EP2188493B1

EP2188493B1 - Rollenbohrwerkzeug oder rollenmeissel

Info

Publication number: EP2188493B1
Application number: EP07818222A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Bechem; Philip Bechem
Original assignee: Bucyrus Europe GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining HMS GmbH
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: US20100219676A1; ES2363116T3; US8469458B2; AU2007359121A1; AU2007359121B2; CA2699807A1; CN101796263B; JP5709519B2; DE502007006437D1; ATE497571T1; WO2009036781A1; CN101796263A; JP2010539353A; CA2699807C; EP2188493A1; ZA201002632B; PL2188493T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Rollenbohrwerkzeug oder einen Rollenmeißel zum Abtragen von Material wie insbesondere Gestein, Mineralien oder dgl. nach dem Hinterschneidprinzip, mit einer konzentrisch um eine Mittelachse herum ausgebildeten, sich konisch zur Stirnseite des Rollenbohrwerkzeugs erweiternden Schneidfläche und mit einem Stützkörper, der an der Innenseite der Schneidfläche angeordnet ist und sich bis zur Stirnseite des Werkzeuges erstreckt.
Im Stand der Technik sind unterschiedliche Arten von Schneidsystemen bekannt, mit denen im Bereich des Bergbaus und des Straßenbaus mittels Rollenbohrwerkzeugen oder Rollenmeißeln nach dem Hinterschneidprinzip gearbeitet werden kann. Rollenbohrwerkzeuge oder Rollenmeißel, die nach dem Hinterschneidprinzip arbeiten, kennzeichnen sich durch einseitige, konische Werkzeugkörper oder Disken, die an Bohrköpfen oder Werkzeugarmen von z.B. Steckenvortriebsmaschinen derart montiert sind, dass sich die Rollenbohrwerkzeuge um ihre Mittelachse herum frei drehen können. Das Abtragen des Materials wie insbesondere Gestein, Hartgestein oder Mineraliengestein, nach dem Hinterschneidprinzip erfolgt in dünnen Schichten. Das Material wird mit den konisch sich vom Bohrkopf ausgehend erweiternden und das Gestein in dünnen Schichten hinterschneidend lösenden Schneidflächen in meist handtellergroßen Stücken herausgebrochen. Um eine hohe Abtragsleistung zu erzielen, werden meist mehrere Rollenmeißel oder Rollenbohrwerkzeuge an einem rotierbaren und/oder mit Schlagüberlagerung schnell drehend angetriebenen Bohrkopf gelagert (vgl. z.B. DE862584 , DE 198 38 195 B1 oder WO 92/10647 ).
Da die nach dem Hinterschneidprinzip arbeitenden Rollenbohrwerkzeuge oder Rollenmeißel mit nur einseitig ausgebildeten, konisch sich erweiternden Schneidflächen schräg an der abzubauenden Gesteinsfront angesetzt werden, sind die Schneidflächen der Rollenmeißel und insbesondere die Schneidkante am Übergang der Schneidfläche in die Stirnseite systembedingt hohen Axialkräften ausgesetzt. Die Axialkräfte wiederum bewirken insbesondere an der Schneidkante am freien Rand der Schneidfläche einen systembedingten schnellen Verschleiß der einzelnen Rollenmeißel.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rollenbohrwerkzeug bzw. einen Rollenmeißel zu schaffen, dessen Standzeit bzw. Einsatzdauer gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schneidfläche aus härterem Material als der Stützkörper besteht und dass der Stützkörper einen Ringsteg bildet, der zumindest an seiner Außenumfangswand konisch verläuft und der mit seiner Innenumfangswand einen Freiraum an der Stirnseite des Werkzeuges begrenzt. Durch das Zusammenspiel der unterschiedlichen Materialpaarung von gehärteter bzw. härterer Schneidfläche und weicherem Stützkörper einerseits sowie dem Freiraum im Stützbereich des Stützkörpers, d.h. radial betrachtet jeweils hinter der Schneidfläche, andererseits wird erreicht, dass sich, über einen vergleichsweise langen Zeitraum, die Schneidkante am Übergang der Schneidfläche in die Stirnseite selbstständig nachschärfen kann. Der Selbstnachschärfeffekt wird insbesondere dadurch erreicht, dass bei einer Abnutzung der gehärteten Schneidfläche auch das dahinter befindliche weichere Material des Stützkörpers durch das abzutragende Gestein weggeschlissen wird, wodurch im Wesentlichen permanent nur die gehärtete Schneidfläche im Kontakteingriff mit dem abzutragenden Material steht.
