DE69529190T2

DE69529190T2 - Verbesserungen an oder bezüglich, mit einem superharten Material bekleideten, Elementen

Info

Publication number: DE69529190T2
Application number: DE69529190T
Authority: DE
Inventors: Alex Newton
Original assignee: Camco Drilling Group Ltd
Current assignee: Camco Drilling Group Ltd
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1995-06-15
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2015-06-16
Also published as: GB2290570A; US5605199A; ZA955084B; EP0688937B1; DE69529190D1; GB9512212D0; GB2290570B; EP0688937A1; GB9412779D0

Description

Die Erfindung betrifft Elemente, die mit einem superharten Material verkleidet sind, und insbesondere Vorformelemente, die eine Planscheibe aus superhartem Material umfassen, die eine Frontfläche, eine Umfangsfläche und eine hintere Fläche hat, die an ein Substrat aus einem Material bondiert ist, das weniger hart als das superharte Material ist.
Vorformelemente dieses Typs werden oft als Schneidelemente auf rotierenden Bohrmeißeln des Blattbohrtyps verwendet, und die vorliegende Erfindung wird insbesondere in Beziehung auf eine solche Verwendung beschrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht beschränkt auf Schneidelemente für diese besondere Verwendung und kann Vorformelemente für andere Zwecke betreffen. Zum Beispiel können Elemente der betreffenden Art, die mit einem superharten Material verkleidet sind, ebenfalls sowohl bei Werkstück-Stoßmeißeln, Hochdruckdüsen, Drahtzieheisen, Lagern und anderen Teilen angewendet werden, die Gleitverschleiß ausgesetzt sind, als auch bei Elementen, die Schlaglasten ausgesetzt sind, wie das der Fall sein kann bei Stößeln, Nocken, Nockenstößeln und ähnlichen Vorrichtungen, bei denen eine Oberfläche mit hoher Verschleißfestigkeit erforderlich ist.
Vorformelemente, die als Schneidelemente bei rotierenden Bohrmeißeln verwendet werden, haben üblicherweise eine Planscheibe aus polykristallinem Diamanten, obwohl andere superharte Materialien, wie zum Beispiel kubisches Bornitrid, verfügbar sind. Das Substrat aus einem weniger hartem Material wird oft aus zementiertem Wolframkarbid geformt, und die Planscheibe und das Substrat werden während der Formung des Elements in einer Hochdruck-Hochtemperatur-Formpresse aneinanderbondiert. Dieses Formungsverfahren ist gut bekannt und wird nicht im Einzelnen beschrieben.
Jedes Vorform-Schneidelement kann auf einen Träger in der Form eines allgemein zylindrischen Ständers oder Pfostens montiert werden, der in einer Fassung im Körper des Bohrmeißels aufgenommen wird. Der Träger wird oft aus zementiertem Wolframkarbid geformt, wobei die Oberfläche des Substrats auf eine Oberfläche auf dem Träger hartgelötet wird, zum Beispiel durch ein Verfahren, das als "LS- Bondieren" bekannt ist. Als Alternative dazu kann das Substrat selbst von einer ausreichenden Dicke sein derart, daß es in Wirklichkeit einen zylindrischen Ständer bereitstellt, der ausreichend lang ist, um unmittelbar in einer Fassung im Meißelkörper aufgenommen zu werden, ohne an einen Träger hartgelötet zu werden. Der Meißelkörper selbst kann spanend aus Metall, üblicherweise Stahl, hergestellt werden oder kann unter Anwendung eines Pulvermetallurgie-Verfahrens geformt werden.
