DE102012004938A1

DE102012004938A1 - Schneidplatte für einen Firstbohrmeißel

Info

Publication number: DE102012004938A1
Application number: DE201210004938
Authority: DE
Inventors: Douglas Edward Bise; Seth Daniel Colvin; Chad Allen Swope
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2012-09-27
Also published as: US20120241223A1; ZA201202030B; US8807248B2; AU2012201296A1; CN102691476A

Abstract

Eine harte Schneidplatte zur Verwendung mit einem Firstbohrmeißel enthält eine erste gerippte Nut und eine zweite gerippte Nut, strukturiert und angeordnet auf der harten Platte zum Entfernen oder Evakuieren von Bohrklein von einer oberen Oberfläche der harten Platte während einer Bohroperation. Es wird auch ein Firstbohrmeißel bereitgestellt, der die harte Schneidplatte enthält.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine harte Schneidplatte zur Verwendung in einem Firstbohrmeißel, der typischerweise beim Bohren von Bohrlöchern in Firsten verwendet wird. Die Erfindung betrifft insbesondere eine harte Schneidplatte zur Verwendung in einem Firstbohrmeißel, die eine Verbesserung bei der Leistung beim Bohren von Bohrlöchern bei einer Ankerbohroperation aufgrund einer Verbesserung bei dem Beseitigen von Bohrklein aufweist.
Eine Erweiterung eines Untergrundbergwerks wie etwa beispielsweise eines Kohlebergwerks erfordert das Graben eines Tunnels. Dieser Tunnel weist anfänglich einen ungestützten First auf. Um den First in einem etablierten Bereich in einem Untergrundtunnel zu stützen und zu stabilisieren, werden Bohrlöcher in den First gebohrt. Die zum Bohren dieser Löcher verwendete Vorrichtung umfasst einen Bohrer mit einem langen Schaft, das heißt eine Bohrstange, der an dem Bohrmeißel angebracht ist. Das US-Patent Nr. 6,533,049 an Rein, Senior, et al. und das US-Patent Nr. 6,598,688 an Wang zeigen jeweils eine Bohrstange, die bei einer Firstbohrmeißelbaugruppe zum Bohren solcher Bohrlöcher nützlich ist. Das US-Patent Nr. 3,554,306 an Wilburn zeigt eine Bohrstangenbaugruppe, die sich für das Bohren von Festankerbohrlöchern eignet.
Ein Firstbohrmeißel ist entweder direkt oder durch die Verwendung eines Spannfutters abnehmbar an der Bohrstange an dem distalen Ende davon montiert. Das US-Patent Nr. 5,927,411 an Sheirer und das US-Patent Nr. 5,833,017 an Woods et al. zeigen jeweils eine Firstbohrmeißelbaugruppe. Um mit der Bohroperation zu beginnen, wird der Firstbohrmeißel dann gegen die Firste gedrückt und die Bohrvorrichtung wird so betätigt, dass ein Bohrloch in die Firste gebohrt wird. Die Bohrlöcher können sich zwischen zwei Fuß und mehr als zwanzig Fuß in die Firste erstrecken. Diese Bohrlöcher werden mit Harz gefüllt, und Firstanker werden in den Bohrlöchern befestigt. Eine Firststütze wie etwa Firstpaneele wird dann an den Firstankern angebracht.
Wie zu verstehen ist, wird durch die Bohroperation Bohrklein erzeugt. Es ist wichtig, dieses Bohrklein aus der Nähe des Bohrlochs zu entfernen. Insbesondere ist es wichtig, das Bohrklein aus der Nähe der Stelle zu entfernen, wo die harte Schneidplatte anfänglich die Erdschicht in Eingriff nimmt, um den Abrieb an der harten Schneidplatte zu verringern und die Gesamteffizienz der Bohroperation zu erhöhen.
