DE69807461T2

DE69807461T2 - Schneideinsatz für eine bohrlochfräse

Info

Publication number: DE69807461T2
Application number: DE69807461T
Authority: DE
Inventors: Paul Hutchinson
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 1997-05-01
Filing date: 1998-05-01
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2018-05-02
Also published as: CA2287949A1; WO1998050671A1; EP0979344A1; AU7218198A; EP0979344B1; US5908071A; CA2287949C; DE69807461D1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Schneideinsatz für eine Verwendung in einer Bohrlochfräse und eine Bohrlochfräse, die mit einer Vielzahl von derartigen Schneideinsätzen versehen ist.
In unserer PCT-Patentanmeldung PCT/GB96/02355, die unter der Veröffentlichungs-Nr. WO97/11251 veröffentlicht wurde, haben wir einen Schneideinsatz für eine Verwendung in einer Bohrlochfräse offenbart, wobei der Schneideinsatz einen Körper aufweist, der eine Basis, die auf einer Fläche der Bohrlochfräse montiert werden kann, und eine Schneidfläche aufweist, die durch lineare Grenzen begrenzt wird, die sich von einem ersten Rand des Schneideinsatzes zu einem zweiten Rand davon erstrecken, wobei die Schneidfläche eine Vielzahl von Kanten aufweist, die sich zwischen den linearen Grenzen erstrecken, gekennzeichnet durch mindestens zwei Schneidflächen, deren lineare Grenzen im wesentlichen parallel zueinander sind.
Bei der Verwendung werden diese Schneideinsätze an einer Bohrlochfräse gesichert.
Wir beziehen uns darauf, daß bei der Verwendung bestimmte Schneideinsätze aus der Bohrlochfräse verdrängt werden können. Sobald ein Schneideinsatz verdrängt ist, könnten andere folgen, was zu "kahlen" Bereichen auf der Bohrlochfräse führt.
Das GB-A-2280692 offenbart einen Schneideinsatz mit zwei geneigten Flächen, die parallel zueinander sind. Bei der Verwendung unterstützt diese Anordnung ein festes Verbinden der Schneideinsätze in Position auf einem Bohrlochwerkzeug. Diese Anordnung spricht jedoch nicht in zufriedenstellender Weise dieses Problem an, weil eine Kraft in der Richtung parallel zu den geneigten Seitenflächen der Schneideinsätze dennoch zu einer Versetzung eines Schneideinsatzes vom Bohrlochwerkzeug führen kann. Diese Anordnung dient nur dazu, einer unbeabsichtigten Versetzung eines Schneideinsatzes von einem Bohrlochwerkzeug entgegenzuwirken.
Um eine stärkere Abschwächung dieses wahrgenommenen Problems zu bewirken, schlägt die vorliegende Erfindung vor, daß jeder Schneideinsatz mit einer Einrichtung versehen wird, die mit einem weiteren Schneideinsatz zusammenwirken wird, um dessen unbeabsichtige Versetzung zu verhindern.
Während die vorliegende Erfindung für eine Verwendung bei den vorangehend beschriebenen Schneideinsätzen entwickelt wurde, ist sie bei Schneidelementen im allgemeinen anwendbar.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Schneideinsatz für eine Verwendung in einer Bohrlochfräse bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneideinsatz mit einer Einrichtung versehen ist, die mit einem weiteren Schneideinsatz zusammenwirken wird, um dessen unbeabsichtigte Versetzung zu verhindern.
Weitere charakteristische Merkmale werden in den Patentansprüchen 2 bis 8 dargelegt.
Seit unserer Patentanmeldung PCT/GB96/02355 entwickelten wir ebenfalls eine neue Ausführung des Schneideinsatzes, die ebenfalls beschrieben und anschließend in den Patentansprüchen 9 und folgende beansprucht wird.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung beziehen wir uns jetzt als Beispiel auf die beigefügten Zeichnungen, die zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Bohrlochfräse, die mit den Schneideinsätzen versehen ist, die in Fig. 1t und 3A der WO97/11251 gezeigt werden;
Fig. 2A eine Draufsicht eines Schneideinsatzes;
Fig. 2B eine Schnittdarstellung längs der Linie 2B-2B in Fig. 2A;
Fig. 2C eine Schnittdarstellung längs der Linie 2C-2C in Fig. 2A;
