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Die
Erfindung betrifft Elemente, die mit superhartem Material belegt
sind und insbesondere Vorformelemente, die eine Belagplatte aus
superhartem Material mit einer Vorderfläche, einer Umfangsfläche und
einer Hinterfläche
aufweisen, die mit einem Träger
aus Material verbunden ist, der weniger hart ist als das superharte
Material.
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Vorformelemente
dieser Art werden oftmals als Schneidelemente bei Rotary-Blattmeißeln verwendet,
und die vorliegende Erfindung wird insbesondere in Beziehung auf
eine derartige Verwendung beschrieben. Diese Erfindung ist jedoch
nicht auf Schneidelemente für
diese spezielle Verwendung begrenzt, und sie kann sich auf Vorformelemente
für andere
Zwecke beziehen. Beispielsweise können Elemente, die mit superhartem
Material belegt sind, der Art, auf die man sich bezieht, ebenfalls
in Werkstückhobelmeißeln, Hochdrückdüsen, Drahtziehdüsen, Lagern
und anderen Teilen, die einem gleitenden Verschleiß ausgesetzt
sind, ebenso wie Elementen eingesetzt werden, die schlagenden Belastungen ausgesetzt
sind, wie es der Fall bei Stößeln, Nocken, Nockenstößeln und
gleichen Vorrichtungen sein kann, bei denen eine Oberfläche mit
hoher Verschleißfestigkeit
erforderlich ist.
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Vorformelemente,
die als Schneidelemente in Rotary-Bohrmeißeln verwendet werden, weisen
im allgemeinen eine Belagplatte aus polykristallinem Diamant auf,
obgleich andere superharte Materialien verfügbar sind, wie beispielsweise
kubisches Bornitrid. Der Träger
aus weniger hartem Material wird oftmals aus Wolframkarbidhartmetall
gebildet, und die Belagplatte und der Träger werden während der
Bildung des Elementes in einer Hochdruck/Hochtemperaturformpresse
miteinander verbunden. Dieser Formvorgang ist gut bekannt und wird
nicht detailliert beschrieben.
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Jedes
Vorformschneidelement kann auf einem Halter in der Form eines im
allgemeinen zylindrischen Bolzens oder Ständers montiert werden, der in
einer Innenaussparung im Körper
des Bohrmeißels
aufgenommen wird. Der Halter wird oftmals aus Wolframkarbidhartmetall
gebildet, wobei die Oberfläche
des Trägers
auf eine Oberfläche
auf dem Halter hartgelötet
wird, beispielsweise mittels eines Verfahrens, das als „LS-Verbinden" bekannt ist. Alternativ kann
der Träger
selbst eine ausreichende Dicke aufweisen, um im wesentlichen einen
zylindrischen Bolzen bereitzustellen, der ausreichend lang ist,
um direkt in einer Innenaussparung im Meißelkörper aufgenommen zu werden,
ohne daß er
auf einen Halter hartgelötet
wird. Der Meißelkörper selbst
kann aus Metall, im allgemeinen Stahl, gefertigt werden, oder er
kann bei Anwendung eines Pulvermetallurgieverfahrens geformt werden.
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Derartige
Schneidelemente werden Extremwerten der Temperatur während der
Bildung und Montage am Meißkörper ausgesetzt,
und sie werden ebenfalls hohen Temperaturen und starken Beanspruchungen
ausgesetzt, wenn der Bohrer in einem Bohrloch im Einsatz ist. Es
wird ermittelt, daß im
Ergebnis derartiger Bedingungen ein Absplittern und Abblättern der
superharten Belagplatte auftreten kann, d. h., die Abtrennung und
der Verlust des Diamanten oder anderen superharten Materials über der Schneidfläche der
Platte.
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Das
kann ebenfalls bei Vorformelementen auftreten, die für andere
Zwecke eingesetzt werden, und insbesondere wo die Elemente sich
wiederholenden schlagenden Beanspruchungen ausgesetzt werden, wie
in Stößeln und
Nockenmechanismen.
