DE2910347C2

DE2910347C2 - Drehbohrmeißel für Tiefbohrungen im Gestein

Info

Publication number: DE2910347C2
Application number: DE2910347A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr.-Ing. 3101 Wienhausen Jürgens; Cornelius Dr. Rivonia Sandton Phaal
Original assignee: Christensen Inc
Current assignee: Norton Christensen Inc
Priority date: 1978-04-21
Filing date: 1979-03-16
Publication date: 1981-10-01
Also published as: JPS6023934B2; JPS5511786A; ZA782286B; BE875760A; DE2910347A1; FR2423313B1; BE875759A; FR2423313A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehbohrmeißel für

Tiefbohrungen im Gestein in einer Ausbildung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für die Bearbeitung von Werkstücken aus Metall sind Werkzeugschneiden bekannt (DE-PS 611860, 6 27 862), bei denen der Schneidteil aus einer Diamant staub enthaltenden harten Silberlegierung in einen Trägerteil aus Wolframkarbid und Kobalt eingebettet ist und Schneidteil und Trägerteil durch einen gemeinsamen Sintervorgang zu einem Formkörper entsprechend der Werkzeugschneide geformt werden.

Bei Tiefbohrwerkzeugen für die Metallbearbeitung sind ferner Hartmetallformkörper bekannt (CH-PS 2 15 460), die aus einem mit Diamanten durchsetzten gesinterten Hartmetalikern und einer diamantfreien gesinterten Ummantelung bestehen. Auch hierbei werden der die Diamanten enthaltende Hartmetallkern und die Ummantelung, die ihrerseits aus Hartmetall besteht, durch einen Sintervorgang miteinander verbunden. Hinsichtlich der Anordnung solcher Schneidteile auf ihren Trägerteilen ist es bekannt (US-PS 37 45 623), die Schneidteile in Form einer dünnen Schicht auf einer Oberfläche oder zwei aneinandergrenzenden Oberflächen oder auch in einem äußeren Eckbereich eines von der Grundgestalt her würfelförmigen Trägerteils, drei im wesentlichen rechtwinklig aneinander grenzende Oberflächenbereiche desselben einnehmend, anzuordnen. Allen diesen bekannten Schneidgliedern für die Metallbearbeitung ist gemeinsam, daß sie bereits durch den Sintervorgang ihre endgültige Form zur Verwendung an dem Bearbeitungswerkzeug erhalten.

Bei Drehbohrmeißeln für Tiefbohrungen im Gestein sind die Schneidglieder als in Draufsicht kreisförmige Plättchen ausgebildet. Der Trägerteil aus Hartmetall od. dgl. Har.stoffen,

wie insbesondere Wolframkarbid, Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid, bildet dabei mit dem Schneidteil aus polykristallinem bzw. multikristallinem Sinterdiamant einen gesinterten Formkörper, wobei die Diamantschicht eine Dicke von nur etwa 0,5 mm aufweist Die Schneidglieder sind hierbei am Tiefbohrmeißel an dessen Oberfläche derart befestigt daß die kreisförmige Diamantschieht die Spanflache des Schneidgliedes bildet um den zu erwartenden Verschleiß herabzusetzen.

Im praktischen Gebrauch von mit solchen Schneidgliedern besetzten Tiefbohrmeißeln hat sich gezeigt daß diese bei den wechselnden Bohrbedingungen nicht optimal genutzt werden können und in der Regel einem raschen Verschleiß nicht nur an der Spanfläche, sondern auch an der Schneidkante und der Freifläche ausgesetzt sind Damit geht eine rasche Schwächung des Schneidteils einher, die zu Schneidenausbrüchen führt

Die Erfindung schafft hier Abhilfe durch die Ausgestaltung der Schneidglieder entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bei dieser Ausgestaltung ist im Gegensatz zu den bekannten plättchenförmigen Schneidglied;rn mit Diamantbelag der Schneidteil nicht von einer dünnen Oberflächenschicht sondern von einem Eckbereich vermehrter Masse des Schneidgliedes gebildet Hierdurch entsteht bei der Spanarbeit des Schneidgliedes eine optimale Wärmeabfuhr vom Schneidteil zum Trägerteil bzw. zum Werkzeug, die durch die vergrößerte Diamentmasse unter Ausnutzung der guten Wärmeleitfähigkeit von Diamant verursacht ist Neben dem Kolkverschleiß wird hierdurch auch der Schneidkantenverschleiß und der Freiflächenverschleiß durch den nach der Erfindung als voller Diamantschneidkeil ausgebildete Schneidteil weitgehend verhindert

Hierbei sind außerdem eine Vielzahl von neuen Anordnungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Schneidgliedes in bezug auf die zu bearbeitende Bodenbzw. Gesteinsformation in der Weise möglich, daß diese mit verschiedenen Anstellwinkeln schneidend oder auch nur ritzend oder schabend von dem Schneidglied bearbeitet wird Dies bedeutet daß das Schneidglied bei Tiefbohrmeißeln für einen weiten Anwendungsbereich, der von weichen, plastischen bis hin zu spröden, harten Formationen reicht geeignet ist Dabei ist der Schneidteil zugleich vom Trägerteil sicher gehalten und abgestützt, was die Haltbarkeit de?! erfindungsgemäßen Schneidteils, insgesamt günstig beeinflußt. Auch sind die Schneidglieder preisgünstig herstellbar. Erwähnt sei, daß für den Schneidteil anstelle von Diamant auch kubischer Bornitrid od. dgl. überharte Materialien vorgesehen sein können.