Um den erfindungsgemäßen Effekt des selbstständigen Nachschärfens des Werkzeuges zu erreichen, ist nicht unbedingt erforderlich, dass der Freiraum als Hohlraum oder dgl. ausgebildet ist; der Freiraum in Radialrichtung hinter dem Stützkörper könnte auch mit nochmals weicherem Material als das Material des Stützkörpers gefüllt sein. Bei der insbesondere bevorzugten Ausgestaltung ist allerdings der Freiraum im Rücken des Stützkörpers als hohle Vertiefung ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist, wenn sich der Freiraum von der Stirnseite des Werkzeuges aus zumindest partiell über die Axialausdehnung der Schneidfläche des Werkzeuges erstreckt. Je tiefer der Freiraum in Axialrichtung ausgebildet ist, desto größer ist die effektive axiale Länge der Schneidfläche, bei welcher ein selbstständiges Nachschärfen der Schneidkante des Rollenmeißels erreicht werden kann. Im Hohlraum hinter dem Stützkörper kann sich das weggeschlissene Material des Stützkörpers außerdem vorübergehend ansammeln.
Bei der insbesondere bevorzugten Ausgestaltung weist der Ringsteg zwischen seiner Innenumfangswand und seiner Außenumfangswand eine exakt konstante oder im Wesentlichen konstante Dicke auf. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Rollenbohrwerkzeug über seine gesamte Einsatzdauer beim Nachschärfen gleiche Rückstellkräfte in die Maschine, an der die Rollenbohrwerkzeuge zum Einsatz kommen, einbringt, da unabhängig vom Abnutzungsgrad, mithin von der axialen Verkürzung der Schneidfläche aus gehärtetem Material, derselbe Querschnitt aus weicherem Stützkörpermaterial weggeschleißt werden muss, um zu erreichen, dass ausschließlich die Schneidkante aus härterem Material in Wirkeingriff mit dem abzutragenden Gestein steht. Zweckmäßigerweise verläuft hierzu die Innenumfangswand konisch, wodurch der Freiraum bzw. die Vertiefung sich ebenfalls zum Grund des Freiraums hin konisch verjüngt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können der Konuswinkel der Innenumfangswand und der Konuswinkel der Schneidfläche exakt gleich sein. Je nach verwendeter Materialpaarung kann es ausreichen, wenn die Stegdicke des Ringstegs nur annähernd konstant ist. Hierbei können vorteilhafterweise der Konuswinkel der Innenumfangswand und der Konuswinkel der Schneidfläche um weniger als 8°, insbesondere weniger als 5°, vorzugsweise weniger als 2° voneinander abweichen. Je nach verwendeter Materialpaarung kann auch die Stegdicke variieren, wobei in der Regel die Stegdicke meist zwei- bis zehnfach dicker ausgeführt werden wird als die radiale Dicke der Schneidfläche. Insgesamt sollte die Stegdicke so dünn wie möglich ausgeführt werden, um das zugleich weichere Material schnell wegschleißen zu können.
Erfindungsgemäße Rollenmeißel oder Rollenbohrwerkzeuge mit gehärteten, radial mittels ringförmiger Stützkörper abgestützten Schneidflächen können unterschiedlich aufgebaut sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Stützkörper einen zylindrischen Halsabschnitt und einen konischen, den Ringsteg bildenden Kragenabschnitt auf. Die Schneidfläche kann dann bei einer Ausführungsform aus einer an der konisch verlaufenden Außenumfangswand des Ringstegs aufgebrachten Oberflächenhärtung oder Hartschicht bestehen. Alternativ kann die Schneidfläche aus an der konisch verlaufenden Außenumfangswand des Ringstegs befestigten Schneidsegmenten oder Hartmetallsegmenten bestehen. Die Schneidsegmente oder Hartmetallsegmente können an der Außenumfangswand des Ringstegs des Stützkörpers befestigt, insbesondere angelötet oder aufgelötet sein. Die Verwendung von Schneidsegmenten hat den Vorteil, dass die konzentrisch umlaufende Schneidfläche relativ einfach hergestellt werden kann. Um selbst bei höchsten axialen Belastungen entsprechende Schneidsegmente oder Hartmetallsegmente vor Beschädigungen durch Stoßbelastung oder Ausbrechen zu schützen, können die Schneidsegmente oder Hartmetallsegmente mittels wenigstens eines Rings oder einer Decklage bedeckt sein, die