Somit wäre es höchst wünschenswert, eine verbesserte harte Schneidplatte bereitzustellen, die Bohrklein während einer Bohroperation besser evakuiert.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine harte Platte zur Verwendung mit einem Firstbohrmeißel: eine erste Seite und eine zweite Seite, gegenüber und allgemein parallel zu der ersten Seite, wobei sich die erste und zweite Seite in einer Längsabmessung der harten Platte erstrecken. Die harte Platte enthält auch eine erste geneigte obere Oberfläche und eine zweite geneigte obere Oberfläche, die beide zwischen der ersten und zweiten Seite positioniert sind. Die harte Platte enthält weiterhin eine erste gerippte Nut und eine zweite gerippte Nut, auf der oberen Oberfläche der harten Platte strukturiert und angeordnet, zum Entfernen oder Evakuieren von Bohrklein von der oberen Oberfläche der harten Platte während einer Bohroperation.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine harte Platte zur Verwendung mit einem Firstbohrmeißel: eine erste Seite und eine zweite Seite, gegenüber und allgemein parallel zu der ersten Seite, wobei sich die erste und zweite Seite in einer Längsabmessung der harten Platte erstrecken. Die harte Platte enthält auch eine erste geneigte obere Oberfläche und eine zweite geneigte obere Oberfläche, die beide zwischen der ersten und zweiten Seite positioniert sind. Die harte Platte enthält auch Mittel zum Entfernen oder Evakuieren von Bohrklein von der oberen Oberfläche der harten Platte während einer Bohroperation.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung enthält ein Firstbohrmeißel einen länglichen Firstbohrmeißelkörper mit einem vorderen Ende und einem hinteren Ende, wobei der Firstbohrmeißelkörper einen Schlitz an dem vorderen Ende enthält. Der Firstbohrmeißel enthält auch eine in dem Schlitz des Bohrmeißelkörpers aufgenommene harte Platte, wobei die harte Platte eine erste gerippte Nut und eine zweite gerippte Nut enthält, strukturiert und angeordnet, zum Entfernen oder Evakuieren von Bohrklein von der oberen Oberfläche der harten Platte während einer Bohroperation.
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung lassen sich nach einer Betrachtung dieser Patentschrift und der Zeichnungen umfassender verstehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine isometrische Ansicht einer Firstbohrmeißelbaugruppe gemäß einem Aspekt der Erfindung.
2 ist eine isometrische Ansicht der Firstbohrmeißelbaugruppe von 1, wobei die harte Platte von dem Firstbohrmeißelkörper getrennt ist, gemäß einem Aspekt der Erfindung.
3 ist eine isometrische Ansicht der harten Platte von 1 und 2 gemäß einem Aspekt der Erfindung.
4 ist eine Seitenansicht der harten Platte von 3 gemäß einem Aspekt der Erfindung.
5 ist eine Draufsicht auf die harte Platte der 3 und 4 gemäß einem Aspekt der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird eine allgemein als 10 bezeichnete Firstbohrmeißelbaugruppe gemäß einem Aspekt der Erfindung gezeigt. Die Baugruppe 10 enthält einen Firstbohrmeißelkörper 20 und eine harte Schneidplatte 30. Der Firstbohrmeißelkörper 20 weist ein axial vorderes Ende 22 und ein axial hinteres Ende 24 auf. Der Firstbohrmeißelkörper 20 weist eine zentrale Längskörperachse A-A auf. Das bevorzugte Verfahren zum Herstellen des Firstbohrmeißelkörpers 20 ist das Kaltformen. Der Einsatz von Kaltformtechniken zum Herstellen des Firstbohrmeißelkörpers 20 führt zu einer Anzahl von Vorteilen, die die Gesamtleistung des Firstbohrmeißels selbst verbessern. Das US-Patent Nr. 6,915,867 B2 an Bise (an Kennametal Inc. in Latrobe, Pennsylvania, USA, abgetreten), dessen Inhalt hier durch Bezugnahme ganz aufgenommen ist, offenbart einen über Kaltformtechniken hergestellten Firstbohrmeißelkörper.