Zahlreiche weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen; in der nachstehenden Beschreibung sind in Verbindung mit der Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sowie Anwendungsmöglichkeiten für diesen veranschaulicht In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 auf der linken Seite einen Sinterkörper und auf der rechten Seite einen ein Schneidglied bildenden Ausschnitt aus dem Sinterkörper in schaubildlichen Darstellungen,

F i g. 2 in Darstellung entsprechend F i g, 1 einen mehrfach unterteilten Sinterkörper mit daraus resultierenden Ausschnitten als Schneidglieder,

Fig.2a eine Darstellung entsprechend Fig.2 mit abgewandelten Ausschnitten aus dem Sinterkörper zur Bildung entsprechend abgewandelter Schneidglieder,

Fig,2b einen in der Grundform einer Kugel ausgebildeten Sinterkörper mit einem ein Schneidglied bildenden Kugelausschnitt aus diesem Sinterkörper in schaubiidlichen Darstellungen,
F i g, 2c einen Sinterkörper in Form eines Oktaeders und einen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schneidgliedes bildenden Ausschnitt aus dem Oktaeder in schaubildlichen Darstellungen,

Fig.2d auf der linken Seite einen zylindrischen ίο Sinterkörper mit einem sternförmigen Schneidteil und auf der rechten Seite einen ein weiteres abgewandeltes Schneidglied bildenden Ausschnitt aus dem Sinterkörper in schaubildlichen Darstellungen,

Fig. 2e abgewandelte Ausführungsformen von Schneidgliedern, die ausgehend von einem zylindrischen Sinterkörper mit einem sternförmigen Schneidteil gebildet sind,

Fig.2f weitere abgewandelte Ausführungsformen

von Schneidgliedern, die ausgehend von einem Sinter körper in der Grundform eines sechsseitigen Prismas mit wiederum sternförmigem Schneidteil gebildet sind,

F i g. 3 bis 17 Ausführungsbeiswele von Schneidgliedern, teilweise in Arbeitseingriff mit einer Formation,

F i g. 18 einen Detailschnitt durch einen Tiefbohrmei-Bei zur Veranschaulichung der Befestigung eines Schneidgliedes am Meißel,

Fig. 19 einen halben Axialschnitt durch einen Tiefbohrmeißel mit auf diesem befestigten Schneidgliedern nach F ig. 18,

Fig.20 und 21 sowie 22 und 23 Darstellungen entsprechend Fig. 18 und 19 zur Veranschaulichung abgewandelter Ausführungsformen und Anordnungen der Schneidglieder,

Fig.24 eine Ansicht eines Tiefbohrmeißels mit spiralförmig angeordneten Schneidgliedern,

F i g. 24a u. 24b je eine vergrößerte Darstellung der Schneidglieder nach F i g. 24 in rechtwinklig zueinander stehenden Ansichten,

F i g. 25 bis 25b Darstellungen entsprechend F i g. 24 bis 24b zur Veranschaulichung einer abgewandelten Anordnung der Schneidglieder und

F i g. 26 ein Ausführungsbeispiel eines als Kernbohrer ausgebildeten Drehbohrmeißels in schaubildlicher Darstellung.

In F i g. 1 der Zeichnung ist ein Sinterkörper t in Form eines Zylinders dargestellt der eine Hartmetallschale 2 aus z. B. Wolframkarbid und einen Kern 3 aus polykristallinem Diamant umfaßt, der von der Hartmetallschale 2 allseitig umschlossen ist Durch Zerschnei· so den des Formkörpers 1 entlang der Linien 4 und 5 entstehen vier Schneidglieder entsprechend dem in der rechten Hälfte der Fig. 1 dargestellten Schneidglied 6, bei dem der ausgeschnittene Bereich der Hartmtlallschale 2 des Formkörpers 1 einen Trägerteil 7 für einen Senneidteil 8 bildet, der von dem ausgeschnittenen Bereich des Kerns 3 des Formkörpers 1 gebildet ist und vom Trägerteil umfangsseitig sowie ober- und unterseitig bzw. an beiden Stirnseiten umschlossen ist Die Form der Schneidglieder 6 in Gestalt viertelkreisförmiger Ausschnitte ist ^;n F i g. 1 lediglich beispielhaft gewählt, statt dessen können andere zweckmäßige Ausschnittformen, z. B. achtelkreisförmige, gewählt werden.

In F i g. 2 ist in der linken Hälfte im Prinzip der gleiche Form- oder Sinterkörper 1 wie in F i g. 1 dargestellt der es jedoch durch Schnittlinien 11, 12 und 13 in radialen Ebenen in vier Formkörper Ie, \b, Ic und \dunterteilt ist. Sämtliche Formkörper la bis Ic/ werden analog der Darstellung in Fig. 1 entlang den in axialen Ebenen

verlaufenden Schnittlinien 9-9 und 10-10, die einen gleichmäßigen gegenseitigen Winkelabstand aufweisen, der hier wiederum viertelkreisförmig ist, in Schneidglieder entsprechend den in der rechten Hälfte der F i g. 2 dargestellten Schneidgliedern 14 und 15 unterteilt. Die Schnittflächen 14a und 15a der Schneidglieder 14 und 15 sind eben bzw. gerade ausgeführt und haben die Form regelmäßiger Sektoren.

Die aus den Formkörpern \b und ic resultierenden, sektorförmigen Schneidglieder 15 sind untereinander hinsichtlich des Aufbaus aus dem Trägerteil 16 entsprechend der Hartmetallscheibe 2 und des Schneidteils 18 entsprechend dem polykristallinen Diamantkern 3 gleich ausgebildet. Der Trägerteil 16 umschließt hierbei den Trägerteil 18 nur auf dem Bereich des Umfangsbogens des Schneidteils 18.

