EP4275856A1 - Meissel mit langer standzeit und verfahren zur herstellung eines solchen meissels - Google Patents

Meissel mit langer standzeit und verfahren zur herstellung eines solchen meissels Download PDF

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EP4275856A1
EP4275856A1 EP22172528.6A EP22172528A EP4275856A1 EP 4275856 A1 EP4275856 A1 EP 4275856A1 EP 22172528 A EP22172528 A EP 22172528A EP 4275856 A1 EP4275856 A1 EP 4275856A1
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EP
European Patent Office
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section
chisel
area
hardness
core
Prior art date
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Application number
EP22172528.6A
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French (fr)
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EP4275856C0 (de
EP4275856B1 (de
Inventor
Árpád Horváth
Bertalan Kecskés
Gabor Rakonczai
Norbert Tajthi
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.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Publication date
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Priority to EP22172528.6A priority patent/EP4275856B1/de
Priority to ES22172528T priority patent/ES3061417T3/es
Priority to PCT/EP2023/061090 priority patent/WO2023217542A1/de
Publication of EP4275856A1 publication Critical patent/EP4275856A1/de
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Publication of EP4275856C0 publication Critical patent/EP4275856C0/de
Publication of EP4275856B1 publication Critical patent/EP4275856B1/de
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/26—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by impact tools, e.g. by chisels or other tools having a cutting edge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2222/00—Materials of the tool or the workpiece
    • B25D2222/21—Metals
    • B25D2222/42—Steel

Definitions

  • the invention is based on a chisel which has a working section, a shaft section and a striking surface and a longitudinal axis running through the working section, the shaft section and the striking surface.
  • Such chisels are used on construction sites for the chiseling of mineral rock, such as concrete.
  • the working section wears out, so that the cumulative use from a first use to a last possible use after the working section has been worn to the maximum results in a theoretically maximum possible service life, i.e. the maximum theoretical service life.
  • the object of the present invention is therefore to offer generic chisels with a low risk of breakage.
  • a process for producing such chisels is also desirable.
  • a chisel which has a working section, a shaft section, a striking surface and a longitudinal axis running through the working section, the shaft section and the striking surface.
  • a first structural core region In a cross section of the working section running transversely to the longitudinal axis, a first structural core region has a first core hardness that is significantly lower than a first external hardness in a first external area outside the first structural core region of the same cross section.
  • the chisel can therefore have material of different hardnesses in the area of the working section.
  • the chisel can be softer inside in the area of the working section than on its surface.
  • the interior particularly in the first structural core area, can have a higher toughness than on the surface and/or in the first outer area.
  • a “significant” difference between two values of a measurement variable can be understood to mean a difference of at least 10%, in particular of at least 20%.
  • an insignificant difference between the two values can be understood to mean a deviation of, for example, less than 10 percent, in particular less than 5%.
  • a longitudinal plane of the chisel can also be viewed as the longitudinal axis, for example in the case of a non-rotationally symmetrical chisel such as a channel chisel.
  • the working section can have webs, projections and/or the like. These can be set up to reduce the risk of getting stuck in a surface that is being processed.
  • Hardness specifications can be determined in particular using the Vickers method. Alternatively or additionally, hardness information can also be determined according to Rockwell, for example according to scale C.
  • a second structural core region may have a second core hardness.
  • the second core hardness can be significantly lower than a second external hardness in a second external area outside the second core region of the same cross section.
  • the shaft section can therefore have a core that is soft in relation to its surface.
  • the first core hardness can be significantly greater than the second core hardness, so that the first core hardness can be significantly greater than the second core hardness, so that the first core hardness
  • Working section is harder overall than the shaft section.
  • the working section and thus the chisel can therefore continue to have a long, theoretically maximum possible service life.
  • the first core hardness can be significantly lower than the second external hardness.
  • the first structural core region can have temper martensite, in particular consist of temper martensite.
  • the tempering martensite-containing microstructure can be produced by at least double heat treatment, in particular using, among other things, at least one shock induction heat treatment.
  • the first outer area can have martensite, in particular consist of martensite.
  • the microstructure can be produced by at least one induction heat treatment.
  • the cross section of the bit comprising the first outer area and the first structural core region may have a geometric core region which is defined by the largest area ellipse inscribed in the cross section.
  • Particularly break-resistant chisels can then have an area ratio of the first structural core area to the geometric core area in the range of 40 to 80%.
