EP2430288A2 - Schneidvorrichtung für eine bergbaumaschine - Google Patents

Schneidvorrichtung für eine bergbaumaschine

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Publication number
EP2430288A2
EP2430288A2 EP10718034A EP10718034A EP2430288A2 EP 2430288 A2 EP2430288 A2 EP 2430288A2 EP 10718034 A EP10718034 A EP 10718034A EP 10718034 A EP10718034 A EP 10718034A EP 2430288 A2 EP2430288 A2 EP 2430288A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting
cutting insert
tool
tip
cutting device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10718034A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Grief
Roman Gerer
Jan Akerman
Nikolaus A. Sifferlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sandvik Mining and Construction GmbH
Sandvik Mining and Construction Oy
Original Assignee
Sandvik Mining and Construction GmbH
Sandvik Mining and Construction Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sandvik Mining and Construction GmbH, Sandvik Mining and Construction Oy filed Critical Sandvik Mining and Construction GmbH
Publication of EP2430288A2 publication Critical patent/EP2430288A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • E21C35/183—Mining picks; Holders therefor with inserts or layers of wear-resisting material
    • 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
    • E21C35/183—Mining picks; Holders therefor with inserts or layers of wear-resisting material
    • E21C35/1837—Mining picks; Holders therefor with inserts or layers of wear-resisting material characterised by the shape

Definitions

  • the invention relates to a cutting device for a mining machine, in particular a cutting machine, having a tool carrier rotatably mounted about a rotation axis, in particular a cutting roller, and at least one cutting tool which is fixed to the tool carrier and which comprises a tool base body and a cutting insert which is fixed in a receiving bore and consists of a diamond cutter.
  • Composite material or a harder material are examples of a cutting tool that is fixed to the tool carrier and which comprises a tool base body and a cutting insert which is fixed in a receiving bore and consists of a diamond cutter.
  • Cutting tools for mining machines are known for example in the form of so-called chisels, which are used for example in the mining of coal or in tunneling.
  • Ticks are usually arranged on the circumference of a cutting or cutting roller, whereby the selection of the respective cutting angle of attack ensures that the usually tapered chisels due to the rotating movement of the cutting or cutting roller in such a way with the degraded material or thefast agoden Rock come into engagement that material or rock is removed by cutting or scraping from the surface of the working face.
  • Chisels usually consist of a base body and a set in a receiving bore of the body cutting insert.
  • the cutting insert consists of a particularly hard and wear-resistant material.
  • tungsten carbide or a tungsten carbide-cobalt composite material has been proposed in this connection.
  • a particularly wear-resistant training succeeds through the use of cutting tools or chisels with a tip made of diamond or polycrystalline diamond composite material.
  • the cutting insert of the cutting tool can have only an outer coating of a diamond composite material or consist entirely of such a diamond composite material.
  • US 5,161,627 shows and describes a round shank bit with a cutting insert that is tapered and has a rounded tip.
  • On the surface of the cutting insert is applied a layer of a polycrystalline diamond composite. The layer is about 0.04 inches (0.1 cm).
  • a conical cutting insert with a coating of a polycrystalline diamond material can also be taken from US Pat. No. 4,811,801.
  • the subject matter of US Pat. No. 6,733,087 mentions diamond, polycrystalline diamond material, cubic boron nitride binder, free carbide or combinations thereof as the material for a wear-resistant coating of a cutting insert.
  • EP 1283936 B1 has proposed a cutting tool with a tapered cutting insert consisting of diamond crystals, which by means of a silicon carbide matrix are interconnected. For bonding the cutting insert to the tool body, a metal matrix composite is indicated.
  • Diamond composite has a higher hardness than any naturally occurring material on Earth and is therefore ideal for use as a cutting insert. However, it is a very expensive material. In recent times, materials have become known which have a higher hardness than diamond. Barium titanate with tin, for example, should be harder than diamond, and it can be assumed that this material is suitable for its use as a diamond
  • a cutting geometry is defined on the one hand by the shape of the chisel tip and on the other hand by the peripheral force occurring at the chisel tip and the rock-dependent one Normal force.
  • the cutting geometry should be designed so that a resulting cutting force is formed, which coincides with the cutting axis, ie coincides with the axis of the chisel.
