DE69405913T2

DE69405913T2 - Bohrmeissel mit Verbundschneidelementen

Info

Publication number: DE69405913T2
Application number: DE69405913T
Authority: DE
Inventors: Ian Eric Clark
Original assignee: De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Current assignee: De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2014-05-21
Also published as: AU671730B2; ATE158978T1; EP0625628B1; CA2123969A1; GB9310500D0; DE69406046D1; EP0625628A1; AU6320194A; EP0625416B1; CA2123970A1; DE69406046T2; US5505272A; EP0625416A1; ZA943503B; ZA943502B; DE69405913D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bohrmeißel, einschließlich Kernbohrmeißel, wie sie zur Gewinnung von Kernproben eingesetzt werden, und Vollbohrmeißel zum Bohren von Bodenlöchern.
Ein bekannter Kernbohrmeißel hat einen rohrförmigen Stahlkörper, dessen vorderes Ende einen Schneidvorgang ausführen kann, und dessen hinteres Ende mit dem vorderen Ende einer rohrförmigen Bohrgarnitur verbunden werden kann. Die Meißelvorderkante hat typischerweise Schleifpartikel. Bei den gewöhnlich verwendeten Vollbohrmeißeln sind in die Vorderoder Arbeitsfläche gewöhnlich Schleifknöpfe oder Schneideinsätze eingelassen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung neuartiger Formen von Bohrmeißeln zum Kernbohren.
EP-A-0 506 238 beschreibt einen Bohrmeißel nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Kernbohrmeißel bereitgestellt, umfassend einen rohrförmigen Meißelkörper mit einer Vorderfläche, einer Innenmaßfläche und einer Außenmaßfläche, und eine Reihe von in den Meißelkörper eingelassenen Schneideinsätzen, wobei die Schneideinsätze als Seginente ausgeführt werden, die aus Scheiben von PCD- oder PCBN-Verbund-Kompaktteilen mit flachen Proportionen geschnitten werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneideinsatz ein PCD- oder PCBN-Kompaktteil umfaßt, das von einer in den Meißelkörper eingelassenen Hartmetall-Verstärkung getragen wird, wobei einige der Schneideinsätze so angeordnet sind, daß ihre PCD- oder PCBN-Kompaktteile an der Vorderfläche des Meißels freiliegen und in radialer Richtung von der Innenmaßfläche bis zur Außenmaßfläche über die Vorderfläche verlaufen, einige der Schneideinsätze so angeordnet sind, daß ihre PCD- oder PCBN-Kompaktteile an der Innenmaßfläche freiliegen und in axialer Richtung entlang der Innenmaßfläche verlaufen, und einige der Schneideinsätze so angeordnet sind, daß ihre PCD-Kompaktteile an der Außenmaßfläche freiliegen und in axialer Richtung entlang der Außenmaßfläche verlaufen.
In einem Ausführungsbeispiel können die Schneideinsätze identisch sein, jedoch in verschiedenen Ausrichtungen angeordnet sein, so daß die PCD- oder PCBN-Kompaktteile an der Vorderfläche und an den Innen- und Außenmaßflächen freiliegen. Die Schneideinsätze können einzeln oder in Gruppen von jeweils drei Einsätzen angeordnet sein. Im letztgenannten Fall sind die drei Schneideinsätze jeder Gruppe so angeordnet, daß ihre PCD- oder PCBN-Kompaktteile an der Vorderfläche und an der Innenmaß- bzw. Außenmaßfläche freiliegen.
Die Erfindung soll nun ausführlicher anhand eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden; es zeigt:
Figur 1 ein Diagramm, in dem ein Rohling bei der Herstellung der in dem Bohrrneißel der Figuren 3 bis 8 verwendeten Schneideinsätze in Scheiben geschnitten wird;
Figur 2 eine Seitenansicht des in Figur 1 dargestellten Rohlings;
Figur 3 eine axiale Sicht auf die Vorderfläche eines erfindungsgemäßen Kernbohrmeißels;
Figur 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Figur 3;
Figur 5 eine axiale Sicht auf die Vorderfläche eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kernbohrmeißels;
Figur 6 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Schneideinsatzbaugruppe, wie sie in dem Meißel der Figur 5 verwendet wird; und
Figur 7 eine Schneideinsatzbaugruppe der Figur 6 nach dem Zusammenbau.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Rohling 10, aus dem nach der Erfindung eine große Zahl von Schneideinsätzen für Bohrermeißel hergestellt werden kann. Der Rohling ist in diesem Fall ein SYNDITE -Rohling mit generell kreisrunder Form, der vom Anmelder hergestellt wird. Der SYNDITE -Rohling ist ein Verbund-PCD-Kompaktteil und besteht aus einem dünnen PCD-Kompaktteil 12, das an eine Wolfram-Karbid-Verstärkung 14 geklebt wurde und im typischen Fall eine Dicke 16 von etwa 8 mm aufweist.
Zur Herstellung von entsprechend der folgenden Beschreibung verwendeten Schneideinsätzen wird der Rohling 10 entlang der Schnittlinien 20, die zu den Hauptflächen 22 und 24 des Rohlings einen rechten Winkel bilden, in Scheiben geschnitten.
