DE3111156C1 - Schneidglied fuer Drehbohrmeissel zum Tiefbohren in Erdformationen - Google Patents
Schneidglied fuer Drehbohrmeissel zum Tiefbohren in ErdformationenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Schneidglied für Drehbohrmeißel zum Tiefbohren in Erdformationen nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei den bekannten, im Handel befindlichen Schneidgliedern dieser Art (US-PS 40 06 788) besteht der
Stützkörper mitsamt seiner Schneidschicht aus einem kreisförmigen Plättchen bzw. einem flachen Zylinder,
und das die Schneidschicht bildende polykristalline synthetische Diamantmaterial ist durch einen Sinterbzw.
Heißinfiltrationsvorgang auf dem Stützkörper aufgebracht und bildet mit diesem eine feste Einheit.
Den weitaus größten Anteil an den Gestehungskosten derartiger Diamant-Schneidplättchen bedingt hierbei
das teuere Diamantmaterial. Derartige Schneidglieder ermöglichen zwar einen universellen Einsatz an
Drehbohrmeißeln für Tiefbohrungen, die dabei gute Bohrleistungen zeigen, jedoch sind die in dieser Weise
mit Diamant-Schneidgliedern ausgestatteten Bohrmeißel wegen des hohen Preises für das Diamantmaterial
sehr teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneidglied für Drehbohrmeißel zum Tiefbohren in
Erdformationen der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das hinsichtlich seiner Schneidleistung im
Bohrbetrieb im wesentlichen die gleichen günstigen Werte wie die bekannten Schneidglieder erbringt, dabei
jedoch bedeutend billiger als diese ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Ausgestaltung des Schneidgliedes entsprechend dem
Anspruch 1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Stützkörper mitsamt seiner Diamant-Schneidschicht
von vornherein lediglich auf jenen Teil der Tragfläche des Trägerkörpers begrenzt, der im
praktischen Bohrbetrieb allein die Schneidarbeit verrichtet. Der auf der restlichen Tragfläche des Trägerkörpers
angebrachte, wesentlich billigere Ergänzungskörper aus Hartmetall, wie z. B. Wolframkarbid, dient
dabei als Spanfläche, schützt den Trägerkörper und verbessert die Abstützung des Stützkörpers und seiner
Schneidschicht. Hinsichtlich der Schneidleistung und -wirkung des erfindungsgemäßen Schneidgliedes erfüllt
dieses die gleichen Anforderungen wie ein solches mit kreisförmigem Schneidplättchen, während bei funktionsbezogener
Formgestaltung des Schneidgliedes wesentliche Einsparungen an wertvollem Diamantmaterial
erzielt werden. Hinzu kommt, daß auch unverbrauchte Restteile bereits benutzter Kreisplättchen
kostengünstig für die Herstellung von erfindungsgemä-
ßen Schneidgliedern verwendet werden können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen; in der
nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des
Gegenstands der Erfindung schematisch veranschaulicht; es zeigen
F i g. 1 bis 6 je ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schneidglieds in Draufsicht in Teil a
und in Seitenansicht in Teil b jeder Figur, und
F i g. 7 und 8 je ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schneidgliedes in einem Axialschnitt
im in einem Meißelkopf eingebauten Zustand.
Das in der Zeichnung dargestellte Schneidglied umfaßt einen Trägerkörper 1, der bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1 —3 und 5, 6 die Form eines
flachen Zylinders besitzt. Der Trägerkörper 1 hat dabei eine kreisförmige Grundfläche 2 und eine mit dieser
kongruente Tragfläche 3 für einen Stützkörper 4 mitsamt seiner Schneidschicht 5 und einen Ergänzungskörper 6. Der Trägerkörper 1 und der Ergänzungskörper
6 bestehen aus einem geeigneten Hart- bzw. Sintermetall, z. B. Wolframkarbid od. dgl. Aus diesem
Material besteht auch der Stützkörper 4, wobei die Schneidschicht 5 aus geeignetem Diamantmaterial,
insbesondere polykristallinem synthetischem Diamantmaterial, besteht und durch einen Heißinfiltrationsvorgang
nach an sich bekannten Verfahren mit dem Stützkörper 4 fest verbunden ist.
