DE3738942C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehbohrmeißel für Tiefbohrwerkzeuge, insbesondere Kernbohrkrone, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Drehbohrmeißel dieser Art (DE-PS 30 39 633) münden die Teilkanäle für das Spülungsmittel vor den Schneidkörpern in der Oberfläche des Grundkörpers aus, und die Mündungsebenen der Mündungsöffnungen haben eine jeweils winklige Ausrichtung zur Schneidfläche eines zugeordneten Schneidkörpers. Auch bei einem bekannten Drehbohrmeißel in Gestalt einer Kernbohrkrone (US-PS 41 89 015) münden die Teilkanäle neben den Schneidkörpern aus der Oberfläche des Grundkörpers aus, wobei die Mündungsebenen in axialem Abstand zu den schneidwirksamen Bereichen der Schneidkörper gelegen sind.

Es ist ferner ein Drehbohrmeißel für Tiefbohrwerkzeuge bekannt (US-PS 33 22 218), der auch als Kernbohrkrone ausgeführt sein kann, der einen Grundkörper mit einem zentralen Spülungsmittelkanal sowie Anschlußmittel für eine Verbindung mit dem Tiefbohrwerkzeug aufweist. Auf dem Grundkörper sind diskrete, über die Grundkörperoberfläche vorstehende Matrixbereiche angeordnet, in der einzelne natürliche Diamanten festgelegt sind, die über die Oberfläche der Matrix vorstehen und die Schneidkörper bilden. Die Diamanten oder ähnlichen harten Schneidelemente sind in den Matrixbereichen in versetzten Reihen angeordnet und haben jeweils eine eigene Schneidfläche, die im Abstand zur Schneidfläche eines benachbarten Schneidkörpers gelegen ist. Von einem zentralen Spülungsmittelkanal abzweigende Teilkanäle für eine Beaufschlagung der Schneidkörper mit Spülungsmittel münden im Abstand von den Schneidkörpern und an der Oberfläche der Matrixbereiche aus, die mit den diskreten Schneidflächen der Schneidkörper nicht zusammenfällt. Dies gilt auch für einen Drehbohrmeißel mit spikerohrförmigen Trägerkörpern, die stirnseitig mit Diamanten besetzt sind (US-PS 32 80 926).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Drehbohrmeißel der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art die Kühlung und die Waschwirkung des Spülungsmittels auf die Schneidkörper zu vergrößern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Drehbohrmeißel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit den im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Merkmalen. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 12 verwiesen.

Die Hindurchführung der Teilkanäle durch die Schneidkörper und die Anordnung ihrer Ausmündung innerhalb der Schneid­ fläche erbringt eine weitaus bessere Kühlung der Schneid­ elemente sowie zugleich eine besonders wirksame Abfuhr von Bohrklein aus dem Bereich der Schneidfläche mit der Folge, daß der erfindungsgemäße Drehbohrmeißel sowohl in der Bohrleistung als auch in der Standzeit eine wesentlich höhere Leistung erbringt.

Dies ist allgemein, ganz besonders aber bei Kernbohrkronen von großer Bedeutung, die bei Seilkernwerkzeugen Anwendung finden. Denn bei derartigen Kernbohrkronen muß die Kronen­ lippe in radialer Richtung vergleichsweise breit ausgeführt werden, weil das Innenrohr des Kernrohrs einen den Durchmes­ ser des Bohrgestänges für die Kernbohrkrone unterschrei­ tenden Durchmesser hat und die Kronenlippe den dement­ sprechend größeren Abstand zwischen der Bohrlochwandung und dem Innendurchmesser des Kernrohres überbrücken muß. Bei derartigen breitlippigen Kernbohrkronen ist trotz der üblichen Anordnung der Schneidkörper in gegenseitigem Ab­ stand entlang der Kronenlippe und der dadurch zwischen den Schneidkörpern belassenen Ausnehmungen als Strömungska­ näle für das Spülungsmittel die Kühl- und die Abtransport­ wirkung des Bohrkleins im Bereich der Schneidkörper wesent­ lich geringer als bei dünnlippigen Kernbohrkronen mit der Folge wesentlich herabgesetzter Standzeiten und niedrigerer Bohrfortschritte. Die erfindungsgemäße Ausbildung schafft auch bei derartigen Drehbohrmeißeln Kühl- und Reinigungsbe­ dingungen für die Schneidkörper, die weitaus höhere Lei­ stungen zulassen, als sie bislang erreichbar waren.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung näher veranschaulicht ist. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Stirnansicht eines Drehbohrmeißels in Gestalt einer Kernbohrkrone mit unterschiedlichen, auf der Kronenlippe angeordneten Schneidkörpern, und

