EP0925881B1 - Werkzeug - Google Patents

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EP0925881B1
EP0925881B1 EP98811050A EP98811050A EP0925881B1 EP 0925881 B1 EP0925881 B1 EP 0925881B1 EP 98811050 A EP98811050 A EP 98811050A EP 98811050 A EP98811050 A EP 98811050A EP 0925881 B1 EP0925881 B1 EP 0925881B1
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zone
tool
shank
hardness
tool according
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Manfred Buchacher
Rainer Batliner
Vilmos Halasi
Erwin Waldmann
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Hilti AG
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Hilti AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D17/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D17/02—Percussive tool bits

Definitions

  • the invention relates to a tool, in particular a chisel tool for machining hard surfaces, especially of rock, concrete or the like according to the Preamble of claim 1.
  • tools in particular chisel tools
  • Tool holders of a drilling and / or chiseling device can be used.
  • Bending moments and tensile forces associated with a high number of load cycles require high fracture toughness. This zone also requires high wear resistance against surface injuries
  • high wear resistance with the Tool holder of the drilling and / or chiseling device is in frictional contact Areas necessary.
  • a chisel tool is known from WO 97/15421, which is inserted into a drilling and / or Chisel tool can be used.
  • This well-known tool consists of one Machining zone, a shaft zone, an insertion zone and an impact zone.
  • the shank zone and the insertion zone have very hard core areas, that of one softer edge area are surrounded. These hard core areas give the tool brittle properties, so that those that occur when working on a substrate high demands in the form of bending moments and tensile forces cause the tool to break quickly in the shank or insertion zone can. Due to the lower hardness of the edge area, the known tool is also susceptible to surface damage.
  • the invention has for its object an economically producible tool, in particular to create chisel tools, the overall, especially in the Shank zone and the insertion zone a high fracture toughness and a high wear resistance having.
  • the necessary high Wear resistance ensured in the shaft zone and the insertion zone.
  • a fracture toughness and wear resistance in the shaft zone and the insertion zone is advantageously achieved in that the Hardness of the core area of the shaft zone and / or the hardness of the core area of the Insertion zone at most 35 HRc and the hardness of the edge area of the shaft zone and / or the hardness of the edge region of the insertion zone is at least 50 HRc.
  • the hardness of the processing zone and / or the hardness is preferably the service zone at least 50 HRc.
  • the processing zone is advantageously off one opposite the service zone, the insertion zone and the shaft zone different material formed and by friction welding with the shaft zone connected.
  • the processing zone is made of, for example, an air-hardening steel a carbon content of at least 0.45%.
  • the impact zone, the The insertion zone and the shaft zone are made of, for example, tempered steel formed, the carbon content of which is at least 0.40%.
  • the tool can be hardened by induction hardening with different Feed speeds at constant AC frequency with, for example 10 KHz.
  • the feed rate when hardening the edge areas of the Shank zone and the insertion zone is, for example, 15-30 mm / sec. In the Machining zone and the impact zone, the feed rate becomes very strong decreased or the tool stopped for a certain amount of time in these zones curing takes place.
  • the tools are used in induction hardening, for example by means of a cooling medium quenched, which is composed of a polymeric quenching agent and water. With the help of the polymeric quenching agent, the quenching rate of the Water can be reduced.
  • the cooling medium is applied to the tool for example by means of a shower which is arranged parallel to an induction coil. In this way, the tool is immediately after leaving the induction coil deterred.
  • the tools 1, 10 shown in FIGS. 1 and 2 are composed of one Machining zone B, a shank zone adjoining the machining zone B. S, an insertion zone E adjoining the shaft zone S and an adjoining the Insertion zone E adjoining service zone A.
  • the processing zone B and the Hitting ends A are through-hardened and in the shaft zone S and the insertion zone E only the edge areas are hardened.
  • the core area of the shaft zone S and the insertion zone E has a hardness that is at most 35 HRc.
  • the hardness of the edge area the shaft zone S and the insertion zone E is 57 ⁇ 3 HRc and the hardness of the Processing zone B and the hardness of impact zone A are 57 ⁇ 3 HRc.