Solche Schneidelemente sind während der Formung und der Montage auf den Meißelkörper Temperaturextremen ausgesetzt, und sie sind ebenfalls hohen Temperaturen und schweren Lasten ausgesetzt, wenn der Bohrer unten in einem Bohrloch im Einsatz ist. Es hat sich gezeigt, daß als ein Ergebnis solcher Bedingungen ein Abplatzen und eine Schichtentrennung der superharten Planscheibe auftreten können, das heißt die Abtrennung und der Verlust des Diamanten oder des anderen superharten Materials auf der Schneidfläche der Scheibe.
Das kann bei Vorformelementen, die für andere Zwecke verwendet werden, ebenfalls geschehen und insbesondere, wo die Elemente wiederholten Stoßlasten unterworfen sind, wie bei Stößeln und Nockenmechanismen.
Gemeinhin ist bei Vorformelementen des obigen Typs die Grenzfläche zwischen der superharten Scheibe und dem Substrat flach und ebenflächig gewesen. Jedoch sind, insbesondere bei Schneidelementen für Bohrmeißel, Versuche unternommen worden, um die Verbindung zwischen der superharten Planscheibe und dem Substrat durch das Konfigurieren der hinteren Fläche der Planscheibe zu verbessern derart, daß ein Grad von mechanischer Verriegelung zwischen der Planscheibe und dem Substrat gewährleistet wird.
Eine solche Anordnung wird in der US-Patentschrift Nr. 5120327 gezeigt, bei der die hintere Fläche der Planscheibe integriert mit einer Vielzahl von identischen, mit Zwischenraum angeordneten, parallelen Rillen konstanter Tiefe gebildet wird. Die Planscheibe schließt ebenfalls einen Umfangsring mit einer größeren Dicke ein, wobei die Enden der parallelen Rillen den umgebenden Ring überschneiden.
Eine alternative Konfigurationen wird in unserer ebenfalls noch nicht verbeschiedenen Britischen Patentanmeldung Nr. 9323207.2 gezeigt, bei der die hintere Fläche der Planscheibe integriert mit einer Vielzahl von mit Zwischenraum um den Umfang allgemein in Radialrichtung angeordneten Rippen gebildet wird, deren äußere Enden einen Umfangsring überschneiden, der von der hinteren Fläche der Planscheibe nach hinten vorsteht. Außerdem legt EP 0 389 800 ein Vorformelement offen, bei dem die hintere Fläche im Verhältnis zur vorderen Fläche geneigt ist (wie durch die punktierte Linie von Fig. 4 gezeigt).
Bei solchen Anordnungen ist der Umfangsring wesentlich von rechtwinkligem Querschnitt, obwohl die Ecken abgerundet sein können. Demzufolge verläuft die Innenfläche des Umfangsrings wesentlich mit 90º zur hinteren Fläche der Planscheibe, um so allgemein parallel zur Mittelachse des Schneidelements zu verlaufen und zu derselben zu zeigen. Als eine Folge trifft die Innenfläche des Umfangsrings wesentlich in einem Winkel von 90º auf die hintere Fläche der Planscheibe.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß eine solche Anordnung zu zwei ernsten Nachteilen führen kann. Erstens wird, wie gut bekannt ist, das Vorformelement in einer Hochdruck-Hochtemperatur-Presse in einem Verfahren geformt, bei dem das Substrat ein vorgeformtes massives Element mit einer vorderen Fläche ist, die in die erforderliche Konfiguration vorgeformt wird. Danach wird eine Schicht von Diamantteilchen auf die konfigurierte Fläche des Substrats gepackt, welche die Aussparungen in derselben füllt und eine durchgehende Deckschicht bildet. Ein Pressen des verbundenen Körpers in der Hochdruck- Hochtemperatur-Presse bewirkt, daß die Diamantteilchen mit einer Diamant-Diamant-Bindung aneinanderbondiert werden und ebenfalls an die Fläche des Substrats bondiert werden, die üblicherweise aus zementiertem Wolframkarbid besteht. Um den rechteckig geschnittenen Umfangsring auf der hinteren Fläche der Diamantschicht zu formen, wird das Substrat mit einem entsprechenden rechteckig geschnittenen Umfangsfalz geformt, in den die Diamantteilchen gepackt werden.