Fig. 2 einen abgebrochenen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

Die als Ausführungsbeispiel in der Zeichnung veranschau­ lichte Kernbohrkrone 1 umfaßt einen Grundkörper 2, der einen zentralen Spülungsmittelkanal 3 sowie ein Anschluß­ innengewinde 4 für eine Verbindung mit einem Bohrrohrstrang oder auch einer Antriebswelle eines Tieflochmotors aufweist. Dieser Grundkörper besteht im allgemeinen aus Stahl und kann wie dargestellt mit einer Auflage 5 aus Sintermaterial, z.B. Wolframkarbid, an seinem im Betrieb der Bohrlochsohle zugewandten Ende versehen sein.

Auf der eine kreisringförmige Kronenlippe bildenden Auflage oder Matrix 5 sind über deren Umfang im Abstand verteilt angeordnete Schneidkörper 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. 12 angebracht, z.B. aufgesintert oder aufgelötet, die zwischen sich radiale Strömungskanäle bildende Ausnehmungen 13, 14, 15, 16, 17, 18 bzw. 19 begrenzen.

Von den Schneidkörpern 6-12 ist der Schneidkörper 6 ein solcher in herkömmlicher Ausführung, wohingegen die Schneid­ körper 7-12 eine Ausführung erfindungsgemäßer Art haben.

Die Schneidkörper sind von vorgefertigten, einen Trägerwerk­ stoff, z.B. Wolframkarbid, und in diesen eingebettete Hart­ stoffpartikel, insbesondere Diamantpartikel, umfassenden Formteilen gebildet. Die Hartstoffpartikel bilden dabei Schneidpartikel, die gemeinsam eine sich fortschreitend abarbeitende Schneidfläche 20 an jedem Schneidkörper 6 bis 12 definieren. Diese Schneidfläche 20 kann, wie das in Fig. 2 veranschaulicht ist, gewölbt sein, kann aber auch eben verlaufen. Die Umrißgestalt der Schneidkörper 7 bis 12 ist bei den dargestellten Beispielen kreisringabschnitt­ förmig, jedoch bestimmt sich die Gestalt im Einzelfalle nach der Art und Ausbildung des Drehbohrmeißels, der Anord­ nung auf dem Grundkörper und nach einer Reihe von sonstigen, mit dem Drehbohrmeißel und seiner Funktion zusammenhängenden Kriterien. Ferner bestimmt sich die Umrißgestalt nach im Zusammenhang mit der Erfindung stehenden Optimierungskri­ terien, auf die weiter unten noch eingegangen wird.

Von dem zentralen Spülungsmittelkanal 3 zweigen Teilkanäle 21 für eine Spülungsmittelbeaufschlagung der Schneidkörper 7-12 mit Spülungsmittel ab, welche die Schneidkörper 7- 12 durchqueren und innerhalb deren Schneidfläche 20 münden. Die Hauptachse 22 des Mündungsbereiches eines Teilkanals 21 kann dabei lotrecht zu einer durch die Ränder seiner Mündungsöffnung 23, 24, 25, 26, 27 bzw. 28 definierten Mündungs­ ebene ausgerichtet sein oder zu einer solchen Mündungsebene unter einem spitzen Winkel verlaufen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder Schneid­ körper 7-12 von einem Teilkanal 21 durchquert und weist dementsprechend eine einzige Mündungsöffnung 23, 24, 25, 26, 27 oder 28 auf. Statt dessen können jedem Schneidkörper 7-12 mehrere Teilkanäle 21 zugeordnet sein, die in der Schneid­ fläche 20 ausmünden. Dies hängt u.a. von der Grundgestalt des Drehbohrmeißels und der Konfiguration der Schneidkörper ab.