  • the scope of the invention also includes a method for producing a chisel with the features described above and/or below, wherein a chisel blank which has a working section, a shaft section and a striking surface and a longitudinal axis running through the working section, the shaft section and the striking surface has, is processed.
  • the chisel blank cannot yet be heat treated.
  • the method includes an induction heat treatment of the working portion, wherein both the first outer area and the first core region are hardened, and an induction heat shock treatment of the work portion such that the first outer area has a significantly greater hardness than the first core region.
  • the induction heat treatment is carried out first and then the induction heat shock treatment.
  • the induction heat shock treatment can extend over the entire bit, in particular over the working section and the shank section.
  • Fig. 1 shows a chisel 10.
  • the chisel 10 is designed as a pointed chisel. Has a working section 12 , a shaft section 14 and a striking surface 16 .
  • the chisel 10 has a tip 18 at the free end of its working section 12.
  • a longitudinal axis L runs through the working section 12, the shaft section 14 and the striking surface 16.
  • the chisel 10 can be struck by striking its striking surface 16, for example using a machine tool mounted in the area of the striking surface 16 (in Fig. 1 not shown), are driven into a subsoil 20 .
  • the subsurface 20 is as shown in the example Fig. 1 a mineral substrate, for example reinforced concrete.
  • the working section 12 has a plurality of ribs 22 .
  • the ribs 22 can be designed to prevent the chisel from getting stuck in the subsurface 20 or at least to reduce the risk of such getting stuck.
  • the working section 12 Over the service life of the chisel 10, the working section 12 usually wears out, but the shaft section 14 does not wear out, or at most only to an insignificant extent.
  • the chisel 10 reaches its maximum end of use when the working section 12 is shortened completely or at least to a certain minimum, unless the chisel 10 is broken or similarly seriously damaged beforehand.
  • An insertion end 24 is formed on the shaft section 14.
  • the insertion end 24 can be designed as a hexagon and/or comprises such a hexagon.
  • the insertion end 24 corresponds to a different standard, for example a standard usually referred to as "SDS-Plus” or "SDS-Max”.
  • Fig. 2 shows a hardness diagram for local hardness of the chisel 10 along its longitudinal axis L.
  • the abscissa corresponds to the respective position along the longitudinal axis L.
  • FIG. 2 A course of hardness in outer areas as well as in core areas is shown in accordance with the respective position x or the respective cross section at position x along the longitudinal axis L.
  • Fig. 3 shows a schematic longitudinal sectional view of the chisel 10 along the longitudinal axis L, so that it can be seen which sections the hardness applies to Fig. 2 refer to each.
  • a first structural core region KB1 a first structural core region KB1 , a first first external region AB1, which runs radially around the first structural core region KB1 , and a second structural core region KB2 with a second external region AB2 which runs radially around this are shown.
  • the chisel 10 has a first core hardness HK1 as hardness in the area of its working section 12 in the first structural core area KB1.
  • the first core hardness HK1 is significantly lower than a hardness in the first external area AB1, hereinafter referred to as the first external hardness HA1 , outside the first structural core area KB1 within the same cross section of the working section 12.
  • the first core hardness HK1 is between 50 and 80 percent, for example between 60 and 70 percent, the first external hardness HA1.
  • the first core hardness HK1 can be in the range of 400 and 450 HV.
  • the first external hardness HA1 can be in the range of 600 to 650 HV.
  • a second structural core region KB2 which is formed along the shaft section 14, has a hardness, hereinafter referred to as second core hardness HK2 , at least in a cross section. This is significantly lower than a second external hardness HA2 in a second external area AB2 outside the second structural core region KB2 of the same cross section of the shaft section 14.
  • the core hardness HK1 is significantly greater than the second core hardness HK2.
  • the hardnesses along the longitudinal axis L can be constant or at least essentially constant.
  • the first external hardness HA1 and the second external hardness HA2 can be the same or at least substantially the same.
  • Fig. 2 also shows that the first core hardness HK1 is significantly lower than the first external hardness HA1. It is also significantly lower than the second external hardness HA2, particularly when the first and second external hardness HA1 and HA2 are the same or at least essentially the same.
  • the first outside area AB1 is made of martensite. It can be completely hardened.
  • the first structural core region KB1 is made of temper martensite.
  • the tip 18 can also be made of martensite. However, it is also conceivable, in particular after a certain amount of wear on the chisel 10 and in particular on the tip 18, when the first structural core region KB1 extends into the tip 18, that the tip 18 alternatively or additionally has temper martensite.