Der Stützkörper 4 mitsamt seiner Schneidschicht 5 ist aus einem an einer Oberfläche die Schneidschicht
aufweisendnen kreiszylindrischen Formkörper, der nach an sich bekannten Herstellungsverfahren gebildet
sein kann, z. B. durch Funkenerosion ausgeschnitten und nimmt lediglich einen Teil der ebenen, kreisförmigen
Tragfläche 3 des Trägerkörpers 1 ein. Auf der restlichen Tragfläche des Trägerkörpers 1 ist der Ergänzungskörper
6 angebracht, der eine Form besitzt, die sich mit der des Stützkörpers 4 mitsamt Schneidschicht 5 zu einer
vollständigen Kreisfläche ergänzt. Dabei besitzt der Stützkörper 4 mitsamt seiner Schneidschicht 5 seinerseits
die Form eines Kreisabschnittes oder -ausschnittes. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 besitzen
sowohl der Stützkörper 4 mitsamt Schneidschicht 5 als auch der Ergänzungskörper 6 in Draufsicht jeweils die
Form eines Halbkreises.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig.2 zeigt den Stützkörper 4 mitsamt Schneidschicht 5 in Draufsicht
als Kreissegment, wobei der Ergänzungskörper 6 den übrigen Teil der Kreisfläche einnimmt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist umgekehrt der Ergänzungskörper 6 als Kreissegment
ausgeführt und der Stützkörper 4 mitsamt Schneidschicht 5 nimmt den verbleibenden Teil der Kreisfläche
ein.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 besitzt der Trägerkörper 1 eine dreiseitig von Geraden und
einseitig von einem Kreisbogen begrenzte Grundform mit entsprechender Gestalt von Grundfläche 2 und
Tragfläche 3. Der Stützkörper 4 mitsamt Schneidschicht hat bei diesem Beispiel die Form eines Kreissektors.
Der restliche Teil der Tragfläche 3 des Trägerkörpers 1 ist vom Ergänzungskörper 6 eingenommen, der bei
diesem Ausführungsbeispiel aus fertigungstechnischen Gründen in der Mitte unterteilt ist, wobei jedoch die
Oberflächen der Teile des Ergänzungskörpers 6 in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.
Die Darstellung in Fig.5 zeigt den Stützkörper 4 mitsamt Schneidschicht 5 in Draufsicht als Kreisfläche mit einem sektorförmigen Ausschnitt, der von dem Ergänzungskörper 6 eingenommen ist. Es kann aber auch umgekehrt der Ergänzungskörper 6 in der Draufsicht als Kreisfläche mit einem ausgeschnittenen Sektor ausgeführt sein, den der entsprechend kreissektorförmige Stützkörp.er 4 mitsamt Schneidschicht 5 einnimmt.
Die Darstellung in Fig.5 zeigt den Stützkörper 4 mitsamt Schneidschicht 5 in Draufsicht als Kreisfläche mit einem sektorförmigen Ausschnitt, der von dem Ergänzungskörper 6 eingenommen ist. Es kann aber auch umgekehrt der Ergänzungskörper 6 in der Draufsicht als Kreisfläche mit einem ausgeschnittenen Sektor ausgeführt sein, den der entsprechend kreissektorförmige Stützkörp.er 4 mitsamt Schneidschicht 5 einnimmt.
Schließlich ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der der Stützkörper 4 mitsamt Schneidschicht 5 aus
zwei oder mehr insbesondere mit Abstand voneinander angeordneten Teilstücken eines Kreises besteht. Gemäß
der Darstellung in F i g. 6 umfaßt eine solche Ausbildung beispielsweise zwei einander diametral gegenüberliegende
Segmente des Stützkörpers 4 mitsamt Schneidschicht 5, die gemeinsam mit dem dazwischen
angeordneten Ergänzungskörper 6 in Draufsicht eine geschlossene Kreisfläche bilden.