aus weicherem Material als die Schneidfläche besteht. Ein entsprechender Ring oder eine entsprechende Decklage sorgen mithin für eine zusätzliche Fixierung der Schneidsegmente und damit der Schneidfläche am Stützkörper. Das Material des Rings oder der Decklage ist zweckmäßigerweise auch weicher als das Material des Ringstegs, um den Nachschärfeffekt des erfindungsgemäßen Werkzeuges nicht negativ zu beeinflussen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Schneidfläche Bestandteil eines Schneidrings sein, der einen zylindrischen Halsabschnitt und einen konischen Kragenabschnitt aufweist, an dessen Innenseite der Stützkörper anliegt oder ausgebildet ist. Der gesamte Schneidring kann dann aus Hartmetall oder anderem verschleißfesten Material bestehen. Um entsprechende Rollenbohrwerkzeuge an Werkzeugwellen der Maschinenköpfe von Arbeitsmaschinen für die Materialabtragung auf einfache Weise befestigen zu können, weisen bei einer Ausführungsform der Schneidring oder der Stützkörper am Innenmantel des Halsabschnitts eine Anschrägung für eine mit dieser zusammenwirkenden und mit einer Werkzeugwelle lösbar verbindbaren Klemmscheibe auf. Hierbei kann der Halsabschnitt zugleich mit einer Wellenkopfaufnahme zur vorzugsweise drehfesten Aufnahme eines Wellenendes einer Werkzeugwelle versehen sein. Die Klemmscheibe kann auch einen Klemmkragen mit Anschrägung aufweisen und mittels einer Schraube mit einem Wellenende einer Werkzeugwelle verbindbar sein. Weiter alternativ kann der Stützkörper mit seinem Ringsteg lösbar an der Innenseite des Schneidringes anliegen und einen integral mit dem Ringsteg verbundenen Boden aufweisen, der axial gegen den Halsabschnitt des Schneidrings mittels eines ins Wellenende einer Werkzeugwelle einschraubbaren Schraubmittels anklemmbar ist.
Die erfindungsgemäßen Rollenbohrwerkzeuge oder Rollenmeißel können besonders vorteilhaft mit dem einen Wellenende einer Werkzeugwelle verbunden sein, die mittels zweier am Umfang eines Wellenschaftes der Werkzeugwelle angeordneter Lager sowie einem das andere, freie Wellenende axial abstützenden Axiallager in einer Wellenaufnahme eines Maschinenkopfes abgestützt sind. Eine entsprechende Lagerung der Werkzeugwellen für Rollenbohrwerkzeuge an Maschinenköpfen ist von eigenständiger erfinderischer Bedeutung und auch bei Rollenbohrwerkzeugen einsetzbar, die einstückige Schneidflächen aus einem einzigen Material bzw. einem Material mir einheitlicher Härte aufweisen.
Der Stützkörper kann z.B. aus Stahl und die Schneidfläche aus einer Oberflächenhärtung oder einer z.B. durch Auftragsschweißung aufgebrachten Hartschicht am Außenumfang des Stützkörpers bestehen, oder es kommen von vornherein unterschiedliche Materialien wie z.B. Hartmetall für die Schneidfläche, den Schneidring oder die Schneidsegmente sowie Stahl oder dgl. für den Stützkörper in Frage.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch gezeigten Ausführungsbeispielen für erfindungsgemäße Rollenbohrwerkzeuge oder Rollenmeißel. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: schematisch stark vereinfacht eine Draufsicht auf den Ma- schinenkopf einer nach dem Hinterschneidprinzip arbeitenden Maschine mit mehreren, am Maschinenkopf gelagerten erfin- dungsgemäßen Rollenmeißeln;
Fig. 2: den Maschinenkopf aus Fig. 1 in Seitenansicht, teilweise aufgebrochen;
Fig. 3: ein erfindungsgemäßes Rollenbohrwerkzeug in Draufsicht auf die Stirnseite;
Fig. 4: einen Horizontalschnitt durch das Rollenbohrwerkzeug aus Fig. 3;
Fig. 5: ein Rollenbohrwerkzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbei- spiel in Draufsicht auf die Schneidfläche;
Fig. 6: ein Rollenbohrwerkzeug mit Schneidsegmenten gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 7: ein Rollenbohrwerkzeug gemäß einem vierten Ausführungsbei- spiel in Schnittansicht;
Fig. 8: ein Rollenbohrwerkzeug gemäß einem fünften Ausführungsbei- spiel in Schnittansicht; und
Fig. 9: ein Rollenbohrwerkzeug gemäß einem sechsten Ausführungsbei- spiel.