Die aus den Formkörpern la und \b resultierenden Schneidglieder 14 sind ihrerseits untereinander gleich a'j5"cbi!dst. Der Trs"ertsi! \7 der Schrisäd"!ieder 14 umschließt den Schneidteil 19 wiederum auf dessen Umfangsbogenstück und zusätzlich gegenüber den Schneidgliedern 15 jeweils auf einer der beiden einander gegenüberliegenden, sich in einer radialen Ebene erstreckenden Endseiten des Schneidteils 19.

Die Ausführungsform des Sinterkörpers 1 und der Schneidglieder 14 und 15 nach Fig. 2a entspricht im wesentlichen den Ausführungsformen nach F i g. 2 und unterscheidet sich von diesen lediglich dadurch, daß die Schnittlinien 9-9 und 10-10 nicht geradlinig, sondern bogenförmig ausgeführt sind. Hierdurch besitzen die Schneidglieder 14 und 15 nach F i g. 2a nicht die Form eines regelmäßigen Sektors des Sinterkörpers wie im Falle des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 und 2, sondern es sind im Falle des Ausführungsbeispiels nach F i g. 2a Schneidglieder 14 und 15 in Gestalt abgewandelter oder unregelmäßiger Sektoren des Sinterkörpers 1 gebildet, indem die von den Schnittlinien 9-9 und 10-10 definierten Schnittflächen 14a bzw. 15a entsprechend gewölbt sind.

Sowohl im Falle der Ausführungsbeispiele nach F i g. 2 wie auch nach F i g. 2a ist es gleichgültig, ob zur Ausbildung der Schneidglieder 14 und 15 der Sinterkörper 1 zuerst entlang den Schnittlinien 9-9 und 10-10 und danach entlang den Schnittlinien 11,12 und 13 unterteilt wird oder umgekehrt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fi g. 2b weist der Sinterkörper Γ die Form einer Kugel auf. Diese Kugel umfaßt wiederum die Hartmetallschale 2 und den Kern 3 aus polykristallinem Diamantmaterial. Die Kugel Γ kann durch eine Schnittlinie lla in zwei Halbkugeln unterteilt werden, und von diesen können jeweils entlang den Linien 9a und 10a, die sich in der Mitte des Kerns 3 schneiden und bei dem dargestellten Beispiel rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Schneidglieder 15' ausgeschnitten werden. In Fig. 2b ist der kugelförmige Sinterkörper Γ mit einem solchen Ausschnitt versehen, woraus das Schneidglied 15' in Form eines Achtelkugelausschnittes der in Fig. 2b unten gesondert dargestellten Form resultiert. Dieses Schneidglied 15' weist wiederum einen von polykristallinem Diamantmaterial gebildeten Schneidteil 18' und einen diesen aus Hülle umschließenden Trägertei! 16' aus Hartmetall auf.

Ebenso wie d ^r Sinterkörper 1 anstelle eines Zylinders die Form eines mehrseitigen geraden Prismas, z. B. eines Parallelepipeds, aufweisen kann, wobei die Schnittlinien 4-4 und 5-5 bzw. 9-9 und 10-10 zweckmäßig jeweils durch axiale Außenkanten des Prismas geführt sind, kann der Formkörper Γ anstelle einer Kugel, eines Sphäroids od. dgl. Rotationskörpers die Form eines Polyeders aufweisen. Die Form eines solchen Polyeders ist an sich beliebig, zweckmäßig jedoch so gewählt, daß jeweils durch den Kern 3 hindurchgehende Schnitte zur wirtschaftlichen Ausnutzung des Sinterkörpers zwecks Bildung im wesentlichen stets gleicher Schneidglieder möglich sind.

Als Beispiel für ein solches Polyeder ist in F i g. 2c ein

ίο Sinterkörper 1" in Form eines Oktaeders mit einem ein Achtel des Oktaeders bildenden Ausschnitt dargestellt, der in Fig. 2c unten gesondert veranschaulicht ist und das Schneidglied 15" bildet. Dieses setzt sich wiederum aus dem Schneidteil 18" aus polykristallinem Diamant-5 material entsprechend dem Kern 3 und dem Trägerteil 16" entsprechend der Hartmetallschale 2 des Sinterkörpers 1" zusammen.

Die aus der F i g. 2d ersichtliche Ausführungsform des Sinterkörper; ! besitz! '.vie i:r! Falle der A'jsführ!jr;"s beispiele nach den F i g. 1,2 und 2a die Grundform eines Zylinders. Im Gegensatz zu den genannten Ausführungsformen besitzt jedoch bei dem vorliegenden Beispiel der koaxial bzw. konzentrisch in den Trägerteil 2' des Sinterkörpers 1 eingebettete Kern 3' im Querschnitt eine sternförmige Grundform mit drei strahlenförmigen Flügeln 3a, 3b und 3c Im Sinterkörper 1 ist der Kern 3' umfangs- und bodenseitig vom Träge·· '.eil 2' umgeben. Die Flügel 3a, 3b und 3c des Kerns 3' sind im Bereich ihrer Enden und im Bereich ihres basisseitigen Überganges abgerundet.

