DE3030010C2 - Drehbohrmeißel für Tiefbohrungen - Google Patents
Drehbohrmeißel für TiefbohrungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Drehbohrmeißel für Tiefbohrungen bestehend aus einem einen Gewindezapfen für eine Verbindung mit einem Bohrstrang oder
dergleichen Drehantrieb umfassenden Anschlußkörper aus Stahl, dessen Kopf mit Schneidgüedem versehen ist,
die sich vom Basisbereich des Kopfes bis in dessen nach innen eingezogenen Zentralbereich erstrecken, in
reihen* oder streifenförmigen Gruppen über den Außenumfang des Meißels vorstehend zusammengefaßt
und in einer Bindemitte^Masse abgestützt sind
Bei bekannten Drehbohrmeißeln dieser Art sind die Schneidglieder in einer Matrix-Bindemittel-Masse abgestützt,
die auf den Anschlußkörper aus Stahl
aufgebracht ist. Als Matrix-Bindemittel-Masse wird in
der Regel Wolframkarbid mit Kupferlegierungen als Bindemittel verwendet Dieser Werkstoff besitzt einen
hohen Erosions- und Abrasionswiderstand, ist aber wegen des Hartmetallanleils sehr teuer. Trotzdem wird
zur Aufnahme der beim Herstellungsvorgang auftretenden Wärmespannungen eine größere Schichtdicke
benötigt, um Rißbildungen zu verhindern, so daß als Nachteil bekannter Drehbohrmeißel die Menge des
benötigten teuren und knappen Matrix-Materials anzuführen ist
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, bei einem Drehbohrmeißel der eingangs genannten
Art die Matrix-Bindemittel-Masse so anzuordnen, daß der Anteil teuren Materials verringert werden kann,
ohne daß die mechanischen Eigenschaften des Meißels verschlechtert werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Drehbohrmeißel der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die
Anordnung der Matrix-Bindemittel-Masse auf den Bereich der vorstehend streifen- odei reihenförmigen
Gruppen mit Schneidgliedern oder SchneWbelägen
beschränkt ist, die Matrix-Bindemittel-Masse als Schicht ausgebildet ist und der Zwischenraum zwischen dieser
Schicht und dem Anschlußkörper aus Stahl mit einem Füllmaterial versehen ist
Die steg- oder rippenförmige Ausbildung der die Matrix-Bindemittel-Masse umfassenden Schneiden hat
zur Folge, daß Wärmespannungen nur partiell am Umfang auftreten können. Daher erfolgt keine Addition
der Anteile von Wärmespannungen, und die befürchteten Schichtrisse werden vermieden. Die Dicke der
Matrix-Bindemittel-Schicht selbst kann bei der erwähnten Ausbildung der Schneiden verringert werden, wenn
die Masse im Kernbereich durch ein Füllmaterial ersetzt wird. Die Einsparung an Matrix-Material besteht also in
zweifacher Hinsicht
Als Füllmaterial eignet sich z. B. Stahl, mit dem der
Zwischenraum zwischen der Schicht aus Matrix-Bindemittel-Masse und dem Stahl-Anschlußkörper verfüllt
wird und das anschließend durch Sinterprozesse gebunden wird.
Ein besonderer Vorteil dieser Zwischenschicht liegt in der Pufferwirkung bezüglich des sich beim Aufheizvorgang
ausdehnenden Stahl-Anschlußkörpers gegenüber der Graphitform.
Die Matrix-Bindemittel-Masse kann als gleichmäßig dicke Schicht in tangentialer Richtung zur Oberfläche
und orthogonal dazu beschaffen sein, wenn der Einsatz des Drehbohrmeißels aufgrund der Formation einen
gleichmäßigen Abrieb erwarten läßt oder auch nach dem Grad der an verschiedenen Stellen des Meißels
beim Bohrbetrieb auftretenden Abrasions- und Erosionskräfte bemessen sein. Auch hinsichtlich des der
Matrix-Bindemittel-Masse beigegebenen Materials läßt
sich zwischen verschieden abriebfesten Materialien eine Auswahl unter Berücksichtigung der zu erwartenden
Verschleißkräfte treffen.
Bei allen erwähnten Ausführungsformtn lassen sich vorgeformte verschleißfeste Stützkörper in die Matrix-Bindemittel-MäsSe
bzw. das Füllmaterial einsetzen, auf die nach dem Herstellungsvorgang des Melßelkörpers
Diamantplättchen gelötet werden können.
Ebenso können auch künstliche oder natürliche Diamanten in die Matrix-Schicht oberflächengesetzt
werden oder kleinkalibrige Diamanten lassen sich direkt in die Matrix-Bindemittel-Viasse imprägnieren, Darüber
hinaus sind Kombinationen aus den erwähnten Schneid* materialien möglich.