  • the invention therefore aims to provide a cutting geometry that is designed and optimized for the described cutting inserts made of diamond or a diamond composite material is, so that the cutting performance can be improved, while the service life of the cutting tools are to be extended with the same constant cutting geometry.
  • the invention starting from a cutting device of the type mentioned essentially consists in that the cutting tool on the tool carrier with a cutting angle of 45 - 58 °, preferably 47 - 54 °, preferably 49 °, oriented and the tip of Schneidein - Set is formed substantially conical, wherein the apex angle is 60 - 75 °.
  • the angle of incision between the axis of the cutting tool or of the cutting insert and the tangent at the circle swept by the tip of the cutting insert during the rotation of the cutting device, in particular the cutting roller is to be understood as the cutting angle of attack.
  • the point angle is the angle between two diametrically opposed generatrix of the cone of the cutting insert tip.
  • the cutting geometry according to the invention leads to an alignment of the cutting tool that is optimized with respect to the cutting performance, whereby at the same time the so-called clearance angle ⁇ , i. the angle between the degraded rock front and the cutting tool cutting edge can be kept within the limits required to achieve a high cutting performance.
  • the cutting angle of attack can be selected to be greater than with hard metal materials.
  • the angle of attack is limited according to the invention but upwards. Namely, if the cutting angle is selected in a range of larger than 60 °, the direction of the resultant cutting force shifts again, resulting in a bending load of the cutting bit and a tilting load of the cutter holder in the other direction.
  • the tip of the cutting insert has a tip radius of 2 - 5mm, preferably 4mm.
  • the cutting insert has a cylindrical base body with a diameter of preferably 10-18 mm, which carries the conical tip, wherein between the cylindrical base body and the conical tip, a transition radius is provided, the 35 - 45 ⁇ un preferred 40mm.
  • the cutting device according to the invention is preferably developed in such a way that the diameters of the cutting insert and receiving bore are dimensioned such that the cutting insert is held in the receiving bore by shrink-fit fitting.
  • a further improvement of the attachment results according to a preferred development in this case in that the cutting insert is additionally held by means of a solder joint, preferably using a introduced into the receiving bore solder, preferably metal solder, in the receiving bore, wherein at the interface between the cutting insert and the solder a particularly stable connection is achieved if, as it corresponds to a further preferred embodiment, the cutting insert has an electrolytic copper coating, the thickness is preferably 0.1 to 0.2 mm.
  • solder and in particular the electrolytic copper occupancy of the cutting insert is melted during soldering of the cutting insert in the bore of the tool body, wherein due to the cooling of the tool body and the resulting shrink fit of the cutting insert in the receiving bore penetration of the molten solder or the gives electrolytic copper coverage in the surface of the cutting insert and between the tool body and the cutting insert a kind of micro-toothing arises, which leads to a very strong and permanent connection between the cutting insert and Maschinentechniksvilleköper.
  • a solder is preferably a copper-silver solder selected.
  • the diamond composite according to a preferred development of diamond crystals, which are connected to each other by means of a silicon carbide matrix. Such a diamond composite material has become known from WO 90/01986 A1. A method of making such a diamond composite has become known from WO 88/07409 A1.
  • a method for producing a cutting tool, in particular for fixing a cutting insert of a diamond composite material in a receiving bore of a tool body, a method with the following method steps can be used: a) heating of the tool body to a temperature of at least 75O 0 C, preferably 800-860 0 C, b) inserting the cutting insert into the receiving bore of the tool body, c) cooling the tool body in air to about 600 0 C, d) further cooling the tool body with water and e) preferably final annealing to about 300 0 C, wherein the cutting insert is determined by the warm-up and subsequent cooling of the tool body with a shrink-fit in the receptacle of the tool body.
  • a preferred process procedure provides that an electrolytic copper coating of the cutting insert is made before step a) and that a solder, in particular a copper-silver solder, is introduced into the receiving bore between step a) and b), so that the Determining the cutting insert in the receiving bore, both due to the shrink-fit and due to a solder joint done.
  • the solder is introduced in the form of a cartridge in the receiving bore.
  • the possible use in highly abrasive rock is up to 165 MPa. Furthermore, the sparking during the cutting process can be completely avoided. There is also a significant reduction of dust. The cutting forces can be reduced by about 50%. Compared to carbide cutting inserts results in a 30-fold service life. Further advantages include the higher cutting performance and the lower noise and heat development, especially when cutting hard rock.