Die Figuren 1 und 2 zeigen von einer ansonsten nicht weiter dargestellten Maschine zum Abbau von Materialien wie Gestein an einer schematisch dargestellten Abbaufront 1 einen Maschinenkopf 2, der mittels der Antriebswelle 3 um die Zentralachse 4 des Maschinenkopfes 2 rotiert. Der Maschinenkopf 2 kann beispielsweise über die Antriebswelle 3 an einer Tunnelvortriebsmaschine, einer Streckenvortriebsmaschine, einer Teilschnitt- oder Vollschnittmaschine oder einer mit Schlagüberlagerung arbeitenden Maschine gelagert sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Maschinenkopf 2 drei Wellenkopfaufnahmen 5 auf, in denen jeweils eine Werkzeugwelle 6 gelagert ist. Am freien, an der Frontseite 2' aus dem Maschinenkopf 2 herausragenden Wellenende 7 jeder Werkzeugwelle 6 ist ein insgesamt mit Bezugszeichen 10 bezeichnetes und nach dem Hinterschneidprinzip arbeitendes Rollenbohrwerkzeug drehfest befestigt. Wie schon in Fig. 2 gut zu erkennen ist, handelt es sich bei den Rollenbohrwerkzeugen bzw. Rollenmeißeln 10 um einseitig konische Schneiddisken mit einer sich konisch zur freien Stirnseite 11 erweiternden Schneidfläche 12 am Umfang. Die Werkzeugwellen 6 sind um die Drehachse M der Werkzeugwellen 6 drehbar in den Aufnahmen 5 gelagert und die Lagerung erfolgt mittels zwei am Schaft der Werkzeugwelle 6 anliegender, über eine Hülse 8 voneinander beabstandeter Radiallager 30 sowie eines weiteren, gegen das hintere Wellenende 7' anliegenden Axiallagers 31, das an einer Deckelplatte 32 gegengelagert ist, die mittels mehrere Schrauben 33 an der Rückseite des Maschinenkopfes 2 befestigt ist und die Wellenaufnahme 5 verschließt. Bei demontierten Rollenmeißeln 10 und demontiertem Sicherungsring 34 können die Werkzeugwellen 6 aus den Wellenaufnahmen 5 an der Rückseite der Maschinenköpfe 2 herausgenommen werden. Das in Fig. 2 obere Radiallager 30 bildet ein Loslager und das untere Radiallager 30 ein Festlager. Die gesamte Wellenaufnahme 5 ist mittels einer Wellendichtung 59 gegen Schmutz- und Feuchtigkeitseintritt geschützt. Das Axiallager 31 sorgt für eine äußerst günstige Abstützung der Werkzeugwellen 6 an den hinteren Wellenenden 7' selbst bei hohen Axialkräften, die beim hinterschneidenden Absprengen von Materialstücken 1' - wie in Fig. 2 angedeutet - an der Abbaufront 1 auftreten können.
Im Betriebseinsatz wird der Maschinenkopf 2 in Arbeitsrichtung A durch Schwenkarme oder eine Bewegung der Arbeitsmaschine bewegt. Gleichzeitig rotiert der Maschinenkopf 2 um die zentrale Achse 4 in Pfeilrichtung R (Fig. 1). Da die Werkzeugwellen 6 freidrehend gelagert sind, können sich auch die Rollenmeißel 10 um die Mittelachse M drehend bewegen, wodurch sich die Schneidflächen 12, welche in Fig. 2 am geschnitten dargestellten Rollenmeißel 10 als schwarze Balken dargestellt sind, gleichmäßig über den Umfang abnutzen können. Durch die Rotationsbewegung des Maschinenkopfes 2 und die konische bzw. keilförmige Schneidfläche 12 an den Rollenmeißeln 10 wird das abzutragende Material schichtweise in Richtung des Pfeils A hinterschneidend abgetragen.