Wenngleich die bevorzugte Herstellungstechnik das Kaltformen ist, sollte verstanden werden, dass sich zum Herstellen des Firstbohrmeißelkörpers 20 auch Pulvermetallurgietechniken eignen. Pulvermetallurgietechniken liefern die Gelegenheit zum Verwenden einer großen Vielzahl an Materialien für die Herstellung des Firstbohrmeißelkörpers 20. Dies steht im Gegensatz zu Herstellungsprozessen, die das Zerspanen oder extensives Zerspanen erfordern.
Der Firstbohrmeißelkörper 20 enthält einen diametralen Schlitz 26 in dem axial vorderen Ende 22 davon. Die harte Schneidplatte 30 wird derart in dem Schlitz 26 aufgenommen, dass eine gewölbte oder bogenförmige Oberfläche 28 des Firstbohrmeißelkörpers 20 in einer in der unteren Oberfläche der harten Platte 30 ausgebildeten gewölbten oder bogenförmigen Oberfläche 32 aufgenommen wird. Das Hartlöten ist ein typisches Verfahren, das sich zum Anbringen oder Befestigen der harten Platte 30 an dem Firstbohrmeißelkörper 20 innerhalb des Schlitzes 28 eignet. Somit liegt eine Hartlötfügestelle zwischen der unteren Oberfläche der harten Schneidplatte 30 und den Oberflächen, die den Schlitz 28 definieren, vor. Zu typischen Hartlötlegierungen, die sich bei dieser Art von Anwendung eignen, zählen Hochtemperaturhartlötlegierungen. Zu diesen Arten von Hartlot zählen insbesondere die Folgenden: Handy HI TEMP 548 Hartlötlegierung, hergestellt und vertrieben von Handy & Harmon, Inc., 859 Third Avenue, New York, NY, 10022, USA. Die HANDY HI-TEMP 548-Hartlötlegierung besitzt eine Nennzusammensetzung (in Gewichtsprozent) von 54,0–56,0% Kupfer; 5,5–6,5% Nickel; 3,5–4,5% Mangan; 0,01–0,40% Silizium; der Rest ist Zink mit Ausnahme eines größten Gehalts an anderen Elementen gleich 0,50 Gewichtsprozent. Es ist zu verstehen, dass keine Absicht vorliegt, durch die Ausführung einer spezifischen Hartlötlegierung den Schutzbereich der Erfindung zu beschränken.
Bei einem Aspekt der Erfindung kann der Firstbohrmeißelkörper 20 so sein, wie er beispielsweise in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2010/0187019 A1 an Swope et al. (an Kennametal Inc. in Latrobe, Pennsylvania, USA, abgetreten), beschrieben ist, dessen Inhalt durch Bezugnahme hier ganz aufgenommen ist. Es versteht sich jedoch, dass nicht beabsichtigt ist, den Schutzbereich der Erfindung durch die Beschreibung, die Darstellung oder die Aufnahme durch Bezugnahme, hierin dargelegt, der Arten von Firstbohrmeißelkörpern, die innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung verwendet werden können, zu begrenzen.
Unter Bezugnahme auf die 1–5 wird die harte Schneidplatte 30 ausführlicher beschrieben. Die harte Schneidplatte 30 umfasst in der Regel ein hartes Material wie etwa beispielsweise (Kobalt-)Wolframsintercarbid. Herkömmliche(Kobalt-)Wolframsintercarbidmaterialien, die sich für eine harte Schneidplatte 30 eignen, beinhalten eine Zusammensetzung von Kobalt-Wolframcarbid, wobei das Kobalt im Bereich zwischen etwa 2 Gewichtsprozent und etwa 12 Gewichtsprozent und der Rest Wolframcarbid und erkannte Verunreinigungen liegt. Insbesondere umfasst eine bevorzugte Zusammensetzung für die harte Platte 30 etwa 6 Gewichtsprozent Kobalt und der Rest Wolframcarbid und erkannte Verunreinigungen. Es ist zu verstehe, dass nicht beabsichtigt ist, den Schutzbereich der Erfindung durch die Ausführungen spezifischer Sintercarbidzusammensetzungen oder Bereiche für die Sintercarbidzusammensetzungen zu begrenzen.