Die zur Abführung des Bohrkleins und zur Kühlung der Schneiden üblichen Düsen bzw. Ablaufrinnen mit
Durchtrittskanälen zu einer zentralen Bohrung lassen sich in das Matrix-Material einsetzen bzw. aus der
Matrix-Masse und gegebenenfalls dem Füllmaterial herausformen.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Düsen sind die Durchtrittskanäle mit konstantem Querschnitt
zur Meißeloberfläche herausgeführt und weisen vorzugweise ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge im
Bereich zwischen 0,5 und 0,1 auf.
Falls bei bestimmten Proportionen der Schneiden die für die Bindung nutzbare Oberfläche des Stahlanschlußkörpers
vergrößert werden muß, können im Bereich der Schneiden Leisten auf den Anschluß-Körper aufgeschweißt
oder Stege bei der Bearbeitung des Stahlkörpers als Vorsprünge ausgespart werden.
Diese Leisten werden dann notwendig, wenn das Verhältnis von Schneidenbreite zu S^neidenhöhe eins
oder kleiner als eins ist Ein aufgrund t^r Meißelgeometrie
oder Bohrungsverhältnisse notwenuig werdender Verschleißschutz des Grundkörpers zwischen den
Rippen kann durch Ummanteln des Grundkörpe. s mit einer Panzerung geeigneter Materialien durch Aufschweißen,
Flamm-, Plasmaspritzen am Stahlanschlußkörper erreicht werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen; in der nachstehenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
veranschaulicht sind, ist die Erfindung erläutert In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung eines ersten Drehbohrmeißels mit Schneiden, die als Stege ausgebildet
sind und vovgeformte. auf Stützkörpern befestigte Schneidplättchen tragen, die Spülflüssigkeit wird durch
Düsen geleitet
F i g. 2 einen zweiten Drehbohrmeißel, dessen Schneiden wie bei demjenigen in F i g. 1 ausgebildet sind, bei
dem die Spülflüssigkeit jedoch über Ablaufrinnen geleitet wird,
F i g. 3 einen dritten Drehbohrmeißel mit flachen Stegen, deren tangentiale Oberflächen Schneldpartikel
beinhalten und einen Schneidbe'ag bilden und di; nach
einem bestimmten Profil von Wasserwegen durchbrochen sind.
F i g. 4,5 zeigen Schnitte durch verschiedene Ausführungsformen
eines Drehbohrmeißels gem. Fig. 1.
F i g. 6, 7 u. 8 zeigen Schnitte durch verschiedene Ausführungsformen eines Drehbohrmeißels gem.
Fig. 2.
Fig.9, 10 zeigen Schnitte durch verschiedene
ALsfüiirungsformen eines Drehbohrmeißels gem.
Fig. 3.
In F i g. 1 ist ein Drehbohrmeißel dargestellt der einen Anschlußkörper 7 aus Stahl und drei stegförmige
Schneiden umfaßt, die sich jeweils vom äußeren Radius des Meißels zum 7?ntrum erstrecken. Die Schneiden
besitzen vorgeformte Schneidplättchen mit polykristallinem Sinterdiamant, die auf in den Steg teilweise
eingelassenen Stützkörpern befestigt und als Ganzes mit 1 bezeichnet sind. Zur Versorgung des Meißels mit
Spülflüssigkeit sind innerhalb des Stahl-Anschlußkörpers 7 eine zentrale Bohrung und Durchtritts-Kanäle für
die Spülung vorgesehen, die in Düsen 5 ausmünden.
Die Schneiden einschließlich der Düsen sind beim Bohrbetrieb starken Abrasionskräften anssresp.ty.t und
besitze/i eine abrasions- und erosionsfeste Oberfläche
^iis tviätnx-BiHäem'lfiel-Masse 3. Öer Übrige Stahlkörper
ist urigescKützt qder mit einer 'Panzerung 6'durch
Aufschweißen, Flamm- öder Plaßfiiaspritzen geeigneten
Materials auf den AiistiKIuÖkörper versehen, >
Ziir Veransch'äulicBuiig des Aüfbaüs eiaes Steges sind
in Fig,4 upd 5 Schnitte durch, einen Steg gemäß, der
Ausführung in Fig., 1' dargestellt. Äuf.eineni Stahl-AnsöhiüBkörper
7! ist ein Steg mil ei.neifi als Ganzes mit 1
^zeichneten Scnnei^ei|iment angeordnet. Per Steg in
besieht aus einer aiißcreii Schicht Matrix-Bindemittel-Masse
3, die wie oben beschrieben, durch einen Ztisat? aus einem verschleißfesten Material, z. B. einem Karbid,
sehr abrasions- und erosionsbeständig ist. Ein innerer kqrri 4 ist dagegen aus Stahl bestehend, der durch i>
Sinterprbzesse mit oder ohne Binderzugabe gebunden wird. Die Matrix-Bindemittel-Masse 3 bzw. der Stahlkern
4 dient neben seiner Hauptaufgabe als Halterung und Stütze rür die Scnneiueiernenie ι auch zum Schutz
tier Düsen 5, die die Spülflüssigkeit führen. Der übrige 2» Stahl-Anschlußkörper kann gleichfalls mit der Panzerung
6 versehen sein, die wie bereits oben beschrieben, durch Aufschweißen, Flamm- oder Plasmaspritzen
geeigneten Materials auf den Anschlußkörper ausgeführt sein kann.
