EP0180572B1 - Vorrichtung zum Abbau von Gestein und Rundschaftmeissel für diese Vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum Abbau von Gestein und Rundschaftmeissel für diese Vorrichtung Download PDF

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EP0180572B1
EP0180572B1 EP85890267A EP85890267A EP0180572B1 EP 0180572 B1 EP0180572 B1 EP 0180572B1 EP 85890267 A EP85890267 A EP 85890267A EP 85890267 A EP85890267 A EP 85890267A EP 0180572 B1 EP0180572 B1 EP 0180572B1
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EP
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pick
chisel
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rock
round shank
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EP85890267A
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Ernst Dr. Brennsteiner
Johann Komaz
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Vereinigte Edelstahlwerke AG
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Vereinigte Edelstahlwerke AG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C35/00—Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/18—Mining picks; Holders therefor
    • E21C35/187—Mining picks; Holders therefor with arrangement of fluid-spraying nozzles

Definitions

  • the invention relates to a device for mining rock and a round shank chisel for this device.
  • cutting machines For large-scale mining of rock, ores or the like, be it for the construction of tunnels, surface or underground mining, cutting machines have proven particularly useful.
  • a large number of chisels are provided on a rotating and swiveling working head. These chisels are arranged in their chisel holders in such a way that they rotate when they come into contact with the rock. This rotary movement of the chisel ensures uniform wear thereof, the centered hard metal pin also being subject to uniform abrasion.
  • valve between the nozzle from which the liquid jet emerges and which can be provided in the chisel holder or in the round shank chisel, and the pressure medium reservoir, which acts upon the corresponding one or more Round-shaft chisel is opened with the rock, and is closed again after being engaged.
  • This actuation of the valve can be achieved in a very simple manner in that the round shank bit performs an axial movement in addition to its rotational movement about its own axis when it engages with the rock, whereby a valve actuating member is actuated.
  • Such a device now allows the water jet to be directed only against the material to be mined or against the tip of the round shaft when it is in engagement with the material to be mined.
  • both the shank of the chisel and the chisel holder are constructed from a material which is correspondingly insensitive to impact, while at the same time a high dimensional accuracy and a high resistance to deformation are to be present, that even with temperature increases, e.g. B. by frictional heat of the shaft in the chisel holder, by additional external heat and the like. No warping or tensioning occurs.
  • the chisel should be constructed in such a way that the cooperation surfaces between the valve actuating member and that area of the chisel which cooperates with the valve actuating member is subject to particularly low wear.
  • the invention has for its object to provide a device that allows a uniform or simultaneous wear of the shaft end or the valve actuation area of the bit and the cutting part of the bit, whereby a longer service life of the valve actuation member is to be ensured, which further ensures is that no unnecessary increase in the mass of the chisel is required, and a free rotational movement of the chisel shaft in the chisel holder is guaranteed even when exposed to heat.
  • the invention is based on a prior art, as formed by AT-B-358 510, in which a device for mining rock, ore or the like, in particular a tunneling machine with a plurality of fixedly arranged on a tool carrier Chisel holders, which have a substantially cylindrical recess in which an at least partially cylindrical chisel shaft of a round shank chisel is arranged so as to be rotatable and slidable, nozzles, preferably in the chisel holder with liquid feed lines and valves arranged in these, which over the chisel, preferably the end region of the with the Rock engaging opposite end of the chisel shank and a valve actuator are controllable is described.
  • the invention now essentially consists in the fact that the actuation area, in particular the end area of the chisel shaft and / or the area of the valve actuation element that can be brought into engagement with the actuation area, is / are constructed at least with two different materials that are metallic with one another, in particular by means of lubrication or welding or the like are connected, the hardness of the actuating area of the chisel being at least 5 HRC less than the area of the actuating member which can be brought into engagement with the chisel shaft.
  • the round shank chisel according to the invention essentially consists in that the chisel has a metallically connected layer made of a hard material at its valve actuation area, in particular at its end areas facing away from the end which can be brought into engagement with the rock, in particular by welding and / or forging or the like. in particular at least 55 HRC material.
  • a round shank chisel of this type it is ensured that the service life of the valve actuation area is matched to the service life of the cutting elements, the valve lifter or the like being able to have greater hardness with the required toughness of the material.
  • a preferred embodiment of the round shank chisel according to the invention is that the metallic layer is provided in an essentially central recess in the end region.