Zur Bildung der Schneidgliedeinheit kann der Stützkörper 4 an seiner der Schneidschicht 5 gegenüberliegenden
Rückseite mit der Tragfläche 3 des Trägerkörpers 1 sowie an seiner senkrecht zu dieser
verlaufenden Grenzfläche mit der benachbarten Grenzfläche des Ergänzungskörpers 6 durch eine geeignete
Lötverbindung fest verbunden sein. In entsprechender Weise kann dann auch der Ergänzungskörper 6 an
seiner Rückseite mit dem Trägerkörper 1 durch eine solche Lötverbindung verbunden sein. Statt dessen kann
eine Vereinigung von Stützkörper, Ergänzungskörper und Trägerkörper auch durch Formsintern oder
heißisostatisches Pressen erfolgen.
Während bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1 und 3 bis 8 die Oberfläche des Ergänzungskörpers
6 mit der der Schneidschicht 5 des Stützkörpers 4 in einer Ebene liegt, ist auch eine Abwandlung in der
Weise möglich, daß die Oberfläche des Ergänzungskörpers 6 gegenüber der der Schneidschicht 5 in von dieser
fortweisender Richtung ansteigt, wie dies F i g. 2 zeigt. Durch diese Ausgestaltung kann eine verbesserte
Abführung des im Bohrbetrieb erbohrten Formationsspans erreicht werden.
Der ferner im allgemeinen als gesonderter Körper, insbesondere vorgefertigter Formkörper, gezeigte
Ergänzungskörper 6 kann außerdem mit dem Trägerkörper 1 eine vorgefertigte Einheit bilden, die durch
einen Form- oder Bearbeitungsvorgang hergestellt werden kann und in Fig.3 veranschaulicht ist.
Grundsätzlich ist es auch möglich, daß der Ergänzungskörper 6 erst im in einen Bohrmeißelkopf eingebauten
Zustand des Schneidgliedes von einem entsprechend geformten Bereich einer Matrix-Bindemittel-Masse des
Meißelkopfes gebildet wird.
Schließlich ist bei den in den F i g. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen die vom Stützkörper 4 mitsamt
Schneidschicht 5 und vom Ergänzungskörper 6 gemeinsam gebildeten rückseitige Fläche mit der Tragfläche 3
des Trägerkörpers 1 kongruent, wobei diese wiederum mit der Grundfläche 2 des Trägerkörpers 1 kongruent
ist, so daß bei den Beispielen nach F i g. 1 — 3 und 5,6 das
Schneidglied insgesamt eine kreiszylindrische Kontur besitzt. Diese Kontur kann beispielsweise dahingehend
abgewandelt werden, daß die Trägerfläche 3 des Trägerkörpers 1 größer ist als die von den Rückseiten
des Stützkörpers 4 und des Ergänzungskörpers 6 gemeinsam gebildete Kreisfläche. Ferner kann die
Grundfläche 2 des Trägerkörpers 1 größer oder kleiner sein als die Tragfläche 3, in welchen Fällen der
Trägerkörper 1 eine kegelstumpfförmige Gestalt
besitzt.
