellen Meißelwechsel nicht behindern darf. Der dadurch bedingte
Konstruktionsaufwand wäre erheblich und würde Schrämmeißel und Schrämmeißelhalter
erheblich verteuern. Auch würde die Betriebssi-
cherheit und die
Lebensdauer einer solchen Dichtung durch den von Zeit zu Zeit erforderlichen Meißelwechsel
beträchtlich reduziert.
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Ganz sicher ist daher die technisch weniger aufwendige Lösung, die
Düse auf dem Schrämmeißelhalter oder auf dem Walzenumfang unmittelbar am Fuß des
Schrämmeißels anzuordnen, die zweckmäßigere. Sie erfordert keine Abdichtung zwischen
Schrämmeißelschaft und der die Flüssigkeit heranführenden Hochdruckleitung, hat
allerdings den Nachteil eines verhältnismäßig großen Abstandes, der den Flüssigkeitsstrahl
absprühenden Düse von der Schrämmeißelschneide. Folglich wird der Flüssigkeitsstrahl
nur dann in der Lage sein, bis in den Bereich der Meißel schneide oder über die
Schneide hinaus in das anstehende Mineral einzudringen, wenn mit extrem hohen Drücken
gearbeitet wird, was wiederum die Wirtschaftlichkeit dieses Schneidverfahrens beeinträchtigen
dürfte.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen von Hochdruckflüssigkeitsstrahlen
unterstützten Schrämmeißel so auszubilden, daß er diesem Flüssigkeitsstrahl bessere
Voraussetzungen zur Schnittunterstützung bietet und ihm gestattet, bis in den unmittelbaren
Bereich der Schneide zur gelangen und darüber hinaus in das über der Schneide anstehende
Mineral einzudringen.
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Zur Lösung dieses Problems geht die Erfindung von einem Schrämmeißel
aus, wie er in der Einleitung beschrieben ist, und schlägt vor, den Flüssigkeitsstrahl
jeder Düse frei durch eine sich zumindest über die Höhe des Meißelkopfes erstreckende,
in Strahlrichtung verlaufende Öffnung, die bis zur Meißelschneide bzw. bis in deren
unmittelbare Nähe geführt ist, verlaufen zu lassen. Hochdruckflüssigkeitsstrahlen
treten mit Überschallgeschwindigkeit aus einer Düse aus und mit dieser Geschwindigkeit
in die erfindungsgemäße Öffnung des Meißelkopfes ein. Hier bewegen sie sich bis
zur oberen Austrittsstelle der Öffnung in einem gleichgerichteten Luftstrom, der
durch die Injektionswirkung des Flüssigkeitsstrahls erzeugt und aufrechterhalten
wird. Während die Hochdruckflüssigkeit durch ihre große Bewegungsenergie die Öffnung
ständig frei
hält und Verstopfungen verhindert, sorgt die von der
Flüssigkeit mitgerissene Luft nicht nur für eine zusätzliche Kühlung der Meißelschneide
und deren Umgebung, sondern sie verhindert gleichzeitig auch Gasansammlungen in
diesem Raum. Der Flüssigkeitsstrahl selbst gelangt auf diese Weise mit Sicherheit
bis in den Schneide bereich des Meißels und damit in den unmittelbaren Entstehungsbereich
des Staubes. Erst hier prallt er gegen das fest anstehende Mineral, in das er mehr
oder weniger tief eindringt, und zerstört es in seinem Gefüge. Infolge des Maschinenvorschubes
steht das aufgelockerte Mineral vor dem nachfolgenden SchrämmeiBel der Schrämwalze
an, wird von ihm erfaßt und herausgebrochen. Die Wirksamkeit eines auf diese Weise
bis zur Schrämmeißelschneide geführten Hochdruckflüssigkeitsstrahls muß daher erheblich
besser sein als die eines Flüssigkeitsstrahls, der frei vor der Meißelbrust auf
das Mineral gerichtet ist und bereits hier an den unter dem Druck der Schrämmeißelschneide
hereinbrechenden Gesteinsgrus zumindest einen Teil seiner Bewegungsenergie abgibt.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann der Schrämmeißel auch je
eine Öffnung aufweisen, die bis in die unmittelbare Nähe je einer der beiden Ecken
der Schrämmeißelschneide verläuft, wo sie entweder in der Brust fläche des Schrämmeißels,
dicht unterhalb der Schneidkante, oder aber in der Kopffläche des Schrämmeißels,
dicht hinter der Schneidkante, austritt. Durch diese beiden Bohrungen lassen sich
Hochdruckflüssigkeitsstrahlen bis in die beiden hochbelasteten Ecken eines Schrämmeißels
führen, wo sie besonders wirksam sind und außerdem auch zur Kühlung der Schrämmeißelschneide
sowie zur Staubbekämpfung beitragen.