  • the depth D2 corresponds to the hardened edge areas of the shaft zone S and the insertion zone E. 0.10 to 0.15 times the diameter D1 of the shaft zone S.
  • the diameter D1 corresponds to the corner dimension for polygonal cross sections.
  • the polygonal Cross section in the shaft zone S and the insertion zone E shown in FIGS. 1 and 2 Tools has six corners.
  • the processing zone B of the tool shown in FIG. 1 in the form of a pointed chisel 1 tapers to a point in the machining direction.
  • the shaft zone S and the Insertion zone E have a perpendicular to the longitudinal axis of the tool Cross section with a hexagonal outer contour.
  • the insertion zone E is in one of the Area near the shaft zone S with a circumferential recess 2 provided the inclusion of locking elements of a tool holder serve in which the tool according to the invention can be used.
  • This cylindrical region 3 and the circumferential one Well 2 have, for example, a diameter that is at most the distance corresponds to two surfaces of the shaft zone S running parallel to one another.
  • Die Shank zone S and the insertion zone E have a perpendicular to the longitudinal axis of the Tool cross-section with a hexagonal outer contour.
  • the Insertion zone E has a number of oblong holes arranged uniformly distributed over the circumference Provided recesses 11, the receiving locking elements serve a tool holder in which the tool according to the invention can be used.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug, insbesondere Meisselwerkzeug zur Bearbeitung von harten Untergründen, insbesondere von Gestein, Beton oder dergleichen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der Bearbeitung von harten Untergründen, insbesondere von Gestein, Beton oder dergleichen werden Werkzeuge, insbesondere Meisselwerkzeuge verwendet, die in Werkzeugaufnahmen eines Bohr- und/oder Meisselgerätes einsetzbar sind. Während des Bearbeitungsvorganges dominieren in der Schaftzone des Werkzeuges vor allem Biegemomente und Zugkräfte, die im Zusammenhang mit einer hohen Lastwechselzahl eine hohe Bruchzähigkeit erfordern. Zudem erfordert diese Zone eine hohe Verschleissfestigkeit gegen Oberflächenverletzungen Bei der Einsteckzone des Werkzeuges ist neben einer hohen Bruchzähigkeit auch eine hohe Verschleissfestigkeit der mit der Werkzeugaufnahme des Bohr- und/oder Meisselgerätes in Reibkontakt stehenden Flächen notwendig.
Aus der WO 97/15421 ist ein Meisselwerkzeug bekannt, das in ein Bohr- und/oder Meisselgerät einsetzbar ist. Dieses bekannte Werkzeug setzt sich zusammen aus einer Bearbeitungszone, einer Schaftzone, einer Einsteckzone und einer Aufschlagzone. Die Schaftzone und die Einsteckzone weisen sehr harte Kernbereiche auf, die von einem weicheren Randbereich umgeben sind. Diese harten Kernbereiche verleihen dem Werkzeug spröde Eigenschaften, so dass die bei der Bearbeitung eines Untergrundes auftretenden hohen Beanspruchungen in Form von Biegemomenten und Zugkräften zu einem schnellen Bruch des Werkzeuges in der Schaft- oder der Einsteckzone führen können. Durch die geringere Härte des Randbereiches ist das bekannte Werkzeug zudem anfällig auf Oberflächenverletzungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlich herstellbares Werkzeug, insbesondere Meisselwerkzeug zu schaffen, das insgesamt, insbesondere auch in der Schaftzone und der Einsteckzone eine hohe Bruchzähigkeit und eine hohe Verschleissfestigkeit aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Werkzeug, welches die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale aufweist.
Mit dem erfindungsgemässen Wekzeug wird die geforderte hohe Bruchzähigkeit in der Schaftzone und der Einsteckzone erreicht, da in der Einsteckzone des Werkzeugs vor allem hohe Oberflächenbeanspruchungen sowie Zugkräfte und in der Schaftzone zusätzlich noch hohe Biegemomente auftreten. Zudem ist auch die notwendige hohe Verschleissfestigkeit in der Schaftzone und der Einsteckzone sichergestellt.