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Üblicherweise
ist bei Vorformelementen des vorangehenden Typs die Grenzfläche zwischen
der superharten Platte und dem Träger im allgemeinen flach und
eben. Besonders bei Schneidelementen für Bohrmeißel wurden jedoch Versuche
durchgeführt, um
die Bindung zwischen der superharten Belagplatte und dem Träger zu verbessern,
indem die Hinterfläche
der Belagplatte so konfiguriert wird, daß ein Grad an mechanischer
Verriegelung zwischen der Belagplatte und dem Träger bewirkt wird.
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Eine
derartige Anordnung wird in der U.S.Patentbeschreibung Nr. 5120327
gezeigt, wo die Hinterfläche
der Belagplatte zusammenhängend
mit einer Vielzahl von identischen beabstandeten parallelen Rillen
von konstanter Tiefe gebildet wird. Die Belagplatte umfaßt ebenfalls
einen Umfangsring von größerer Dicke,
wobei die äußersten
Enden der parallelen Rillen den umgebenden Ring schneiden. Die U.S.Patentbeschreibung
Nr. 4784023 veranschaulicht eine ähnliche Anordnung, aber ohne
den Umfangsring.
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Weitere
Arten einer nicht ebenen Grenzfläche
zwischen der superharten Platte und dem Träger eines Vorformelementes
werden in den Britischen Patentbeschreibungen Nr. 2283772, 2283773, 2290326,
2290328, 2299109, 2300016 und 2305449 beschrieben.
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Derartige
Anordnungen nach dem bisherigen Stand der Technik haben auf dem
Gebiet einen gewissen Erfolg darin gebracht, daß sie das Auftreten des Absplitterns
oder Abblätterns
der superharten Belagplatte während
sowohl der Herstellung als auch des Betriebes des Bohrmeißels reduzieren
können.
Man kann Problemen jedoch bei der Herstellung von Vorformelementen
mit einer nicht ebenen Grenzfläche
begegnen. Insbesondere kann oftmals vorgefunden werden, daß ein bedeutender
Anteil derartiger Elemente fehlerhaft ist, nicht die erforderlichen Qualitätstests
besteht und zurückgewiesen
werden muß.
Eine übliche
Form des Fehlers ist das unvollständige Sintern der Bereiche
der superharten Schicht und in dem Fall, wo das superharte Material Diamant
ist, die Graphitierung des Diamanten in derartigen Bereichen.
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Das übliche Verfahren
zur Herstellung von Vorformelementen ist, daß zuerst der Träger durch Verdichten
einer Mischung aus Wolframkarbid und Kobaltpulver in einer Presse
geformt wird, um ein selbsttragendes „frisches" Preßteil von geeigneter Form herzustellen.
Wenn das Vorformelement eine nicht ebene Grenzfläche aufweisen soll, wird eine Fläche des
Preßteils
mit einem Muster von Aussparungen und/oder Vorsprüngen vorkonfiguriert.
Dieses Preßteil
wird danach in einem Behälter
(der der Behälter
sein kann, in dem es geformt wird) angeordnet, und eine Schicht
von feinen Diamantteilchen wird auf die konfigurierte Oberfläche des
Trägers
aufgebracht. Die gesamte Baugruppe wird danach einer sehr hohen
Temperatur und Druck in einer Presse ausgesetzt, so daß der Träger sintert
und die Diamantteilchen miteinander verbunden werden und die Diamantschicht
als Ganze mit der konfigurierten Oberfläche des Trägers verbunden wird.
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Während des
Sintervorganges wandert das Kobalt im Träger in die Diamantschicht und
wirkt als ein Katalysator, um die erforderliche Diamant-an-Diamant-Bindung
in der Diamantschicht zu bewirken. Wenn unzureichendes Kobalt einen
Bereich der Diamantschicht erreicht, wird eine derartige Diamant-an-Diamant-Bindung nicht
auftreten oder kann unvollständig
auftreten, und der Diamant kann graphitieren.