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Zweckmäßigerweise werden die Öffnungen von je einer Bohrung gebildet,
die im Innern des Schrämmeißelkopfes oder aber innerhalb einer beispielsweise aus
Hartmetall bestehenden Schneidplatte verläuft und zumindest in der unteren Fläche
des Schrämmeißelkopfes bzw. der Schneidplatte beginnt und in unmittelbarer Nähe
oder aber innerhalb der Schrämmeißelschneide endet.
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Es ist aber auch möglich, zur Vereinfachung der Schrämmeißelfertigung,
die Öffnung als eine in der Brust fläche des Schrämmeißelkopfes verlaufende, auf
ihrer ganzen Länge offene Nut auszubilden.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß das gegen die
Schrämmeißelbrust laufende harte, spröde Gestein sich unter dem Druck der anlaufenden
Schrämmeißelbrust nicht plastisch verformt, sondern in einzelne kleine Partikel
zerfällt, weil der Flüssigkeitsstrahl des sich auf derselben Schneidlinie bewegenden,
vorlaufenden Schrämmeißels das Gefüge des vom nachlaufenden Meißel erfaßten Mineralstreifens
bereits zerstört hat. Der Gesteinsgrus, der daher allenfalls in die offene Nut eindringt-,
wird deshalb sowohl vom Flüssigkeitsstrahl als auch vom Luftstrom erfaßt und mitgerissen.
Verstopfungen der Nut, wie sie bei Flüssigkeitsstrahlen geringeren Druckes zu erwarten
wären, können infolgedessen nicht auftreten. Folglich kann auch hier mit einer guten
Durchgängigkeit für den Flüssigkeitsstrahl gerechnet werden, weil nur verhältnismäßig
geringe Mengen von gelöstem Mineral in die Nut eindringen.
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Möglich ist es aber auch, die Nut in der einen Schenkel des Freiwinkels
bildenden Kopf- bzw. Mantelfläche des Schrämmeißels anzuordnen und sie in bzw. vor
der Schrämmeißelschneide enden zu lassen. Da im Bereich des Freiwinkels kein Mineral
ansteht und in diesen Raum auch kaum Gesteinsgrus eindringt, wird ein Hochdruckflüssigkeitsstrahl
hier ohne Schwierigkeiten bis zur Meißelschneide vordringen und darüber hinaus auch
das vor dem Schråmmeißel fest anstehende Mineral angreifen und es lösen können.
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Von Vorteil ist es, wenn die Tiefe der Nut in Richtung zur Meißelschneide
bzw. zur Meißelspitze stetig abnimmt und die Nut in der Meißelschneide bzw. vor
der Meißelspitze ausläuft. Auf diese Weise wird die Meißel schneide durch die Nut
nicht unterbrochen und nicht geschwächt. Trotzdem ist es dem Hochdruckflüssigkeitsstrahl,
der aus einer hinter dem Schrämmeißel angeordneten Düse austritt, aber möglich,
bis in den unmittelbaren Schneidbereich vorzudringen, ohne dabei von Mineralteilen
gestört zu werden.
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Dasselbe gilt auch für feststehende Tangentialmeißel, die mit einem
kegelförmigen Meißelkopf ausgestattet sind, der in einer Spitze endet. Allerdings
muß hier die Nut vor der Meißelspitze auslaufen.
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Es ist von Vorteil, wenn die Nuttiefe größer als die Nutbreite bemessen
ist und das Verhältnis Nuttiefe zu Nutbreite mindestens 2 1 beträgt. Bei diesen
Abmessungsverhältnissen des Nutquerschnittes wird zumindest im inneren Teil der
Nut ein von Gesteinsgrus weitgehend freier Bereich für den Hochdruckflüssigkeitsstrahl
bleiben, der es dem Strahl erlaubt, ohne wesentlich an Bewegungsenergie eingebüßt
zu haben, bis zur Austrittsöffnung der Nut und damit bis in den Bereich des fest
anstehenden Minerals zu gelangen.
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Zweckmäßigerweise erhält die Nut einen im wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt, der die Brustfläche des Schrämmeißelkopfes tangiert und hier von zwei
sich gegenüberliegenden, nasenförmigen, abgerundeten Ansätzen eingeschnürt wird.