  • FIG. 2 shows a cutting tool with a cutting insert made of a diamond composite material inserted into it
  • FIG. 3 shows the cutting geometry of a cutting tool according to the invention, which is fastened to a cutting roller ,
  • a cutting insert made of a diamond composite material which consists essentially of three regions: a cutting insert tip 2, a cutting insert main body 3 and a cutting insert end 4, is designated by 1.
  • the entire cutting insert is rotationally symmetric about the central axis 10.
  • the cutting insert tip is substantially frusto-conical, with the tip being rounded.
  • the peak radius designated r is between 2 and 5 mm and the tip angle ⁇ , i. the angle between the two diametrically opposite generatrix of the cone is 71 ° in this embodiment.
  • a tool body 5 is shown, in which a cutting insert 1 is fixed in a receiving bore 6.
  • the bit consisting of tool base body 5 and cutting insert 1, is rotationally symmetrical about the central axis 10.
  • the tool base body has at its front end a widening region 7, which merges directly into a skirt 8.
  • the conical widening in the front area of the round shank chisel serves to stabilize the cutting tool.
  • a groove 9 At the rear end of the chisel is a groove 9, in which an unillustrated snap ring can engage for fixing to a chisel holder.
  • FIG 3 12 schematically shows a cutting roller on which a bit holder 11 a round shank chisel is fixed.
  • the apron 8 rests on the front side of the chisel holder and thus seals the opening of the chisel holder from the ingress of dust and debris.
  • the radius denoted by R corresponds to the distance between the axis of rotation of the cutting roller and the tip of the cutting insert, which is in engagement with the rock or the reduction face 13.
  • the so-called clearance angle ⁇ is defined as the angle of the clearance between the tangent to the circle R (rock front) and the cutting tool edge (nearest generatrix of the cutting insert tip).
  • the cutting angle ⁇ is defined as the angle between the central axis 10 of the bit and the tangent to the circle of radius R at the location of engagement. This is the circle swept by the tip of the cutting insert during one revolution of the cutting roller 12. In the case shown, this angle is 51 °.

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Abstract

Bei einer Schneidvorrichtung für eine Bergbaumaschine, insbesondere Schrämmaschine, mit einem um eine Drehachse rotierbar gelagerten Werkzeugträger, insbesondere Schrämwalze, und wenigstens einem am Werkzeugträger festgelegten Schneidwerkzeug (1), umfasst das Schneidwerkzeug (1) einen Werkzeuggrundkörper (3) und einen in einer Aufnahmebohrung (6) desselben festgelegten Schneideinsatz (1), der aus einem Diamant-Verbundwerkstoff oder einem härteren Material besteht. Das Schneidwerkzeug ist am Werkzeugträger mit einem Schneidanstellwinkel (ß) von 45 - 58°, vorzugsweise 47 - 54°, vorzugsweise 49°, orientiert. Die Spitze (2) des Schneideinsatzes (1) ist im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet, wobei der Spitzenwinkel (α) 60 - 75° beträgt.

Description

Schneidvorrichtung für eine Bergbaumaschine
Die Erfindung betrifft eine Schneidvorrichtung für eine Bergbaumaschine, insbesondere Schrämmaschine, mit einem um eine Drehachse rotierbar gelagerten Werkzeugträger, insbesondere Schrämwalze, und wenigstens einem am Werkzeugträger festgelegten Schneidwerkzeug, das einen Werkzeuggrundkörper und einen in einer Aufnahmebohrung desselben festgelegten Schneideinsatz umfasst, der aus einem Diamant-Verbundwerkstoff oder einem här- teren Material besteht.