  • microstructures in particular pearlite and/or ferrite, may be present in the interior of the shaft section 14, in particular in the second structural core region KB2.
  • Fig. 4a and Fig. 4b show exemplary cross-sections of various chisels 10.
  • the cross-sections come from respective work sections 12 (see Fig. 1 ).
  • Fig. 4a shows cross sections of pointed chisels, whereas Fig. 4b Showing cross sections of flat chisels.
  • the respective first core areas KB1 are marked as well as associated geometric core areas KG .
  • the geometric core areas KG are defined as ellipses with the largest area inscribed in the respective cross section of the working section 12.
  • the area ratios of the first structural core areas KB1 to the geometric core areas KG associated with them are in the range from 30 to 90 percent, in particular in the range from 40 to 80 percent.
  • the ratio of the diameter dKB1 of the first structural core region KB1, which is circular in cross section, to the diameter dAB1 of the associated outer region AB1 for the first pointed chisel from the left is in Fig. 4a approx. 63%, resulting in an area ratio of 0.4, corresponding to 4 * 10 1 percent.
  • Fig. 5 shows a flowchart of a method 1000 for producing a chisel 10.
  • a chisel blank is first produced which has a working section 12, a shaft section 14 and a striking surface 16.
  • the chisel blank to be produced has an elongated shape, so that a longitudinal axis L runs through its working section 12, the shaft section 14 and the striking surface 16.
  • the working section 12 is heat treated using induction heat.
  • both the first external area AB1 and the first structural core area KB1 reach a homogeneous austenitization temperature.
  • the full cross section of the working section 12 is hardened.
  • Both the first outer area AB1 and the first structural core area KB1 are converted into martensite and hardened accordingly.
  • the working section 12 is now shock heat treated using an induction heat shock treatment.
  • This further hardens the first outside area AB1.
  • This gives the first outer area AB1 a significantly greater hardness than the first structural core area KB1.
  • the shock heat treatment results in a lower temperature increase than in the first external area AB1.
  • reaching an austenitization temperature can be avoided, so that at least essentially no further allotropic conversion takes place.
  • a phase comprising ⁇ + Fe 3 C can form in the first structural core region KB1.
  • the shaft portion 14 may be heat treated prior to the shock heat treatment.
  • the applicant has carried out comparative studies on the service life of chisels 10, in particular manufactured according to method 1000, in comparison to already known comparison chisels.
  • chisels are to be tested for up to six hours in heavily reinforced reinforced concrete, in particular with three-layer steel reinforcements with a diameter of 16 mm and pitches of 150 x 150, using a commercially available chisel hammer with an impact energy in the range of 25 to 30 J per impact mm, and concrete of class C25/30 GK32, has been tested.
  • the risk of breakage of the tested chisels 10 is therefore significantly reduced compared to the tested comparison chisels.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Meißel (10), der einen Arbeitsabschnitt (12), einen Schaftabschnitt(14), eine Schlagfläche (16) und eine durch den Arbeitsabschnitt (12), den Schaftabschnitt (14) und die Schlagfläche (16) verlaufende Längsachse (L) aufweist. Er ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem quer zur Längsachse (L) verlaufenden Querschnitt des Arbeitsabschnitts (12) ein erster struktureller Kembereich (KB1) eine erste Kern-Härte (HK1) aufweist, die wesentlich geringer ist als eine erste Außen-Härte (HA1) in einem ersten Außenbereich (AB1) außerhalb des ersten strukturellen Kernbereichs (KB1) des selben Querschnitts. Ferner wird ein Verfahren(1000) zur Herstellung eines solchen Meißels (10) vorgestellt. Der Meißel (10) zeichnet sich durch eine besonders lange Langlebigkeit aus.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Meißel, der einen Arbeitsabschnitt, einen Schaftabschnitt und eine Schlagfläche und eine durch den Arbeitsabschnitt, den Schaftabschnitt und die Schlagfläche verlaufende Längsachse aufweist.
  • Solche Meißel werden auf Baustellen zur meißelnden Bearbeitung von mineralischem Gestein, beispielsweise Beton, eingesetzt. Während des Einsatzes nutzt sich der Arbeitsabschnitt ab, sodass sich aus der kumulierten Nutzung von einem ersten Einsatz bis zu einem letzten möglichen Einsatz, nachdem der Arbeitsabschnitt maximal abgenutzt ist, eine theoretisch maximal mögliche Nutzungsdauer, also die maximale, theoretische Standzeit, ergibt.