Es wird angenommen, daß die Diamantteilchen, auf Grund der rechteckigen Form des Falzes im Substrat, im Bereich der Ecke des Falzes weniger dicht gepackt sein und weniger fest gegen die zylindrische Innenwand des Falzes zusammengedrückt werden können, was zu einer mangelhaften Verbindung zwischen den Diamantteilchen und dem Material des Substrats in diesem Bereich führt.
Zweitens bildet die 90º-Verbindung zwischen dem Umfangsring und der hinteren Fläche der Planscheibe eine Spannungskonzentration an dieser Verbindung.
Diese beiden Merkmale, so wird angenommen, können die Tendenz verstärken, daß sich die Planscheibe bei Benutzung des Schneidelements vom Substrat trennt, wenn sie beträchtlichen Temperaturen und Belastungen ausgesetzt wird. Es ist ein Ziel der Erfindung, eine neue und verbesserte Konfiguration des Schneidelements bereitzustellen, bei der diese Nachteile überwunden werden können.
Nach der Erfindung wird ein Vorformelement bereitgestellt, das eine Planscheibe aus superhartem Material einschließt, die eine Frontfläche, eine äußere Umfangsfläche und eine hintere Fläche hat, die an ein Substrat bondiert ist, das weniger hart als das superharte Material ist, wobei die Planscheibe einen Umfangsbereich umfaßt, der einen Innenbereich umgibt, der von der Umfangsfläche nach innen angeordnet ist, wobei der Umfangsbereich eine Innenfläche hat, die allgemein in einem Winkel von mehr als 90º zur hinteren Fläche der Planscheibe geneigt ist, um so in einer Richtung zu zeigen, die eine Komponente sowohl nach hinten von der Planscheibe weg als auch nach innen zum Innenbereich derselben hin hat.
Durch ein Neigen der Fläche des Umfangsbereichs in einer Richtung, die von der Planscheibe weg zeigt, kann die Bindung der Diamantteilchen im Umfangsbereich an das Substrat verbessert werden, und darüber hinaus tendiert ein Neigen der Innenfläche auf diese Weise dazu, die Spannungskonzentration an der Verbindung zwischen dem Umfangsbereich und dem Innenbereich zu verringern. Diese beiden Merkmale können die Tendenz der Planscheibe verringern, sich bei Benutzung vom Substrat zu trennen.
Die Innenfläche verläuft vorzugsweise in einem Winkel von mehr als 100º zur hinteren Fläche der Planscheibe und bevorzugter in einem Winkel von mehr als 120º. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verläuft die Innenfläche des Umfangsbereichs wesentlich mit 135º zur hinteren Fläche der Planscheibe.
Die Innenfläche des Umfangsbereichs kann wesentlich glatt sein, obwohl die Erfindung in ihrem Rahmen Anordnungen einschließt, bei denen die Fläche konfiguriert ist, beispielsweise mit Umfangsnuten und/oder -stegen geformt wird. Die Innenfläche kann, im Querschnitt gesehen, wesentlich gerade sein, so daß ihre Gesamtkonfiguration allgemein kegelstumpfförmig ist.
Die Umfangskante der Innenfläche, die am weitesten von der Planscheibe entfernt ist, kann auf der äußeren Umfangsfläche der Planscheibe liegen, oder sie kann mit Zwischenraum nach innen von der äußeren Umfangsfläche angeordnet sein, wobei dann eine weitere ringförmige Fläche von der hintersten Umfangskante der Innenfläche nach außen zur äußeren Umfangsfläche der Planscheibe verläuft. Die weitere ringförmige Fläche kann allgemein parallel zur Vorderfläche der Planscheibe verlaufen.