Schneidwerkzeuge für Bergbaumaschinen sind beispielsweise in der Form von sogenannten Meißeln bekannt, die beispielsweise beim Abbau von Kohle oder im Tunnelbau eingesetzt werden. Mei- ßel werden meist am Umfang einer Schneid- oder Schrämwalze angeordnet, wobei durch die Wahl des jeweiligen Schneidanstellwinkels erreicht wird, dass die für gewöhnlich spitz zulaufenden Meißel aufgrund der rotierenden Bewegung der Schneid- oder Schrämwalze derart mit dem abzubauenden Material oder dem abzu- tragenden Gestein in Eingriff gelangen, dass Material bzw. Gestein durch Schneiden oder Abkratzen von der Oberfläche der Ortsbrust abgelöst wird. Meißel bestehen in der Regel aus einem Grundkörper und einem in einer Aufnahmebohrung des Grundkörpers festgelegten Schneideinsatz. Damit auch härteres Gestein effi- zient abgetragen werden kann, besteht der Schneideinsatz aus einem besonders harten und verschleißbeständigen Werkstoff. Als Werkstoff für den Schneideinsatz ist in diesem Zusammenhang beispielsweise Wolframkarbid oder ein Wolframkarbid-Kobalt- Verbundwerkstoff vorgeschlagen worden.
Eine besonders verschleißresistente Ausbildung gelingt durch die Verwendung von Schneidwerkzeugen bzw. Meißeln mit einer Spitze aus Diamant oder polykristallinem Diamant-Verbundwerkstoff. Der Schneideinsatz des Schneidwerkzeugs kann dabei lediglich eine Außenbeschichtung aus einem Diamant-Verbundwerkstoff aufweisen oder vollständig aus einem derartigen Diamant-Verbundwerkstoff bestehen. Beispielsweise zeigt und beschreibt die US 5,161,627 einen Rundschaftmeißel mit einem Schneideinsatz, der konisch und mit einer abgerundeten Spitze ausgebildet ist. Auf die Oberfläche des Schneideinsatzes ist eine Schicht aus einem polykristallinen Diamant-Verbundwerkstoff aufgebracht. Die Schicht beträgt ca. 0,04 Inch (0,1 cm). Ein kegelförmiger Schneideinsatz mit einer Beschichtung aus einem polykristallinen Diamantwerkstoff ist auch der US 4,811,801 zu entnehmen. Beim Gegenstand der US 6,733,087 wird als Material für einen verschleißfesten Überzug eines Schneideinsatzes Diamant, polykristalliner Diamantwerkstoff, kubisches Bornitridbindemittel, freies Karbid oder Kombinationen hiervon genannt.
Aufbauend auf einer neuen Generation von Diamant-Verbundwerkstoffen, welche in der WO 88/07409 Al und WO 90/01986 Al beschrieben sind, wurde in der EP 1283936 Bl ein Schneidwerkzeug mit einem spitz zulaufenden Schneideinsatz vorgeschlagen, der aus Diamantkristallen besteht, die mit Hilfe einer Silizi- umkarbidmatrix miteinander verbunden sind. Zum Verbinden des Schneideinsatzes mit dem Werkzeuggrundkörper wird ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff angegeben.
Diamant-Verbundwerkstoff besitzt eine höhere Härte als alle natürlich auf der Erde vorkommenden Stoffe und ist daher ideal für eine Anwendung als Schneideinsatz. Es ist jedoch ein sehr teurer Werkstoff. In jüngster Zeit sind auch Werkstoffe bekannt geworden, die eine höhere Härte aufweisen als Diamant. Barium- titanat mit Zinn soll beispielsweise härter als Diamant sein, wobei davon auszugehen ist, dass dieser Werkstoff ob seiner
Herstellbarkeit in Zukunft erschwinglicher als Diamant ist.
Neben dem Material des Schneideinsatzes ist die jeweilige Schneidgeometrie für die erzielbare Schneidleistung ausschlage gebend. Eine Schneidgeometrie definiert sich einerseits aus der Form der Meißelspitze und andererseits aus der an der Meißelspitze auftretenden Umfangskraft und der gesteinsabhängigen Normalkraft. Um ein Schneidsystem zu optimieren, d.h. um Biegekräfte auf den Schneidmeißel weitestgehend zu reduzieren, sollte die Schneidgeometrie derart ausgelegt sein, dass sich eine resultierende Schneidkraft bildet, die mit der Schneidachse, d.h. mit der Achse des Meißels zusammenfällt. Dabei ist darauf zu achten, dass sich die Schneidgeometrie aufgrund des Verschleißes des Schneideinsatzes nicht dahingehend verändert, dass sich eine resultierende Schneidkraft ausbildet, die mit der Meißelachse einen Winkel einschließt, was zu einer Kippbe- lastung bzw. einer Kippbewegung des Meißels, und insbesondere des Meißelgrundkörpers, führt.