Auch hinsichtlich der bei den dargestellten Ausführungsbeispielen gewählten Konfigurationen des Stützkörpers
4 mitsamt Schneidschicht 5 und des Ergänzungskörpers 6 sind zahlreiche Abwandlungen entsprechend
dem beabsichtigten Einsatz des Schneidgliedes am Bohrmeißel möglich.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7, das das Schneidglied in einem in einen Meißelkopf eingebauten
Zustand zeigt, ist bei 7 ein äußerer Teilbereich einer Matrix-Bindemittel-Masse, z. B. auf der Basis von
Wolframkarbid, veranschaulicht, in die das Schneidglied eingesetzt ist. Der Trägerkörper 1 besitzt bei diesem
Ausführungsbeispiel eine größere axiale Länge als bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1 bis 6 und ist
an seiner Grundfläche 2 sowie an seiner inneren Mantelfläche 8 von der Matrix-Bindemittel-Masse 7
abgestützt. Die Tragfläche 3 des Trägerkörpers 1 ist kreisförmig und kongruent mit der vom Stützkörper 4
mitsamt Schneidschicht 5 und vom Ergänzungskörper 6 gemeinsam gebildeten Kreisfläche. Der Stützkörper 4
mitsamt Schneidschicht 5 und der Ergänzungskörper 6 haben dabei in etwa jeweils die halbkreisförmige
Ausgestaltung gemäß Fig. 1. Die an die Rückseite des
Stützkörpers 4 angrenzende Außenfläche bzw. äußere Mantelfläche 9 des Trägerkörpers 1 ist mit einer im
wesentlichen ebenen Abschrägung 10 zur Grundfläche 2 des Trägerkörpers 1 hin versehen, die mit der
Außenfläche der Matrix-Bindemittel-Masse 7 fluchtet.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 ist wiederum bei 7 die Matrix-Bindemittel-Masse des Bohrmeißelkopfes
veranschaulicht, in die der Trägerkörper 1 in Form eines länglichen, im wesentlichen zylindrischen
Trägerzapfens mit einer Grundfläche 2 als Auflagefläche eingesetzt ist. Dabei kann der Trägerkörper 1 an
seinem in die Matrix 7 eingreifenden Endbereich mit Abflachungen versehen sein, die ihn gegenüber
Drehbewegungen um seine Längsachse festlegen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Tragfläche 3 des
Trägerkörpers 1 von einer ebenen Abflachung in einem Bereich seiner über die Matrix 7 nach außen
vorstehenden Mantelfläche gebildet. In ihrem mit dem Stützkörper 4 verbundenen Bereich ist die Tragfläche 3
kreisteilförmig, z. B. kreissegmentförmig, ausgebildet, wobei der Stützkörper 4 mitsamt seiner Schneidschicht
5 eine entsprechende kreisteilförmige bzw. kreissegmentförmige Gestalt besitzt. Der Ergänzungskörper 6,
•5 der sich in Axialrichtung des Trägerkörpers 1 etwa bis zur Außenfläche der Matrix 7 erstreckt, kann hingegen
eine rechteckige bzw. quadratische Form aufweisen, wie sie sich bei einem ebenen Abschnitt der Mantelfläche
des zylindrischen Trägerkörpers 1 für die Tragfläche 3
ίο im Bereich des Ergänzungskörpers 6 ergibt. Die
Stirnseite 11 des Trägerkörpers 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel wiederum zu seiner Grundfläche 2
bzw. zur Matrix 7 hin abgeschrägt.
Bei einem Einsatz der Schneidglieder in einem Bohrmeißel etwa in den Anordnungen und Ausgestaltungen
nach den F i g. 7 und 8, nimmt der Bohrfortschritt sehr schnell ab, wenn der Stützkörper 4 mitsamt seiner
Schneidschicht 5 bis auf den Ergänzungskörper 6 abgetragen ist. Diese deutlich erkennbare, mehr oder
weniger unvermittelte Verringerung des Bohrfortschritts kennzeichnet den Verschleißzustand der
Schneidglieder, deren Anordnung im Bohrmeißelkopf dabei so getroffen werden kann, daß in dem bis auf den
Ergänzungskörper 6 abgetragenen Zustand der Schneidglieder die Matrix 7 des Bohrmeißels noch
unbeschädigt ist und der Bohrmeißel durch einen Austausch der Schneidglieder wieder instand gesetzt
werden kann. Ein in vergleichbarer Weise mit vollkreisförmigen Diamant-Schneidplättchen ausgestatteter
Bohrmeißel erzielt im Gegensatz dazu einen im wesentlichen gleichbleibenden Bohrfortschritt, bis der
Meißelkopf vollständig auf der Bohrlochsohle aufliegt, so daß die Matrix 7 beschädigt wird und eine
Ausbesserung des Meißelkopfes nicht mehr möglich ist.