Strichpunktierte Linien 4a, die bei dem dargestellten Beispiel mit einem gegenseitigen Winkelabstand von 120" angeordnet sind, versinnbildlichen bei dem Sinterkörper 1 in F i g. 2d die Schnittlinien bzw. -ebenen, entlang welchen der Sinterkörper 1 zur Herstellung von bei dem dargestellten Beispiel drei Schneidgliedern der in Fig. 2d auf der rechten Seite dargestellten Gestalt durchtrennt wird. Die Schnittlinien 4a verlaufen hierbei in radialen Ebenen des Sinterkörpers 1 jeweils mittig durch den Flügel 3a, 3b, 3c des sternförmigen Kerns 3'. Die hieraus resultierenden Schneidglieder entsprechen in ihrer Grundform derjenigen der Schneidglieder 14 und sind daher hier ebenfalls mit der Bezugszahl 14 bezeichnet. Der Schneidteil 19' zeigt die abgewandelte Gestalt mit den zwei winklig aneinandergrenzenden Flügelhälften 3a'und 36'des ursprünglich sternförmigen Schneidteils 3' des Sinterkörpers 1. Der Trägerteil 17' umgibt den Schneidteil 19' unterseitig sowie umfangsseitig mit einer zwischen die Flügelhälften 3a'

so und 36'eingreifenden Vorwölbung.

Das in Fig. 2e auf der linken Seite dargstellte Schneidglied 6 entspricht in seinem Grundaufbau dem Schneidglied 6 nach F i g. 1 und ist wie dieses von einem Ausschnitt aus einem zylindrischen Sinterkörper 1 gebildet. Der Trägerteil T umschließt den Schneidteil 8' an beiden Stirnseiten und umfangsseitig. Das Schneidglied 6 ist jedoch in Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1 durch viertelkreisförmige Ausschnitte aus einem Sinterkörper gebildet, dessen Schneidteil wie im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig.2d im Querschnitt eine sternförmige Grandform mit, hier jedoch vier, strahlenförmigen Flügeln aufweist, die wiederum im Bereich ihrer Enden und im Bereich ihres basisseitigen Oberganges abgerundet sind. Die Schnittes linien zur Herstellung der Schneidglieder 6 nach F i g. 2e verlaufen wiederum mittig durch die FiügeL in Fig.2e sind zwei winklig aneinandergrenzende Flügelhälften des Schneidteils 8' des Schneidglieds 6 mit 8a und Sb

bezeichnet.

Die auf der rechten Seite der F i g. 2e dargestellten Schneidglieder entsprechen in ihrem Grundaufbau den Schneidgliedern 14 nach den F i g. 2,2a und 2b und sind daher auch hier wieder mit der Bezugszahl 14 versehen, wie auch sonst für entsprechende Teile bzw. Bereiche gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Die bei dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel rechtwinklig aneinandergi enzenden Flügelhälften des Schneidteils 19' sind mit 19a und 196 bezeichnet.

Bei der Herstellung der auf der rechten Seite der F i g. 2e dargestellten beiden Schneidglieder 17' kann so vorgegangen werden, daß das auf der linken Seite der Fig.2e dargestellte Schneidglied 6 entlang einer mittleren Querebene durchtrennt wird, oder die Schneidglieder 14 ergeben sich aus einem Sinterkörper 1 nach den Fig.2 und 2a entsprechend den dort gemachten Ausführungen.

Die gleichen Gesichtspunkte hinsichtlich der Herstellung geilen auch für die in Fig. 2f dargestellten Ausführungsformen der Schneidglieder 6' und 14'. Die Ausgangsform für diese Schneidglieder ist ein Sinterkörper in der Grundgestalt eines sechsseitigen Prismas mit einem Schneidteil, der dementsprechend sechs strahlenförmige Flügel aufweist. Für die entsprechenden Teile bzw. Bereiche der Schneidglieder 6' und 14' sind in Fig. 2f die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 2e verwendet worden.

Das Schneidglied 6' ist von einem Sechstel des das Ausgangswerkstück bildenden Sechskant-Sinterkörpers gebildet, wobei die Schnittlinien jeweils durch die außenseitigen vertikalen Kanten und den Mittelpunkt des sechsseitigen Prismas geführt sind. Die hierbei entstehenden vertikalen, seitlichen Schnittflächen 14a sind jedoch in ihrem äußeren Bereich, ausgehend etwa von den äußeren Enden der Flügelhälften 8a und 86 bzw. 19a und 196 abgearbeitet, so daß sie parallel zueinander verlaufen. Zusätzlich ist bei den in der rechten Hälfte der F i g. 2f dargestellten Schneidgliedern 14' die stirnseitig an den Schneidteil 19' angrenzende Fläche 146 zur Außenseite des Schneidglieds hin mit einer Abrundung zur Erzeugung einer

Pr*»icokni#f fläche i/«rcoKen

Die in den F i g. 2d, 2e und 2f veranschaulichten Schneidglieder haben gegenüber den übrigen Ausführungsformen einen geringeren Materialverbrauch an Diamant bzw. kubischem Bornitrid od. dgl. überharten Materialien für den Schneidteil und sind insbesondere zum Bearbeiten von weichen Formationen in Anordnungen am Drehbohrmeißel entsprechend den nachfolgend erläuterten Fig.4, 14 und 15 geeignet wobei im Falle einer Anordnung nach der letztgenannten Figur die Schneidglieder einen Pflugeffekt entfalten.

Die insoweit dargestellten und beschriebenen Schneidglieder können in den verschiedensten Anordnungen am Bohrwerkzeug befestigt sein, wobei für diese Befestigung stets der vom Schneidteil abgewandte, rückwärtige Bereich des Trägerteils herangezogen wird. Wie in F i g. 3 anhand des Schneidgliedes 6 dargestellt, bietet hierbei der Schneidteil 8 eine Schneidkante 20 und Schneidenecken 21a und 216 dar.

