DE3915898A1 - Bohrspitze - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein Schneidwerkzeuge für
die Bohr-, Bergbau- und Bauindustrien. Insbesondere
bezieht sich auf Verbesserungen an abriebfesten Einsätzen,
die an der Stirnfläche solch eines Werkzeugs eingesetzt
werden und die aus Partikeln aus Karbid oder eines
anderen hochabriebstarkem Material bestehen, die in
einem Bindemittel aus Kobalt oder einem weniger abrieb
starken, jedoch zäheren Material gesintert werden.
Bei der Erstellung von Öl- und Gasbohrungen werden
Bohrspitzen am unteren Ende eines Bohrstranges verwendet,
um durch Stein oder andere harte Formationen zu schneiden.
Diese Spitzen können z.B. vom dreikegeligen oder vom
Perkussionstyp sein und Einsätze aus abriebfestem Material
haben, die an den Schneidflächen der Spitze durch preß
sitz oder durch Einzementieren einegesetzt werden, so
daß ihre äußeren Enden über die Stirnfläche des Bohrkörpers
vorstehen, um die Abriebflächen der Bohrspitze zu bilden.
Die Einsätze sind in verschiedenen Graden in Abhängigkeit
von den Partikelgrößen und/oder der chemischen Zusammen
setzung erhältlich, so daß der Benutzer in der Lage ist,
zwischen relativ harten, jedoch brüchigeren oder weniger
harten, aber zäheren Einsätzen zu wählen. Die Abriebflächen
der äußeren Enden der Einsätze sind so geformt, daß sie
eine Spitze bilden. Diese Flächen können verrundet oder
konisch sein, wobei sich die Spitze in der Mitte des äußeren
Endes des Einsatzes befindet, oder können in Abhängigkeit
von der Verwendung der Bohrspitze längs gegenüberliegender
Seiten einer Spitze, die sich seitlich über ihr äußeres Ende
erstreckt, flach sein.
Wenn der Einsatz abgenutzt wird, bildet die Spitze Ab
flachungen, die die Abriebflächen des Einsatzes abstumpfen.
Die Schneidgeschwindigkeit des Einsatzes wird daher
verringert und es kann erforderlich sein, die Spitze vorzeitig
zu entfernen, damit die Einsätze ersetzt oder wieder
geschärft werden können. Es ist daher Aufgabe der Erfindung,
einen Einsatz dieser Art zu schaffen, der einen solchen Aufbau
hat, daß das Bestreben zur Abstumpfung bei der Abnutzung
geringer ist, so daß er während seiner gesamten Lebensdauer
maximale Schneidgeschwindigkeit hat und nicht ersetzt oder
wieder geschärft werden muß.
Obwohl es erwünscht ist, die Einsätze aus hartem Material
herzustellen, um ihre Schneidgeschwindigkeit zu erhöhen, kann
es die ergebende Brüchigkeit erfordern, daß sie kürzer als
erwünscht sind.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen Einsatz mit
einem solchen Aufbau zu schaffen, daß er eine höhere
Bohrgeschwindigkeit hat, daß er jedoch trotzdem eine
beträchtliche Länge und Festigkeit hat, um seine Lebensdauer
zu verlängern.
Diese und andere Aufgaben werden gemäß den gezeigten
Ausführungsformen der Erfindung durch einen Einsatz erfüllt,
der innere und äußere Körper mit Abriebflächen hat, die
so geformt sind, daß sie die Spitze am äußeren Ende des
inneren Körpers bilden, und die dahingehend unterschiedliche
Grade haben, daß ihre Partikelgrößen und/oder ihre
chemische Zusammensetzungen so sind, daß der innere
Körper härter, jedoch weniger zäh als der äußere Körper ist.
Der äußere Körper, der einer geringeren Abnutzung ausgesetzt
ist, nutzt sich daher mit einer größeren Geschwindigkeit
ab als der innere Körper, so daß die ursprüngliche Kontur
ihre Abriebflächen bei der Abnutzung aufrechterhalten bleiben,
und die Abriebflächen daher nicht zum Abstumpfen tendieren.