Es kann eine winklige Verbindung zwischen der inneren Umfangskante der Innenfläche und der hinteren Fläche der Planscheibe bereitgestellt werden. Als Alternative dazu kann die Verbindung zwischen der inneren Umfangskante der Innenfläche und der hinteren Fläche der Planscheibe sanft gewölbt sein.
Die hintere Fläche der Planscheibe kann mit einer Vielzahl von integrierten Vorsprüngen geformt werden, die in das Substrat vorstehen. Diese Vorsprünge können eine Vielzahl von Rippen umfassen, die vom Umfangsbereich der Planscheibe nach innen und wenigstens teilweise über den Innenbereich der Planscheibe verlaufen. Zum Beispiel können die Rippen allgemein in Radialrichtung verlaufende Rippen sein, wie in unserer ebenfalls noch nicht verbeschiedenen Britischen Patentanmeldung Nr. 9323207.2 beschrieben.
Als Alternative dazu können die Vorsprünge eine Vielzahl von mit Zwischenraum angeordneten allgemein parallelen Rippen umfassen, die über den Innenbereich der Planscheibe verlaufen, wobei die Enden der Rippen auf den Umfangsbereich treffen, wie zum Beispiel im US-Patent Nr. 5120327 beschrieben.
Bei jeder der obigen Anordnungen kann eine Übergangsschicht zwischen der Planscheibe und dem Substrat bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann die Übergangsschicht polykristalline Diamantteilchen umfassen, die in eine Wolframkarbidmatrix eingebettet sind.
Das Folgende ist eine detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, wobei als Beispiel auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
Fig. 1 ein Seitenriß eines typischen Bohrmeißels des Blattbohrtyps ist, in dem Schneidelemente nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden können,
Fig. 2 ein Stirnaufriß des in Fig. 1 gezeigten Bohrmeißels ist,
Fig. 3 bis 5 Querschnitte von drei Formen von Schneidelementen nach dem bekannten technischen Stand sind,
Fig. 6 bis 10 ähnliche Querschnitte von Vorform-Schneidelementen nach der vorliegenden Erfindung sind, und
Fig. 11 bis 13 teilweise Querschnitte von Vorform-Schneidelementen nach der vorliegenden Erfindung in einem vergrößerten Maßstab sind, die weitere Variationen in der Form des Umfangsbereichs zeigen.
Fig. 1 und 2 zeigen einen typischen Vollbobrungsblattbohrmeißel einer Art, für, welche die Schneidelemente der vorliegenden Erfindung anwendbar sind. Der Meißelkörper 10 wird spanend aus Stahl hergestellt und hat einen Schaft, der an dem einen Ende mit einem mit Außengewinde versehenen konischen Bolzen 11 für die Verbindung mit der Bohrgarnitur gebildet wird. Die Arbeitsendfläche 12 des Meißelkörpers wird mit einer Anzahl von Blättern 13 gebildet, die vom Mittelbereich des Meißels ausstrahlen, und die Blätter tragen Schneidbaugruppen 14, die mit Zwischenraum über die Länge derselben angeordnet sind. Der Meißel hat einen Kaliberabschnitt, der Anschläge 16 einschließt, welche mit den Wänden des Bohrlochs in Kontakt kommen, um den Meißel im Bohrloch zu stabilisieren. Ein Mitteldurchgang (nicht gezeigt) in dem Meißel und dem Schaft fördert auf die bekannte Weise Bohrflüssigkeit durch Düsen 17 in der Endfläche 12.
Jede Schneidbaugruppe 14 umfaßt ein Vorform-Schneidelement 18, das auf einen Träger 15 in Form eines Pfostens montiert wird, der sich in einer Fassung im Meißelkörper befindet.