  • Insbesondere bei intensivem Einsatz solcher Meißel in stark armierten Stahlbeton können die Meißel brechen, sodass sich ihre maximale, tatsächliche Standzeit in diesen Fällen erheblich verkürzt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, gattungsgemäße Meißel mit einem geringen Bruchrisiko anzubieten. Weiter ist ein Verfahren zur Herstellung solcher Meißel wünschenswert.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch einen Meißel, der einen Arbeitsabschnitt, einen Schaftabschnitt, eine Schlagfläche und eine durch den Arbeitsabschnitt, den Schaftabschnitt und die Schlagfläche verlaufende Längsachse aufweist. In einem quer zur Längsachse verlaufenden Querschnitt des Arbeitsabschnitts weist ein erster struktureller Kernbereich eine erste Kern-Härte auf, die wesentlich geringer ist als eine erste Außen-Härte in einem ersten Außenbereich außerhalb des ersten strukturellen Kernbereichs des selben Querschnitts.
  • Somit kann der Meißel im Bereich des Arbeitsabschnitts Material unterschiedlicher Härten aufweisen. Insbesondere kann der Meißel im Bereich des Arbeitsabschnitts im Inneren weicher als an seiner Oberfläche sein.
  • Im Gegenzug kann im Inneren, insbesondere im ersten strukturellen Kernbereich, eine höhere Zähigkeit vorliegen als an der Oberfläche und / oder im ersten Außenbereich.
  • In Untersuchungen der Anmelderin hat sich gezeigt, dass bei solchen Meißeln das Risiko von Brüchen äußerst gering ist.
  • Unter einem "wesentlichen" Unterschied zweier Werte einer Messgröße kann dabei ein Unterschied von wenigstens 10%, insbesondere von wenigstens 20%, verstanden werden.
  • Dementsprechend kann unter einem unwesentlichen Unterschied der zwei Werte eine Abweichung von beispielsweise weniger als 10 Prozent, insbesondere von weniger als 5%, verstanden werden.
  • Als Längsachse kann auch, beispielsweise bei einem nicht rotationssymmetrischen Meißel wie beispielsweise einem Kanalmeißel, eine Längsebene des Meißels angesehen werden.
  • Der Arbeitsabschnitt kann Stege, Vorsprünge und / oder dergleichen aufweisen. Diese können eingerichtet sein, das Risiko eines Festsetzens in einem zu bearbeiteten Untergrund zu verringern.
  • Härteangaben können insbesondere im Verfahren gemäß Vickers bestimmt sein. Alternativ oder ergänzend können Härteangaben auch nach Rockwell, beispielsweise gemäß Skala C, bestimmt sein.
  • In einem Querschnitt des Schaftabschnitts kann ein zweiter struktureller Kernbereich eine zweite Kern-Härte aufweisen.
  • Die zweite Kern-Härte kann wesentlich geringer sein als eine zweite Außen-Härte in einem zweiten Außenbereich außerhalb des zweiten Kernbereichs des selben Querschnitts.
  • Insbesondere kann somit der Schaftabschnitt einen im Verhältnis zu seiner Oberfläche weichen Kern aufweisen.
  • Die erste Kern-Härte kann wesentlich größer sein als die zweite Kern-Härte, sodass der
  • Arbeitsabschnitt insgesamt härter ist als der Schaftabschnitt. Der Arbeitsabschnitt und damit der Meißel kann somit weiterhin eine hohe theoretisch maximal mögliche Standzeit aufweisen.
  • Die erste Kern-Härte kann wesentlich geringer sein als die zweite Außen-Härte.
  • Der erste strukturelle Kernbereich kann Anlassmartensit aufweisen, insbesondere aus Anlassmartensit bestehen. Die Anlassmartensit-enthaltende Mikrostruktur kann durch wenigstens zweifache Wärmebehandlung, insbesondere unter anderem unter Verwendung von wenigstens einer Schock-Induktionswärmebehandlung, erzeugt sein.
  • Der erste Außenbereich kann Martensit aufweisen, insbesondere aus Martensit bestehen. Die Mikrostruktur kann durch wenigstens eine Induktionswärmebehandlung erzeugt sein.
  • Der den ersten Außenbereich und den ersten strukturellen Kernbereich umfassende Querschnitt des Meißels kann einen geometrischen Kernbereich aufweisen, der durch die flächengrößte, in den Querschnitt einbeschriebene Ellipse definiert ist.