Die Wahrscheinlichkeit ist daher geringer, daß die Einsätze
ersetzt oder wieder geschärft werden müssen. Da der innere
Körper aus härterem Material von dem äußeren Körper aus
zäherem Material umgeben ist, das als Puffer oder
Unterstützung für den inneren Körper wirkt, kann der
Einsatz länger sein, und der innere Körper kann aus
einem härteren Material als üblich bei weniger Bruchgefahr
hergestellt werden. Insbesondere werden die Körper
gesondert voneinander gesintert, so daß keine Gefahr
der Wanderung von Kobalt von einem zum anderen trotz
der erheblichen Abweichungen der Sintertemperaturen
besteht, wenn die Körper von stark unterschiedlichen
Graden sind, und werden dann miteinander durch eine
dünne Schicht aus Lötmaterial verlötet, dessen Löttemperatur
geringer als die Sintertemperatur beider Körper ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 13
beispielsweise erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Aufsicht einer dreikegeligen
Bohrspitze mit meißelartigen Einsätzen an den
Schneidflächen des Kegels, bei der die inneren Enden
der Einsätze in Bohrungen der Kegelfläche sitzen,
Fig. 2 eine Aufsicht einer Perkussionsbohrspitze mit
Bodeneinsätzen an der Stirnfläche des Bohrspitzen
körpers,
Fig. 3 einen Längsschnitt eines Bodeneinsatzes gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine Endansicht des Einsatzes längs der Linien 4-4 in
Fig. 3,
Fig. 5 eine Aufsicht des inneren und äußeren Körpers des
Einsatzes nach der Sinterung, jedoch vor dem
Zusammenbau zum Löten miteinander,
Fig. 6 einen Längsschnitt eines meißelartigen Einsatzes
gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7 einen Längsschnitt des Einsatzes der Fig. 6 längs der
Linien 7-7 in Fig. 6,
Fig. 8 eine Endansicht des Einsatzes längs der Linien 8-8
in Fig. 6,
Fig. 9 eine Aufsicht des inneren und äußeren Körpers des
Einsatzes nach dem Sintern, jedoch vor dem Zusammenbau
zum Verlöten,
Fig. 10 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines
Einsatzes gemäß der Erfindung,
Fig. 11 eine Ansicht von unten des Einsatzes der Fig. 10,
Fig. 12 eine Aufsicht des Einsatzes der Fig. 10 und
Fig. 13 eine Aufsicht des inneren und äußeren Körpers des
Einsatzes vor dem Zusammenbau zum Verlöten.
Die in Fig. 1 gezeigte Bohrspitze besteht aus einem Bohr
körper 21 mit einem Gewinde 23 an seinem oberen Ende
zur Verbindung mit dem unteren Ende eines Bohrgestänges
sowie mit von seinem unteren Ende ausgehenden Vorsprüngen
22. Die Vorsprünge tragen drei Rollenkegel 24, die zur
Drehung um ihre Achsen bei Drehung mit dem Bohrkörper
abstandsgleich angeordnet sind. Wie durch einen Teilschnitt
in Fig. 1 gezeigt ist, sind Reihen von meißelähnlichen
Einsätzen 25 an der Schneidfläche jedes Kegels eingesetzt,
deren jeweiliges inneres Ende mit Preßsitz in einer Bohrung
im Kegel aufgenommen ist, so daß sein äußeres Ende in
einer Stellung ist, in der es in den Boden des Bohrlochs
schneidet, wenn die Bohrspitze zusammen mit dem Bohr
strang gedreht wird, und deren Spitzen an ihren äußeren
Enden sich in einer Richtung erstrecken, die etwa quer zur
Drehrichtung des Bohrkörpers verläuft.
Bei einer in Fig. 2 gezeigten Bohrspitze 26 vom Perkussions
typ sind Bohreinsätze an der Stirnfläche des unteren
Endes der Bohrspitze 26 wie durch Preßsitz in Bohrungen am
unteren Ende des Bohrkörpers angeordnet, wie durch einen
Teilschnitt in Fig. 1 gezeigt ist. Die Einsätze 27 unter
scheiden sich von den Einsätzen 25 dadurch, daß ihre
Spitzen zentral zu ihren äußeren Enden angeordnet sind,
so daß sie in den Bohrungen im Bohrkörper drehmäßig nicht
orientiert zu werden brauchen.