Schneidversuche haben gezeigt, dass Schneideinsätze mit einer Beschichtung aus einem Diamant-Verbundwerkstoff insofern nachteilig sind, als es innerhalb kürzester Zeit zu Absplitterungen der Verschleißschicht kommt, womit die ursprünglich festgelegte und optimierte Schneidgeometrie dann nicht mehr gegeben ist. Bessere Ergebnisse haben sich bei Schneideinsätzen ergeben, die aus dem in den Dokumenten WO 88/07409 Al und WO 90/01986 Al beschriebenen Diamant-Verbundwerkstoff bestehen, da der Verschleiß aufgrund der verbesserten Verschleißeigenschaften entscheidend verringert wird bzw. weil ein ggf. erfolgter Verschleiß gleichmäßig verteilt auftritt, sodass die Schneidgeometrie nicht wesentlich verändert wird.
Aus diesen Grundüberlegungen ergibt sich nun, dass es für die Beibehaltung einer konstant hohen Schneidleistung von wesentlicher Bedeutung ist, einen Schneideinsatz zu verwenden, der vollständig aus einem Diamant-Verbundwerkstoff besteht, wie dies beispielsweise beim Gegenstand der EP 1283936 Bl der Fall ist, und gleichzeitig eine Schneidgeometrie zu wählen, bei welcher Kippmomente auf den Schneideinsatz oder den Werkzeuggrundkörper möglichst vermieden werden können.
Die Erfindung zielt daher darauf ab, eine Schneidgeometrie anzugeben, die für die beschriebenen Schneideinsätze aus Diamant oder einem Diamant-Verbundwerkstoff ausgelegt und optimiert ist, sodass die Schneidleistung verbessert werden kann, wobei gleichzeitig die Standzeiten der Schneidwerkzeuge bei möglichst gleich bleibender Schneidgeometrie verlängert werden sollen.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung ausgehend von einer Schneidvorrichtung der eingangs genannten Art im Wesentlichen darin, dass das Schneidwerkzeug am Werkzeugträger mit einem Schneidanstellwinkel von 45 - 58°, vorzugsweise 47 - 54°, vorzugsweise 49°, orientiert ist und die Spitze des Schneidein- satzes im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist, wobei der Spitzenwinkel 60 - 75° beträgt. Als Schneidanstellwinkel ist hierbei der Winkel zwischen der Achse des Schneidwerkzeugs bzw. des Schneideinsatzes und der Tangente an den von der Spitze des Schneideinsatzes bei der Rotation der Schneidvorrichtung, ins- besondere Schrämwalze, überstrichenen Kreis zu verstehen. Der Spitzenwinkel ist der Winkel zwischen zwei diametral gegenüberliegenden Erzeugenden des Kegels der Schneideinsatzspitze. Die erfindungsgemäße Schneidgeometrie führt zu einer hinsichtlich der Schneidleistung optimierten Ausrichtung des Schneidwerk- zeugs, wobei gleichzeitig der sogenannte Freiwinkel γ, d.h. der Winkel zwischen der abzubauenden Gesteinsfront und der Schneidwerkzeugschneide, innerhalb der für die Erzielung einer hohen Schneidleistung erforderlichen Grenzen gehalten werden kann.
Auf Verschleißerscheinungen muss bei Schneideinsätzen aus einem Diamant-Verbundwerkstoff im Gegensatz zu Schneideinsätzen aus herkömmlichem Hartmetall-Werkstoff beim Auslegen der Schneidgeometrie kaum oder gar nicht Rücksicht genommen werden, da ein Verschleiß kaum auftritt. Bei Schneideinsätzen aus einem Hart- metall-Werkstoff musste hingegen beim Auslegen der Schneidgeometrie darauf Rücksicht genommen werden, dass der sich rasch einstellende Verschleiß beim Schneiden von hartem, abrasiven Gestein eine Verflachung des ursprünglichen Spitzenwinkels und damit eine Vergrößerung der Kontaktfläche des Schneideinsatzes bedingt, was wiederum zu einer Zunahme der Schneidnormalkraft führt. Die ursprüngliche Schneidgeometrie war nach einer bestimmten Betriebsdauer damit nicht mehr gegeben und führte zu einer Reduzierung der Schneidleistung. Zum Ausgleich derartiger Erscheinungen musste bei Schneideinsätzen aus Hartmetall- Werkstoff von vorn herein ein kleinerer Anstellwinkel von insbesondere 45° gewählt werden.
