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Gesteinsbohrer-Einsatzschneide aus zwei oder mehreren Schichten Hartmetall
Die Erfindung bezieht sich auf Gesteinsbohrer-Einsatzschneiden. Für deren Brauchbarkeit
ist maßgebend hohe Verschleißfestigkeit, um eine möglichst günstige Beziehung zwischen
der Anzahl geleisteter Bohrmeter und dem verbrauchten Hartmetall zu erhalten, ferner,
daß die Einsatzschneide den starken Stoßbeanspruchungen =beim Arbeiten-mit den modernen
Stoßbohrmaschinen ohne zu zerbrechen oder auszubröckeln standhält. Diese beiden
Eigenschaften in einer homogenen Einsatzschneide zu vereinigen, bietet Schwierigkeiten,
weil, wenn die Härte und demzufolge auch der Widerstand gegen Verschleiß zunimmt,
die Einsatzschneide auch mehr spröde wird und umgekehrt, wenn die Zähigkeit und
demzufolge die mechanische Festigkeit zunimmt, der Verschleißwiderstand zurückgeht.
Man hat daher Einsatzschneiden auch schon zonenweise aufgebaut, wobei der obere
Teil der Schneide mit der Schneidkante mehr verschleißfest und der untere Teil mehr
zäh ist und die der Bodenfläche am nächsten liegende Schicht am zähesten ist.
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Auch die Erfindung macht von einem zonenweisen Aufbau der Schneide
Gebrauch. Durch die vorteilhafte Vereinigung teils bekannter, teils neuer Merkmale
erreicht sie eine beträchtliche Steigerung der Standzeit der Einsatzschneide. Diese
Merkmale sind: a) daß die mittlere Korngröße der Hartstoffkörnchen des Hartmetalls
von Schicht zu Schicht in Richtung von der Schneidkante zur Bodenfläche hin zunimmt,
b) daß der Unterschied in der mittleren Korngröße zwischen benachbarten Schichten
wenigstens 0,5 #t beträgt, c) daß die eben oder gekrümmt verlaufenden Schichtflächen
die vier Seitenflächen der Einsatzschneiden schneiden und senkrecht auf zwei gegenüberliegenden
Seitenflächen der Schneide stehen.
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Während bei der bekannten, inhomogen aus teils verschleißfesten, teils
zähen Zonen aufgebauten Einsatzschneide die verschleißfesten Teile an den Enden
der Einsatzschneide am Umfang der Bohrkrone oder auch in einer oder mehreren verhältnismäßig
dünnen Zonen angebracht sind, die parallel zu den Seitenflächen der Einsatzschneide
liegen; verlaufen gemäß der Erfindung die Schichtflächen derart, daß sie: praktisch
senkrecht auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der Einsatzschneide stehen;
sie erstrecken sich im wesentlichen zwischen den Endflächen der Schneide; außerdem
beträgt der Unterschied in der mittleren Korngröße zwischen benachbarten Schichten
wenigstens 0,5 [,. Eine Einsatzschneide, die durchgehend aus einem harten, gegen
Verschleiß widerstandsfähigen Hartmetall besteht, behält ihre Höhe für eine gewisse
Anzahl von Bohrmetern länger als eine Einsatzschneide aus einem gegen Verschleiß
weniger widerstandsfähigen, dagegen aber zäheren Hartmetall. Demgegenüber hat die
zähere Einsatzschneide den Vorteil, daß sie bis zu einer geringeren Höhe als die
harte und gegen Verschleiß widerstandsfähigere Schneide abgearbeitet werden kann,
ehe sie infolge der mechanischen Beanspruchungen bricht.
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Die Einsatzschneide gemäß der Erfindung vereinigt in überraschendem
Maße Verschleißfestigkeit und Zähigkeit und gewährleistet damit die mit dieser angestrebte
hohe Standzeit und weitgehende Ausnutzung des Hartmetalls.
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Die mehr feinkörnige Schicht oder Schichten können im wesentlichen
denselben oder einen höheren Gehalt an Bindemetall, als die mehr grobkörnigen Schichten
haben.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Bohrerkrone-
mit einer Einsatzschneide aus Hartmetall und Fig. 2, 3, und 4 verschiedene Ausführungsformen
der Einsatzschneide im Querschnitt zur Längsrichtung der Schneide, Fig. 5 einen
Längsschnitt nach A-A durch Fig. 2, Fig. 6 und 7 zwei Längsschnitte mit bogenförmig
bzw. winklig verlaufenden Schutzgrenzen.