Die harte Platte 30 weist eine obere Top-(oder axial vordere)Oberfläche 34 auf, die zwei geneigte Oberflächen präsentiert, insbesondere eine erste geneigte obere Oberfläche 36 und eine zweite geneigte obere Oberfläche 38. Die harte Schneidplatte 30 weist weiterhin ein Paar Seitenoberflächen 40, 42 und ein Paar gegenüberliegender Kanten- oder Stirnoberflächen 44, 46 auf. Bei einem Aspekt sind die Seiten 40, 42 allgemein flach und erstrecken sich allgemein parallel zueinander und allgemein parallel zu einer Längsachse L-L der Platte 30.
Die harte Platte 30 enthält auch Schneidoberflächen, insbesondere eine erste Schneidoberfläche 48 und eine zweite Schneidoberfläche 50. Bei einem Aspekt erstreckt sich die Schneidoberfläche 48 zu dem Ende 44 und befindet sich bei der ersten geneigten oberen Oberfläche 36. Analog erstreckt sich die Schneidoberfläche 50 zu dem Ende 46 und befindet sich bei der zweiten geneigten oberen Oberfläche 38. Diese Schneidoberflächen enthalten Schneidkanten, die die Erdschichten in Eingriff nehmen, so dass sie bei Drehung der Firstbohrmeißelbaugruppe 10 ein Bohrloch schneiden (bohren). Derartiges Bohren erzeugt Bohrklein (einschließlich Staub und größere Partikel und Stücke der Erdschichten).
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält die harte Platte 30 eine erste gerippte Nut 52 und eine zweite gerippte Nut 54. Die gerippten Nuten 52, 54 sind auf der oberen Oberfläche 34 der harten Platte 30 strukturiert und angeordnet, um das Entfernen oder die Evakuierung von Bohrklein von der oberen Oberfläche 34 der harten Platte 30 während einer Bohroperation zu unterstützen.
Bei einem Aspekt der Erfindung sind die erste gerippte Nut 52 und die zweite gerippte Nut 54 an einem allgemein zentralen Abschnitt der oberen Oberfläche 34 der harten Platte 30 positioniert. Die erste gerippte Nut 52 befindet sich allgemein bei der zweiten gerippten Nut 54. Beispielsweise befindet sich die erste gerippte Nut 52 bei der Seite 40 und erstreckt sich allgemein zwischen einem inneren Ende 56 der ersten geneigten oberen Oberfläche 36 und der zweiten Schneidfläche 50 der zweiten geneigten oberen Oberfläche 38. Analog befindet sich die zweite gerippte Nut 54 bei der Seite 42 und erstreckt sich allgemein zwischen einem ersten inneren Ende 58 der zweiten geneigten oberen Oberfläche 38 und der Schneidoberfläche 48 der ersten geneigten oberen Oberfläche 36.