  • Besonders bruchfeste Meißel können dann ein Flächenverhältnis des ersten strukturellen Kernbereichs zum geometrischen Kernbereich im Bereich von 40 bis 80 % aufweisen.
  • In den Rahmen der Erfindung fällt des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Meißels mit dem vorangehend und / oder nachfolgend beschriebenen Merkmalen, wobei ein Meißelrohling, der einen Arbeitsabschnitt, einen Schaftabschnitt und eine Schlagfläche und eine durch den Arbeitsabschnitt, den Schaftabschnitt und die Schlagfläche verlaufende Längsachse aufweist, bearbeitet wird.
  • Der Meißelrohling kann noch nicht wärmebehandelt sein.
  • Das Verfahren umfasst eine Induktionswärme-Behandlung des Arbeitsabschnitts, wobei sowohl der erste Außenbereich als auch der erste Kernbereich gehärtet werden, und eine Induktionswärme-Schockbehandlung des Arbeitsabschnitts, sodass der erste Außenbereich eine wesentlich größere Härte aufweist als der erste Kernbereich.
  • Vorzugsweise wird dabei zunächst die Induktionswärme-Behandlung und anschließend die Induktionswärme-Schockbehandlung durchgeführt.
  • Die Induktionswärme-Schockbehandlung kann sich über den gesamten Meißel, insbesondere über den Arbeitsabschnitt und den Schaftabschnitt, erstrecken.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
  • In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Meißel,
    Fig. 2
    ein Härtediagramm eines Meißels,
    Fig. 3
    einen schematischen Längsschnitt durch einen Meißel,
    Fig. 4a und 4b
    schematische Querschnitte verschiedener Meißel mit Markierungen von geometrischen und strukturellen Kernbereichen,
    Fig. 5
    ein Flussdiagramm eines Verfahrens, und
    Fig. 6a und 6b
    Diagramme experimentell ermittelter Standzeiten von Meißeln.
  • In der nachfolgenden Beschreibung der Figuren werden zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung für gleiche oder sich funktional entsprechende Elemente jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • Fig. 1 zeigt einen Meißel 10. Der Meißel 10 ist als Spitzmeißel ausgebildet. Erweist einen Arbeitsabschnitt 12, einen Schaftabschnitt 14 und eine Schlagfläche 16 auf. An dem freien Ende seines Arbeitsabschnitts 12 weist der Meißel 10 eine Spitze 18 auf.
  • Durch den Arbeitsabschnitt 12, den Schaftabschnitt 14 und die Schlagfläche 16 verläuft eine Längsachse L.
  • Der Meißel 10 kann durch Schläge auf seine Schlagfläche 16, beispielsweise mithilfe einer im Bereich der Schlagfläche 16 montierten Werkzeugmaschine (in Fig. 1 nicht dargestellt), in einen Untergrund 20 getrieben werden. Der Untergrund 20 ist im Beispiel gemäß Fig. 1 ein mineralischer Untergrund, beispielsweise Stahlbeton.
  • Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Meißels 10 weist der Arbeitsabschnitt 12 mehrere Rippen 22 auf. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in Fig. 1 lediglich eine der Rippen 22 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Rippen 22 können eingerichtet sein, ein Festsetzen des Meißels im Untergrund 20 zu verhindern oder zumindest das Risiko eines solchen Festsetzens zu reduzieren.
  • Über die Lebensdauer des Meißels 10 hinweg nutzt sich üblicherweise der Arbeitsabschnitt 12, aber nicht oder allenfalls in unwesentlichem Maße der Schaftabschnitt 14 ab. Der Meißel 10 erreicht sein maximales Nutzungsende, wenn der Arbeitsabschnitt 12 vollständig oder zumindest bis zu einem bestimmten Minimum verkürzt, ist, sofern es nicht zuvor zu einem Bruch oder einer ähnlich schweren Beschädigung des Meißels 10 kommt.
  • Am Schaftabschnitt 14 ist ein Einsteckende 24 ausgebildet. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Einsteckende 24 als Sechskant ausgebildet sein und / oder einen solchen umfasst. Denkbar ist alternativ auch, dass das Einsteckende 24 einem anderen Standard, beispielsweise einem gewöhnlich als "SDS-Plus" oder "SDS-Max" bezeichneten Standard, entspricht.
  • Fig. 2 zeigt ein Härtediagramm zu lokalen Härten des Meißels 10 entlang seiner Längsachse L. Im Diagramm entspricht die Abszisse der jeweiligen Position entlang der Längsachse L.