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In
einem Vorformelement mit einer ebenen Grenzfläche zwischen der Diamantschicht
und dem Träger
wandert das Kobalt in die Diamantteilchen längs einer im wesentlichen kontinuierlichen
Vorderseite, so daß das
Kobalt alle Teile der Diamantschicht schnell und gleichmäßig erreicht,
um zu sichern, daß eine
Verbindung erfolgt und eine Graphitierung vermieden wird. In Fällen jedoch,
wo die Grenzfläche zwischen
dem Träger
und der Diamantschicht mit Aussparungen und Vorsprüngen konfiguriert
ist, sind einige Teile des Trägers
der Vorderfläche
der Diamantschicht unvermeidlich näher als andere, und im Ergebnis
dessen wandert das Kobalt vom Träger
in die Diamantschicht ungleichmäßig und
längs einer unregelmäßig geformten
Vorderseite. Man glaubt, daß diese
ungleichmäßige Wanderung
des Kobaltes in die Diamantschicht zumindestens teilweise die Ursache
für das
unvollständige
Sintern und Graphitieren von Bereichen der Diamantschicht ist, was
dazu führt,
daß die
Diamantschicht fehlerhaft und das Vorformelement für eine Verwendung
nicht aktzeptabel ist.
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Die
vorliegende Erfindung legt dar, daß ein Vorformelement bereitgestellt
wird, wo die Grenzfläche
zwischen der Belagplatte und dem Träger so konfiguriert ist, daß die vorangehend
erwähnten
Probleme verringert oder überwunden
werden können, während gleichzeitig
noch eine konfigurierte Grenzfläche
bereitgestellt wird, die die Bindung der Belagplatte am Träger verbessert,
wenn mit einer ebenen Grenzfläche
verglichen wird.
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Das
EP 0692607 beschreibt eine
Schneidvorrichtung mit einer Diamantplatte, die mit einem Träger verbunden
ist, wobei die Diamantplatte so geformt ist, daß sie auf ihrer Hinterfläche einen
mehrstufigen Vorsprung umfaßt.
Das
US 5435403 beschreibt
Anordnungen, bei denen eine Diamantplatte mit einem sich diametral
erstreckenden Vorsprung versehen ist.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung wird ein Vorformelement bereitgestellt,
das eine Belagplatte aus superhartem Material mit einer Vorderfläche, einer
Umfangsfläche
und einer Hinterfläche umfaßt, die
mit einer Vorderfläche
eines Trägers
verbunden ist, der weniger hart ist als das superharte Material,
wobei die Hinterfläche
der Belagplatte zusammenhängend
mit einem einzelnen Vorsprung geformt ist, der sich in eine entsprechend
geformte Aussparung im Träger
erstreckt, und dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung eine im wesentlichen ebene
Hinterfläche
aufweist, die mit einer im wesentlichen ebenen Bodenfläche in der
Aussparung in Eingriff kommt, wobei die Hinterfläche der Belagplatte, abgesehen
vom Vorsprung, im wesentlichen eben ist, wobei die Hinterfläche des
Vorsprunges im wesentlichen parallel zur Vorderfläche der
Belagplatte verläuft,
wobei der Vorsprung eine Umfangsfläche aufweist, die einen einzelnen äußeren Abschnitt,
der mit einem Teil der Umfangsfläche
der Belagplatte übereinstimmt,
und einen inneren Abschnitt aufweist, der mit einer entsprechenden
inneren Umfangsfläche der
Aussparung im Träger
verbunden ist.
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Der
Vorsprung kann aus der Hinterfläche
der Belagplatte um einen Abstand herausragen, der im wesentlichen
gleich der Dicke der Belagplatte ist, oder um einen Abstand, der
nicht größer ist
als das Zwei- oder
Dreifache der Dicke der restlichen Belagplatte.
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Die
maximale Dicke der Belagplatte, einschließlich des Vorsprunges, kann
größer sein
als die Hälfte
der Gesamtdicke des Vorformelementes.