Die Figuren 3 und 4 zeigen den Rollenmeißel 10 aus den Figuren 1 und 2 im Detail. Fig. 3 bildet eine Ansicht auf die im Betriebseinsatz dem Maschinenkopf zugewandt liegende Unterseite 13 mit der konisch sich zum Außenumfang 14 erweiternden Schneidfläche 12. Der Rollenmeißel 10 weist einen massiven, einstückigen Stützkörper 15 auf, der integral mit einer Wellenkopfaufnahme 16 für das freie Ende der Werkzeugwelle (7, Fig. 2) sowie zentrisch zur Mittelachse M mit einer Zentralbohrung 17 für eine Befestigungsschraube (9, Fig. 2) versehen ist, um den Stützkörper 15 drehfest mit dem Wellenende der Werkzeugwelle zu verbinden. Der Stützkörper 15, der insbesondere aus Stahl bestehen kann, weist einen am Umfang zylindrischen Halsabschnitt 18 auf, der sich von der Unterseite 13 des Rollenmeißels 10 erstreckt. Der Halsabschnitt 18 geht integral in einen sich konisch erweiternden Kragenabschnitt 19 über. An der konischen Außenumfangswand 20 des Kragenabschnitts 19 des Stützkörpers 15 ist die Schneidfläche 12 ausgebildet, die hier aus einer Oberflächenhärtung oder einer Hartmetall-Auftragsschicht besteht. Die Schneidfläche 12 besteht erfindungsgemäß aus vorzugsweise deutlich verschleißfesterem und härterem Material als das Material des Stützkörpers 15. Die die Schneidfläche 12 bildende Hartmetallschichtauflage oder Oberflächenverhärtung verläuft gleichmäßig umlaufend über die Außenumfangswand 20 des Kragenabschnitts 19. Die der Wellenkopfaufnahme 16 abgewandt liegende, senkrecht abgewinkelt zur Mittelachse M verlaufende Stirnseite 11 des Rollenmeißels 10 ist zugleich mit einer zentralen Vertiefung 21 versehen, die sich hier über etwa ein Drittel der Axiallänge des Stützkörpers 15 erstreckt. Die Vertiefung 21, die beispielsweise aus einer Eindrehung an der Stirnseite 11 des Stützkörpers 15 oder einer anders hergestellten Aussparung bestehen kann, bildet einen Freiraum, der den Querschnitt des vom Stützkörper 19 an der Stirnseite 11 bereitgestellten Materials auf einen schmalen Ringsteg 22 begrenzt. Der schmale Ringsteg 22 weist in Radialrichtung, d.h. senkrecht zur Mittelachse M des Rollenmeißels 10, vom Grund 23 der Vertiefung 21 bis zur Stirnseite 11 eine gleichbleibende Stegdicke auf. Die Vertiefung 21 bildet einen Freiraum und bewirkt bzw. unterstützt zusammen mit der unterschiedlichen Materialpaarung von härterer Schneidfläche 12 und weicherem, stegförmigen Stützkörper 15 ein selbstständiges Nachschärfen der Schneidfläche 12 des Rollenmeißels 10. Da sich die Schneidfläche 12 beim hinterschneidenden Abtragen in Eingriff mit dem abzutragenden Material befindet, nutzt sich die Schneidfläche 12 insbesondere an der Randkante 14 langsam ab. Sobald sich allerdings die Schneidkante 14 abgenutzt hat, wird auch das wesentlich weichere Material des Stützkörpers an der Stirnseite 11 durch das abzubauende Material sofort weggeschlissen, weswegen immer eine sauber abgewinkelte und gehärtete Schneidkante 14 am Übergang der Schneidfläche 12 in die Stirnseite 11 in Wirkeingriff mit dem abzutragenden Material steht. Dieser selbstständige Nachschärfeffekt stellt sich bis zu der in Fig. 4 angedeuteten Verschleißgrenzlinie V ein, welche sich geringfügig oberhalb des Grundes 23 der Vertiefung 21 befindet und bis zu welcher jeder Rollenmeißel 10 bei im Wesentlichen gleichbleibenden Rückstellkräften, die in den Maschinenkopf eingeleitet werden, abgenutzt werden kann. Die gleichbleibende radiale Wandstärke des Ringstegs 22 wird beim Rollenmeißel 10 in Fig. 3 und 4 im Wesentlichen dadurch unterstützt, dass die Innenumfangswand 24 des als Ringsteg 22 ausgebildeten Kragenabschnitts 19 des Stützkörpers 15 im Wesentlichen mit dem gleichen Konus- oder Schrägenwinkel zur Mittelachse M verläuft wie die Schneidfläche 12 sowie die Außenumfangswand 20. Der Konusoder Schrägenwinkel beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 45°.