In den Fig.4, 5 und 6 ist das Schneidglied 6 im Schneideingriff mit einer zu bohrenden Formation 23 dargestellt. Die Schneidwirkung der Schneidkante 20 ist aus F i g. 4 ersichtlich, in der gezeigt ist daß das polykristalline Diamantmaterial des Schneidteils 8, das von dem Trägerteil 7 aus Hartmetall umgeben ist seine Schneidwirkung entlang der von der Schneidkante 20 definierten Linie entfaltet und dabei den Span 22 bildet. Durch eine schräggestellte Anordnung und Befestigung der Schneidglieder 6 im Werkzeug kann auch die Schneidenecke 21a oder 216 zum Rohren der Formation 23 herangezogen werden, wobei diese von der jeweiligen Schneidenecke bei gleicher Vorschubrichtung geschabt oder geritzt wird. Eine solche Arbeitsweise veranschaulichen die F i g. 5 und 6. Bei der Anordnung nach Fig.5 wirkt die Schneidenkante 21a

ίο schabend und bei der Anordnung nach F i g. 6 die Schneidenkante 216 ritzend auf die Formation 23 ein und ritzt diese etwa V-förmig unter entsprechender Spanbildung. Hierbei kann ferner, wie F i g. 5 zeigt, der Trägerteil 7 bei 7a zur Schaffung einer Freifläche

ι? ausgenommen sein. Bei der aus Fig.6 ersichtlichen umgekehrten Schrägstellung des Schneidgliedes 6 ist der Trägerteil 7 bei 76 zur Schaffung bzw. Freilegung einer V-förmigen Spanfläche 8a des Schnuidteils 8 ausgenommen. Der Trägerteil 7 hat insgesamt abstützende Funktion für den Scnneidteii S und ist, auch in seinen die beiden Stirnseiten des Schneidteils 8 übergreifenden Bereichen, nicht am Schneidvorgang beteiligt, wie insbesondere aus F i g. 4 ersichtlich ist.

Die Fig. 7 bis 12 veranschaulichen die Einsatzmöglichkeiten des Schneidgliedes 15, welches die Schneidenecken 24a und 246 sowie die Schneidkante 25, die Schneidkanten 26a und 266 und die Schneidkanten 27a und 276 darbietet (Fig.7). Die möglichen Schnittverhältnisse sind in den F i g. 8 bis 12 dargestellt.

Bei einer Anordnung des Schneidgliedes 15 im Bohrwerkzeug entsprechend F i g. 8 wird ein Span 28 mittels der Schneidkante 25 vor der Spanfläche 24 des Schneidteils 18, dessen Freifläche mit 26 bezeichnet ist, von der Formation 29 abgetrennt. Bei einer Anordnung des Schneidgliedes 15 entsprechend Fig. 9 wirkt der Schneidteil 18 wie ein Pflug, indem es mit den Schneidkanten 25, 26a und 27a schneidet. Bei um 180° gedrehter Anordnung schneidet das Schneidglied 15 entsprechend mit der Schneidkante 25 sowie mit den Schneidkanten 266 und 276. Hierbei ergibt sich in beiden Fällen eine komplexe dreidimensionale Spanbildung 52. Bei einer Anordnung gemäß Fig. 10schneidet

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Schneidkante 26a. Durch entsprechend abgewandelte Schrägstellungen des Schneidgliedes 15 kann auch statt der Schneidkante 26a jeweils die Schneidkante 27a bzw. 266 oder 276 mit der Formation 29 in Eingriff gebracht werden. Die Spanfläche 24 ist hierbei kreisausschnittförmig. In einer Anordnung gemäß Fig. Ii ist das

so Schneidglied 15 bei Vorschubrichtung nach links zum Ritzen der Formation 29 geeignet, wobei, gemäß dem dargestellten Beispiel, die Schneidenecke 24a oder, bei umgekehrter Schrägstellung, die Schneidenecke 246 mit der Formation 29 in Eingriff steht Bei einer Schrägstellung entsprechend Fig. 12 wird bei gleicher Vorschubrichtung mit der Spitze bzw. Schneidenecke 24a schabend auf die Formation 29 eingewirkt Es versteht sich, daß bei entsprechend umgekehrter Schrägstellung mit der Schneidenecke 24ft schabend auf die Formation 29 eingewirkt werden kann.

Die oben dargestellten und beschriebenen Anordnungen des Schneidgliedes 6 bzw. des Schneidglieds 15 mit der damit verbundenen Arbeitsweise gelten sinngemäß auch für die übrigen eingangs beschriebenen Schneidglieder, wie dies im folgenden für das Schneidglied 14 anhand der F i g. 13 bis 17 erläutert ist.

Wie Fig. 13 zeigt, weist der Schneid teil 19 des Schneidgliedes 14 die Schneidkanten 31a. 316 und 32

sowie die Schneidenecken 33a und 33/) auf. Die geometrischen Verhältnisse am Schneidteil 19 sind in den Fig. 14 bis 17 dargestellt und entsprechen den Darstellungen in den F i g. 8 bis 12.

Nach Fig. 14 schneidet die Schneidkante 32 unter Ausbildung des Spans 28, während bei der Anordnung nach Fig. 15 die Schneidkanten 31a, 31b und 32 unter Ausbildung des Spans 52 schneiden und das Schneidglied 14 wiederum einen Pflugeffekt hat. Fig. 16 veranschaulicht das Ritzen der Formation 29 mittels der Schneidenecke 33a. Fig. 17 veranschaulicht ein Schaben der Formation 29 mittels der Schneidenkante i3b, wobei der Trägerteil 17 wiederum bei 17a zur Schaffung einer Freifläche ausgenommen ist. Die Vorschubnchtung des Schneidglieds 14 ist in beiden Fällen nach links.