Der SYNDITE -Rohling 10 kann einen wesentlichen Nenndurchmesser 28 aufweisen, im typischen Fall bis zu 70 mm, der die maximal mögliche Länge eines Schneideinsatzes bestimmt, der mit der soeben beschriebenen Schneidtechnik hergestellt werden kann. In den meisten Fällen jedoch werden die Scheiben 18 dann der Länge nach geschnitten und bilden dann Schneideinsätze mit den entsprechenden Maßen zur Verwendung in einem Bohrmeißel, wie im folgenden beschrieben wird.
Figur 3 zeigt eine axiale Sicht auf die Vorderfläche eines Kernbohrmeißels zum Bohren in Gesteinsformationen und zur Entnahme massiver zylindrischer Kernproben aus diesen Formationen, generell zur Durchführung geologischer Analysen oder zur Prospektion. Wie in dieser Figur zu sehen ist, hat der Körper 30 des Kernbohrmeißels eine hohle zylindrische Form, so daß die Vorderfläche 30 eine ringförmige Konfiguration hat. Die Schneideinsätze 34, 36 und 38 sind in die Fläche in winkelig versetzte und mit Zwischenraum angeordnete in radialer Richtung ausgerichtete Aussparungen eingelassen.
Die Einsätze 34, 36 und 38 sind identisch und als Segmente ausgeführt, die aus Scheiben eines Rohlings 10 geschnitten wurden, wie oben beschrieben. Jeder Einsatz hat ein an eine Wolfram-Karbidverstärkung 42 geklebtes PCD-Kompaktteil 40. Wie aus Figur 3 erkennbar ist, sind die Einsätze 34 in die jeweiligen Aussparungen so eingesetzt, daß ihre PCD-Kompaktteile 40 etwas über der Fläche 32 liegen und vom Innenmaß 44 des Meißelkörpers bis zum Außenmaß 46 verlaufen.
Beim Bohrvorgang, wenn der Bohrmeißel sich um seine Achse dreht und in die axiale Richtung gezwungen wird, führen die Schneideinsätze 34 eine axiale Schneidbewegung aus.
Die beiden Schneideinsätze 36 sind in die jeweiligen Aussparungen so eingelassen, daß ihre PCD-Kompaktteile mit dem Innenmaß 44 bündig abschließen. Bezogen auf die Schneideinsätze 36 sind die beiden Schneideinsätze 38 umgekehrt und sind in die jeweiligen Aussparungen so eingelassen, daß ihre PCD-Kompaktteile mit dem Außenmaß 46 bündig abschließen. Beim Bohren sorgen die Einsätze 36 und 38 für die Beibehaltung des von den Einsätzen 34 geschnittenen Innen- und Außenmaßes. Da die Einsätze 36 und 38 keine wesentliche axiale Schneidbewegung ausführen, was Aufgabe der Einsätze 34 ist, können sie, bezogen auf die Einsätze 34, in der Fläche 32 axial nach hinten versetzt sein.
Figur 5 zeigt eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Kernbohrmeißels, ähnlich wie in Figur 3. In diesem Fall erfolgt die axiale Schneidbewegung sowie die Beibehaltung des Innen- und des Außenmaßes durch vier Schneideinsatzgruppen. Eine typische Schneideinsatzgruppe so ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Wie aus diesen Figuren erkennbar ist, besteht die Baugruppe 50 aus drei getrennten nebeneinander angeordneten Schneideinsätzen 54, 56 und 58.
Die Einsätze 54, 56 und 58 entsprechen in Form und Ausrichtung den Einsätzen 34, 36 bzw. 38 des vorherigen Ausführungsbeispiels, wobei die Einsätze 54 die axiale Schneidbewegung ausführen und die Einsätze 56 und 58 das Innenmaß bzw. das Außenmaß aufrechterhalten.
In jedem Ausführungsbeispiel sind die Einsätze typischerweise durch Hartlöten in den jeweiligen Aussparungen im Meißelkörper verankert, obwohl auch andere geeignete Befestigungsmethoden möglich sind, beispielsweise eine Einspannung.
In jedem Fall wären die typischen Abmessungen der Schneideinsätze wie folgt:
Dicke 1 mm nach oben
Höhe 5 mm bis 10 mm
Breite (Länge) 5 mm bis 40 mm
Bei Einsätzen mit PCD-Kompaktteilen würde die Dicke der Diamantschicht typischerweise im Bereich 0,7 mm bis 1,5 mm liegen.
Es wird angenommen, daß ein Bohrmeißel mit den unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 7 beschriebenen Schneideinsätzen für Bohrarbeiten in weichen bis mittelharten Gesteinsformationen wie Ton, Sandstein und Schiefer, geeignet ist.
Außerdem könnte anstelle eines PCD-Kompaktteils für das Schneidplättchen der Schneideinsätze in den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung auch PCBN (polykristallines kubisches Bornitrid) verwendet werden.
Obwohl hier nur das Schneiden von Scheiben aus einem einzigen PCD- oder PCBN-Verbund-Kompaktteil oder Rohling zur Herstellung der dann in dem Bohrmeißel verwendeten Schneideinsätze beschrieben wird, ist leicht erkennbar, daß in der Praxis nicht notwendigerweise alle Schneideinsätze eines Bohrmeißels aus demselben Originalverbundkompaktteil stammen. Die Erfindung schließt auch die Verwendung von aus verschiedenen Verbund-Rohlingen stammenden Schneideinsätzen in demselben Bohrmeißel ein.
Obwohl hier speziell ein SYNDITE -Rohling für die Schneidelemente verwendet wird, sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung in keiner Weise auf die Verwendung dieser speziellen Form eines Rohlings beschränkt ist. In anderen Ausführungsbeispielen könnten andere PCD- oder PCBN-Verbund- Kompaktteile für die Schneideinsätze verwendet werden.