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Bei
Anordnungen entsprechend der Erfindung dient der einzelne Vorsprung
dazu, die Verbindung zwischen der Belagplatte und dem Träger zu verbessern,
aber da nur ein einziger Vorsprung vorhanden ist und die Hinterfläche des
Vorsprunges und die restliche Hinterfläche der Belagplatte im wesentlichen
eben sind, kann die Wanderung des Kobaltes aus dem Träger in die
Belagplatte während
der Herstellung längs
einer im wesentlichen kontinuierlichen Vorderseite oder längs von
nur zwei Vorderseiten stattfinden, wodurch gesichert wird, daß das Kobalt schnell
und zuverlässig
zu allen Teilen der Belagplatte wandert.
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Wie
er in dieser Patentbeschreibung verwendet wird, umfaßt der Begriff „im wesentlichen
eben" gleichmäßig gekrümmte Flächen ebenso
wie flache Flächen.
Keine Fläche
kann absolut flach oder gleichmäßig sein,
und in der Praxis wird die Vorderfläche des Trägers, die normalerweise die
Konfiguration der Hinterfläche
der Belagplatte definiert, eine strukturierte Konfiguration aufweisen,
die bei einer geeigneten Vergrößerung nachgewiesen
werden kann. Eine derartige Struktur kann sich natürlich aus dem
Vorgang des Formens des Trägers
ergeben oder kann beispielsweise als sehr kleine Rippen und Nuten
absichtlich aufgebracht werden. Innerhalb der Begriffe der vorliegenden
Erfindung wird daher eine strukturierte Fläche ebenfalls als „im wesentlichen eben" betrachtet, wenn
die maximale Abmessung zwischen den Höhen und Tiefen der Struktur
nicht größer als
etwa 0,5 mm ist. Die wesentliche Eigenschaft der ebenen Fläche entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist das Nichtvorhandensein von Aussparungen
und/oder Vorsprüngen
in der Fläche von
ausreichenden Abmessungen, um die Regelmäßigkeit der Wanderung des Kobaltes
vom Träger
in die Belagplatte wesentlich zu beeinflussen.
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Vorzugsweise
werden entgegengesetzte Abschnitte des Umfangsrandes des Vorsprunges
durch entgegengesetzte Abschnitte der Umfangswand der Aussparung
im Träger
in Eingriff gebracht. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Materials des Trägers
im allgemeinen größer sein
wird als der Wärmeausdehnungskoeffizient
des superharten Materials, da die Temperatur des Vorformelementes
ansteigt, wird diese Anordnung die Wirkung zeigen, daß die Umfangswand
der Aussparung im Träger
einen größeren Druck
auf den Vorsprung ausübt,
so daß der
Vorsprung wirksam durch den Träger
fester ergriffen wird, wodurch die Festigkeit der Befestigung der
Belagplatte am Träger
verbessert wird.
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Der
Vorsprung kann in der Querschnittsfläche kleiner werden, während er
sich von der Hinterfläche
der Belagplatte weg erstreckt. Beispielsweise kann der Vorsprung
einen Umfangsrand aufweisen, von dem mindestens ein Teil im Querschnitt
abgeschrägt
oder gebogen ist.
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Der
Vorsprung liefert einen Teil der äußeren Umfangsfläche der
Belagplatte und vergrößert daher die
wirksame Dicke und daher die Festigkeit der Belagplatte in jenem
Bereich. Daher kann in dem Fall, wo das Vorformelement ein Schneidelement
für einen
Rotary-Bohrmeißel
ist, der Abschnitt der Umfangsfläche
des Elementes, der teilweise durch die Umfangsfläche des Vorsprunges gebildet
wird, angeordnet werden, um die Schneidkante des Schneidelementes
zu liefern.
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Der
innere Teil der Umfangsfläche
des Vorsprunges, der sich in die Aussparung im Träger hinein
erstreckt, kann bogenförmig
sein, beispielsweise kann er teilkreisförmig sein. Vorzugsweise ist
der bogenförmige
Abschnitt der Umfangsfläche
des Vorsprunges konvex gebogen, könnte aber ebenfalls konkav
gebogen sein. Beispielsweise kann die Umfangsfläche des Vorsprunges vollständig oder
teilweise kreisförmig
sein. Bei einer alternativen Anordnung kann der innere Abschnitt
der Umfangsfläche
des Vorsprunges im wesentlichen geradlinig sein.