Die erste gerippte Nut 52 und die zweite gerippte Nut 54 können unterschiedliche Gestalten und Konfigurationen aufweisen, um das Entfernen von Bohrklein von der oberen Oberfläche 34 der harten Platte 30 während einer Bohroperation effizient zu unterstützen. Bei einem Aspekt weisen die erste gerippte Nut 52 und die zweite gerippte Nut 54 eine allgemein konkave Gestalt oder Konfiguration auf. Wenn die harte Platte 30 während einer Bohroperation in der Richtung wie durch Pfeil R (siehe 5) gezeigt gedreht wird, sorgen die Gestalt und Konfiguration der ersten gerippten Nut 52 vorteilhafterweise dafür, dass das Bohrklein von der oberen Oberfläche 34 der harten Platte entfernt oder evakuiert wird, da sich das Bohrklein allgemein in der Richtung wie durch Pfeil M1 gezeigt bewegt. Analog sorgt eine Drehung der harten Platte 30 in der Richtung des Pfeils R dafür, dass die zweite gerippte Nut 54 das Bohrklein weg von der oberen Oberfläche 34 entfernt oder evakuiert, so dass sich das Bohrklein allgemein in der Richtung des Pfeils M2 bewegt.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung erstreckt sich eine zentrale Schneidoberfläche 60 zwischen der ersten gerippten Nut 52 und der zweiten gerippten Nut 54. Die zentrale Schneidoberfläche 60 kann unterschiedliche Formen und Konfigurationen aufweisen. Bei einem Aspekt der Erfindung ist die zentrale Schneidoberfläche allgemein konkav (siehe beispielsweise 3 und 4). Vorteilhafterweise verhindert die allgemein konkave Form der zentralen Schneidoberfläche 60, dass sich Bohrkleinmaterial an dem zentralen Abschnitt der harten Platte 30 ansammelt, und trägt zu dem effizienten Entfernen oder der effizienten Evakuierung des Bohrkleins weg von der oberen Oberfläche 34 der harten Platte 30 bei, da das Bohrklein in dem Bereich der zentralen Schneidoberfläche 60 innerhalb der ersten und zweiten gerippten Nut 52, 54 aufgenommen und von der oberen Oberfläche 34 evakuiert wird, wie oben beschrieben.
Bei einem weiteren Aspekt erstreckt sich die zentrale Schneidoberfläche 60 zwischen der Erstes-Ende-Schneidoberfläche 48 und der Zweites-Ende-Schneidoberfläche 50. Dies liefert eine kontinuierliche Schneidoberfläche, die sich von dem Ende 44 der harten Platte zu dem entgegengesetzten Ende 46 der harten Platte 30 erstreckt, um für ein effizienteres Bohren eines Bohrlochs zu sorgen.
In einem weiteren Aspekt vergrößern die beschriebene Konfiguration und Geometrie der harten Platte 30 und insbesondere die erste und zweite gerippte Nut 52, 54 die Festigkeit und die Standzeit der harten Platte 30 durch Reduzieren der auf die Mitte der harten Platte 30 ausgeübten axialen Kräfte im Vergleich zu bekannten Plattendesigns.
Wenngleich bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben zu Veranschaulichungszwecken beschrieben worden sind, ist für den Fachmann offensichtlich, dass zahlreiche Variationen der Details der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6533049 [0002]
US 6598688 [0002]
US 3554306 [0002]
US 5927411 [0003]
US 5833017 [0003]
US 6915867 B2 [0015]
US 2010/0187019 A1 [0018]

Claims

Harte Platte zur Verwendung mit einem Firstbohrmeißel, wobei die harte Platte Folgendes umfasst: eine erste Seite und eine zweite Seite gegenüber und allgemein parallel zu der ersten Seite, wobei sich die erste und zweite Seite in einer Längsabmessung der harten Platte erstrecken; eine erste geneigte obere Oberfläche und eine zweite geneigte obere Oberfläche, die beide zwischen der ersten und zweiten Seite positioniert sind; und eine erste gerippte Nut und eine zweite gerippte Nut, auf der oberen Oberfläche der harten Platte strukturiert und angeordnet, zum Entfernen von Bohrklein von der oberen Oberfläche der harten Platte während einer Bohroperation.
Harte Platte nach Anspruch 1, wobei die erste gerippte Nut an einem allgemein zentralen Abschnitt der oberen Oberfläche der harten Platte positioniert ist.
Harte Platte nach Anspruch 2, wobei die zweite gerippte Nut an dem allgemein zentralen Abschnitt der oberen Oberfläche der harten Platte allgemein bei der ersten gerippten Nut positioniert ist.
Harte Platte nach Anspruch 1, wobei sich die erste gerippte Nut bei der ersten Seite befindet und sich allgemein zwischen der ersten und zweiten geneigten oberen Oberfläche erstreckt.
Harte Platte nach Anspruch 2, wobei die zweite gerippte Nut sich bei der zweiten Seite befindet und sich allgemein zwischen der ersten und zweiten geneigten oberen Oberfläche erstreckt.