Fig. 2D eine Detaildarstellung des eingekreisten Teils in Fig. 2C;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch drei Schneideinsätze des Typs A entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch drei Schneideinsätze des Typs B entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung durch drei Schneideinsätze des Typs C entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6A eine Draufsicht eines Schneideinsatzes vom Typ D entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6B eine Seitenansicht des in Fig. 6A gezeigten Schneideinsatzes;
Fig. 6C eine Draufsicht eines Schneideinsatzes des Typs E entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6D eine Seitenansicht des in Fig. 6C gezeigten Schneideinsatzes;
Fig. 6E eine Draufsicht, die zwei Schneideinsätze des Typs F zeigt, die nebeneinander angeordnet sind und durch zwei Schneideinsätze des Typs E eingeschränkt werden;
Fig. 7A eine Draufsicht eines Schneideinsatzes des Typs G entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7B eine Draufsicht eines Schneideinsatzes des Typs H entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7C eine Draufsicht eines Schneideinsatzes des Typs I entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7D eine Draufsicht eines Schneideinsatzes des Typs J entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7E eine Draufsicht, die miteinander verbundene Schneideinsätze des Typs G, H, I und J zeigt;
Fig. 8A eine Draufsicht eines Schneideinsatzes entsprechend einer zweiten Erfindung;
Fig. 8B eine Schnittdarstellung längs der Linie 8B-8B in Fig. 5A;
Fig. 8C eine Schnittdarstellung längs der Linie 8C-8C in Fig. 8A;
Fig. 8D eine Detaildarstellung des eingekreisten Teils in Fig. 8C.
Fig. 1 zeigt ein Messer L (oder Fräserkörperabschnitt) mit einer Schicht von abwechselnden bekannten Schneideinsätzen 10 und 60. Das Muster kann in jeder Richtung erweitert werden, um zusätzliche Einsätze 10 und 60 zu umfassen. Es wird bemerkt, daß zwei verschiedene Ausführungen von Schneideinsätzen erforderlich sind, um eine normale Schneidfläche herzustellen.
Fig. 2A-2D zeigen einen bekannten Schneideinsatz 320 mit einem Körper 325 und vier Seiten 321, 322, 323 und 324. Der Körper 325 wird als rechteckig mit abgerundeten Ecken gezeigt (wenn von oben betrachtet), kann aber irgendeine gewünschte Form aufweisen, beispielsweise quadratisch, kreisförmig, oval, elliptisch, dreieckig oder trapezförmig. Die obere Fläche des Körpers 325 weist zwei Schneidflächen 326 und 327 auf, eine jede mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Ausbrechvertiefungen 328 mit Kanten 329 dazwischen.
Ein typischer Schneideinsatz 320 kann die folgenden Abmessungen aufweisen:
Eckenradien (wenn von oben betrachtet) können 0,15 in. (3,81 mm) oder 0,005 in. (0,13 mm) betragen. Wie in Fig. 2C gezeigt wird, ist die Unterseite des Einsatzes 320 von einer Seite zur anderen kegelförmig.
Fig. 3 zeigt Schneideinsätze 360, 361 und 362 in einer Anordnung.
Der Schneideinsatz 360 weist vier Schneidflächen 371, 372, 373, 374 und eine Aussparung 375 für das Aufnehmen eines Vorsprunges auf.
Der Schneideinsatz 361 weist auf: drei Schneidflächen 381, 382, 383 und 384, jeweils mit einer Ausbrechvertiefung; einen Vorsprung 385; und eine Aussparung 386 für das Aufnehmen eines Vorsprunges.
Der Schneideinsatz 361 weist Ausbrechvertiefungen 387 und 388 mit unterschiedlicher Tiefe in seinen Fräsflächen auf, und alle Fräsflächen sind auf unterschiedlichem Niveau. Der Vorsprung 385 wird in der Aussparung 375 für das Aufnehmen des Vorsprunges des Schneideinsatzes 360 positioniert. Der Schneideinsatz 362 weist drei Schneidflächen 391, 392, 393 auf, jeweils mit einer Ausbrechvertiefung und einem Vorsprung 394, der in der Aussparung 386 für das Aufnehmen des Vorsprunges des Einsatzes 361 positioniert wird. Der Schneideinsatz 361 kann aus dem Bild der Fig. 3 weggelassen werden. Alternativ können mehrere Schneideinsätze 361 verwendet werden.