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Das
Vorformelement als Ganzes kann im allgemeinen in der Form einer
kreisförmigen
Platte oder in der Form einer Platte vorliegen, die einen Umfang aufweist,
der teilweise kreisförmig
ist. Die Umfangsfläche
des Vorformelementes kann ebenfalls einen Randabschnitt umfassen,
der im wesentlichen geradlinig ist, wobei der Vorsprung benachbart
dem geradlinigen Randabschnitt liegt. Wiederum kann der geradlinige
Randabschnitt die Schneidkante in dem Fall liefern, wo das Vorformelement
ein Schneidelement für
eine Verwendung in einem Blattmeißel ist.
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Bei
einer der Anordnungen entsprechend der Erfindung kann ein drittes
Material zwischen der Belagplatte und dem Träger angeordnet werden. Ein derartiges
Material kann mindestens teilweise am Umfang des Vorformelementes
freigelegt werden.
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Die
Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zum Formen einer Vielzahl
von Vorformelementen des Typs bereit, wie er hierin vorangehend
definiert wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Formen eines Zwischenelementes mit einer Belagplatte; einer Umfangsfläche; und
einer Hinterfläche,
die mit einer Vorderfläche
des Trägers
verbunden ist, wobei die Hinterfläche der Belagplatte zusammenhängend mit
einem einzelnen Vorsprung geformt ist, der sich in eine entsprechend
geformte Aussparung im Träger
hinein erstreckt, wobei das Verfahren den weiteren Schritt des Schneidens
einer Vielzahl von Vorformelementen aus dem Zwischenelement umfaßt, wobei
jedes Element aus einem Bereich des Zwischenelementes herausgeschnitten wird,
der die Umfangsfläche
des Vorsprunges überdeckt.
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Der
Vorsprung am Zwischenelement ist vorzugsweise symmetrisch, wobei
die Vorformelemente aus Bereichen davon ausgeschnitten werden, die symmetrisch
um den Vorsprung angeordnet sind und ihn überdecken. Beispielsweise kann
der Vorsprung am Zwischenelement kreisförmig sein, wobei die Vorformelemente
gleichwinkelig um die Mitte des Vorsprunges beabstandet sind. Die
Vorformelemente können
selbst ebenfalls kreisförmig
sein.
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Das
Folgende ist eine detailliertere Beschreibung der Ausführungen
der Erfindung als Beispiel, wobei man sich auf die beigefügten Zeichnungen
bezieht, die zeigen:
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1 eine
Draufsicht des Trägers
eines Vorformelementes in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Schnittdarstellung des gesamten Elementes längs der Linie 2-2 in 1,
die die Belagplatte zeigt, die auf den Träger aufgebracht ist;
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3 und 4 gleiche
Darstellungen wie 2, die alternative Konfigurationen
zeigen;
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5 eine
gleiche Darstellung wie 1 vom Träger einer alternativen Ausführung der
Erfindung;
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6 eine
Draufsicht eines Zwischenelementes, die das Verfahren zum Formen
einer Vielzahl von Vorformelementen der in 5 gezeigten Art
zeigt;
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7 eine
Schnittdarstellung längs
der Linie 7-7 in 6;
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8 bis 13 gleiche
Darstellungen wie 1 und 5, die alternative
Konfigurationen zeigen, wobei die Anordnung in 13 nicht
mit der Erfindung in Übereinstimmung
ist;
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14 eine
Schnittdarstellung längs
der Linie 14-14 in 13; und
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15 und 16 Darstellungen
gleich 6 und 7 von einer alternativen Form
des Zwischenelementes für
das Formen einer Vielzahl von Vorformelementen der in 11 gezeigten
Art.
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Das
in 1 und 2 gezeigte Vorformelement liegt
in der Form einer kreisförmigen
Platte vor und ist als Schneidelement für einen Blattmeißel für das Bohren
von tiefen Löchern
in unterirdischen Erdformationen verwendbar. Die Art und Weise der
Verwendung derartiger Schneidelemente und die Arten des Bohrmeißels, bei
dem sie eingesetzt werden, sind im Fachgebiet gut bekannt und werden
daher nicht detailliert beschrieben.