Fig. 3 zeigt eine gebräuchliche Form eines Vorform-Schneidelements nach dem bekannten technischen Stand. Das Schneidelement 18 hat die Form einer kreisförmigen Scheibe, die eine Planscheibe 19 aus einem superharten Material, üblicherweise polykristallinem Diamanten, umfaßt, die an ein Substrat 20 bondiert wird, das normalerweise aus zementiertem Wolframkarbid besteht. Die hintere Fläche des Substrats 20 wird, zum Beispiel durch LS-Bondieren, an eine entsprechend ausgerichtete Oberfläche auf dem Pfosten 15 bondiert.
Der Zweckmäßigkeit wegen werden die in dieser Patentbeschreibung zu beschreibenden Schneidelemente so beschrieben, daß sie die Form von kreisförmigen Tafeln haben. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auf andere Schneidelement-Formen angewendet werden kann, die allgemein verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Bohrmeißel Kalibriermeißel einschließen, welche die Form einer kreisförmigen Scheibe mit einem entfernten Segment haben. Andere Meißelformen können einen Sektor eines größeren kreisförmigen Körpers umfassen, um einen Meißel mit einer allgemein "spitzen" Konfiguration bereitzustellen.
Wie zuvor erwähnt, sind Verbesserungen an dem grundlegenden Vorform-Schneidelement von Fig. 3 vorgeschlagen worden, bei denen die hintere Fläche integriert mit Rippen oder anderen Vorsprüngen gebildet wird, die in den Körper des Substrats vorstehen, wobei der Umfangsbereich der Planscheibe außerdem mit einem nach hinten vorstehenden Umfangsring mit einem allgemein rechteckigen Querschnitt geformt wird. Fig. 4 und 5 zeigen zwei solche Anordnungen.
Fig. 4 ist ein Querschnitt einer Schneidelement-Form, die in unserer ebenfalls noch anhängigen Britischen Patentanmeldung Nr. 9323207.2 beschrieben wird. In diesem Fall umfaßt die Planscheibe 21 aus polykristallinem Diamanten einen allgemein flachen ringförmigen Innenbereich 22, der von einem Umfangsbereich in der Form eines nach hinten vorstehenden Umfangsrings 23 mit allgemein rechteckigem Querschnitt umgeben wird. Die hintere Fläche der Planscheibe 21 wird mit einer Vielzahl von mit Zwischenraum um den Umfang angeordneten Rippen 24 in Radialrichtung gebildet, die vom Außenumfang des Schneidelements nach innen verlaufen und in den Körper des Substrats 25 vorstehen. Die Rippen 24 nehmen an Tiefe zu, während sie nach außen verlaufen und den Umfangsring 23 überschneiden.
Fig. 5 zeigt ein Schneidelement, das allgemein von der im US-Patent Nr. 5120327 beschriebenen Art ist. In diesem Fall wird die Planscheibe 26 mit einem nach hinten vorstehenden Umfangsring 27 gebildet, der eine allgemein rechteckige Querschnittsform hat, obwohl die innere Eckkante des Rings abgerundet ist und die freie Außenkante abgeschrägt ist.
Der Innenbereich der Planscheibe 26, innerhalb des Umfangsrings 27, wird mit einer Vielzahl von mit Zwischenraum angeordneten parallelen Stegen 28 gebildet, die in das Substrat 29 vorstehen, um die Planscheibe am Substrat zu halten.