Wie die Fig. 3 bis 5 zeigen, hat jeder Bodeneinsatz 27 einen
langgestreckten inneren Körper 30 mit einem zylindrischen
inneren Ende, das durch Preßsitz in einer Bohrung 31 an
der Stirnfläche des unteren Endes des Perkussionsbohrkörpers
aufgenommen werden kann, und einen äußeren Körper 33,
der festsitzend auf einem schmäleren Teil 34 des äußeren
Endes des Körpers 30 aufgenommen werden kann. Der
schmälere Teil des inneren Körpers ist zu seinem äußeren
Ende hin leicht gekrümmt, und der äußere Körper hat etwa
Trichterform mit einer gekrümmten inneren Oberfläche, die
fest auf dem schmäleren Teil 34 sitzt, und einer äußeren
zylindrischen Oberfläche, die eine Verlängerung der
zylindrischen Oberfläche des inneren Endes des Körpers
bildet. Die äußeren Enden der inneren und äußeren
Körper sind um einen Mittelpunkt auf der Längsachse des
Einsatzes konvex gekrümmt, um eine Abriebfläche ein
schließlich einer Spitze 35 am Ende des inneren Körpers
zu bilden, der konzentrisch im äußeren Körper angeordnet
ist.
Wie die Fig. 6 bis 9 zeigen, hat der meißelartige Einsatz
25 ebenfalls einen langgestreckten inneren Körper 36 und
einen äußeren Körper 37, der fest auf dem inneren Körper
sitzt. Der innere Körper hat rechteckigen Querschnitt und
erstreckt sich vom einen zum anderen Ende des Einsatzes.
Der Außendurchmesser des inneren Endes des äußeren
Körpers ist zylindrisch, so daß er in eine Bohrung 38
in der Schneidfläche der Bohrspitze paßt und damit durch
Aufschrumpfen eingesetzt werden kann. Das innere Ende
des inneren Körpers steht über das innere Ende des
äußeren Körpers vor, um am äußeren Ende eine Spitze 39
zu bilden, und die äußeren Enden der Abriebflächen 40
und 41 der äußeren Körper sind zur Spitze hin abgeschrägt.
Der in den Fig. 10 bis 13 gezeigte Einsatz 42 ist insbe
sondere zum Einsatz an der Stirnfläche der Kegel einer
dreikegeligen Bohrspitze wie sie in Fig. 1 gezeigt ist,
geeignet. Der Einsatz hat einen äußeren Körper 43 mit einer
äußeren zylindrischen Wand an seinem inneren Ende zur
Preßsitzaufnahme in einer Bohrung in einem Bohrspitzen
kegel, der einen inneren Körper 44 umgibt. Der innere
Körper erstreckt sich durch den äußeren Körper vom
einen Ende des Einsatzes zum anderen, um wie am Einsatz
27 eine Spitze 45 an seinem äußeren Ende zentral zu
Einsatz zu bilden. Im Vergleich zum Einsatz 27 ist der
innere Körper 44 jedoch von zylindrischer Form, um in
einer zylindrischen Bohrung im äußeren Körper 43 fest
sitzend aufgenommen zu werden, und die Außenseite des
äußeren Endes des Körpers 43 hat konische Form.
Wie zuvor beschrieben, ist jeder der Körper jedes Einsatzes
aus Partikeln aus Karbid oder einem anderen mehr abrieb
starkem Material, die in Kobalt oder weniger abriebstarke,
jedoch, zähere Metalle eingesetzt sind. So können die
Partikel beispielsweise aus Titaniumkarbid oder Molybden
karbid bestehen, und das Bindemittel kann Kobalt oder
ein bindendes Metall aus der Eisengruppe sein, wie aus
dem Stand der Technik bekannt. Wie ebenfalls zuvor be
schrieben, sind den Einsätzen dieser Art verschiedene
Grade in Abhängigkeit von der Größe der Partikel und/oder
der chemischen Zusammensetzung zugeordnet, d.h., den
relativen Anteilen von Karbid und Bindemittel. So hat z. B.
ein Grad eines Einsatzes mit kleineren Partikeln und weniger
Kobalt eine höhere Abriebfestigkeit, ist jedoch weniger
brüchig.