Bei der in Fig: 1 dargestellten
Bohrerkrone ist eine Einsatzschneide aus Hartmetall durch Löten oder in anderer
geeigneter Weise in einer Nut befestigt. Die Bohrerkrone kann auch mit mehreren
Einsatzschneiden, beispielsweise mit vier Schneiden, versehen sein, die in Kreuzform
angeordnet sind, wobei jede Einsatzschneide in zwei oder mehrere getrennte Teile
unterteilt sein kann. Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellte
plattenartige Form beschränkt, sondern die Einsatzschneide kann innerhalb des Schutzumfanges
der folgenden Ansprüche jede andere Form haben. So kann die Einsatzschneide mit
konvergierenden Seitenflächen in der Bohrrichtung hergestellt werden, wodurch der
Bodenteil der breiteste Teil wird.
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Die Fig.2 bis 4 zeigen einige Beispiele für die Anordnung der verschiedenen
aus Hartmetall bestehenden Schichten. In Fig. 4, welche die einfachste Ausführungsform
darstellt, ist die feinkörnige gegen Verschleiß mehr widerstandsfähige Schicht 12
und die grobkörnige zähere Schicht mit 13 bezeichnet. Bei den Ausführungsbeispielen
nach Fig. 2 ist eine dritte Schicht 14 und nach Fig. 3 sind Schichten 15, 16 und
17 zwischen der gegen Verschleiß mehr widerstandsfähigen und der zäheren Schicht
(12 bzw. 13) angeordnet, wobei in diesen Schichten die Korngröße zum Boden der Einsatzschneide
hin zunimmt.
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Die stoffliche Zusammensetzung kann in der ganzen Schneide im wesentlichen
dieselbe sein; sie kann aber auch sich mit der Änderung der Korngrößen in den verschiedenen
Schichten selbst ändern. Der Gehalt an Bindemetall kann somit in der mehr feinkörnigen
und gegen Verschleiß mehr widerstandsfähigen Schicht etwas höher als in der mehr
grobkörnigen und zäheren Schicht sein.
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Beispielsweise kann für Einsatzschneiden ein Hartmetall verwendet
werden mit der Zusammensetzung 91 bis 94'% WC und 6 bis 9%. Co bei einer mittleren
Korngröße für die gegen Verschleiß mehr widerstandsfähige Schicht zwischen 1 und
2,5 [, und einer mittleren Korngröße für die zähere Schicht zwischen 3 und 6 g..
Zur Herstellung eines solchen Einsatzes kann ein mehr feinkörnigen Karbid als Hartstoff
enthaltendes Hartmetallpulver mit beispielsweise 8 % Kobalt zuerst in ein Preßwerkzeug
gefüllt und bei einem gewissen niedrigen Druck zusammengepreßt werden. Danach wird
dieser Einsatz in der üblichen Weise gesintert. Dabei wird eine geschmolzene Phase
des Bindemetalls und in diesem gelöstes Karbid gebildet. Das feinkörnige Karbidpulver
wird dabei infolge der Kapillarwirkung mit der Bindephase angereichert. Hierdurch
wird ein höherer Gehalt an Kobalt in der mehr feinkörnigen Schicht als in der mehr
grobkörnigen des fertig hergestellten Hartmetalls erzielt. Auch die Dicke der Schicht
kann von Einfluß auf den Kobaltgehalt sein. Es bereitet aber keine Schwierigkeiten,
diese verschiedenen Faktoren so zu steuern, daß ein für die mehr feinkörnigen Schichten
wesentlich erhöhter Verschleißwiderstand erhalten wird. Nach einem anderen Beispiel
enthält das Hartmetall ungefähr 93% WC und ungefähr 7% Co. Infolgedessen hat die
gegen Verschleiß mehr widerstandsfähige Schicht einen etwas höheren Köbaltgehalt
und die-zähere Schicht einen etwas geringeren Kobaltgehalt, wenn die. mittlere Korngröße
der Hartstoffkömer für die gegen Verschleiß mehr widerstandsfähige Schicht ungefähr
1 bis 2 #x und für die zähere Schicht etwa 4 bis 5 #t ist. Die Zusammensetzung des
Hartmetalls und die Komgrößen der Schichten müssen natürlich mit Bezug auf die Art
des Gesteins gewählt werden, das zu bohren ist.
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Die Einsatzschneide besteht gewöhnlich aus einer zusammengesinterten
Einheit, und die Grenzen zwischen den Schichten können scharf sein oder einen mehr
oder weniger fortlaufenden Übergang zeigen. Die Schichtflächen in der Einsatzschneide
können im wesentlichen parallel zum Boden des Einsatzes verlaufen (Fig. 5). Sie
können aber in der Längsrichtung des Einsatzes auch bogenförmig verlaufen; auch
ein winkliger ist möglich (Fig. 7).