Der Unterschied des in F i g. 5 dargestellten Steges gegenüber demjenigen in F i g. 4 besteht in der größeren
Höhe. Dieser Steg besitzt zur Vergrößerung der für die Bindung an den Stahl-Anschlußkörper 7 nutzbaren
Oberfläche eine Leiste 8. die zum Beispiel auf den 'Stahl-Anschlußkörper 7 aufgeschweißt oder bei der
Bearbeitung als Erhebung ausgespart wurde.
Beispiele dafür, wie eine partiell aufgebrachte jMatrix-Bindemiltel-Masse 3 mit Stahlkern 4 auch zur
Darstellung anderer Meißelformen geeignet ist, liefern !der in Fig.2 dargestellte zweite Meißel sowie die
entsprechenden Schnitte in' Fig.6, 7, 8, Unter
BeihehaÜUitig.der ifn Zusammenhang, mit den Fig. i,j4
und 5 beschriebenen Schrieideleri}ente i .,sind, anslejle
von Düs,en"auißense'itig offene Ablaufrinnei) 9 vorgesehen,
die in die Matr.ixrB)rideniiiiefi^iHsSP,. eingelassen
oder eingcformf sin'd und jri die die ijiit der zentralen
Efohrung im Innern des MeiÖels yerbundenen Durciijrittskänäje
einmünden. Die äußere . abfäsionsfeste
Schiciitdef A^laufrinnen 9 ist der Ai('ßertkontur. folgend
mit ins Innere gezogen, so daß an aÜeri, Oberfjäichei]-punktcn
des Steges einschließlich der eingelassenen Ablaufrinnen in etwa die gleiche Schichtdicke aus
abrasiönsfestem Material anzutreffen ist. Bei einer größeren Höhe des Steges ist gem. Fig. 7 eine Leiste 8
Vorgesehen, die die gleiche .Aufgabe erfüllt wie im Zusammenhang mit der Ausführung in F i g· 5 beschrieben.
F i g. 8 zeigt eine Ausführung eines in der Höhe
F i g. 8 zeigt eine Ausführung eines in der Höhe
Bindemittel-Masse 3 und des Stahlkerns 4 eine Ausnehmung im Stahl-Anschlußkörpcr 7 vorhanden ist.
Bei einem dritten Bohrmeißel gem. Fig.3 sind
anstelle von vorgefertigten, genau positionierten Schneidelementen Schichten aus Schneidmaterial mit
z. B. in die Matrix-Bindemittel-Masse eingebundenen natürlichen Diamanten als äußere Tangentialfläche der
.Rippen geformt und bilden einen Schneidbelag 2. Dieser SchneiVselag 2 wird nach Art eines Reifenprofils von
Ablaufrinnen 9 unterbrochen und durchzogen, in die, wie beim zweiten Drehbohrmeißel (F i g. 2) beschrieben,
mit der zentralen Bohrung verbundene Durchtrittskanäle münden.
Der im Querschnitt in den Fig.9, 10 dargestellte Aufbau entspricht wiederum hinsichtlich der Anordnung
der Matrix-Bindemittel-Masse 3 und des Stahlkerns 4 den übrigen behandelten Ausführungsformen.
Hier/u ft Blatt Zeichnungen
Claims (17)
1. Drehbohrmeißel für Tiefbohrungen, bestehend aus einem einen Gewindezapfen für eine Verbindung
mit einem Bohrstrang ode[ dergL Drehantrieb umfassenden Anschlußkörper aus Stahl, dessen
Kopf mit Schneidgliedern und/oder Schneidbelägen versehen ist, die sich vom Basisbereich des Kopfes
bis in dessen Zentralbereich erstrecken, in reihen- oder streifenförmigen Gruppen über den Außenumfang
des Meißels vorstehend zusammengefaßt und in einer Matrix-Bindemittel-Masse abgestützt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Matrix-Bindemittel-Masse auf den Bereich
der vorstehend streifen- oder reihenförmigen is
Gruppen mit Schneidgliedern (1) und/oder Schneidbelägen (2) beschränkt ist, die Matrix-Bindemittel-Masse
(3) als Schicht ausgebildet ist und ein Zwischenraum zwischen dieser Schicht und dem
Anschluß örper (7) aus Stahl mit einem Füllmaterial {4} versehen ist.
2. Drehbohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix-Bindemittel-Masse
im Bereich der Schneidglieder (1) oder Schneidbeläge (2) als vorgeformter Hartbelag ausgebildet ist,
welcher durch Sinterprozessemittels des Füllmaterials (4) mit dem Anschlubkörper aus Stahl (7)
verbunden ist
3. Drehbohrmeißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der
Matrix-Biniemittel-Masse (3) über den gesamten
Bereich ihrer Ausdehnung gleichmäßig beschaffen ist.
4. Drehbohrmeißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der
Matrix-Bindemittel-Masse (3) nach dem Grad der an verschiedenen Stellen des Meißels beim Bohrbetrieb
auftretenden Abrasions- und Erosionskräfte bemessen ist
5. Drehbohrmeißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Wahl des Materials
der Matrix-Bindemittelmasse nach dem Grad der beim Bohrbetrieb auftretenden Abrasions- und
Erosionskräfte getroffen ist.
6. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial
(4) in den Zwischenraum zwischen Matrix-Bindemittel-Masse (3) und Stahl-Anschlußkörper (7) eingebracht
und durch Sinterprozesse gebunden ist
7. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer
zentralen Bohrung im Stahl-Anschlußkörper (7) verbundene Durchtrittskanäle für Spülflüssigkeit
vorgesehen sind, die in Düsen (5) ausmünden, wobei die Düsen in Drehrichtung des Meißels vor den
Schneidelementen (1) angeordnet sind und durch die Matrix-Bindemittel-Masse (3) geschützt sind.
8. Drehbohrmeißel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (5) integral aus
Matrix-Bindemittel-Masse geformt und gebildet sind,
9. Drehbohrmeißel nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (5) aus den Durchtrittskanälen gebildet sind Und einen konstanten
Querschnitt Über die Länge aufweisen.
10. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer
zentralen Bohrung im Stahl-Anschlußkörper (7) ein oder mehrere Durchtritts-Kanäle für Spülflüssigkeit
vorgesehen sind, die in außenseitig offenen Ablaufrinnen ausmünden, daß die Ablaufrinnen (9) in die
Matrix-Bindemittel-Masse (3) und das Füllmaterial (4) eingebettet sind und dabei der Schichtverlauf der
Matrix-Bindemittel-Masse der iionturder Ablaufrinnen
(9) folgt
11. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sthneidglieder
(1) aus Schneidplättchen mit polykristallinem Sinterdiamant oder imprägnierten Schneidelementen
gebildet sind, die ihrerseits auf Stützkörpern befestigt sind.
12. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schneidbeläge (2) aus natürlichen oder synthetischen oder einer Kombination aus beiden Arten von
Diam?nten bestehen, die in die Matrix-B'ndemittel-Masse (3) imprägniert und/oder oberflächengesetzt
sind.
13. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl Schneidglieder
(1) aus Schneidplättchen mit polykristallinem Sinterdiamanten oder imprägnierten Schneidelementen,
die ihrerseits auf Stützkörpern befestigt sind, vorgesehen sind, als auch Schneidglieder oder
Schneidbeläge aus natürlichen oder synthetischen oder einer Kombination aus beiden Arten von
Diamanten, die in die Matrix-Bindemittel-Masse (3) imprägniert und/oder oberflächengesetzt sind.
14. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, d3ß zur Vergrößerung
der für die Bindung wirksamen Oberfläche zwischen Anschlußkörper aus Stahl (7) und Füllmaterial
(4) Leisten (8) auf den Anschiußkörper aufgebracht bzw. bei der Rohbearbeitung des
Anschlußkörpers ausgespart sind
15. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
vorstehend streifen- oder reiheiiförmigen Gruppen eine Panzerung (6) aus abrasions- oder erosionsfestem
Material aufgebracht ist
16. Drehbohrmeißel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß die Panzerung (6) aus Hartbelag
gebildet ist, der z. B. durch Aufschweißen,
Flamm- oder Plasmaspritzen geformt werden kann.
17. Drehbohrmeißel nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet daß das Füllmaterial (4)
im Zwischenraum zwischen der Schicht aus Matrix-Bindemittel-Masse und dem Anschlußkörper (7) aus
Stahl gleichfalls aus Stahl gebildet ist
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