Fig. 5 zeigt einen Rollenmeißel 60 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel hat der Rollenmeißel 60 einen einstückigen Stützkörper 65 mit einer konisch sich zur Außenkante 64 erweiternden Schneidfläche 62. Zentral an der Unterseite des Stützkörpers 65 ist wiederum in einem zylindrischen Halsabschnitt 66 eine Wellenkopfaufnahme 67 für das Wellenende einer Werkzeugwelle ausgebildet. Abweichend vom vorherigen Ausführungsbeispiel besteht allerdings die Schneidfläche 62 nicht aus einer Oberflächenhärtung oder Auftragsschicht, sondern die konisch sich erweiternde Schneidfläche 62 wird mittels mehrerer, hier z.B. siebzehn Schneidsegmenten gebildet, die an einer konischen Außenumfangswand des Stutzkörpers 65 angelötet oder auf andere Weise befestigt sind. Jedes Schneidsegment 90 hat erfindungsgemäß eine deutlich höhere Härte als das Material des Stützkörpers 65 und der Stützkörper 65 weist radial hinter einem Kragenabschnitt, an dessen konisch sich erweiternden Außenumfangswand die Schneidsegmente 90 abgestützt werden, einen Ringsteg auf, der mit einer Vertiefung als Freiraum versehen ist, um auch bei einer von Schneidsegmenten 90 gebildeten Schneidfläche 62 einen selbstständigen Nachschärfeffekt zu erreichen.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Rollenmeißel 110 mit einem massiven, einstückigen Stützkörper 115 gezeigt, der integral einen die Wellenkopfaufnahme 116 umfassenden Halsabschnitt und einen sich daran anschließenden und konisch erweiternden Kragenabschnitt 119 aufweist, der zentral mit einer Vertiefung 121 versehen ist, so dass am Rücken der Schneidfläche 112 ausschließlich ein Ringsteg mit konstanter Dicke als abstützender Teil des Stützkörper 115 ausgebildet ist. Wie beim Ausführungsbeispiel in Fig. 5 besteht die Schneidfläche 112 nicht aus einer umlaufenden Härtung sondern aus einzelnen Schneidsegmenten 140, die an der konisch sich nach außen erweiternden Außenumfangswand 120 des Ringstegs 122 angelötet sind. Abweichend vom vorherigen Ausführungsbeispiel sind sämtliche Schneidsegmente 140 umlaufend mit einer Decklage 145 über die gesamte Axiallänge der Schneidfläche 112 bedeckt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Decklage 145 annähernd von der Schneidkante 114 am Übergang der Schneidfläche 112 in die Stirnseite 111 bis zum zylindrischen Umfang des Halsabschnitts 118. Anstelle einer durchgehenden Deckschicht könnten auch ein oder mehrere Ringe um die einzelnen Segmente 140 umlaufen, um deren Verankerung am ringstegartigen Stützkörper im Bereich des Kragenabschnitts 119 zu unterstützen. Das Material der Decklage 145 oder der Ringe ist vorzugsweise sowohl erheblich weicher als das Material der Schneidsegmente 140 als auch weicher oder wenigstens ähnlich weich wie das Material des Stützkörpers 115. Die Decklage 145 kann beispielsweise aufgelötet sein.
In Fig. 7 ist ein Rollenmeißel 210 dargestellt, bei welchem ein Stützkörper 215 wiederum einen Halsabschnitt 218 und einen konisch sich erweiternden Kragenabschnitt 219 aufweist, der aufgrund einer Vertiefung 221 in der Stirnseite 211 radial hinter der Schneidfläche 212 zu einem Ringsteg 222 mit konisch verlaufender Außenumfangswand 220 sowie parallel hierzu verlaufender Innenumfangswand 224 verjüngt ist. Die Schneidfläche 212 besteht aus einer Oberflächenhärtung, einer aufgelöteten Schleißschicht oder aus aufgebrachten Schneidsegmenten und ist härter als das Material des Stützkörpers im Ringsteg 222. Die drehfeste Befestigung des Stützköpers 215 am Wellenende 207 einer Werkzeugwelle 206 erfolgt hier mittels einer separaten Klemmscheibe 235, die mittels einer Befestigungsschraube 209 gegen das Wellenende 207 verschraubt werden kann. Das Wellenende 207 ist mehrfach gestuft ausgeführt und weist zentral ein Sackloch 227 und außen eine Stufe 228 auf. An der äußeren Stufe 228 des Wellenendes 207 liegt der mit einer zylindrischen Mittelbohrung 225 versehene Halsabschnitt 218 des Stützkörpers 215 an. Der Stützkörper 215 kann mit seiner Mittelbohrung 225 auf die Stufe 228 am Wellenende 207 aufgeschoben werden. Am Übergang der Mittelbohrung 225 in den Grund 223 der Vertiefung 221 ist eine schräge Klemmfläche 226 ausgebildet, gegen welche der Klemmring 235 mit einer Gegenschräge 236 an seinem Umfang durch Anziehen der Schraube 209 anklemmbar ist. Das Zusammenspiel der beiden schrägen Klemmflächen 226, 236 klemmt den Stützring 215 gegen das Wellenende 207, so dass dieser drehfest und zugleich lösbar an der Werkzeugwelle 206 befestigt wird. Das Material des Stützkörpers 215 ist erheblich weicher als das Material der Schneidfläche 212, damit sich im Zusammenwirken mit der Vertiefung 221 der Nachschärfeffekt an der Schneidfläche 212 einstellt.