  • In Fig. 2 ist dabei jeweils ein Verlauf von Härten in Außenbereichen so wie in Kernbereichen entsprechend der jeweiligen Position x bzw. dem jeweiligen Querschnitt an der Position x entlang der Längsachse L abgebildet.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Längsschnittansicht des Meißels 10 entlang der Längsachse L, sodass zu erkennen ist, auf welche Abschnitte sich die Härten gemäß Fig. 2 jeweils beziehen.
  • In Fig. 3 sind ein erster struktureller Kernbereich KB1, ein erster, radial um den ersten strukturellen Kernbereich KB1 umlaufender, erster Außenbereich AB1 sowie ein zweiter struktureller Kernbereich KB2 mit einem um diesen radial umlaufenden zweiten Außenbereich AB2 abgebildet.
  • Der Meißel 10 weist im Bereich seines Arbeitsabschnitts 12 in dem ersten strukturellen Kernbereich KB1 als Härte eine erste Kernhärte HK1 auf. Die erste Kernhärte HK1 ist wesentlich geringer als eine Härte in dem ersten Außenbereich AB1, im Folgenden als erste Außenhärte HA1 bezeichnet, außerhalb des ersten strukturellen Kernbereichs KB1 innerhalb des selben Querschnitts des Arbeitsabschnitts 12. Die erste Kernhärte HK1 beträgt zwischen 50 und 80 Prozent, beispielsweise zwischen 60 und 70 Prozent, der ersten Außenhärte HA1. Beispielsweise kann die erste Kernhärte HK1 im Bereich von 400 und 450 HV sein. Die erste Außenhärte HA1 kann im Bereich von 600 bis 650 HV sein.
  • Ein zweiter struktureller Kernbereich KB2, der entlang des Schaftabschnitts 14 ausgebildet ist, weist zumindest in einem Querschnitt eine Härte, im Folgenden als zweite Kernhärte HK2 bezeichnet, auf. Diese ist wesentlich geringer als eine zweite Außenhärte HA2 in einem zweiten Außenbereich AB2 außerhalb des zweiten strukturellen Kernbereichs KB2 des selben Querschnitts des Schaftabschnitts 14.
  • Wie in Fig. 2 zu erkennen, ist die Kemhärte HK1 ist wesentlich grösser als die zweite Kernhärte HK2.
  • In den Außenbereichen AB1 und AB2 können die Härten entlang der Längsachse L konstant oder zumindest im Wesentlichen konstant sein. Insbesondere können die erste Außenhärte HA1 und die zweite Außenhärte HA2 gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich sein.
  • Fig. 2 zeigt ferner, dass die erste Kernhärte HK1 wesentlich geringer ist als die erste Außenhärte HA1. Sie ist zudem, insbesondere dann, wenn die erste und die zweite Außenhärte HA1 und HA2 gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich sind, wesentlich geringer als die zweite Außenhärte HA2.
  • Aus Fig. 3 ist ferner entnehmbar, dass sich die Mikrostruktur des ersten Außenbereichs AB1 von der des ersten strukturellen Kernbereichs KB1 unterscheidet.
  • Der erste Außenbereich AB1 ist aus Martensit ausgebildet. Er kann vollständig gehärtet sein. Dagegen ist der erste strukturelle Kernbereich KB1 aus Anlassmartensit ausgebildet.
  • Die Spitze 18 kann ebenfalls aus Martensit ausgebildet sein. Denkbar ist jedoch auch, insbesondere nach einer gewissen Abnutzung des Meißels 10 und insbesondere der Spitze 18, wenn der erste strukturelle Kernbereich KB1 bis in die Spitze 18 reicht, dass die Spitze 18 alternativ oder ergänzend Anlassmartensit aufweist.
  • Im Inneren des Schaftabschnitts 14, insbesondere im zweiten strukturellen Kernbereich KB2, können andere Mikrostrukturen, insbesondere Perlit und / oder Ferrit, vorliegen.
  • Fig. 4a und Fig. 4b zeigen beispielhaft Querschnitte verschiedener Meißel 10. Die Querschnitte stammen jeweils aus jeweiligen Arbeitsabschnitten 12 (siehe Fig. 1). Fig. 4a zeigt Querschnitte von Spitzmeißeln, wohingegen Fig. 4b Querschnitte von Flachmeißeln zeigt.
  • In den einzelnen Beispielquerschnitten sind jeweils die jeweiligen ersten Kernbereiche KB1 markiert sowie zugehörige geometrische Kernbereiche KG. Die geometrischen Kernbereiche KG sind dabei definiert als flächengrößte, in den jeweiligen Querschnitt des Arbeitsabschnitts 12 eingeschriebene Ellipsen.