  • a round-shank chisel that is particularly easy to produce is obtained in that the metallic layer is applied by build-up welding.
  • the metallic layer on the picks and / or valve actuation member has between 0.3 to 3.1% by weight of carbon, between 0.7 and 2.5% by weight of silicon, between 5.0 and 33.0% by weight of chromium, up to 2.5% by weight of manganese and up to 2.0% by weight of molybdenum.
  • Such an alloy has both the required hardness and resistance to corrosion and abrasion in order to ensure a corresponding service life.
  • FIG. 1 shows a chisel holder with a chisel and valve actuation device, partly in section, and FIG. 2 shows embodiments of round shank chisels.
  • the chisel holder 1 shown in FIG. 1 has an essentially cylindrical recess 2, in which a round shank chisel 3 is arranged over its cylindrical shank region 4.
  • the cylindrical recess 2 has a constriction 5 through which the tapered shaft projects with its end region 6.
  • the valve actuator 7a is held in the closed position by a tension spring 8.
  • the valve 9 has a feed line 10 and a valve seat 11.
  • the valve opens into a nozzle 12 provided in the chisel holder.
  • the function is now as follows: when the round shank chisel engages the rock, the spring 7 is compressed and the actuating region 6 of the round shank chisel comes into engagement with the valve actuating member 7a, whereby the Tension spring 8 tensioned and the valve seat 11 is released. Pressure medium can thus get from the feed line 10 to the nozzle 12.
  • Examples of materials for the actuation area of the valve actuation element and / or the round shank chisel are a hard metal with tungsten carbide and approx. 12-15% by weight cobalt; a high-speed steel with in% by weight C 0.85, Si 0.4, Mn 0.4, Cr 4.5, W 6.7, Mo 5.6, V 2.0 balance iron, a hardness HRC 66, High manganese steel with in% by weight C 1.2, Si 0.4, Mn 12, rest iron.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abbau von Gestein und einen Rundschaftmeißel für diese Vorrichtung.
  • Für große Abbauleistungen von Gestein, Erzen od. dgl., sei es zum Bau von Tunnels, Ober- oder Untertagebau, haben sich Schrämmaschinen besonders bewährt. Bei diesen Schrämmaschinen ist auf einem rotierenden und schwenkbaren Arbeitskopf eine Vielzahl von Meißeln vorgesehen. Diese Meißel sind in ihren Meißelhaltern derart angeordnet, daß sie bei Ineingriffkommen mit dem Gestein eine Drehbewegung ausüben. Diese Drehbewegung des Meißels sorgt für eine gleichmäßige Abnützung desselben, wobei auch der zentrisch angeordnete Hartmetallstift einer gleichmäßigen Abtragung unterliegt. Um die Lebensdauer derartiger Schrämmeißel oder Rundschaftmeißel zu erhöhen, ist es bereits bekannt geworden, auf die Meißelspitze bzw. auf das im Bereich der Meißelspitze abzubauende bzw. abgebaute Material einen Wasserstrahl zu richten. Dieser Wasserstrahl hat verschiedene Aufgaben, so kann die Temperatur des Meißeis gesenkt werden, das abzubauende Material gelockert bzw. eine unnötige Staubentwicklung und damit die Ablagerung einer Zwischenschicht zwischen abzubauenden Gestein und Meißel verhindert werden. Um keinen unnötig großen Bedarf an Flüssigkeit, z. B. Wasser, zu haben, ist es bereits bekannt geworden, zwischen der Düse, aus welcher der Flüssigkeitsstrahl austritt und welche im Meißelhalter oder auch im Rundschaftmeißel selbst vorgesehen sein kann, und dem Druckmediumreservoir ein Ventil vorzusehen, das mit Beaufschlagung des bzw. der entsprechenden Rundschaftmeißel mit dem Gestein geöffnet wird, und nach In-Eingriff-Stehen wieder geschlossen wird. Diese Betätigung des Ventiles läßt sich auf sehr einfache Weise dadurch verwirklichen, daß der Rundschaftmeißel neben seiner Rotationsbewegung um seine eigene Achse eine Axialbewegung durchführt, wenn er mit dem Gestein in Eingriff kommt, wodurch ein Ventilbetätigungsorgan betätigt wird. Eine derartige Vorrichtung erlaubt es nun, daß der Wasserstrahl nur dann gegen das abzubauende Material bzw. gegen die Rundschaftmeißeispitze gerichtet wird, wenn dieselbe in Eingriff mit dem abzubauenden Material ist. Dieses In-Eingriff-Stehen kann jedoch auch bei in Arbeitsposition befindlichem Rundschaftmeißel alternierend auftreten, wenn beispielsweise Hohlräume im Gestein - sei es von Natur aus oder durch Herausbrechen entsprechender Gesteinsbrocken - durch den vorgeschalteten Rundschaftmeißel bereits bedingt sind. Wie