Fig. 6 zeigt die Anordnung von Fig. 4, nach der vorliegenden Erfindung modifiziert. In diesem Fall ist die Innenfläche 30 des Umfangsrings 23' in einem Winkel größer als 90º zur hinteren Fläche 31 des Innenbereichs 22' der Planscheibe 21' geneigt, statt, wie in der Anordnung von Fig. 4, in einem rechten Winkel zu dieser Fläche zu stehen. Vorzugsweise ist die Fläche 30 in einem Winkel größer als 100º, und bevorzugterweise größer als 120º, zur Fläche 31 angeordnet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Fläche 30 wesentlich um 135º zur Fläche 31 geneigt. Die hintere Fläche der Planscheibe 21' wird mit um den Umfang mit Zwischenraum angeordneten Rippen 24' in Radialrichtung gebildet, die vom Außenumfang des Schneidelements nach innen verlaufen und in den Körper des Substrats vorstehen. Die Rippen 24' nehmen an Tiefe zu, während sie nach außen verlaufen.
Fig. 7 zeigt eine ähnliche Modifikation des Ausführungsbeispiels nach dem bekannten technischen Stand von Fig. 5. In diesem Fall ist die Innenfläche 32 des Umfangsrings 27' ebenfalls in einem Winkel zur hinteren Fläche 33 der Planscheibe 26' geneigt, der größer als 100º ist, vorzugsweise größer als 120º, und bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel 135º beträgt.
Der Innenbereich der Planscheibe 26', innerhalb des Umfangsrings 27', wird mit einer Vielzahl von mit Zwischenraum angeordneten parallelen Stegen 28' gebildet, die in das Substrat 29' vorstehen, um die Planscheibe am Substrat zu halten.
Bei den Ausführungsbeispielen von Fig. 6 und 7 ist die untere Umfangskante der Fläche 30 oder 32 mit Zwischenraum zum Außenumfang des Schneidelements nach innen angeordnet, um so außerhalb der geneigten Fläche 30 oder 32 eine ringförmige Fläche 34 oder 35 zu bilden.
Bei nicht gezeigten alternativen Ausführungsbeispielen werden die geneigten kegelstumpfförmigen Flächen 30 und 32 nach außen fortgesetzt, so daß die äußeren und hinteren Kanten derselben auf der äußeren Umfangsfläche des Schneidelements liegen. Es wird sich verstehen, daß in diesem Fall die ringförmigen Flächen 34 und 35 weggelassen werden.
Fig. 6 und 7 zeigen nur Beispiele der Arten von Vorsprüngen, die integriert auf der hinteren Fläche der Planscheibe gebildet werden können derart, daß dieselben in das Substrat vorstehen und zum Ineinandergreifen der Planscheibe mit dem Substrat beitragen. Die vorliegende Erfindung ist weder auf eine bestimmte Form solcher Vorsprünge beschränkt noch darauf, daß solche Vorsprünge überhaupt bereitgestellt werden.
Die Erfindung schließt folglich in ihrem Rahmen Anordnungen ein, bei denen keine solchen Vorsprünge bereitgestellt werden. Zum Beispiel zeigt Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Umfangsbereich 36 der Planscheibe 37 eine ähnliche Konfiguration hat wie die Umfangsringe 23' und 27' von Fig. 6 und 7, bei dem aber der Innenbereich 38 der Planscheibe eine wesentlich flache hintere Fläche im Eingriff mit dem Substrat 39 hat.
Fig. 9 zeigt eine weitere modifizierte Anordnung, bei der die nach innen und nach hinten zeigende Fläche 40 des Umfangsrings 41 erweitert ist, so daß ihre äußere und hintere Kante 42 auf der äußeren Umfangsfläche des Schneidelements liegt. Wie bei der zuvor beschriebenen Anordnung ist die Fläche 40 in einem Winkel größer als 100º zur flachen hinteren Fläche 43 der Planscheibe 44 angeordnet und liegt vorzugsweise in einem Winkel größer als 120º zu derselben. In den gezeigten Ausführungsbeispielen liegt die Fläche 40 in einem Winkel von etwa 135º zur Fläche 43.