Eine derartige Nutausbildung läßt dem Flüssigkeitsstrahl und der ihn begleitenden
Luft einen hinreichenden Durchtrittsquerschnitt, vermindert die Möglichkeit des
Eintritts von Gesteinsgrus in die Nut und schützt auch die in der Brust fläche des
Schrämmeißelkopfes liegenden Nutkanten hinreichend vor Beschädigungen. Denselben
Effekt erreicht man, wenn man dem Nutquerschnitt die Form eines sich nach innen
erweiternden Trapezes gibt.
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Allerdings dürfte auch eine Nut, die einen sich zum Meißelinneren
verjüngenden, gerundeten, vorzugsweise V-förmigen Querschnitt besitzt, dem Hochdruckflüssigkeitsstrahl
eine ausreichende Möglichkeit bieten, bis in den Bereich der Schrämmeißschneide
und darüber hinaus zu gelangen, wenn man den Hochdruckflüssigkeitsstrahl in unmittelbarer
Nähe des Scheitels der Nut verlaufen läßt. Bis in diesen Bereich dringt nur der
ganz feinstückige Gesteinsgrus vor, der von dem energiereichen Flüssigkeitsstrahl
augenblicklich erfaßt und entfernt werden kann.
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Um zu verhindern, daß der Flüssigkeitsstrahl mit den Wandungen der
Bohrung bzw. der Nut Kontakt bekommt, was wegen der groben Passung zwischen Schrämmeißelschaft
und der diesen Schaft aufnehmenden Öffnung des Schrämmeißelhalters denkbar wäre,
wird vorgeschlagen, den Querschnitt der Öffnung bzw. der Nut mindestens gleich dem
Fünffachen, höchstens jedoch gleich dem Zehnfachen des jeweiligen Strahlquerschnittes
zu bemessen. Abmessungen der Öffnung bzw. der Nut in dieser Größe führen bei Abweichungen
der Schrämmeißel aus ihrer exakten Betriebsstellung nicht sofort zu Kollisionen
des Hochdruckflüssigkeitsstrahl mit der Wandung der Öffnung bzw. der Nut.
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Schrämmeißel, deren Kopf mit einer beispielsweise aus Hartmetall bestehenden
Schneidplatte besetzt ist, haben zweckmäßigerweise eine zweiteilig ausgebildete
Schneidplatte, deren beide Einzelteile aus zwei im Abstand der Nutbreite voneinander
angeordneten Hälften bestehen. Auch können in diesem Fall die die beiden Schneidplatten
tragenden Flächen des Schrämmeißelkopfes entgegen der Schneidrichtung des Schrämmeißels
zur Mitte hin geneigt sein und Ausnehmungen zur Aufnahme eines Schneidplattenansatzes
aufweisen. Weiterhin ist es möglich, beide Schneidplatten auf ihrer Vorderseite
mit je einer sich zum vollen Nutquerschnitt ergänzenden Ausnehmung zu versehen und
sie auf ihrer Rückseite mit je einem in eine gemeinsame Ausnehmung des Schrämmeißelkopfes
eingreifenden Ansatz auszustatten. Diese Ausbildungsformen haben den Zweck, die
Verbindung der beiden Schneidplattenhälften mit den sie tragenden Flächen des Schrämmeißelkopfes
zu verbessern und sollen auch die auf die Schneidplattenhälften einwirkenden Schnittkräfte
möglichst senkrecht auf diese Flächen einwirken lassen.
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In den Abbildungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt und im folgenden Beschreibungsteil näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Schrämmeißels mit dem zugehörigen Meißelhalter;
Fig. 2 die Ansicht
X auf die Spitze des Schrämmeißels gemäß der Figur 1; Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel
der Schrämmeißelspitze gemäß der Figur 1; Fig. 4 die Seitenansicht der Schrämmeißelspitze
des Ausführungsbeispieles gemäß der Figur 3; Fig. 5 bis Fig. 11 weitere Ausführungsbeispiele
des SchrämmeiOels.
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Der Schrämmeißel ist mit 1 bezeichnet. Er ist tangential zur Umlaufrichtung
einer nicht dargestellten Schrämwaize in einem mit einer Schnellbefestigung 2 ausgestatteten
Meißelhalter 3 angeordnet. Letzterer befindet sich in einer Ausnehmung eines schraubenlinienförmig
auf dem Trommelmantel der Schrämwalze befestigten Ladesteges 4. In diesem Ladesteg
4 sind auch die Zuleitungen 5 für die Hochdruck flüssigkeit untergebracht und bis
zu den Düsen 6 geführt. Die Düsen 6 liegen geschützt in je einer Ausnehmung 9 der
Ladestege 4 und sind hier möglichst dicht vor der Unterseite der Hartmetallschneidplatte
7 der einzelnen Schrämmeißel 1 angeordnet.