Wird nun erfindungsgemäß ein homogener Diamant-Schneideinsatz verwendet, kann der Schneidanstellwinkel größer gewählt werden als bei Hartmetall-Werkstoffen. Andererseits ist der Anstellwinkel erfindungsgemäß aber nach oben hin begrenzt. Wird näm- lieh der Schneidwinkel in einem Bereich von größer 60° gewählt, verlagert sich wiederum die Richtung der resultierenden Schneidkraft, was zu einer Biegebelastung des Schneidmeißels und zu einer Kippbelastung des Schneidhalters in die andere Richtung führt.
Besonders optimale Verhältnisse am Kontaktpunkt zwischen Meißelspitze und dem Gestein ergeben sich, wenn, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung entspricht, die Spitze des Schneideinsatzes einen Spitzenradius von 2 — 5mm, vorzugsweise 4mm aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn der Schneideinsatz einen zylindrischen Grundkörper mit einem Durchmesser von bevorzugt 10 - 18 mm aufweist, der die kegelförmige Spitze trägt, wobei zwischen dem zylindrischen Grundkörper und der kegelförmigen Spitze ein Übergangsradius vorgesehen ist, der 35 - 45πun, bevorzugt 40mm beträgt.
Bei der Verwendung von Schneideinsätzen, die vollständig aus einem Diamant-Verbundwerkstoff bestehen, ergibt sich zusätzlich das Problem der ausreichend stabilen Verbindung des Schneideinsatzes mit dem Werkzeuggrundkörper. Infolge ihrer atomaren Bindungen können Diamanten nämlich nicht ohne weiteres mit herkömmlichen Lötwerkstoffen benetzt und gefügt werden. Hohe Löt- temperaturen bergen außerdem die Gefahr einer möglichen Schädigung der Diamanten und können außerdem zu einer Zersetzung des Diamanten an der Grenzfläche zum Lötwerkstoff infolge der Ausbildung von korrespondierenden Reaktionsschichten führen.
Die erfindungsgemäße Schneidvorrichtung ist in diesem Zusammen- hang bevorzugt derart weitergebildet, dass die Durchmesser von Schneideinsatz und Aufnahmebohrung derart bemessen sind, dass der Schneideinsatz durch Schrumpf-Presspassung in der Aufnahmebohrung gehalten ist. Diese Weiterbildung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass eine Schrumpf-Presspassung bei Schneideinsätzen aus einem Diamant-Verbundwerkstoff zu ausreichenden Haltekräften führt und auch bei einer außerordentlich hohen Belastung des Schneidwerkzeugs, beispielsweise beim Schneiden von Hartgestein, eine dauerhafte und stabile Festlegung des Schneideinsatzes ermöglicht. Eine weitere Verbesserung der Befestigung ergibt sich gemäß einer bevorzugten Weiterbildung hierbei dadurch, dass der Schneideinsatz zusätzlich mit Hilfe einer Lötverbindung, vorzugsweise unter Verwendung eines in die Aufnahmebohrung eingebrachten Lotes, vorzugsweise Metalllotes, in der Aufnahmebohrung gehalten ist, wobei an der Grenzfläche zwischen dem Schneideinsatz und dem Lot eine besonders stabile Verbindung erreicht wird, wenn, wie es einer weiteren bevorzugten Ausbildung entspricht, der Schneideinsatz eine elektrolytische Kupferbelegung aufweist, deren Dicke vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm beträgt. Das Lot, und insbesondere die elektrolytische Kupferbelegung des Schneideinsatzes wird beim Verlöten des Schneideinsatzes in der Bohrung des Werkzeuggrundkörpers aufgeschmolzen, wobei sich aufgrund der beim Abkühlen des Werkzeuggrundkörpers und des dabei entstehenden Schrumpf- Presssitzes des Schneideinsatzes in der Aufnahmebohrung ein Eindringen des aufgeschmolzenen Lotes bzw. der elektrolytischen Kupferbelegung in die Oberfläche des Schneideinsatzes ergibt und zwischen dem Werkzeuggrundkörper und dem Schneideinsatz eine Art Mikroverzahnung entsteht, die zu einer überaus starken und dauerhaften Verbindung zwischen Schneideinsatz und Werk- zeuggrundköper führt. Als Lot ist hierbei bevorzugt ein Kupfer- Silber-Lot gewählt. Der Diamant-Verbundwerkstoff besteht gemäß einer bevorzugten Weiterbildung aus Diamantkristallen, die mit Hilfe einer Siliziumkarbidmatrix miteinander verbunden sind. Ein derartiger Diamant-Verbundwerkstoff ist aus der WO 90/01986 Al bekannt geworden. Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Diamant-Verbundwerkstoffs ist aus der WO 88/07409 Al bekannt geworden.