Fig. 10 zeigt eine weitere modifizierte Anordnung nach der Erfindung. In diesem Fall ist die hintere Fläche 45 der Planscheibe 46 konisch, wobei die Dicke der Planscheibe linear zunimmt, wenn sie von der Mittelachse 47 des Schneidelements zum Außenumfang verläuft. Diese Anordnung kann als eine Modifikation der Anordnung von Fig. 9 betrachtet werden, bei welcher der Innenbereich in der Größe auf einen Einzelpunkt reduziert worden ist, der auf der Achse des Schneidelements liegt. Als Alternative dazu kann das Ausführungsbeispiel von Fig. 10 als eine Version von Fig. 9 angesehen werden, bei der die hintere Fläche des Innenbereichs der Planscheibe 46 mit einer konischen Vertiefung gebildet wird, deren Winkel dem Kegelstumpf-Neigungswinkel des Umfangsbereichs der Planscheibe entspricht. Es wird sich verstehen, daß von diesem Gesichtspunkt aus jeder Radialpunkt, als die Verbindung zwischen dem Innenbereich und dem Umfangsbereich angesehen werden kann und die Innenfläche des Umfangsbereichs als um 180º zur angrenzenden Fläche des Innenbereichs geneigt angesehen werden kann.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 10 kann dadurch modifiziert werden, daß die konische hintere Fläche der Planscheibe 46 mit Rippen oder anderen Vorsprüngen für ein Ineinandergreifen der Planscheibe mit dem Substrat 48 versehen wird.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die nach innen und nach hinten zeigende geneigte Fläche des Umfangsbereichs, im Querschnitt gesehen, gerade und verbindet sich in einem Winkel mit der hinteren Fläche der Planscheibe, Keine dieser Charakteristika ist jedoch wesentlich für die Erfindung, die in ihrem Rahmen Anordnungen einschließt, bei denen die Fläche, im Querschnitt gesehen, nicht gerade ist und bei denen dieselbe die hintere Fläche der Planscheibe nicht in einem Winkel überschneidet. Einige alternative Anordnungen werden als Beispiel in Fig. 11 bis 13 gezeigt.
In Fig. 11 ist die geneigte Fläche 49 des Umfangsbereichs 50 der Planscheibe längs einer allgemein bei 51 angezeigten Linie geneigt. Bei dieser Anordnung verläuft der Innenumfang der Fläche 49 jedoch durch eine sanfte Kurve, wie bei 52 gezeigt, so daß er stufenlos in die hintere Fläche 53 des Innenbereichs 54 der Planscheibe übergeht.
Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 12 ist die Innenfläche 55 des Umfangsbereichs 56 ähnlich geneigt, wie bei 57 gezeigt, aber in diesem Fall ist es die Außenkante der Fläche 55, die gewölbt ist, wie bei 58 gezeigt, um sanft in die ringförmige Fläche 59 überzugehen, die zum Außenrand des Schneidelements führt.
Fig. 13 zeigt eine Anordnung, bei der die nach innen zeigende Fläche 60 des Umfangsbereichs 61, im Querschnitt gesehen, nicht gerade ist, sondern mit Stufen versehen ist, um eine Reihe von Umfangsnuten 64 und -stegen 65 bereitzustellen. In diesem Fall wird die allgemeine Linie der Fläche 60, die den Neigungswinkel derselben zeigt, bei 62 angezeigt und schneidet die hintere Fläche 63 der Planscheibe in einem Winkel, der größer ist als 90º.
Jedes der Merkmale von Fig. 11 bis 13 kann mit einem anderen kombiniert werden, und es wird sich außerdem verstehen, daß andere Querschnittsformen der geneigten Fläche des Umfangsbereichs der Planscheibe möglich sind.
Bei jeder der oben beschriebenen Anordnungen nach der Erfindung kann zwischen der Planscheibe und dem Substrat eine Übergangsschicht bereitgestellt werden. Die Übergangsschicht kann beispielsweise polykristalline Diamantteilchen umfassen, die in eine Wolframkarbidmatrix eingebettet sind.