aus diesen Ausführungen zu entnehmen kommt es zu einer hohen periodischen Beanspruchung der Rundschaftmeißel, wenn der Schaft zur Steuerung von Ventilen verwendet werden soll. Wesentlich für die Funktion derartiger Rundschaftmeißel und damit für die gleichmäßige Abnutzung des Meißels ist, daß sich derselbe im Meißelhalter drehen kann. Durch die Werkstoffpaarung Meißelhalter und Meißelschaft z. B. identes Material, und durch ein möglichst geringes Spiel zwischen diesen beiden ist eine derartige optimale Drehbewegung gewährleistet. Weiters ist es erforderlich, daß sowohl der Schaft des Meißels als auch der Meißelhalter aus einem Material aufgebaut sind, das entsprechend schlagunempfindlich ist, wobei gleichzeitig eine hohe Maßgenauigkeit und ein hoher Formveränderungswiderstand vorhanden sein sollen, daß auch bei Temperaturerhöhungen, z. B. durch Reibungswärme des Schaftes im Meißelhalter, durch zusätzliche externe Wärmebeaufschlagung und dgl. kein Verziehen bzw. Verspannen auftritt. Anderseits soll der Meißel so aufgebaut sein, daß die Kooperationsflächen zwischen Ventilbetätigungsorgan und jenem Bereich des Meißels, welcher mit dem Ventilbetätigungsorgan kooperiert, einem besonders geringen Verschleiß unterliegt. Aus diesem Grunde ist es bereits bekannt geworden, Hartmetalleinsätze auf dem Ventilbetätigungsorgan vorzusehen was zu einer besonders raschen Zerstörung des Schaftendes führt, womit keinerlei sichere Funktion der ventile und auch der Drehbewegung des Meißels im Meißelhalter gewährleistet ist.
  • Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine gleichmäßige bzw. gleichzeitige Abnutzung des Schaftendes bzw. des Ventilbetätigungsbereiches des Meißels und des schneidenden Teiles des Meißels ermöglicht, wobei eine höhere Lebensdauer des Ventilbetätigungsorganes gewährleistet sein soll, bei welcher weiters sichergestellt ist, daß keine unnötige Erhöhung der Masse des Meißels bedingt ist, und eine freie Drehbewegung des Meißelschaftes im Meißelhalter auch bei Wärmebeanspruchung gewährleistet ist.
  • Die Erfindung geht von einem Stand der Technik, wie er durch die AT-B-358 510 gebildet ist, aus, in welcher eine Vorrichtung zum Abbau von Gestein, Erzen od. dgl., insbesondere Vortriebsmaschine mit einer auf einem Werkzeugträger fest angeordneten Vielzahl von Meißelhaltern, die eine im wesentlichen zylindrische Ausnehmung aufweisen, in welcher ein zumindest teilweise zylindrischer Meißelschaft eines Rundschaftmeißels dreh- und schiebbar angeordnet ist, Düsen, vorzugsweise im Meißelhalter mit Flüssigkeitszuleitungen und in diesen angeordneten Ventilen, die über den Meißel, vorzugsweise den Endbereich des mit dem Gestein in Eingriff bringbaren abgewandten Endes des Meißelschaftes und ein Ventilbetätigungsorgan steuerbar sind, beschrieben ist. Die Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, daß der Betätigungsbereich, insbesondere der Endbereich des Meißelschaftes und/ oder der mit dem Betätigungsbereich in Eingriff bringbare Bereich des Ventilbetätigungsorganes zumindest mit zwei voneinander unterschiedlichen Werkstoffen aufgebaut ist/sind, die metallisch miteinander, insbesondere durch Schmieden oder Schweißen od. dgl. verbunden sind, wobei die Härte des Betätigungsbereiches des Meißels um zumindest 5 HRC geringer ist, als der mit dem Meißelschaft in Eingriff bringbare Bereich des Betätigungsorganes. Mit einer derartigen Vorrichtung ist sichergestellt, daß der Rundschaftmeißel im Meißelhalter frei bewegt werden kann, da aufgrund der metallischen, also metallurgischen und nicht gelöteten Verbindung, zwischen den beiden unterschiedlichen Werkstoffen ein Spannungsausgleich gegeben ist, sodaß es zu keinem Verziehen des Rundschaftmeißels auch bei höheren thermischen Beanspruchungen kommen kann, wobei gleichzeitig keine Gewichtserhöhung, wie dies beispielsweise durch Einsetzen, z. B. Einlöten eines Schwermetallstiftes gegeben wäre, bedingt sein muß, sodaß die Ansprechzeit des Ventiles kurz gehalten wird, aufgrund der geringen Masseträgheit des Meißels, wobei durch die Einhaltung der angegebenen Härtedifferenz einerseits die Standzeit des Rundschaftmeißels mit der Einsatzzeit des Hartmetallstiftes, welcher im schneidenden Einsatz im Gestein steht, in Übereinstimmung gebracht wurde, und anderseits die erforderlichen hohen Standzeiten des Ventilbetätigungsorganes, z. B. eines Ventilstössels, ebenfalls gewährleistet sind.