Zur Herstellung eines Schneidwerkzeugs, insbesondere zum Fest- legen eines Schneideinsatzes aus einem Diamant-Verbundwerkstoff in einer Aufnahmebohrung eines Werkzeuggrundkörpers, kann ein Verfahren mit folgenden Verfahrensschritten verwendet werden: a) Aufwärmen des Werkzeuggrundkörpers auf eine Temperatur von wenigstens 75O0C, vorzugsweise 800 — 8600C, b) Einschieben des Schneideinsatzes in die Aufnahmebohrung des Werkzeuggrundkörpers, c) Abkühlen des Werkzeuggrundkörpers an Luft bis ca. 6000C, d) weiters Abkühlen des Werkzeuggrundkörpers mit Wasser und e) vorzugsweise abschließendes Anlassen bis ca. 3000C, wobei der Schneideinsatz durch das Aufwärmen und anschließende Abkühlen des Werkzeuggrundkörpers mit einem Schrumpf-Presssitz in der Aufnahme des Werkzeuggrundkörpers festgelegt wird.
Eine bevorzugte Verfahrensführung sieht hierbei weiters vor, dass vor Schritt a) eine elektrolytische Kupferbelegung des Schneideinsatzes vorgenommen wird und dass zwischen Schritt a) und b) ein Lot, insbesondere ein Kupfer-Silber-Lot, in die Auf- nahmebohrung eingebracht wird, sodass das Festlegen des Schneideinsatzes in der Aufnahmebohrung sowohl auf Grund des Schrumpf-Presssitzes als auch auf Grund einer Lötverbindung erfolgt. Bevorzugt wird das Lot in Form einer Patrone in die Aufnahmebohrung eingebracht.
Ingesamt erqibt sich auf Grund der erfindungsgemäßen Ausbildung die Einsatzmöglichkeit in hochabrasivem Gestein bis zu 165 MPa. Weiters kann die Funkenbildung während des Schneidvorgangs vollständig vermieden werden. Es erfolgt außerdem eine wesentliche Reduzierung der Staubentwicklung. Die Schnittkräfte können um ca. 50% reduziert werden. Gegenüber Hartmetall- Schneideinsätzen ergibt sich eine 30-fache Standzeit. Als weitere Vorteile sind außerdem die höhere Schneidleistung sowie die geringere Lärm- und Hitzeentwicklung vor allem beim Schneiden von Hartgestein zu erwähnen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In diesen zeigen Fig.l einen Schneideinsatz aus einem Diamant-Verbundwerkstoff in einer seitlichen Ansicht, Fig.2 ein Schneidwerkzeug mit einem in dieses eingesetzten Schneideinsatz aus einem Diamant-Verbundwerkstoff und Fig.3 die Schneidgeometrie eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs, welches an einer Schrämwalze befestigt ist.
In Fig.l ist mit 1 ein Schneideinsatz aus einem Diamant- Verbundwerkstoff bezeichnet, welcher im Wesentlichen aus drei Bereichen besteht: einer Schneideinsatzspitze 2, einem Schneideinsatzgrundkörper 3 und einem Schneideinsatzende 4. Der gesamte Schneideinsatz ist um die zentrale Achse 10 rotationssymmetrisch. Demnach ist die Schneideinsatzspitze im Wesentlichen kegelstumpfförmig, wobei die Spitze abgerundet ist. Der mit r bezeichnete Spitzenradius beträgt zwischen 2 und 5 mm und der Spitzenwinkel α, d.h. der Winkel zwischen den zwei diametral gegenüberliegenden Erzeugenden des Kegels, beträgt bei dieser Ausbildung 71°.