Die oben beschriebenen Ausgestaltungen und Anordnungen der Schneidglieder werden je nach dem Anwendungsfall und in Abhängigkeit vom Bohrverhalten der Formation gewählt. So werden bei harten Gesteinsformationen für den Bohrbetrieb Ritz- oder Schabevorgänge bevorzugt. Diese lassen sich mit Anordnungen entsprechend den F i g. 5,6,11,12 und 16. 17 erreichen, wobei sich zusätzlich zu den in diesen Figuren gezeigten Schneidgliedern die Schneidglieder 15' und 15" bei solchen Zerspanungsvorgängen mit besonderem Vorteil einsetzen lassen. Bei sehr weichen und plastischen Formationen bieten sich Anordnungen der Schneidglieder entsprechend den Darstellungen in den Fig.9 und 15 an, wonach eine pflügende Wirkung der Schneidglieder stattfindet. Hierbei können die Schneidglieder auch so angeordnet sein, daß eine unsymmetrische Pflugwirkung entsteht. Für mittlere Formationen, die nicht zu abrasiv sind, können Anordnungen entsprechend den Fig.4, 8, 10 und 14 Verwendung finden, durch die die dargestellte Spanbildung erreicht wird.

Die Fig. 18 veranschaulicht anhand des Schneidgliedes 14 eine Befestigungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Schneidglieder auf einem Tiefbohrmeißel. Hiernach ist das Schneidglied 14 mit seinem Trägerteil 17 mit einem entsprechend geformten Haltekörper 34 durch Kleben oder Löten verbunden. Der Haltekörper

j-r to» wi u«.iit uai gestellten uciapici in emeu Matrixkörper 35 des Bohrmeißels eingesintert. Eine Rippe 36 des Matrixkörpers 35 schützt die Lötnaht zwischen dem Schneidglied 14 und dem Haltekörper 34 vor Erosion aufgrund der durch die üblichen Spüldüsen des Bohrmeißels austretenden Spülflüssigkeit, von denen eine bei 37 veranschaulicht ist.

Im Falle einer solchen Lötverbindung der Schneidglieder mit dem Bohrmeißel können die Schneidglieder mit einer eine Diffusionsbindung fördernden Oberflächenbeschichtung aus z. B. Nickel, Kupfer oder Kobalt versehen sein, die physikalisch, chemisch oder galvanisch aufgebracht sein kann. Eine solche Oberflächenbeschichtung fördert den Fluß des Lötmittels in den Lötspaiten zwischen den Berührungsflächen des Trägerteils 17 und des Haltekörpers 34 und verbessert die Herstellung einwandfreier Lötverbindungen.

In Fig. 19 ist ein in der anhand der Fig. 18 erläuterten Weise mit Schneidgliedern 14 bestückter Bohrmeißel im Schnitt schematisch dargestellt Hieraus sind der Meißelgrundkörper 38 mit dem Matrixkörper 35 sowie die Schneidglieder 14 und die Haltekörper 34 mit der jeweils vor dem Schneidglied 14 liegenden Rippe 36 ersichtlich. Die Schnittbewegung entsteht durch Rotation des Bohrmeißels um die Achsi X-X

Eine abgewandelte Ausführungsform der Befestigung

des Schneidglieds 14 im Bohrmeißel ist in Fig. 20 dargestellt, wobei das Schneidglied 14 entsprechend der Darstellung in F i g. 6 eingesetzt wird. Das Schneidglied 14 ist hierbei an einem Haltekörper 40 durch Löten oder ■> Kleben befestigt. Die Lot- oder Klebenaht wird mittels einer Rippe 42 vor Erosion durch den aus der Düse 41 austretenden SpUlungsstrom gesichert. Der Haltekörper 40 ist in einem Ofenprozeß in den Meißelgrundkörper 43 eingesintert worden. Bei dieser Konstruktion ist

ίο wie im Falle der Konstruktion nach F i g. 18 hinter dem Haltekörper 40 eine Rippe 44 des Meißelgrundkörpers vorgesehen, die der bei den dargestellten Beispielen gewählten Flügel- bzw. Rippenkonstruktion die erforderliche Steifigkeit vermittelt. In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 21 durch einen mit Schneidgliedern 14 entsprechend Fig.20 bestückten Bohrmeißel sind Haltekörper 40, Schneidglieder 14 sowie Düsen 4! und die beiden Rippen 42 und 44 ersichtlich.

Die Schneidglieder 14 und/oder 15 können ferner auf

einem Stufenmeißel entsprechend den Fig. 22 und 23 angeordnet sein. Die Schneidverhältnisse lassen sich hierbei prinzipiell entsprechend den in den F i g. 11 und 12 bzw. 16 und 17 dargestellten Anordnungen wählen. Das Schneidglied 15 ist hiernach an einen in den Grundkörper des Bohrmeißels eingesinterten Haltekörper 45 angelötet oder -geklebt. Der Haltekörper 45 bewirkt eine rückseitige Abstützung des Schneidglieds 15. Beim Einsatz des Schneidglieds 14 kann auf die der Schneidfläche abgewandte Unterstützung des Schneid-

jo glieds durch einen Haltekörper 46 verzichtet werden, weil hier der Schneidteil 19 des Schneidglieds 14 rückseitig vom Trägerteil 17 abgestützt ist. Einen mit Schneidgliedern entsprechend Fig. 2 bestückten Stufenmeißel zeigt F i g. 23.