  • Der erfindungsgemäße Rundschaftmeißel besteht im wesentlichen darin, daß der Meißel an seinem Ventilbetätigungsbereich, insbesondere an seinen dem mit dem Gestein in Eingriff bringbaren Ende abgewandten Endbereichen eine metallisch verbundene, insbesondere durch Schweißen und/oder Schmieden od. dgl. verbundene Schicht aus einem harten Material, insbesondere zumindest 55 HRC aufweisenden Material, versehen ist. Bei einem derartigen Rundschaftmeißel ist sichergestellt, daß die Standzeit des Ventilbetätigungsbereiches mit der Standzeit der Schneidorgane abgestimmt ist, wobei der Ventilstössel od. dgl. eine größere Härte mit erforderlicher Zähigkeit des Materials noch aufweisen kann.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rundschaftmeißels besteht darin, daß die metallische Schicht in einer im wesentlichen zentrischen Ausnehmung im Endbereich vorgesehen ist.
  • Ein besonders einfach herzustellender Rundschaftmeißel wird dadurch erhalten, daß die metallische Schicht durch Auftragschweißen aufgebracht ist.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist die metallische Schicht am Rundschaftmeißel und/oder Ventilbetätigungsorgan zwischen 0,3 bis 3,1 Gew.-% Kohlenstoff, zwischen 0,7 und 2,5 Gew.-% Silizium, zwischen 5,0 und 33,0 Gew.-% Chrom, bis 2,5 Gew.-% Mangan und bis 2,0 Gew.-% Molybdän auf. Eine derartige Legierung weist sowohl die erforderliche Härte als auch Korrosions- und Abriebbeständigkeit auf, um entsprechende Standzeiten zu gewährleisten.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen Fig. 1 einen Meißelhalter mit Meißel-und Ventilbetätigungseinrichtung teilweise im Schnitt und Fig. 2 Ausführungsformen von Rundschaftmeißeln.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Meißelhalter 1 weist eine im wesentlichen zylindrische Ausnehmung 2 auf, in welcher ein Rundschaftmeißel 3 über seinen zylindrischen Schaftbereich 4 angeordnet ist. Die zylindrische Ausnehmung 2 weist eine Verengung 5 auf, durch welche der verjüngte Schaft mit seinem Endbereich 6 ragt. In der zylindrischen Ausnehmung 2, und zwar vor seiner Verengung, liegen zwei Tellerfedern 7, durch welche der Rundschaftmeißel im unbelasteten Zustand in seine Lage gedrückt wird. Der Endbereich 6, welcher den Betätigungsbereich für das Ventilbetätigungsorgan 7a dargestellt, kooperiert mit diesem. Das Ventilbetätigungsorgan 7a wird durch eine Zugfeder 8 in der Geschlossenstellung gehalten. Das Ventil 9 weist eine Zuleitung 10 und einen Ventilsitz 11 auf. Das Ventil mündet in eine im Meißelhalter vorgesehene Düse 12. Die Funktion ist nun folgendermaßen : Kommt der Rundschaftmeißel mit dem Gestein in Eingriff, so wird die Feder 7 zusammengedrückt, und es kommt der Betätigungsbereich 6 des Rundschaftmeißels mit dem Ventilbetätigungsorgan 7a in Eingriff, wodurch die Zugfeder 8 gespannt und der Ventilsitz 11 freigegeben wird. Es kann somit Druckmedium von der Zuleitung 10 zur Düse 12 gelangen.
  • Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann der Rundschaftmeißel an seinem Betätigungsbereich eine durch Schmieden verbundene Scheibe 15 aus einem Stahl folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 2,1, Si 0,3, Mn 0,3, Cr 12,0, W 0,7 mit einer HRC 50 aufweisen, wobei als Material für das Rundschaftmeißel 42CrMo4, HRC 45 dient. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß im Betätigungsbreich eine Ausnehmung 13 vorgesehen wird, in welcher z. B. durch Schweißen oder Elektroschlackeumschmelzen ein kegeliger Einsatzkörper 14 aufgebaut wird. Geeignete Elektroden weisen z. B. folgende Zusammensetzung in Gew.- % auf :
    • 1) C 0,5, Si 2,3, Mn 0,4, Cr 9,0, HRC 56
    • 2) C 0,5, Si 0,8, Mn 1,3, Cr 6,9, Mo 1,3, Nb 0,5 HRC 58
    • 3) C 3,0, Si 1,1, Mn 0,8, Cr 30,5, Mo 0,6, HRC 60
    • 4) C 0,36, Si 1,1, Mn 0,4, Cr5,2 Mo 1,4, W 1,3, V 0,3, HRC 57,5.
  • Beispiele für Werkstoffe für den Betätigungsbereich des Ventilbetätigungsorganes und/oder des Rundschaftmeißels sind ein Hartmetall mit Wolframkarbid und ca. 12 - 15 Gew.-% Kobalt ; ein Schnellstahl mit in Gew.-% C 0,85, Si 0,4, Mn 0,4, Cr 4,5, W 6,7, Mo 5,6, V 2,0 Rest Eisen, einer Härte HRC 66, Manganhartstahl mit in Gew.-% C 1,2, Si 0,4, Mn 12, Rest Eisen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Abbau von Gestein, Erzen od. dgl., insbesondere Vortriebsmaschine mit einer auf einem Werkzeugträger fest angeordneten Vielzahl von Meißelhaltern (1), die eine im wesent-
lichen zylindrische Ausnehmung (2) aufweisen, in welcher ein, zumindest teilweise zylindrischer Meißelschaft (4) eines Rundschaftmeißels (3) dreh- und schiebbar angeordnet ist, Düsen (12), vorzugsweise im Meißelhalter (1), mit Flüssigkeitszuleitungen (10) und in diesen angeordneten Ventilen (9), die über den Meißel (3), vorzugsweise den Endbereich (6), des mit dem Gestein in Eingriff bringbaren abgewandten Endes des Meißelschaftes (4) und ein Ventilbetätigungsorgan (7a) steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbereich, insbesondere der Endbereich (6) des Meißelschaftes (4) und/oder der mit dem Betätigungsbereich in Eingriff bringbare Bereich des Ventilbetätigungsorganes (7a) zumindest mit zwei voneinander unterschiedlichen Werkstoffen aufgebaut ist/sind, die metallisch miteinander, insbesondere durch Schmieden und/oder Schweißen od. dgl. verbunden sind, wobei die Härte des Betätigungsbereiches des Meißels zumindest um 5 HRC geringer ist, als der mit dem Meißelschaft (6) in Eingriff bringbare Bereich des Ventilbetätigungsorganes (7a).
2. Rundschaftmeißel für die Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel (3) an seinem Ventilbetätigungsbereich (6) eine metallisch verbundene, insbesondere durch Schweißen und/oder Schmieden verbundene Schicht (15) aus einem harten Material, insbesondere zumindest 55 HRC aufweisenden Material, aufweist.
3. Rundschaftmeißel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht (14) in einer im wesentlichen zentrischen Ausnehmung (13) im Endbereich (6) vorgesehen ist.
4. Rundschaftmeißel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht durch Auftragsschweißen aufgebracht ist.
5. Rundschaftmeißel nach einem der Ansprüche 2, 3 oder4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht zumindest 0,3 bis 3,1 Gew.-% Kohlenstoff, 0,7 bis 2,5 Gew.-% Silizium, 5,0 bis 33,0 Gew.-% Chrom, bis 2,5 Gew.-% Mangan, und bis 2,0 Gew.-% Molybdän aufweist.
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