DE60027186T2

DE60027186T2 - Schneidwerkzeug zum brechen von material und schneideinsatz dafür

Info

Publication number: DE60027186T2
Application number: DE60027186T
Authority: DE
Inventors: Kent Bristol PEAY
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2020-10-14
Also published as: DE60027186D1; AU1182101A; ATE322609T1; EP1222362A1; JP2003512551A; ZA200202745B; EP1222362B1; CA2387046A1; WO2001029374A1; AU777065B2; US6270165B1; CA2387046C

Description

Die Erfindung betrifft Schneidwerkzeuge, die bei Bergbau- und Baumaschinen verwendet werden, um harte Naturmaterialien zu brechen, wie zum Beispiel Gestein und Mineralien (zum Beispiel Kohle) und auch künstliche Materialien, wie zum Beispiel Beton und Asphalt.
In der Industrie ist ein herkömmliches Schneidwerkzeug jener Art bekannt, welches eine Hartlegierungskappe aufweist mit einer Basis, die auf einem Metallschaft angebracht ist (siehe zum Beispiel US-Patent 4,938,538). Die Basis der Hartlegierungskappe ist auf solche Weise gestaltet, daß das Werkzeug mit ausreichender Festigkeit und Dauerhaftigkeit für seine beabsichtigten Betriebsbedingungen zur Verfügung gestellt wird. Bekannt ist in der Industrie auch die Tatsache, daß Kappen eine bessere geometrische Gestalt haben als Einsätze, wodurch die Schneidleistung des Werkzeugs dadurch verbessert wird, daß die zum Brechen der Materialien benötigten Schneidkräfte reduziert werden. Ferner ist die Tatsache bekannt, daß Kappen die Betriebslebensdauer bekannter Werkzeuge dadurch erhöhen, daß der Metallschaft gegen gerade im Schneidbetrieb befindliches Material besser geschützt wird.
Die geometrische Form der Kappe ist jedoch für die Betriebslebensdauer des Werkzeuges nicht optimal. Ein bekanntes Werkzeug, welches in den 1 und 2 dargestellt ist, weist einen Stahlwerkzeugkörper 10 und eine Kappe 11 aus Hartmetall auf. Die Kappe 11 hat eine konische Spitze 12 und eine Basis 13, die gegen eine Stützfläche 14 auf dem Werkzeugkörper 10 in Widerlage sein soll, um den Abschnitt des Stahlwerkzeugkörpers 10, welcher die Schneidkappe 11 umgibt, gegen einen solchen Abrieb zu schützen, welcher die Kappe 11 lose werden lassen würde. Die hintere Kontaktfläche 20 der Basis 13 ist an der Stützfläche 14 angelötet. Die Kappe 11 ist mit einem Zwischenabschnitt 15 versehen, der zwischen der Spitze 12 und der Basis 13 angeordnet ist.
Der Zwischenabschnitt 15 weist einen zylindrischen Zwischenflächenabschnitt 17'' und einen konkaven Abschnitt 17' auf. Infolge des verlängerten Zwischenflächenabschnitts 17'' wird die erforderliche Schneidkraft selbst dann niedrig gehalten, wenn der Spitzenabschnitt 12 abgerieben wird, da die Spitzengröße im allgemeinen dieselbe bleibt, wenn die Spitze längs des verlängerten Zwischenflächenabschnitts 17'' Abrieb erleidet. Infolge dieser Ausgestaltung wird auch sichergestellt, daß der Stahl in dem Werkzeugkörper 10, welcher den Schneideinsatz umgibt, gegen vorzeitige Abnutzung geschützt wird, wobei dieser Schutz durch den konkaven Abschnitt 17' und die Basis 13 vorgesehen wird. Die Basis 13 hat einen Durchmesser D, und der Zwischenflächenabschnitt 17'' hat einen Durchmesser d. Ein Abstand H erstreckt sich von der Vorderseite des Spitzenabschnitts 12 zu ei nem hinteren Ende der Basis 13. Ein Verhältnis von H/D ist kleiner als 1,0, und ein Verhältnis von d/D ist kleiner als 0,7.
Trotz der erfolgreichen Leistung jener Kappe 11 bleibt Raum für eine Verbesserung. Oftmals nutzt sich die Kappe auf eine Gestalt ab, welche die Schneidkräfte so sehr erhöht, daß das Werkzeug unbenutzbar wird. Größere Kappen können die Lebensdauer des Werkzeuges erhöhen, weil aber das Hartlegierungsmaterial gewöhnlich ein teures Wolfram-Kobalt Material ist, erhöhen sich auch die Kosten des Werkzeuges.