In Fig.2 ist ein Werkzeuggrundkörper 5 dargestellt, in welchem ein Schneideinsatz 1 in einer Aufnahmebohrung 6 festgelegt ist. Der Meißel, bestehend aus Werkzeuggrundkörper 5 und Schneideinsatz 1, ist um die zentrale Achse 10 rotationssymmetrisch. Der Werkzeuggrundkörper besitzt an seinem vorderen Ende einen sich erweiternden Bereich 7, welcher direkt in eine Schürze 8 übergeht. Die konische Aufweitung im vorderen Bereich des Rund- schaftmeißels dient der Stabilisierung des Schneidwerkzeugs. Am hinteren Ende des Meißels befindet sich eine Nut 9, in welche ein nicht dargestellter Sprengring zur Fixierung an einen Meißelhalter eingreifen kann.
In Fig.3 ist mit 12 schematisch eine Schrämwalze dargestellt, an welcher über einen Meißelhalter 11 ein Rundschaftmeißel festgelegt ist. Die Schürze 8 liegt dabei auf der Vorderseite des Meißelhalters auf und dichtet damit die Öffnung des Meißel- halters vor einem Eindringen von Staub und Geröll. Der mit R bezeichnete Radius entspricht dem Abstand zwischen der Drehachse der Schrämwalze und der Spitze des Schneideinsatzes, die mit dem Gestein bzw. der Abbaufront 13 in Eingriff steht. Der sogenannte Freiwinkel γ ist definiert als Winkel des Freiraumes zwischen der Tangente an den Kreis R (Gesteinsfront) und der Schneidwerkzeugschneide (nächstliegende Erzeugende der Schneideinsatzspitze). Der Schneidanstellwinkel ß ist definiert als Winkel zwischen der zentralen Achse 10 des Meißels und der Tangente an den Kreis mit Radius R an der Stelle des Eingriffs. Es handelt sich dabei um den Kreis, den die Spitze des Schneideinsatzes bei einer Umdrehung der Schrämwalze 12 überstreicht. Im abgebildeten Fall beträgt dieser Winkel 51°.

Claims

Patentansprüche :
1. Schneidvorrichtung für eine Bergbaumaschine , insbesondere Schrämmaschine, mit einem um eine Drehachse rotierbar gelager- ten Werkzeugträger, insbesondere Schrämwalze, und wenigstens einem am Werkzeugträger festgelegten Schneidwerkzeug, das einen Werkzeuggrundkörper und einen in einer Aufnahmebohrung desselben festgelegten Schneideinsatz umfasst, der aus einem Diamant- Verbundwerkstoff oder einem härteren Material besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug am Werkzeugträger mit einem Schneidanstellwinkel (ß) von 45 — 58°, vorzugsweise 47 - 54°, vorzugsweise 49°, orientiert ist und die Spitze (2) des Schneideinsatzes (1) im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist, wobei der Spitzenwinkel 60 — 75° beträgt.
2. Schneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (2) des Schneideinsatzes (1) einen Spitzenradius von 2 — 5mm, vorzugsweise 4mm aufweist.
3. Schneidvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (1) einen zylindrischen Grundkörper (3) mit einem Durchmesser von bevorzugt 10 - 18 mm aufweist, der die kegelförmige Spitze (2) trägt, wobei zwischen dem zylindrischen Grundkörper (3) und der kegelförmigen Spitze (2) ein Übergangsradius vorgesehen ist, der 35 - 45mm, bevorzugt 40mm beträgt.
4. Schneidvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser von Schneideinsatz (1) und Aufnahmebohrung (6) derart bemessen sind, dass der Schneideinsatz (1) durch Schrumpf-Presspassung in der Aufnahmebohrung (6) gehalten ist.
5. Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , da- durch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (1) mit Hilfe einer Lötverbindung, vorzugsweise unter Verwendung eines in die Aufnahmebohrung (6) eingebrachten Lotes, vorzugsweise Metalllotes, in der Aufnahmebohrung (6) gehalten ist.
6. Schneidvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- net, dass der Schneideinsatz (1) eine elektrolytische Kupferbelegung aufweist, deren Dicke vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm beträgt .
7. Schneidvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- net, dass als Lot ein Kupfer-Silber-Lot gewählt ist.
8. Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantverbundwerkstoff aus Diamantkristallen besteht, die mit Hilfe einer Siliziumkarbidmat- rix miteinander verbunden sind.
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