Es liegt innerhalb des Bereiches dieser Erfindung, daß ein Vorsprung an jedem Einsatz und eine Aussparung für das Aufnehmen eines Vorsprunges bei jedem Schneideinsatz vorhanden sind. Es liegt innerhalb des Bereiches dieser Erfindung, daß sich der Vorsprung auf einem Niveau am Einsatz (von der Seite in Fig. 3 betrachtet) befindet; daß er auf irgendeiner Seite des Schneideinsatzes vorhanden ist; und daß eine Aussparung für das Aufnehmen eines Vorsprunges irgendwo am Schneideinsatz vorhanden ist, die für das Postionieren eines Vorsprunges darin geeignet ist. Ebenfalls kann die Größe des Vorsprunges (in Fig. 3 nebeneinander) irgendeine gewünschte Länge bei einer entsprechenden Aussparung für das Aufnehmen eines Vorsprunges aufweisen. Die Vorsprungelemente können sich über die gesamte Breite eines Schneideinsatzes oder nur teilweise darüber hinweg erstrecken. Ein Vorsprung kann eine Ausbrechvertiefung oder einen Teil davon aufweisen.
Fig. 4 zeigt Schneideinsätze 376, 377 und 378 in einer Anordnung. Der Schneideinsatz 376 weist Schneidflächen 363, 364 und 365 auf, jede mit einer Ausbrechvertiefung 366.
Der Schneideinsatz 377 weist auf: einen Vorsprung 367 mit einer Ausbrechvertiefung 368; eine Schneidfläche 369 mit einer Ausbrechvertiefung 389; eine Schneidfläche 395 mit einer Ausbrechvertiefung 396; und eine Stufenfläche 397, über der ein Vorsprung positionierbar ist.
Der Schneideinsatz 378 weist auf: einen Vorsprung 398, der über der Stufenfläche 397 liegt; eine Schneidfläche 399; eine Ausbrechvertiefung 355 im Vorsprung 398 und auf der Fräsfläche 399; eine Schneidfläche 356; eine Schneidfläche 357; und Ausbrechvertiefungen 358.
Fig. 5 zeigt Schneideinsätze 471, 472 und 473 in einer Anordnung.
Der Schneideinsatz 471 weist auf: eine Schneidfläche 474; eine Schneidfläche 475; ein kegelförmiges Ende 476; und eine Aussparung 477.
Der Schneideinsatz 472 weist auf: einen Vorsprung 473, von dem ein Teil in der Aussparung 477 für einen Vorsprung ist; ein kegelförmiges Ende 478; eine Schneidfläche 479; eine Schneidfläche 480; ein kegelförmiges Ende 481; und eine Aussparung 482 für einen Vorsprung.
Der Schneideinsatz 473 weist auf: einen Vorsprung 483, von dem ein Teil in der Aussparung 482 für einen Vorsprung ist; ein kegelförmiges Ende 484; eine Schneidfläche 488; und eine Fräsfläche 486. Durch geeignetes Bemessen der Aussparungen für die Vorsprünge und der Vorsprünge wird der Abstand zwischen den Schneideinsätzen bestimmt (oder das Anstoßen von zwei Schneideinsätzen). Schneideinsätze entsprechend der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 5, können eine, drei, vier oder mehrere Schneidflächen mit oder ohne eine oder mehrere Ausbrechvertiefungen aufweisen. Mit Bezugnahme auf die Schneideinsätze in Fig. 5 (und irgendwelche hierin offenbarten mit Abstand angeordneten Schneideinsätze) können Vorsprünge und Aussparungen verwendet werden, um einen gewünschten Abstand zu erreichen, und es kann Grundmasse und/oder Fräsgrundmasse in irgendeinen Raum zwischen den Schneideinsätzen eingebracht werden. Vorsprünge und/oder Aussparungen können benutzt werden, um eine richtige Anordnung, Ausrichtung und Orientierung (ein Schneideinsatz mit Bezugnahme auf einen anderen ebenso wie verschiedene Steigungswinkel) der Schneideinsätze auf den Fräskörpern oder auf den Fräsmessern zu erreichen. Die hierin offenbarten Schneideinsätze können mittels irgendeines bekannten Anwendungsverfahrens in irgendeiner bekannten Kombination, Muster, Anordnung oder Einrichtung zur Anwendung gebracht werden.
Fig. 6A und 6B zeigen einen Schneideinsatz 420 mit einem Vorsprung 421, der aus einer seiner Seiten vorsteht. Der Schneideinsatz 420 mit dem Vorsprung 421 kann bei irgendeinem hierin offenbarten Schneideinsatz verwendet werden, um den Schneideinsatz 420 von einem anderen Schneideinsatz mit Abstand anzuordnen, wobei der Vorsprung 421 an den anderen Einsatz anstößt. Alternativ kann der Vorsprung 421 in einer entsprechenden Aussparung eines weiteren Einsatzes angeordnet werden, entweder mit einer Preßpassung oder einer Spielpassung, in Abhängigkeit vom Anstoßen oder gewünschten Abstand zwischen den Schneideinsätzen.