Durch die bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig.7 und 8 vorgesehenen Abschrägungen der
Mantelfläche 9 bzw. der Stirnfläche 11 des Trägerkörpers 1 ergeben sich verhältnismäßig kleine Berührungsflächen,
die im Bohrbetrieb auf der Bohrlochsohle gleiten, so daß dadurch ein kleineres Bremsmoment
erzeugt wird. Beim Bohren mit einem Meißeldirektantrieb ist damit eine höhere Drehzahl und demzufolge ein
größerer Bohrfortschritt möglich.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (14)
1. Schneidglied für Drehbohrmeißel zum Tiefbohren in Erdformationen, bestehend aus einem
Trägerkörper mit einer Tragfläche und einem mit dieser an seiner Rückseite fest verbundenen
Stützkörper aus Hartmetall mit einer schneidseitigen, aus insbesondere polykristallinem synthetischem
Diamantmaterial bestehenden Schneidschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der
Stützkörper (4) mitsamt seiner Schneidschicht (5) aus einem an einer seiner Stirnflächen die Schneidschicht
tragenden kreiszylindrischen aus dem Material des Stützkörpers bestehenden Formkörper
längsgeteilt herausgeschnitten oder als entsprechender Ausschnitt gefertigt ist und lediglich einen Teil
der Tragfläche (3) des Trägerkörpers (1) einnimmt, wobei der Rest der Tragfläche (3) des Trägerkörpers
(1) von einem Ergänzungskörper (6) aus Hartmetall oder anderen hochfesten Stoffen eingenommen ist.
2. Schneidglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ergänzungskörper (6) eine Form
besitzt, die sich mit der des Stützkörpers (4) mitsamt Schneidschicht (5) zu einer vollständigen Kreisfläche
ergänzt.
3. Schneidglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Ergänzungskörpers
(6) mit der der Schneidschicht (5) in einer Ebene liegt.
4. Schneidglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des
Ergänzungskörpers (6) gegenüber der der Schneidschicht (5) in von dieser fortweisender Richtung
ansteigt.
5. Schneidglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (4)
mitsamt Schneidschicht (5) die Form eines Kreisabschnittes oder -ausschnittes aufweist.
6. Schneidglied nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (4)
mitsamt Schneidschicht (5) aus zwei oder mehr insbesondere mit Abstand voneinander angeordneten
Teilstücken eines Kreises besteht.
7. Schneidglied nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ergänzungskörper
(6) von einem vorgefertigten Formkörper gebildet ist.
8. Schneidglied nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ergänzungskörper
(6) und der Trägerkörper (1) eine vorgefertigte Formkörpereinheit bilden.
9. Schneidglied nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (4)
durch eine Lötverbindung mit dem Trägerkörper (1) und dem Ergänzungskörper (6) fest verbunden ist.
10. Schneidglied nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (4)
mit dem Ergänzungskörper (6) und dem Trägerkörper (1) durch Formsintern oder heißisostatisches
Pressen verbunden ist.
11. Schneidglied nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die an den
Stützkörper (4) angrenzende Außenfläche (9) des Trägerkörpers (1) zu dessen Grundfläche (2) hin
abgeschrägt ist.
12. Schneidglied nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Stützkörper
(4) mitsamt Schneidschächt (5) und vom Ergänzungskörper (6) gemeinsam gebildete Kreisfläche
mit der ihrerseits kreisförmigen Tragfläche (3) des Trägerkörpers (1) kongruent ist.
13. Schneidglied nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfläche (3)
des Trägerkörpers (1) im Bereich des mit ihr verbundenen Stützkörpers (4) kreisteilförmig ist und
in ihrem mit dem Ergänzungskörper (6) verbundenen Bereich eine von einer Kreisteilfläche abweichende
Form besitzt.
14. Schneidglied nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfläche (3)
des Trägerkörpers (1) in ihrem mit dem Ergänzungskörper (6) verbundenen Bereich eine Rechteckform
aufweist und der Ergänzungskörper (6) seinerseits eine entsprechende Rechteckform besitzt.
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