  • Die Flächenverhältnisse der jeweils ersten strukturellen Kernbereiche KB1 zu den jeweils zu diesen zugehörigen geometrischen Kernbereichen KG liegt im Bereich von 30 bis 90 Prozent, insbesondere im Bereich 40 bis 80 Prozent. Beispielsweise ist das Verhältnis des Durchmessers dKB1 des im Querschnitt kreisförmigen ersten strukturellen Kernbereichs KB1 zum Durchmesser dAB1 des zugehörigen Außenbereichs AB1 bei dem ersten Spitzmeißel von links in Fig. 4a ca. 63%, sodass sich ein Flächenverhältnis von 0,4, entsprechend also 4 * 101 Prozent, ergibt.
  • Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1000 zur Herstellung eines Meißels 10.
  • In einer Vorbereitungsphase 1010 wird zunächst ein Meißelrohling hergestellt, der einen Arbeitsabschnitt 12, einen Schaftabschnitt 14 und eine Schlagfläche 16 aufweist.
  • Der herzustellende Meißelrohling weist eine längliche Form auf, so dass durch dessen Arbeitsabschnitt 12, den Schaftabschnitt 14 und die Schlagfläche 16 eine Längsachse L verläuft. In einer Wärmephase 1020 wird der Arbeitsabschnitt 12 wärmebehandelt mittels Induktionswärme. Bei diesem ersten Aufheizen erreichen sowohl der erste Außenbereich AB1 als auch der erste strukturelle Kernbereich KB1 eine homogene Austenitisationstemperatur. Infolge hinreichend schneller Abkühlung wird der volle Querschnitt des Arbeitsabschnitts 12 gehärtet. Dabei wird somit sowohl der erste Außenbereich AB1 als auch der erste strukturelle Kernbereich KB1 zu Martensit umgewandelt und entsprechend gehärtet.
  • In einer nachfolgenden Schockwärmephase 1030 wird nun der Arbeitsabschnitt 12 Schock-wärmebehandelt mit Hilfe einer Induktionswärme-Schockbehandlung. Dadurch wird der erste Außenbereich AB1 weiter gehärtet. Dadurch erhält der erste Außenbereich AB1 eine wesentlich größere Härte als der ersten strukturellen Kernbereich KB1. Im ersten strukturellen Kernbereich KB1 hingegen kommt es durch die Schock-Wärmebehandlung allenfalls zu einem geringeren Temperaturanstieg als im ersten Außenbereich AB1. Insbesondere kann ein Erreichen einer Austenitisierungstemperatur vermieden werden, sodass zumindest im Wesentlichen keine weitere allotrope Umwandlung mehr stattfindet. Im ersten strukturellen Kernbereich KB1 kann sich eine Phase umfassend α + Fe3C ausbilden.
  • Der Schaftabschnitt 14 kann vor der Schock-Wärmebehandlung wärmebehandelt werden.
  • Die Anmelderin hat Vergleichsuntersuchungen zur Lebensdauer von Meißeln 10, insbesondere hergestellt gemäß dem Verfahren 1000, im Vergleich zu bereits bekannten Vergleichsmeißeln angestellt.
  • Dazu sind in einer ersten Versuchsreihe mit einem handelsüblichen Meißelhammer mit einer Schlagenergie im Bereich von 25 bis 30 J pro Schlag zu prüfende Meißel über bis zu sechs Stunden in stark armiertem, Stahlbeton, insbesondere mit dreilagigen Stahlarmierungen mit Durchmesser 16 mm und Teilungen von 150 x 150 mm, und Beton der Klasse C25/30 GK32, getestet worden.
  • Bei insgesamt 10 Vergleichsmeißeln ergab sich eine Ausfallrate von ca. 50 % innerhalb der Testdauer von höchstens sechs Stunden. Dagegen ergab sich unter 40 Meißeln 10 kein einziger Ausfall über die jeweilige Höchstdauer der Testungen von sechs Stunden.
  • Im Rahmen einer zweiten Versuchsreihe wurden Rotationsbiegetests durchgeführt und die Anzahlen der Zyklen erfasst, die der jeweils getestete Meißel Stand hält. Ein Zyklus entspricht dabei einer vollständigen Umdrehung.