Die Mündungsöffnungen 23-28 sind in ihrem Umriß derart gestaltet und dabei derart innerhalb der Schneidfläche 20 eines zugeordneten Schneidkörpers angeordnet, daß im Betrieb der Strömungswiderstand für das Spülungsmittel im Spalt zwischen der Schneidfläche 20 des Schneidkörpers und der dieser im Betrieb gegenüberliegenden Sohlenfläche des Bohrlochs an allen Stellen zumindest annähernd gleich ist. Dadurch wird eine gleichmäßige Bespülung der Schneid­ fläche 20 eines jeden Schneidkörpers 7-12 gewährleistet mit der Folge gleichmäßiger Kühlung und wirksamer Abfuhr von Bohrklein. Die angestrebte Gleichheit des Strömungswi­ derstandes unter Betriebsbedingungen ist ein besonderes Kriterium bei der optimierenden Gestaltung sowohl der Umriß­ kontur der Schneidfläche 20 der Schneidkörper 7-12 als auch der Umrißgestalt der Mündungsöffnungen 23-28. Die dargestellte Kreisform der Mündungsöffnungen 23-26 bzw. die dargestellte Schlitzform bei den Mündungsöffnungen 27 und 28 sind daher lediglich beispielhafte, nur in Einzel­ fällen optimale Ausführungsformen.

Das Verhältnis der Größe der Schneidfläche 20 eines Schneid­ körpers 7-12 zur Größe der Fläche der Mündungsöffnung 23-28 zugeordneter Teilkanäle 21 liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 25 : 1 und 1 : 1, wobei sich ein Verhältnis von etwa 5 : 1 bis 10 : 1 als besonders günstig erwiesen hat.

Die Mündungsöffnungen 23-28 der Teilkanäle 21 können in gleichmäßigem radialen Abstand zur Drehachse 29 des Dreh­ bohrwerkzeugs angeordnet sein, wie dies für die Kernbohr­ krone 1 bei den Schneidkörpern 23 und 24 vorgesehen ist. Statt dessen können die Mündungsöffnungen in den Schneidkör­ pern von Schneidkörper zu Schneidkörper unterschiedliche radiale Abstände zur Drehachse 29 des Drehbohrmeißels auf­ weisen, wie dies bei den Mündungsöffnungen 25, 26 der Schneidkörper 9, 10 vorgesehen ist.

Die Schneidkörper können den Mündungsöffnungen ihrer Teil­ kanäle in und/oder entgegen Drehrichtung vorauslaufende bzw. nachlaufende Vorsprünge 30, 31 an ihren Begrenzungs­ kanten aufweisen, wie dies bei den Schneidkörpern 7 und 10 veranschaulicht ist. Eine solche Ausbildung vergleich­ mäßigt den Verschleiß der Schneidkörper und gehört zu den Maßnahmen einer Gestaltungsoptimierung.

Im Betrieb durchströmt Strömungsmittel den zentralen, nach kurzem Bohrbetrieb weitgehend von einem Kern eingenommenen Spülungsmittelkanal 3 und tritt teilweise zwischen diesem Kern und dem Innenrand 32 der Kronenlippe aus dem Werkzeug aus. Ein weiterer Teil des Spülungsmittels tritt aus dem zentralen Spülungsmittelkanal 3 in die Teilkanäle 21 über und aus den Mündungsöffnungen im Bereich der Schneidfläche 20 der Schneidkörper 7-12 aus, wobei das die Teilkanäle 21 durchströmende Spülungsmittel die Schneidkörper 7-12 bereits beim Durchströmen und nach dem Austreten die Schneidfläche bei deren Überströmen kühlt. Bei diesem Über­ strömen wird gleichzeitig besonders effektiv Bohrklein aus dem Bereich der Schneidfläche 20 abtransportiert, so daß die Schneidkörper mit hoher Wirksamkeit und großer Standfähigkeit ihre Zerkleinerungsfunktion beim Bohren erfüllen.