Harte Platte nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Schneidoberfläche, die sich zwischen der ersten gerippten Nut und der zweiten gerippten Nut erstreckt.
Harte Platte nach Anspruch 6, wobei mindestens ein Abschnitt der Schneidoberfläche, der sich zwischen der ersten gerippten Nut und der zweiten gerippten Nut erstreckt, allgemein konkav ist.
Harte Platte nach Anspruch 1, weiterhin mit einem gegenüberliegenden ersten und zweiten Ende, die sich jeweils zwischen der ersten und zweiten Seite erstrecken.
Harte Platte nach Anspruch 8, weiterhin mit einer Schneidoberfläche, die sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstreckt.
Harte Platte nach Anspruch 9, wobei die Schneidoberfläche von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende kontinuierlich verläuft.
Harte Platte nach Anspruch 9, wobei die Schneidoberfläche Folgendes enthält: eine Erstes-Ende-Schneidoberfläche, die sich zu dem ersten Ende und bei der ersten geneigten oberen Oberfläche erstreckt; und eine Zweites-Ende-Schneidoberfläche, die sich zu dem zweiten Ende und bei der zweiten geneigten oberen Oberfläche erstreckt.
Harte Platte nach Anspruch 11, wobei die Schneidoberfläche weiterhin eine zentrale Schneidoberfläche enthält, die sich von der Erstes-Ende-Schneidoberfläche zu der Zweites-Ende-Schneidoberfläche erstreckt.
Harte Platte nach Anspruch 12, wobei mindestens ein Abschnitt der zentralen Schneidoberfläche die erste gerippte Nut und die zweite gerippte Nut trennt.
Harte Platte nach Anspruch 1, wobei die erste gerippte Nut allgemein konkav ist.
Harte Platte nach Anspruch 1, wobei die zweite gerippte Nut allgemein konkav ist.
Harte Platte zur Verwendung mit einem Firstbohrmeißel, wobei die harte Platte Folgendes umfasst: eine erste Seite und eine zweite Seite gegenüber und allgemein parallel zu der ersten Seite, wobei sich die erste und zweite Seite in einer Längsabmessung der harten Platte erstrecken; eine erste geneigte obere Oberfläche und eine zweite geneigte obere Oberfläche, die beide zwischen der ersten und zweiten Seite positioniert sind; und Mittel zum Entfernen von Bohrklein von der oberen Oberfläche der harten Platte während einer Bohroperation.
Harte Platte nach Anspruch 16, wobei das Mittel zum Entfernen des Bohrkleins eine erste gerippte Nut enthält, die an einem zentralen Abschnitt der oberen Oberfläche der harten Platte positioniert ist, und eine zweite gerippte Nut, die an dem allgemein zentralen Abschnitt der oberen Oberfläche der harten Platte bei der ersten gerippten Nut positioniert ist.
Harte Platte nach Anspruch 1, weiterhin mit einer kontinuierlichen Schneidoberfläche, die sich von einem ersten Ende der harten Platte zu einem zweiten Ende der harten Platte erstreckt.
Firstbohrmeißel, der Folgendes umfasst: einen länglichen Firstbohrmeißelkörper mit einem vorderen Ende und einem hinteren Ende, wobei der Firstbohrmeißelkörper einen Schlitz an dem vorderen Ende enthält; und eine harte Platte, die in dem Schlitz des Firstbohrmeißelkörpers aufgenommen ist, wobei die harte Platte eine erste gerippte Nut und eine zweite gerippte Nut enthält, strukturiert und angeordnet auf einer oberen Oberfläche der harten Platte, zum Entfernen von Bohrklein von der oberen Oberfläche der harten Platte während einer Bohroperation.
Firstbohrmeißel nach Anspruch 19, wobei der Schlitz einen gewölbten Oberflächenabschnitt zum Aufnehmen eines in der unteren Oberfläche der harten Platte ausgebildeten bogenförmigen Oberflächenabschnitts enthält.