Eine den Anforderungen gerecht werdende Bruchzähigkeit und Verschleissfestigkeit in der Schaftzone und der Einsteckzone wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass die Härte des Kernbereiches der Schaftzone und/oder die Härte des Kernbereiches der Einsteckzone höchstens 35 HRc und die Härte des Randbereiches der Schaftzone und/oder die Härte des Randbereiches der Einsteckzone mindestens 50 HRc beträgt.
Ein optimales Verhältnis zwischen Bruchzähigkeit und Verschleissfestigkeit wird zweckmässigerweise dadurch erreicht, dass die Tiefe des Randbereiches der Schaftzone und/oder die Tiefe des Randbereiches der Einsteckzone dem 0,10 bis 0,15-fachen Durchmesser der Schaftzone entsprechen.
Da die Bearbeitungszone und die Aufschlagzone sehr hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, beträgt vorzugsweise die Härte der Bearbeitungszone und/oder die Härte der Aufschlagzone mindestens 50 HRc.
Aus anwendungsspezifischen Gründen ist vorteilhafterweise die Bearbeitungszone aus einem gegenüber der Aufschlagzone, der Einsteckzone sowie der Schaftzone unterschiedlichen Material gebildet und durch Reibschweissen mit der Schaftzone verbunden. Die Bearbeitungszone wird beispielsweise von einem lufthärtenden Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,45 % gebildet. Die Aufschlagzone, die Einsteckzone und die Schaftzone sind beispielsweise aus einem Vergütungsstahl gebildet, dessen Kohlenstoffgehalt mindestens 0,40 % beträgt.
Um über die Werkzeuglänge definiert verschiedene Härtezustände erreichen zu können, die individuell auf unterschiedliche beanspruchte Bereiche des Werkzeugs ausgelegt sind, können verschiedene Verfahren Anwendung finden.
Beispielsweise kann das Härten des Werkzeugs durch Induktionshärten mit unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten bei konstanter Wechselstromfrequenz mit beispielsweise 10 KHz erfolgen. Die Vorschubgeschwindigkeit beim Härten der Randbereiche der Schaftzone und der Einsteckzone beträgt beispielsweise 15-30 mm/sec. In der Bearbeitungszone und der Aufschlagzone wird die Vorschubgeschwindigkeit sehr stark verringert oder das Werkzeug für eine bestimmte Zeit angehalten, damit in diesen Zonen eine Durchhärtung erfolgt.
Die Werkzeuge werden beim Induktionshärten beispielsweise mittels eines Kühlmediums abgeschreckt, das sich aus einem polymeren Abschreckmittel und Wasser zusammensetzt. Mit Hilfe des polymeren Abschreckmittels kann die Abschreckgeschwindigkeit des Wassers reduziert werden. Das Aufbringen des Kühlmediums auf das Werkzeug erfolgt beispielsweise mittels einer Brause, die zu einer Induktionsspule parallel angeordnet ist. Auf diese Weise wird das Werkzeug unmittelbar nach dem Verlassen der Induktionsspule abgeschreckt.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel wiedergeben, näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1
ein erfindungsgemässes Meisselwerkzeug in Form eines Spitzmeissels; teilweise geschnitten;
Fig. 2
ein weiteres erfindungsgemässes Meisselwerkzeug in Form eines breiten Flachmeissels; teilweise geschnitten.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Werkzeuge 1, 10 setzen sich zusammen aus einer Bearbeitungszone B, einer sich an die Bearbeitungszone B anschliessenden Schaftzone S, einer sich an die Schaftzone S anschliessenden Einsteckzone E und einer sich an die Einsteckzone E anschliessende Aufschlagzone A. Die Bearbeitungszone B sowie das Aufschlagende A sind durchgehärtet und bei der Schaftzone S sowie der Einsteckzone E sind nur die Randbereiche gehärtet. Der Kernbereich der Schaftzone S und der Einsteckzone E weist eine Härte auf, die höchstens 35 HRc beträgt. Die Härte des Randbereiches der Schaftzone S und der Einsteckzone E beträgt 57 ± 3 HRc und die Härte der Bearbeitungszone B sowie die Härte der Aufschlagzone A betragen 57 ± 3 HRc. Die Tiefe D2 der gehärteten Randbereiche der Schaftzone S und der Einsteckzone E entspricht dem 0,10 bis 0,15-fachen Durchmesser D1 der Schaftzone S. Der Durchmesser D1 entspricht dem Eckmass bei polygonförmigen Querschnitten. Der polygonförmige Querschnitt in der Schaftzone S und der Einsteckzone E der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Werkzeuge weist sechs Ecken auf.