Claims

1. Ein Kernbohrmeißel, umfassend einen rohrförmigen Meißelkörper (30) mit einer Vorderfläche (32), einer Innenmaßfläche (44) und einer Außenmaßfläche (46), und einer Reihe von Schneideinsätzen (54, 56, 58), die in den Meißelkörper eingelassen sind, wobei die Schneideinsätze als Segmente vorliegen, die aus Scheiben (18) von PCD- oder PCBN-Verbund-Kompaktteilen (10) mit flachen Proportionen hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneideinsatz ein PCD- oder PCBN-Kompaktteil (40) umfaßt, das von einer in den Meißelkörper eingelassenen Karbidverstärkung (42) getragen wird, wobei einige der Schneideinsätze (54) so angeordnet sind, daß ihre PCD- oder PCBN-Kompaktteile an der Vorderfläche des Meißels freiliegen und in radialer Richtung von der Innenmaßfläche zur Außenmaßfläche über die Vorderfläche verlaufen, einige der Schneideinsätze (56) so angeordnet sind, daß ihre PCD- oder PCBN-Kompaktteile an der Innenmaßfläche freiliegen und in axialer Richtung entlang der Innenmaßfläche verlaufen und einige der Schneideinsätze (58) so angeordnet sind, daß ihre PCD-Kompaktteile an der Außenmaßfläche freiliegen und in axialer Richtung entlang der Außenmaßfläche verlaufen.

2. Ein Kernbohrermeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinsätze in Gruppen (50) von jeweils drei Einsätzen angeordnet sind, wobei die Schneideinsätze in jeder Gruppe gleich sind, jedoch in unterschiedlichen Ausrichtungen angeordnet sind, so daß sie an der Vorderfläche, an der Innenmaßfläche bzw. an der Außenmaßfläche freiliegen.