Fig. 6C und 6D zeigen einen Schneideinsatz 430 mit einer Vorsprungeinsetzaussparung 431 für das Aufnehmen eines Vorsprunges wie des Vorsprunges 421 des Einsatzes 420. Fig. 6E zeigt eine Anordnung von Schneideinsätzen 420 und 430.
Es liegt innerhalb des Bereiches dieser Erfindung, daß Schneideinsätze mit einem oder mehreren Vorsprüngen von irgendeiner gewünschten Form (halbkreisförmig, quadratisch, rechteckig, dreieckig, halbovalförmig, trapezförmig, usw.) und Schneideinsätze mit Aussparungen bereitgestellt werden, die so geformt sind, daß sie derartige Vorsprünge oder Teile davon aufnehmen. Es liegt innerhalb des Bereiches dieser Erfindung, daß ein Schneideinsatz mit einem Vorsprung auf einer, zwei, drei oder vier Seiten (oder bei einem nicht mit geradlinigen Seiten versehenen Schneideinsatz, um eine oder mehrere Stufen oder Schneidvorsprünge auf einer gewölbten Fläche davon bereitzustellen) und entsprechende Schneideinsätze mit einer entsprechenden Aussparung oder Aussparungen bereitgestellt werden. Daher wird bei einem Aspekt eine Anordnung von miteinander verketteten Schneideinsätzen bereitgestellt, wie beispielsweise die Anordnung 450 in Fig. 6A, die umfaßt: einen Schneideinsatz 451 (Fig. 6B) mit Vorsprüngen 452 und 453; einen Schneideinsatz 454 (Fig. 6C) mit Aussparungen 455, 456 für Vorsprünge; einen Schneideinsatz 457 (Fig. 6D) mit einer Aussparung 458 für einen Vorsprung und einen Vorsprung 459; und einen Schneideinsatz 460 (Fig. 6E) mit einem Vorsprung 461 und einer Aussparung 462 für einen Vorsprung. Ein minimaler Raum wird zwischen den Schneideinsätzen in der Anordnung 450 gezeigt, aber irgendein gewünschter Abstand kann angewandt werden, oder die Schneideinsätze (oder ein Paar von Schneideinsätzen oder eine Gruppe) können aneinanderstoßen. Bei bestimmten Ausführungen wird eine Vielzahl von Schneideinsätzen angrenzend aneinander zum Einsatz gebracht, und es ist nicht wünschenswert, daß das Zerbrechen eines Schneideinsatzes zum Zerbrechen eines benachbarten Schneideinsatzes führt. Es liegt innerhalb des Bereiches dieser Erfindung, einen Vorsprung mit einer derartigen Dicke zu verwenden, daß er die gewünschte Verkettung und/oder den Abstand von Einsatz zu Einsatz liefert, aber ausreichend schwach ist, damit der Vorsprung als Reaktion auf die Kraft auf einen benachbarten Schneideinsatz zerbricht, ohne daß der Schneideinsatz mit dem Vorsprung zerbricht. Bei anderen Aspekten kann der Vorsprung (anstelle der oder zusätzlich zur verringerten Dicke) eine schwächende Nut, Einschnitt oder Vertiefung (die eine oder mehrere Ausbrechvertiefungen sein kann oder nicht) aufweisen. Beispielsweise, und ohne Einschränkung, kann die Ausbrechvertiefung 368 des Vorsprunges 367 (Fig. 5) eine ausreichende Größe aufweisen, um das Stufenelement zu einem "Wegbrech"element zu machen, wenn eine Kraft, die auf den Schneideinsatz 376 angewandt wird, ausreichend ist, um den Schneideinsatz 376 zu zerbrechen.
Es sollte erkannt werden, daß, während der Vorsprung benutzt werden kann, um den Abstand zwischen benachbarten Schneideinsätzen festzulegen, die Hauptfunktion des Vorsprunges die ist, daß benachbarte Schneideinsätze einander stützen und eine unbeabsichtigte Versetzung aus einer vorgegebenen Position verhindern können.
Fig. 8A-8D zeigen einen Schneideinsatz 340 mit einem Körper 345 und vier Seiten 341, 342, 343, 344. Wie bei den vorangehend beschriebenen Schneideinsätzen können die Schneideinsätze 340, die vorangehend als rechteckig gezeigt wurden, irgendeine gewünschte Form aufweisen. Die obere Fläche des Körpers 345 weist vier Schneidflächen 351, 352, 353 und 354 auf, jede mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Ausbrechvertiefungen 348 mit Kanten 349 dazwischen.
Eine spezielle Ausführung des Einsatzes 340 weist die folgenden Abmessungen auf:
Die Winkelabmessung m beträgt etwa 1,8 Grad, und die Radien sind:
Zur Vermeidung von Zweifeln ist beabsichtigt, daß der Begriff "Schneiden", wie er hierin verwendet wird, das "Fräsen" umfaßt.