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rollenmeißels 310, der an einem mehrfach gestuften Wellenende 307 einer Werkzeugwelle befestigbar ist. Der Rollenmeißel 310 weist einen Schneidring 346 auf, der einen zylindrischen Halsabschnitt 347 und einen konisch sich nach außen stegförmig erweiternden Kragenabschnitt 348 aufweist. Der Kragenabschnitt 348 bildet mit seiner äußeren Umfangsfläche die Schneidfläche 312 zum hinterschneidenden Abtragen von Gestein. Der gesamte Schneidring 346 besteht aus verschleißfesterem Material als ein Stützkörper 315, der beim Rollenmeißel 310 zugleich das Klemmstück zum Festklemmen des Schneidrings 346 am Wellenende 307 mittels der Befestigungsschraube 309 bildet. Um den Nachschärfeffekt zu erreichen, weist der zugleich das Klemmelement bildende Stützkörper 315 einen ringstegförmig sich nach außen erweiternden Kragenabschnitt 319 auf, der in einen Bodenabschnitt 375 übergeht, welcher den Freiraum 321 innerhalb der Innenumfangswand 324 des Stützkörpers 315 begrenzt. Der Stützkörper 315 kann lose am Schneidring 346 anliegen oder mit diesem fest verbunden sein, wobei jedoch im Montagezustand der ringstegförmige Kragenabschnitt 319 mit seiner Außenumfangswand 320 gegen die Mantelinnenfläche 348' des Schneidrings 346 anliegt oder drückt. Die drehfeste Verankerung des Schneidrings 346 am Wellenende 307 wird über das Zusammenwirken einer Klemmschräge 326 am Wellenende 307 sowie einer Klemmschräge 336 am Übergang der Unterseite des Schneidrings 346 in eine zentrale Bohrung 325 des Schneidrings 346 erreicht. Auch beim Rollenmeißel 310 kann sich durch die erfindungsgemäß vorgesehene Kombination von Freiraum 321 und den unterschiedlichen Materialien des Schneidrings 346 einerseits und des zu einem in Radialrichtung hinter der Schneidfläche 312 verjüngten Ringstegs 322 des Stützkörpers 315 andererseits die jeweilige Schneidkante selbstständig nachschärfen.
Fig. 9 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel für eine Rollenmeißel 410, der wiederum auf einem gestuften Wellenende 407 mittels einer Befestigungsschraube 409 drehfest befestigt werden kann. Auch hier ist die Schneidfläche 412 an einem Schneidring 446 aus Hartmetall oder dgl. ausgebildet und wird am Schneidring 446 von der konisch sich erweiternden Umfangsfläche gebildet. Die Arretierung des Schneidrings 446 am Wellenende 407 erfolgt mittels einer Klemmscheibe 435, die am Umfangsrand eine Klemmschräge 436 aufweist, die gegen eine weitere Klemmschräge 426 am Schneidring 446 drückt. Der Stützkörper 415 besteht beim Rollenmeißel 410 allerdings nur aus einem Ringkörper mit parallelogrammförmigen Querschnitt und zueinander paralleler Außenumfangswand 420 und Innenumfangswand 423. Der Stützring ist an der Innenumfangsfläche 428' des stegförmigen Kragenabschnitts 428 des Schneidrings 446 angelötet oder verankert. Der Stützring 415 ist so dünn wie möglich ausgeführt, um zu erreichen, dass die integral am Schneidring 446 ausgebildete Schneidfläche 412 für den Hinterschneidprozess stabil genug ausgeführt ist.
Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen sollte das Material der Schneidfläche eine Festigkeit oder Härte aufweisen, die deutlich höher ist als das Material des Stützkörpers. Der unterschiedliche Härtegrad kann je nach Verwendungszweck variieren. Die Verwendung von Stahl für den Stützkörper und durch Auftragsschweißen aufgebrachtes Hartmetall für die Schneidfläche ist nur beispielhaft, ohne den Schutzbereich auf diese zu begrenzen.