J5 Die Konstruktion eines Tiefbohrmeißels mit spiralförmig angesetzten Schneidgliedern 14 und/oder 15. deren Schnittprinzip entsprechend den Darstellungen in den F i g. 8 und 14 gewählt ist, ist in den F i g. 24, 24a und 24b unter Verwendung von Schneidgliedern 15 darge-

stellt. Die Schneidglieder 15 sind hierbei auf einer wendeiförmigen Spirale od. dgl. über den Meißel angeordnet und wiederum auf einem Tragerkörper 47 um uii Löten oucr iviefaen befestigt.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform gemäß

den F i g. 25, 25a und 25b werden die Schneidglieder 14 und/oder 15 in Anordnungen entsprechend den F i g. 9 und 15 eingesetzt, in der sie eine Pflugwirkung entfalten. Beim Einsatz der Schneidglieder 14 entsprechend der Darstellung in den F i g. 25 bis 25b kann die Anordnung so getroffen sein, daß lediglich der Schneidteil 19 aus dem Matrixkörper des Meißels vorsteht Die entsprechende Unterstützung des Schneidgliedes 14 erfolgt über einen Haltekörper 48 und eine Teil des Matrixkörpers bildende Rippe bzw. Abstützung 49.

Gleiches gilt sinngemäß für die Ausführungsform nach F ig. 24.

Die Anwendung der dargestellten und beschriebenen Schneidglieder bei einem als Kernbohrer ausgebildeten Drehbohrmeißel ist in Fig.26 unter Verwendung von Schneidgliedern 15 veranschaulicht Die Schneidglieder 15 sind hierbei auf einem Haltekörper 50 in gleichmäßigen Abständen auf einer ringförmigen Stirnfläche verteilt festgelötet oder -geklebt Der Haltekörper 50 ist mit einem Matrix-Formkörper 51 des Kernbohrers bei dem dargestellten Beispiel durch Infiltrieren fest verbunden.

Der Werkstoff der Schneidglieder ist auf den des Grundkorpers 35 des Meißels derart abge^timint daß

der· Trägerteil 7, 16 bzw. 17 der Schneidglieder eine gegenüber ihrem Schneidteil 8, ίβ bzw. 19 geringere und gegenüber dem Grundkörper 35 höhere Verschleißfestigkeit besitzt. Sind die Schneidglieder jeweils mittels eines Haltekörpers am Grundkörper 35 befestigt, wie es beispielsweise in den Fig. 18 bis 25 anhand der Haltekörper 34,40,45 und 46 veranschaulicht ist, so ist bei einer solchen Ausgestaltung vorgesehen, daß der jeweilige Haltekörper eine gegenüber dem Trägerteil 7, 16 bzw. 17 des Schneidglieds geringere und gegenüber dem Grundkörper 35 höhere Verschleißfestigkeit besitzt. Durch diese Ausgestaltung ist erreicht, daß sich eine Verschleißform im Bereich des jeweiligen Schneidglieds am Meißel in der Weise ausbildet, daß der geringste Verschleiß am Schneidteil 8,18,19 auftritt und i^r> der Verschleiß zum Grundkörper 35 hin allmählich zunimmt. Dies gewährleistet, daß auch im Falle eines starken Verschleißbildes der Schneidteil 8, 18 bzw. 19 aer Schneidglieder stets freiliegt und seine Schneidarbeit erfüllen kann.

In diespm Zusammenhang empfiehlt er sich ferner, die Materialsteifigkeit des Trägerteils 7, 16 bzw. 17 der Schneidglieder größer als die des Grundkörpers 35 und kleiner als die ihres Schneidteils 8,18 bzw. 19 zu wählen. Sind hierbei, wie bereits oben ausgeführt, die Schneidglieder jeweils mittels eines Haltekörpers 34,40,45 bzw. 46 am Grundkörper 35 befestigt, so besitzt der Haltekörper vorteilhaft eine gegenüber dem Trägerteil 7, 16 bzw. 17 der Schneidglieder geringere und gegenüber dem Grundkörper 35 höhere Materialsteifig- jo keit. Durch eine solche graduierte Abnahme der Steifigkeit vom Schneidteil der Schneidglieder zum Grundkörper 35 des Meißels selbst hin ist eine gute Ableitung der im Bohrbetrieb auftretenden Kräfte von den Schneidgliedern und deren Aufnahme im Meißelgrundkörper erreicht.

Zur F.rzielung dieser Materialeigenschaften können für den Meißelgrundkörper z. B. Wolframkarbid, gebunden in Legierungen auf Kupferbasis, z. B. Messing- und Bronzelegierungen, sowie solche mit verschiedenen Mcngenanteilen von Nickel, Kobalt, Zinn, Zink. Mangan, Eisen und Silber verwendet werden. Für den Trägerteil 7, 16 bzw. 17 der Schneidglieder kommt in erster Linie Wolframkarbid in Betracht. Eine entsprechend abgewandelte Zusammensetzung kann für die Haltekörper 34, 40, 45 bzw. 46 Verwendung finden. Letztere können im übrigen auch mit einer eine Diffusionsbindung fördernden Beschichtung z. B. in Form von Nickel, Kupfer oder Kobalt versehen sein, um auf diese Weise die Festigkeit einer Lötverbindung der Haltekörpcr mit dem Meißelgrundkörper 35 einerseits und dem Trägerteil 7, 16 bzw. 17 der Schneidplieder andererseits zu verbessern.