  • Wie dem Diagramm gemäß Fig. 6a zu entnehmen ist, erreichten von den Vergleichsmeißeln BM1, BM2, BM3, BM4 und BM5 lediglich zwei Meißel eine Lebensdauer von wenigstens 100.000 Zyklen. Keiner der Vergleichsmeißel überstand mehr als 150.000 Zyklen. Zwei der fünf Vergleichsmeißel erreichten nicht einmal 100.000 Zyklen.
  • Hingegen überstanden alle getesteten Meißel 10 wie im Diagramm gemäß Fig. 6b dargestellt, 150.000 Zyklen. Einzelne der Meißel 10 erreichten sogar Lebensdauern bis knapp unter 500.000 Zyklen.
  • Somit ist das Bruchrisiko der getesteten Meißel 10 gegenüber den getesteten Vergleichsmeißeln erheblich gesenkt.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Meißel
    12
    Arbeitsabschnitt
    14
    Schaftabschnitt
    16
    Schlagfläche
    18
    Spitze
    20
    Untergrund
    22
    Rippe
    24
    Einsteckende
    1000
    Verfahren
    1010
    Vorbereitungsphase
    1020
    Wärmephase
    1030
    Schockwärmephase
    AB1
    Außenbereich
    AB2
    Außenbereich
    HA1
    Außenhärte
    HA2
    Außenhärte
    HK1
    Kernhärte
    HK2
    Kernhärte
    KB1
    struktureller Kernbereich
    KB2
    struktureller Kernbereich
    KB2
    struktureller Kernbereich
    KG
    geometrischer Kernbereich
    L
    Längsachse
    dAB1
    Durchmesser
    dKB1
    Durchmesser
    x
    Position

Claims (8)

  1. Meißel (10), der einen Arbeitsabschnitt (12), einen Schaftabschnitt (14), eine Schlagfläche (16) und eine durch den Arbeitsabschnitt (12), den Schaftabschnitt (14) und die Schlagfläche (16) verlaufende Längsachse (L) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem quer zur Längsachse (L) verlaufenden Querschnitt des Arbeitsabschnitts (12) ein erster struktureller Kernbereich (KB1) eine erste Kern-Härte (HK1) aufweist, die wesentlich geringer ist als eine erste Außen-Härte (HA1) in einem ersten Außenbereich (AB1) außerhalb des ersten strukturellen Kernbereichs (KB1) des selben Querschnitts.
  2. Meißel nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Querschnitt des Schaftabschnitts (14) ein zweiter struktureller Kernbereich (KB2) eine zweite Kem-Härte (HK1) aufweist, die wesentlich geringer ist als eine zweite Außen-Härte (HA2) in einem zweiten Außenbereich (AB2) außerhalb des zweiten strukturellen Kernbereichs (KB2) des selben Querschnitts.
  3. Meißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kern-Härte (HK1) wesentlich größer ist als die zweite Kern-Härte (HK2).
  4. Meißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kern-Härte (HK1) wesentlich geringer ist als die zweite Außen-Härte (HA2).
  5. Meißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste strukturelle Kernbereich (KB1) Anlassmartensit aufweist, insbesondere aus Anlassmartensit besteht.
  6. Meißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Außenbereich (AB1) Martensit aufweist, insbesondere aus Martensit besteht.
  7. Meißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der den ersten Außenbereich (AB1) und den ersten strukturellen Kernbereich (KB1) umfassende Querschnitt des Meißels (10) einen geometrischen Kembereich (KG) aufweist, der durch die flächengrößte, in den Querschnitt einbeschriebene Ellipse definiert ist, wobei das Flächenverhältnis des ersten strukturellen Kernbereichs (KB1) zum geometrischen Kernbereich (KG) im Bereich von 40 bis 80 % beträgt.
  8. Verfahren (1000) zur Herstellung eines Meißels (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Meißelrohling, der einen Arbeitsabschnitt (12), einen Schaftabschnitt (14) und eine Schlagfläche (16) und eine durch die den Arbeitsabschnitt (12), den Schaftabschnitt (14) und die Schlagfläche (16) verlaufende Längsachse (L) aufweist, bearbeitet wird, umfassend
    - eine Induktionswärme-Behandlung des Arbeitsabschnitts (12), wobei sowohl der erste Außenbereich (AB1) als auch der erste Kernbereich (KB1) gehärtet werden, und
    - eine Induktionswärme-Schockbehandlung des Arbeitsabschnitts (12), sodass der erste Außenbereich (AB1) eine wesentlich größere Härte aufweist als der erste Kernbereich (KB1).
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