Wie ebenfalls zuvor erläutert, tendiert die Spitze eines
jeden Einsatzes zu einem größeren Abrieb als die umgebenden
Flächen, so daß ein Einsatz üblicher Konstruktion stumpf
wird. Gemäß der Erfindung jedoch, haben die zuvor erwähnten
Körper unterschiedliche Grade, wobei die Partikelgrößen
und/oder chemische Zusammensetzung der Körper so ist,
daß der inneren Körper härter und damit abriebfester,
jedoch weniger zäh ist, als der äußere Körper. Damit hat,
obwohl die Spitze und die umgebenden Abriebflächen des
inneren Körpers eine größere Abnutzung als die Abriebflächen
des äußeren Körpers erfahren, ihre größere Abriebfestigkeit
die Tendenz, die ursprüngiiche Kontur der Gesamtabrieb
flächen des Einsatzes während des Abriebs beizubehalten.
Aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Zusammen
setzungen, müssen die Körper unterschiedlicher Grade bei
unterschiedlichen Temperaturen in Abhängigkeit vom
Gewichtsprozentsatz von Kobalt gesindert werden. Wenn
die Grade der beiden Körper stark divergieren, wie im
Falle von Einsätzen der vorliegenden Erfindung, kann
eine unerwünschte Wanderung von Kobalt vom einen
Körper zum anderen erfolgen, wenn sie bei einer
Temperatur, die höher ist, als diejenige, die zur
Bildung des anderen Körpers notwendig ist, zusammen
gesintert werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung
werden die Körper jedoch gesondert gesintert und dann
wird der eine in den anderen eingesetzt, um ihre
Abriebflächen in der gezeigten Weise anzuordnen. Wenn
sie so angeordnet sind, werden die benachbarten Flächen
der Körper bei einer Löttemperatur, die niedriger als
die Sintertemperatur des Bindemittels jedes der beiden
Körper ist, gelötet. Dadurch ergibt sich keine Be
schädigung infolge der Kobaltwanderung eines der beiden
gesinterten Körper, wenn sie verbunden werden. Ein
geeignetes Lötmaterial kann außer der großen Gruppen,
Kupfer, Silber, Bronze, Messing, gewählt werden, von
denen jedes eine Löttemperatur hat, die niedriger als
der Schmelzpunkt von Kobalt oder einem anderen Bindemittel
ist.
Claims (3)
1. Bohrspitze mit wenigstens einer Rolle mit Hartmetall
einsätzen, deren innere Enden in Bohrungen an der Rolle
eingesetzt sind, und deren äußere Enden aus diesen
Bohrungen vorstehen, gekennzeichnet
durch innere und äußere Körper mit Partikeln aus Karbid
oder einem anderen hochabriebstarken Material, die in
einem Bindemittel aus Kobalt und einem weniger abrieb
starken, jedoch zäheren Material gesondert gesintert und
miteinander verbunden werden, wobei der äußere Körper
den inneren umgibt,
daß die Körper Abriebflächen an ihren äußeren Enden haben, die so geformt sind, daß sie eine Spitze am äußeren Ende des inneren Körpers bilden, und
daß die Partikelgröße und/oder die chemische Zusammen setzung der Körper so ist, daß der innere Körper härter, jedoch weniger zäh als der äußere Körper ist, so daß die allgemeine Kontur ihrer Abriebflächen während der Benutzung aufrechterhalten wird.
daß die Körper Abriebflächen an ihren äußeren Enden haben, die so geformt sind, daß sie eine Spitze am äußeren Ende des inneren Körpers bilden, und
daß die Partikelgröße und/oder die chemische Zusammen setzung der Körper so ist, daß der innere Körper härter, jedoch weniger zäh als der äußere Körper ist, so daß die allgemeine Kontur ihrer Abriebflächen während der Benutzung aufrechterhalten wird.
2. Bohrspitze nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abriebflächen
der Körper eines jeden Einsatzes zur Bildung einer
Spitze am inneren Körper zentral im äußeren Körper konkav
gerundet sind.
3. Bohrspitze nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abriebflächen
jedes Einsatzes flache Seiten haben, die sich zu einer
Spitze am inneren Körper verjüngen, die sich über das
äußere Ende des Einsatzes in einer Richtung etwa quer zur
Drehrichtung der Rolle erstreckt.
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