Bei der Herstellung der das jeweilige Ausgangswerkstück für die Schneidglieder bildenden Sinterkörper kann z. B. der Trägerteil als zumindest teilweise vorgeformter, gesinterter Formkörper, z. B. in Gestalt eines bodenseitig geschlossenen Zylinders, vorgefertigt werden, v/onach in den Hohlraum dieses Vorformkörpers eine Masse aus z. B. Diamantpartikeln und Kobaltpulver eingefüllt und dann eingesintert wird. Dabei kann ggf. bei oder nach dem Einsintern der im Fertigerzeugnis den Schneidteil bildenden Masse der Vorformkörper vervollständigt werden. Es ist auch möglich, den Schneidteil seinerseits als gesonderten, gesinterten Vorformkörper herzustellen und entweder in einen den Trägerteil bildenden Vorformkörper einzusetzen und sodann unter Vervollständigung des Trägerteils bei Verwendung von Verbundstoffen wie Zirkonium, Kobalt und Nickel zum Sinterkörper zu vereinigen, oder beim Sintern des Trägerteils in diesen mit einzusintern.

Hierzu 18 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Drehbohrmeißel for Tiefbohrungen im Gestein, bestehend aus einem Grundkörper, der auf seiner Außenseite mit Schneidgliedern besetzt ist, die jeweils aus einem TrägerteiJ aus Hartmetall od, dgl, und einem auf diesem angeordneten Schneidteil aus polykristallinem Diamant od,dgl bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidglieder (6; 6'; 14; 14'; 15; 15'; 15") jeweils von einem Ausschnitt aus einem mit seinem Trägerteil (2; 2') den Schneidteil in Form eines Kerns (3; 3') zumindest am Umfang als Mantel umschließenden Sinterkörper (1; 1'; 1") gebildet sind,

2. Drehbohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper (1; Γ; 1") für die Bildung des Schneidgliedes einen den Kern (3) allseitig als Hülle umschließenden Trägerteil (2) aufweist

3. Drehbohrmeißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gikennzeichnet, daß der Sinterkörper (1) für die Bildung der Schneidglieder die Form eines Zylinders aufweist

4. Drehbohrmeißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper für die Bildung der Schneidglieder die Form eines mehrseitigen geraden Prismas aufweist

5. Drehbohrmeißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper (l'j für die Bildung der Schneidglieder die Form einer Kugel aufweist

6. Drehbohrmeißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper (1") für die Bndung der Schneioglieder die Form eines Polyeders aufweist

7. Drehbohrmeißel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß der Kern (3; 3') im Trägerteil (2; 2') der Sinterkörper (1; 1'; 1") koaxial bzw. konzentrisch eingebettet ist

8. Drehbohrmeißel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3') im Querschnitt eine sternförmige Grundform mit zumindest drei strahlenförmigen Flügeln (3a, 3b, 3c,Jaufweist

9. Drehbohrmeißel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (3a, 3b, 3c) im Bereich ihrer Enden und im Bereich ihres basisseitigen Übergangs abgerundet sind.

10. Drehbohrmeißel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidglieder (6; 6'; 14; 14'; 15; 15'; 15") jeweils von einem regel- oder unregelmäßigen Sektor des Sinterkörpers (1; Γ; 1") gebildet sind.

11. Drehbohrmeißel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittflächen (14a, 15a; der Schneidglieder (14; 14'; 15) eben oder gewölbt sind.

12. Drehbohrmeißel nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidglieder (6; 6'; 14; 14'; 15; 15'; 15") mit einer eine Diffusionsbindung fördernden Beschichtung ihres Trägerteils (7; 7'; 16; 17; 17') versehen sind.

13. Drehbohrmeißel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerteil (7; T; 16; 17; 17') der Schneidglieder (6; 6'; 14; 14'; 15; 15'; 15") eine gegenüber ihrem Schneidteil (8; 8'; 18, 18'; 19; 19') geringere und gegenüber dem Grundkörper (35) höhere Verschleißfestigkeit besitzt

14. Drehbohrmeißel nach Anspruch 13, wobei die Schneidglieder jeweils mittels eines Haltekörpers

am Grundkörper befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (34; 40; 45; 46) eine gegenüber dem Trägerteil (7,- 7'; 16; 17; 17') des Schneidglieds (6; 6'; 14; 14'; 15; 15'; 15") geringere und gegenüber dem Grundkörper (35) höhere

ίο Verschleißfestigkeit besitzt

15. Drehbohrmeißel nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialsteifigkeit des Trägerteils (7; 7'; 16; 17; 17') der Schneidglieder (6; 6'; 14; 14'; 15; 15'; 15") größer als die des Grundkörpers (35) und kleiner als die ihres Schneidteils (8; 8'; 18,18'; 19; 19') ist

16. Drehbohrmeißel nach Anspruch 15, wobei die Schneidglieder jeweils mittels eines Haltekörpers am Grundkörper befestigt sind, dadurch gekenn zeichnet daß der Haltekörper (34; 40; 45; 46) eine gegenüber dem Trägerteil (7; 7'; 16; 17; 17') der Schneidglieder (6; 6'; 14; 14'; 15; 15'; 15") geringere und gegenüber dem Grundkörper (35) höhere Materialsteifigkeit aufweist

17. Drehbohrmeißel nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet daß der Haltekörper (34; 40; 45; 46) mit einer eine Diffusionsbindung mit dem Grundkörper £35) fördernden Beschichtung versehen ist