Claims

Rollenbohrwerkzeug zum Abtragen von Material wie insbesondere Gestein, Mineralien oder dgl. nach dem Hinterschneidprinzip, mit einer konzentrisch um eine Mittelachse (M) herum ausgebildeten, sich konisch zur Stirnseite (11) des Rollenbohrwerkzeuges erweiternden Schneidfläche (12), und mit einem Stützkörper (15), der an der Innenseite der Schneidfläche (12) angeordnet ist und sich bis zur Stirnseite (11) des Werkzeuges erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidfläche (12) aus härterem Material als der Stützkörper (15) besteht und dass der Stützkörper einen zumindest an einer Außenumfangswand (20) konischen Ringsteg (22) bildet, der mit seiner Innenumfangswand (23) einen Freiraum (21) an der Stirnseite (11) des Werkzeuges begrenzt.
Rollenbohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (21) als Vertiefung ausgebildet ist.
Rollenbohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der hohle Freiraum (21) von der Stirnseite (11) aus zumindest partiell über die Axialausdehnung der Schneidfläche (12) des Werkzeuges erstreckt.
Rollenbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringsteg (22) zwischen seiner Innenumfangswand (23) und seiner Außenumfangswand (20) eine konstante Dicke oder eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweist.
Rollenbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenumfangswand (23) konisch verläuft, wobei vorzugsweise der Konuswinkel der Innenumfangswand (23) und der Konuswinkel der Schneidfläche (12) gleich sind oder um weniger als 8°, insbesondere weniger als 5°, vorzugsweise weniger als 2°, voneinander abweichen.
Rollenbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (15; 115; 215) einen zylindrischen Halsabschnitt (18; 118; 218) und einen konischen, den Ringsteg (22; 122; 222) bildenden Kragenabschnitt (19; 119; 219) aufweist.
Rollenbohrwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidfläche (12; 212) aus einer an der konisch verlaufenden Außenumfangswand (220) des Ringstegs (22; 222) aufgebrachten Oberflächenhärtung oder Hartschicht besteht.
Rollenbohrwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidfläche (62; 112) aus an der konisch verlaufenden Außenumfangswand (120) des Ringstegs (122) befestigten Schneidsegmenten (90; 140) oder Hartmetallsegmenten besteht.
Rollenbohrwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidsegmente (140) mittels wenigstens eines Rings oder einer Decklage (145) bedeckt sind, die aus weicherem Material als die Schneidfläche (112) besteht.
Rollenbohrwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Rings oder der Decklage (145) weicher ist als das Material des Ringstegs (122).
Rollenbohrwerkzeug nach einem der Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidfläche (312; 412) Bestandteil eines Schneidrings (346; 446) aus Hartmetall od.dgl. ist, der einen zylindrischen Halsabschnitt (347; 447) und einen konischen Kragenabschnitt (348; 448) aufweist, an dessen Innenseite der Stützkörper (315; 415) anliegt oder ausgebildet ist.
Rollenbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidring (346) oder der Stützkörper (215; 415) an einer Innenbohrung (225; 325; 425) des Halsabschnitts (218; 347; 447) eine Klemmschräge (226; 326; 426) für eine mit dieser zusammenwirkenden und mit einer Werkzeugwelle lösbar verbindbaren Klemmscheibe (235; 315; 435) aufweisen, wobei vorzugsweise die Klemmscheibe (235; 435) eine Klemmschräge (236; 436) mit Anschrägung aufweist und mittels einer Schraube mit einem Wellenende einer Werkzeugwelle verbindbar ist.
Rollenbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Halsabschnitt (118) eine Wellenkopfaufnahme (116) zur vorzugsweise drehfesten Aufnahme eines Wellenendes einer Werkzeugwelle aufweist.
Rollenbohrwerkzeug nach einem der Anspruche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (315) mit seinem Ringsteg (322) vorzugsweise lösbar an der Innenseite (348') des Schneidrings (346) anliegt und einen integral mit dem Ringsteg verbundenen Boden (375) aufweist, der axial gegen den Halsabschnitt (347) des Schneidrings (346) mittels eines ins Wellenende einer Werkzeugwelle einschraubbaren Schraubmittels (309) anklemmbar ist.
Rollenbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper oder der Schneidring mit dem Wellenende einer Werkzeugwelle verbunden ist, die mittels zweier am Umfang des Wellenschafts angeordneter Lager (30) sowie eines das andere Wellenende (7') axial abstützende Axiallagers (31) in einer Wellenaufnahme (5) eines Maschinenkopfes (2) abgestützt ist.