Die Bearbeitungszone B des in Fig. 1 dargestellten Werkzeugs in Form eines Spitzmeissels 1 verjüngt sich in Bearbeitungrichtung zu einer Spitze. Die Schaftzone S und die Einsteckzone E weisen einen senkrecht zur Längsachse des Werkzeugs verlaufenden Querschnitt mit einer sechseckigen Aussenkontur auf. Die Einsteckzone E ist in einem der Schaftzone S naheliegenden Bereich mit einer umlaufend ausgebildeten Vertiefung 2 versehen, die der Aufnahme von Verriegelungselementen einer Werkzeugaufnahme dienen, in der das erfindungsgemässe Werkzeug einsetzbar ist. Der Übergangsbereich von der Einsteckzone E zur Aufschlagzone A und die gesamte Aufschlagzone A sind zylindrisch ausgebildet. Dieser zylindrische Bereich 3 und die umlaufend ausgebildete Vertiefung 2 weisen beispielsweise einen Durchmesser auf, der höchstens dem Abstand zweier parallel zueinander verlaufenden Flächen der Schaftzone S entspricht.
Die Bearbeitungszone B des in Fig. 2 dargestellten Werkzeugs 10 in Form eines Flachmeissels 10, erweitert sich zum freien Ende hin spatenförmig auf eine Breite L. Die Schaftzone S und die Einsteckzone E weisen einen senkrecht zur Längsachse des Werkzeugs verlaufenden Querschnitt mit einer sechseckigen Aussenkontur auf. Die Einsteckzone E ist mit mehreren gleichmässig am Umfang verteilt angeordneten langlochartigen Ausnehmungen 11 versehen, die der Aufnahme von Verriegelungselementen einer Werkzeugaufnahme dienen, in der das erfindungsgemässe Werkzeug einsetzbar ist.

Claims (7)

  1. Werkzeug, insbesondere Meisselwerkzeug zur Bearbeitung von harten Untergründen, insbesondere Gestein, Beton oder dergleichen mit einer Bearbeitungszone (B) an einem ersten Endbereich, einer sich an die Bearbeitungszone (B) anschliessenden Schaftzone (S), einer sich an die Schaftzone (S) anschliessenden Einsteckzone (E) und einer sich an die Einsteckzone (E) anschliessenden Aufschlagzone (A), wobei die Bearbeitungszone (B) und die Aufschlagzone (A) durchgehärtet sind und ein Kernbereich sowie ein Randbereich von Schaftzone (S) und Einsteckzone (E) unterschiedliche Härten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kembereich der Schaftzone (S) und/oder der Kernbereich der Einsteckzone (E) weicher ist als die jeweiligen Randbereiche.
  2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte des Kernbereiches der Schaftzone (S) und/oder die Härte des Kernbereiches der Einsteckzone (E) höchstens 35 HRc beträgt.
  3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte des Randbereiches der Schaftzone (S) und/oder die Härte des Randbereiches der Einsteckzone (E) mindestens 50 HRc beträgt.
  4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (D1) des Randbereiches der Schaftzone S und/oder die Tiefe (D2) des Randbereiches der Einsteckzone (E) dem 0,10 bis 0,15-fachen Durchmesser (D1) der Schaftzone (S) entsprechen.
  5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Bearbeitungszone (B) und/oder die Härte der Aufschlagzone (A) mindestens 50 HRc beträgt.
  6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungszone (B) aus einem gegenüber der Aufschlagzone (A), der Einsteckzone (E) sowie der Schaftzone (S) unterschiedlichen Material gebildet ist und durch Reibschweissen mit der Schaftzone (S) verbunden ist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Härten des Werkzeugs durch Induktionshärten mit unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten bei konstanter Wechselstromfrequenz erfolgt.
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