Claims (12)

1. Drehbohrmeißel für Tiefbohrwerkzeuge, insbesondere Kernbohrkrone, mit einem Grundkörper (2), der einen zentralen Spülungsmittelkanal (3) sowie Anschlußmittel (4) für eine Verbindung mit dem Tiefbohrwerkzeug aufweist, mit auf dem Grundkörper angebrachter Matrix (5) sowie mit vorgeformten Schneidkörpern (7-12) aus einem Materialverbund aus Trägermaterial und Diamant-Schneidpartikeln, die gemeinsam eine sich fortschreitend abarbeitende zusammenhängende, geschlossene Schneidfläche (20) darbieten, wobei vom zentralen Spülungsmittelkanal (3) abzweigende Teilkanäle (21) für eine Beaufschlagung der Schneidkörper (7-12) mit Spülungsmittel vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkanäle (21) die Schneidkörper (7-12) unmittelbar selbst durchqueren und innerhalb deren Schneidfläche (20) an dieser ausmünden.

2. Drehbohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse (22) des Mündungsbereiches eines Teil­ kanals (21) lotrecht zu einer durch die Ränder seiner Mün­ dungsöffnung (23-28) definierten Mündungsebene ausgerichtet ist.

3. Drehbohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse (22) des Mündungsbereiches eines Teil­ kanals (21) unter einem spitzen Winkel zu einer durch die Ränder seiner Mündungsöffnung (23-28) definierten Mündungs­ ebene ausgerichtet ist.

4. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Schneidkörper (7-12) zumin­ dest von einem Teilkanal (21) durchquert ist.

5. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnung (23-28) in ihrem Umriß derart gestaltet und derart innerhalb der Schneidfläche (20) eines zugeordneten Schneidkörpers (7- 12) angeordnet ist, daß im Betrieb der Strömungswiderstand für das Spülungsmittel im Spalt zwischen der Schneidfläche (20) des Schneidkörpers (7-12) und der dieser gegenüberlie­ genden Sohlenfläche eines Bohrlochs an allen Stellen an­ nähernd gleich ist.

6. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Größe der Schneidfläche (20) eines Schneidkörpers (7-12) zur Größe der Fläche der Mündungsöffnung (23-28) zugeordneter Teil­ kanäle (21) in einem Bereich zwischen 25 : 1 und 1 : 1 liegt.

7. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnung (23-26) die Form eines Kreises aufweist.

8. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnung (27; 28) die Form eines Schlitzes aufweist.

9. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß er die Gestalt einer Kernbohrkrone (1) mit entlang der Kronenlippe in gegenseitigem Abstand angeordneten, zwischen sich Ausnehmungen (13-19) als Strö­ mungskanäle für Spülungsmittel begrenzenden Schneidkörper (7-12) aufweist, die von vorgefertigten, einen Trägerwerk­ stoff und in diesen als Schneidpartikel eingebettete Hart­ stoffpartikel, insbesondere Diamantpartikel, umfassenden Formteilen gebildet sind.

10. Drehbohrmeißel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mündungsöffnungen (23, 24) der Teilkanäle (21) in den Schneidkörpern (7; 8) gleiche radiale Abstände zur Drehachse (29) des Drehbohrwerkzeugs aufweisen.

11. Drehbohrmeißel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnungen (25, 26) in den Schneidkörpern (9; 10) von Schneidkörper zu Schneidkörper unterschiedliche radiale Abstände zur Drehachse (29) des Drehbohrwerkzeugs aufweisen.

12. Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (7) den Mün­ dungsöffnungen (23) der Teilkanäle (21) in und/oder entgegen Drehrichtung vorauslaufende bzw. nachlaufende Vorsprünge (30; 31) an ihren Begrenzungskanten für die Ausnehmungen (13-19) aufweisen.