Claims

1. Schneideinsatz (320, 361) für eine Verwendung in einer Bohrlochfräse, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneideinsatz mit einer Einrichtung (T, U, 375, 385) versehen ist, die mit einem weiteren Schneideinsatz zusammenwirken wird, um deren unbeabsichtigte Versetzung zu verhindern.

2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung eine erste schräge Fläche und eine zweite schräge Fläche aufweist, wobei der Winkel (T) der ersten schrägen Fläche vom Winkel (U) der zweiten schrägen Fläche abweicht.

3. Schneideinsatz (361) nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung einen Vorsprung (385) aufweist.

4. Schneideinsatz (361) nach Anspruch 1 oder 3, bei dem die Einrichtung einen Unterschnitt (375) aufweist, um einen Vorsprung eines benachbarten Schneideinsatzes aufzunehmen.

5. Schneideinsatz nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Einrichtung eine Aussparung aufweist, die angeordnet ist, um einen Vorsprung eines benachbarten Schneideinsatzes aufzunehmen.

6. Schneideinsatz (472) nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder S. bei dem die Einrichtung außerdem eine schräge Fläche (478) aufweist.

7. Schneideinsatz nach Anspruch 1, der eine rechteckige Basis mit vier Seiten umfaßt, von denen mindestens zwei mit der Einrichtung versehen sind.

8. Schneideinsatz nach Anspruch 7, bei dem jede Seite mit der Einrichtung versehen ist.

9. Schneideinsatz (340) nach vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Schneideinsatz (340) einen Körper (345) aufweist, der eine Basis, die auf einer Fläche der Bohrlochfräse montiert werden kann, und eine Schneidfläche (3S1) aufweist, die durch lineare Grenzen begrenzt wird, die sich von einem ersten Rand des Schneideinsatzes zu einem zweiten Rand davon erstrecken, wobei die Schneidfläche (351) eine Vielzahl von Kanten (349) aufweist, die sich zwischen den linearen Grenzen erstrecken, gekennzeichnet durch vier Schneidflächen (351, 352, 353, 354), deren linearen Grenzen im wesentlichen parallel zueinander sind.

10. Schneideinsatz (340) nach Anspruch 9, bei dem mindestens eine der Schneidflächen (3S2) einen anderen Abstand von der Basis aufweist als die andere(n) Schneidfläche(n) (3S 1).

11. Schneideinsatz nach Anspruch 9 oder 10, der außerdem eine Vielzahl von Ausbrechvertiefungen auf jeder Schneidfläche aufweist.

12. Schneideinsatz nach Anspruch 11, bei dem die Ausbrechvertiefungen eine ovale Form aufweisen, wenn von oben betrachtet wird.

13. Schneideinsatz nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Vielzahl der Ausbrechvertiefungen eine Musteranordnung von Reihen und senkrechten Reihen von Vertiefungen ist, die im wesentlichen die gesamten Schneidflächen bedecken.

14. Schneideinsatz nach Anspruch 10 oder einem Anspruch direkt oder indirekt davon abhängig, wobei eine der Schneidflächen über eine andere (die andere) Schneidfläche um einen Abstand zwischen etwa 0,7 mm (0,03") und etwa 2,3 mm (0,09") hinaus vorsteht.

15. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem die Basis rechteckig ist.

16. Schneideinsatz nach Anspruch 15, bei dem die Basis quadratisch ist.

17. Bohrlochfräse, die mit einem Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 9 bis 15 versehen ist.