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Wie insbesondere die Figur 2 zeigt, ist die Hartmetallplatte 7 des
Schrämmeißels 1 mit einer kreisförmigen, in Richtung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls
8 verlaufenden Öffnung 10 versehen. In diese Öffnung 10 tritt der aus der Düse 6
austretende Flüssigkeitsstrahl 8 von unten ein und durch sie hindurch am oberen
Uffnungsende wieder aus.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei
dem zwei schräg zueinander liegende Bohrungen 11 durch die Hartmetallschneidplatte
7 des Schrämmeißels 1 verlaufen. Diese Bohrungen 11 treten im Bereich der beiden
Ecken, dicht unterhalb der Schneidkante 12, in der Bruattläche 13 der Schneidplatte
7 des Schrämmeißels 1 aus. Jeder der beiden Bohrungen 11 ist eine nicht dargestellte
einzelne Düse 6 zugeordnet, die in der Ladeleiste der Schrämwalze untergebracht
ist.
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Die Figur 5 zeigt eine Öffnung 14, die als auf ihrer ganzen Länge
offene Nut ausgebildet ist. Letztere kann einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt
haben, der die Brustfläche 13 der Hartmetallschneide 7 tangiert und von zwei sich
gegenüberliegenden, nasenförmigen, abgerundeten Ansätzen 15 eingeschnürt wird. Sie
kann aber auch den in der Fig. 6 dargestellten trapezförmigen Querschnitt 16 haben.
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Ebenso ist es möglich, wie in dem Ausführungsbeispiel nach der Figur
7 dargestellt, die Nut 17 mit einem sich zum Meißelinneren verjüngenden, an den
Ecken abgerundeten V-förmigen Querschnitt auszubilden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 8 sind die die beiden Schneidplatten
18 tragenden Flächen des Schrämmeißelkopfes entgegen der Schneidrichtung des Schrämmeißels
1 zur Mitte hin geneigt und mit Sackbohrungen 19 versehen, in die Ansätze 20 der
beiden Schneidplatten 18 eingreifen. Die beiden mittig aneinanderstoßenden Schneidplatten
18 bilden im eingebauten Zustand eine Nut 21, die einen V-förmigen, nach außen offenen
Querschnitt besitzt.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 9 bilden die beiden Schneidplatten
22 mittig einen trapezförmigen Nutquerschnitt 23, der sich in Schneidrichtung erweitert.
Auf ihrer Rückseite ist jede Schneidplatte 22 mit einem Ansatz 24 versehen, der
in eine trapezförmige Ausnehmung 25 des Schrämmeißelkopfes eingreift.
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Während in den bisher erläuterten Ausführungsbeispielen nach den Figuren
5 bis 9 die Nut 14,16,17,21 innerhalb der Brustfläche 13 des Schrämmeißelkopfes
bzw. der hier befindlichen Schneidplatte 7 verläuft, ist in dem Ausführungsbeispiel
nach der Figur 10 eine derartige Nut im Bereich des Freiwinkels a eines Schrämmeißels
1 angeordnet. Sie verläuft hier, wie in der Figur 10 dargestellt ist, innerhalb
der Kopffläche 26 des Schrämmeißels 1 bis zur Schneidkante 12 der Schneidplatte
7, wobei sich ihre Tiefe stetig verringert und in der Schneidkante 12 ausläuft.
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In dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 11, in welchem die Spitze
eines feststehenden, also nicht rotierenden Rundmeißels 27 dargestellt ist, verläuft
die Nut 28 bis etwa zum Hartmetalleinsatz 29 dieses Meißel und endet hier. Sowohl
in dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 10 als auch in dem Ausführungsbeispiel
nach der Figur 11 bewegt sich der Hochdruckflüssigkeitsstrahl 8 in einem von Mineralteilen
weitgehend freien, durch den Kopf des Schrämmeißels 1 bzw. 27 abgedeckten Raum.
Daher ist hier die Möglichkeit besonders groß, den aus einer hinter dem Schrämmeißel
befindlichen Düse austretenden Hochdruckflüssigkeitsstrahl 8 von Mineralteilen ungestört
bis in den Bereich der Meißelschneide 12 bzw. 29 oder bis in die Nähe dieser Schneide
zu führen.
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