US-A-4,981,328, auf welcher der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3 basiert, beschreibt ein drehbares Werkzeug zum Brechen von Hartmaterial mit einem länglichen Körper und einer aus Hartmaterial gebildeten Schneidkappe. Ein maximaler Spitzendurchmesser der Kappe ist kleiner als ein maximaler Basisdurchmesser der Kappe. Die Längserstreckung eines Teils der Kappe, die aus dem Halter hervorsteht, ist gleich oder kleiner als das 0,5-fache des maximalen Basisdurchmessers der Kappe. WO 96/13968 beschreibt auch eine Schneidkappe, bei welcher das Verhältnis der Längserstreckung zum Basisdurchmesser gleich oder kleiner als 1,25 ist. Dieser Stand der Technik löst nicht das Problem des Bestimmens eines Einsatzes, wobei die Festigkeit der Schneideinrichtung bezogen auf das Länge/Durchmesserverhältnis des Einsatzes für erhöhten Abrieb und Zuverlässigkeit maximiert ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Kappengeometrie, durch welche die Kosten des Werkzeuges durch Verwendung von weniger Wolfram-Kobalt-Material reduziert werden, während die Lebensdauer des Werkzeuges dadurch erhöht wird, daß geringere Schneidkräfte länger aufrechterhalten werden und gleichzeitig der Metallschaft gegen das im Schneidbetrieb befindliche Material geschützt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein drehbares Werkzeug zum Brechen von hartem Material. Das Werkzeug weist einen länglichen Werkzeugkörper und eine Schneidkappe auf, die aus Hartmetall gebildet ist und eine Längsachse bestimmt. Die Schneidkappe weist eine im allgemeinen konische vordere Spitze, einen hinteren Basisabschnitt und einen Zwischenabschnitt auf. Die Spitze hat einen maximalen ersten Durchmesser d. Der Basisabschnitt hat eine äußere Umfangsfläche, welche einen maximalen zweiten Durchmesser D bestimmt, und hat eine nach hinten gerichtete Fläche, die mit einem Vorderende des Werkzeugkörpers verbunden ist. Der Zwischenabschnitt erstreckt sich von der Spitze zur Basis und bestimmt einen abrupten Übergang von der Spitze.
Mindestens ein Teil des Zwischenabschnittes hat eine konkave äußere Umfangsfläche. Eine Längserstreckung (H) der Kappe verläuft von einem Vorderende der Spitze zu einem hinteren Ende der äußeren Umfangsfläche der Basis. Das Verhältnis von d zu D ist gleich oder größer als 0,7. Das Verhältnis von H zu D ist gleich oder größer als 1,0.
Die Erfindung bezieht sich auch auf die Schneidkappe als solche.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform derselben in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen und bei denen ist:
1 eine teilweise abgebrochene Seitenansicht unter Darstellung eines bekannten Schürf- bzw. Baggerwerkzeuges;
2 eine Seitenansicht einer Schneidkappe nach dem Stand der Technik, die bei dem Werkzeug der 1 benutzt wird;
3 eine Seitenansicht einer Schneidkappe gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine teilweise abgebrochene Seitenansicht unter Darstellung der Schneidkappe der 3, die in einem Werkzeugkörper montiert ist;
5 eine Ansicht einer modifizierten Ausführungsform der in 3 dargestellten Kappe; und
6 eine Ansicht der Kappe der 5, die in einem Werkzeugkörper montiert ist.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
Eine Hartlegierungskappe 111 für die Verwendung in einem Stahlwerkzeugkörper 10 bestimmt eine Längsachse L. Die Kappe 111 weist eine konische Spitze 112 und eine Basis 113 auf, die gegen eine vordere Stützfläche 14 des Werkzeugkörpers 10 in Widerlage kommen soll. Die Basis 113 weist eine zylindrische äußere Umfangsfläche 114 und einen Vorsprung auf, der eine nach hinten gerichtete Kontaktfläche 120 bildet, welche an der Stützfläche 14 angelötet ist. Die Schneidkappe 114 weist einen Zwischenabschnitt 115 auf, der zwischen der Spitze 112 und der Basis 113 angeordnet ist. Die Basis 113 schützt den Abschnitt des Werkzeugkörpers 10, welcher die Kappe umgibt, gegen übermäßigen Abrieb.
Der Zwischenabschnitt 115 weist eine zylindrische Zwischenfläche 117'' auf, welche an die Spitze 112 angrenzt, sowie einen konkaven Flächenabschnitt 117', der sich von der Zwischenfläche 117'' zum Vorderende der Basis 113 erstreckt. In 3 sind die folgenden Maße veranschaulicht:

D: – maximaler Durchmesser der Basis 113
d: – maximaler Durchmesser der Spitze 112
H: – Längserstreckung vom Vorderende der Spitze 112 zum hinteren Ende der zylindrischen Fläche 114 der Basis 113 (d.h. die effektive Höhe der Kappe).

Die folgenden Verhältnisse sind für die Erfindung kritisch:
Somit ist es entscheidend, daß das Verhältnis von H/D gleich oder größer als 1,0 ist und daß das Verhältnis von d/D gleich oder größer als 0,7 ist.
Bekannte Kappen haben ein d / D – Verhältnis von kleiner als 0,7 und ein H / D Verhältnis kleiner als 1,0, was zu einer kurzen Geometrie mit einem kleinen Zwischendurchmesser d und einer breiten Basis führt.
Dadurch, daß das d / D – Verhältnis größer als oder gleich 0,7 gemacht wird und das Verhältnis gleich oder größer als 1,0 gemacht wird, ergibt sich eine größere Geometrie mit einem größeren Zwischendurchmesser und einem kleineren Basisdurchmesser. Diese Verhältnisse machen die Kappe wirtschaftlicher durch Verringerung des Kappenvolumens, d.h. die Menge teurer Hartlegierung (zum Beispiel Wolfram-Carbid-Kobalt-Legierung), die benutzt werden muß, um die Kappe herzustellen. Die Verhältnisse halten das Werkzeug auch schärfer, wodurch die Werkzeuglebensdauer dadurch erhöht wird, daß niedrigere Schneidkräfte eine längere Zeit beibehalten werden.
Obwohl der Zwischenabschnitt 115 dargestellt ist, als weise er einen zylindrischen Abschnitt 117'' auf, könnte dieser Abschnitt 117'' auch weggelassen werden und durch eine Verlängerung der konkaven Fläche 117' ersetzt werden, wobei diese Verlängerung im wesentlichen zu der Achse L parallel an dem Platz wäre, wo sie die Spitze 112 schneidet.
Eine modifizierte Form einer Kappe 111A ist in den 5 und 6 dargestellt. Die Kappe 111A entspricht der Kappe 111 mit der Ausnahme, daß die Basis 113A nicht einen rückwärtigen Vorsprung aufweist. So erstreckt sich die an dem Werkzeugkörper angelötete Fläche 120A senkrecht zur Achse L und schneidet das hintere Ende der zylindrischen Fläche 114A der Basis 113A.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihrer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, daß Hinzufügungen, Weglassungen, Modifikationen und Austauschvorgänge, die nicht speziell beschrieben sind, durchgeführt werden können, ohne den Geist und Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den anliegenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Drehbares Werkzeug zum Brechen von hartem Material mit: einem länglichen Werkzeugkörper (110); und einer Schneidkappe (111; 111A), die aus Hartmetall gebildet ist und eine Längsachse (L) bestimmt und aufweist: eine im allgemeinen konische vordere Spitze (112) mit einem maximalen ersten Durchmesser (d), einen hinteren Basisabschnitt (113; 113A), der eine äußere Umfangsfläche (114; 114A) hat, welche einen maximalen zweiten Durchmesser (D) bestimmt, und eine nach hinten gerichtete Fläche (120; 120A), die mit einem Vorderende des Werkzeugkörpers verbunden ist, und einen Zwischenabschnitt (115), der sich von der Spitze (112) zu der Basis (113; 113A) erstreckt und einen abrupten Übergang von der Spitze bildet, wobei mindestens ein Teil des Zwischenabschnitts eine konkave äußere Umfangsfläche (117') hat, wobei eine Längserstreckung (H) der Kappe von einem vorderen Ende der Spitze zu einem Zwischenabschnitt der nach hinten gerichteten Fläche mit dem maximalen zweiten Durchmesser verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingungen d/D ≥ 0,7 und H/D ≥ 1,0 gelten.
Werkzeug nach Anspruch 1, wobei der Zwischenabschnitt (115) ferner einen zylindrischen Abschnitt (117'') aufweist, welcher die Spitze 112 und die konkave Fläche (117') verbindet.
Schneidkappe (111; 111A), die geeignet ausgestaltet ist, um auf einem drehbaren Werkzeugkörper (110) zum Brechen von hartem Material montiert zu werden, wobei die Schneidkappe aus einem Hartmetall gebildet ist und eine Längsachse (L) bildet und aufweist: eine im allgemeinen konische vordere Spitze (112) mit einem maximalen ersten Durchmesser (d), einen hinteren Basisabschnitt (113; 113A) mit einer äußeren Umfangsfläche (114; 114A), wobei ein maximaler zweiter Durchmesser (D) bestimmt wird, und eine nach hinten gerichtete Fläche (120; 120A) hat, die geeignet ausgestaltet ist, um mit einem vorderen Ende des Werkzeugkörpers verbunden zu werden, und einen Zwischenabschnitt (115), der sich von der Spitze (112) zur Basis (113; 113A) erstreckt und einen abrupten Übergang von der Spitze bildet, wobei mindestens ein Teil des Zwischenabschnitts eine konkave äußere Umfangsfläche (117') hat, wobei ein Längsmaß (H) der Kappe sich von einem Vorderende der Spitze zu einem Zwischenabschnitt der nach hinten geneigten Fläche mit dem maximalen zweiten Durchmesser erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingungen d/D ≥ 0,7 und H/D ≥ 1,0 gelten.
Schneidkappe nach Anspruch 3, wobei der Zwischenabschnitt ferner einen zylindrischen Abschnitt (117'') aufweist, welcher die Spitze (112) und die konkave Fläche (117') verbindet.
Schneidkappe nach Anspruch 3, wobei die konkave Fläche (117') einen konstanten Krümmungsradius hat.