Claims

1. Vorformelement, das eine Planscheibe (21') aus einem superharten Material einschließt, die eine Frontfläche, eine äußere Umfangsfläche und eine hintere Fläche hat, die an ein Substrat (25') bondiert ist, das weniger hart als das superharte Material ist, wobei die Planscheibe einen Umfangsbereich (23') umfaßt, der einen Innenbereich (22') umgibt, der von der Umfangsfläche nach innen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsbereich (23') eine Innenfläche (30) hat, die allgemein in einem Winkel größer als 90º zur hinteren Fläche (31) der Planscheibe (21') geneigt ist, um so in einer Richtung zu zeigen, die eine Komponente sowohl nach hinten von der Planscheibe weg als auch nach innen zum Innenbereich derselben hin hat.

2. Vorformelement nach Anspruch 1, bei dem die Innenfläche (30) des Umfangsbereichs (23') in einem Winkel von mehr als 100º zur hinteren Fläche (31) der Planscheibe verläuft.

3. Vorformelement nach Anspruch 1, bei dem die Innenfläche (30) des Umfangsbereichs (23') in einem Winkel von mehr als 120º zur hinteren Fläche (31) der Planscheibe verläuft.

4. Vorformelement nach Anspruch 3, bei dem die Innenfläche (30) des Umfangsbereichs (23') in einem Winkel von wesentlich 135º zur hinteren Fläche (31) der Planscheibe verläuft.

5. Vorformelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Innenfläche (30) des Umfangsbereichs (23') wesentlich glatt ist.

6. Vorformelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Innenfläche (64, 65) des Umfangsbereichs (61) konfiguriert ist.

7. Vorformelement nach Anspruch 6, bei dem die Innenfläche des Umfangsbereichs (61) mit Umfangsnuten und/oder -stegen (64, 65) gebildet wird.

8. Vorformelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Innenfläche (30) des Umfangsbereichs (23'), im Querschnitt gesehen, wesentlich gerade ist, so daß ihre Gesamtkonfiguration allgemein kegelstumpfförmig ist.

9. Vorformelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Umfangskante (42) der Innenfläche (40), die am weitesten von der Planscheibe (44) entfernt ist, auf der äußeren Umfangsfläche der Planscheibe liegt.

10. Vorformelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Umfangskante der Innenfläche (30), die am weitesten von der Planscheibe (21') entfernt ist, mit Zwischenraum zu der äußeren Umfangsfläche nach innen angeordnet ist, wobei eine weitere ringförmige Fläche (34) von der hintersten Umfangskante der Innenfläche (30) nach außen zur äußeren Umfangsfläche der Planscheibe verläuft.

11. Vorformelement nach Anspruch 10, bei dem die weitere ringförmige Fläche (34) allgemein parallel zur Frontfläche der Planscheibe (21') verläuft.

12. Vorformelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eine winklige Verbindung zwischen der inneren Umfangskante der Innenfläche (30) und der hinteren Fläche (31) der Planscheibe bereitgestellt wird.

13. Vorformelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Verbindung (52) zwischen der inneren Umfangskante der Innenfläche (49) und der hinteren Fläche (53) der Planscheibe (54) sanft gewölbt ist.

14. Vorformelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die hintere Fläche der Planscheibe (21') mit einer Vielzahl von integrierten Vorsprüngen (24') gebildet wird, die in das Substrat (25') vorstehen.

15. Vorformelement nach Anspruch 14, bei dem die Vorsprünge eine Vielzahl von Rippen (24') umfassen, die vom Umfangsbereich (23') der Planscheibe (21') nach innen und wenigstens teilweise über den Innenbereich der Planscheibe verlaufen.

16. Vorformelement nach Anspruch 15, bei dem die Rippen (24') in wesentlich radialen Richtungen verlaufen.

17. Vorformelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Vorsprünge eine Vielzahl von mit Zwischenraum angeordneten, allgemein parallelen, Rippen (28') umfassen, die über den Innenbereich der Planscheibe (26') verlaufen, wobei die Enden der Rippen auf den Umfangsbereich (27') treffen.

18. Vorformelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem zwischen der Planscheibe (21') und dem Substrat (25') eine Übergangsschicht bereitgestellt wird.

19. Vorformelement nach Anspruch 18, bei dem die Übergangsschicht polykristalline Diamantteilchen umfaßt, die in eine Wolframkarbidmatrix eingebettet sind.