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Mit
Bezugnahme auf 2 weist das Schneidelement eine
kreisförmige
vordere Belagplatte 10 aus polykristallinem Diamant auf,
die mit einem Träger 11 aus
Wolframkarbidhartmetall verbunden ist. Die Belagplatte weist eine
Vorderfläche 12,
eine Umfangsfläche 13 und
eine Hinterfläche 14 auf,
die mit der Vorderfläche
des Trägers 11 verbunden
ist.
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Eine
Draufsicht des Trägers 11 ohne
die Belagplatte 10 wird in 1 gezeigt.
Die Vorderfläche 15 des
Trägers
ist mit einer Aussparung 16 ausgebildet, die sich nach
innen von der Umfangsfläche 17 des Trägers erstreckt
und eine teilkreisförmige
Umfangswand 18 aufweist, die sich unter rechten Winkeln
zur Vorderfläche
des Trägers
erstreckt.
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Wie
man aus 2 ersehen kann, wird die Hinterfläche der
Diamantbelagplatte 10 mit einem einzelnen zusammenhängenden
Vorsprung 19 gebildet, der in die Aussparung 16 im
Träger
paßt.
Die Hinterfläche 14 der
Belagplatte 10 ist flach, abgesehen vom Vorsprung 19,
und die Hinterfläche 20 des Vorsprunges 19 ist
ebenfalls flach. Wie es jedoch vorangehend erwähnt wird, kann eine der beiden
oder jede Hinterfläche
strukturiert sein, beispielsweise mit kleinen Rippen und Nuten geformt
sein, wo der Unterschied zwischen den Höhen und Tiefen nicht größer als
0,5 mm ist und vorzugsweise in der Größenordnung von 0,2 mm liegt.
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Das
Vorformelement kann hergestellt werden, indem zuerst der Träger 11 aus
einer verdichteten Mischung von Wolframkarbid und Kobaltteilchen geformt
wird, wobei der Träger
mit der Aussparung 16 in seiner oberen Fläche vorgeformt
wird. Die Aussparung kann zusammenhängend im Träger geformt werden, oder der
Träger
kann zuerst als eine Scheibe von im wesentlichen konstanter Dicke
geformt werden, wobei die Aussparung anschließend geformt wird, beispielsweise
durch Schleifen. Alternativ kann die Aussparung durch eine Kombination
von Formverfahren und spanender Bearbeitung gebildet werden. Eine
Schicht von Diamantteilchen wird danach auf die obere Fläche des
Trägers
so aufgebracht, daß die
Aussparung ausgefüllt
und der restliche Träger
bis zu einer erforderlichen Tiefe bedeckt wird. Die Baugruppe wird
danach einer sehr hohen Temperatur und Druck in einer Presse ausgesetzt.
Wie es vorangehend beschrieben wird, wandert das Kobalt im Träger während dieses
Vorganges in die Diamantschicht über
die Grenzfläche
zwischen ihnen und diffundiert durch die Diamantschicht, wobei es
als ein Katalysator wirkt, so daß die Diamantteilchen miteinander
verbunden werden und die Diamantschicht als Ganze mit dem gesinterten
Träger
verbunden wird.
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Da
die Hinterflächen 14 und 20 der
Belagplatte und der Vorsprung im wesentlichen eben sind, ist die
Art und Weise, in der das Kobalt in die Diamantschicht wandert,
gleich der Art und Weise, in der es in dem Fall wandert, wo die
gesamte Grenzfläche im
wesentlichen eben und nicht konfiguriert ist, d. h., es dehnt sich
schnell und gleichmäßig durch
die gesamte Diamantschicht aus. Gleichzeitig jedoch verbessert sich
die Verbindung des Vorsprunges 19 in der Aussprung 16 und
verstärkt
die Befestigung der Belagplatte 10 am Träger 11.
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In 1 wird
gesehen, daß entgegengesetzte
Abschnitte der Umfangswand 18 des Trägers entgegengesetzte Seiten
des Vorsprunges 19 einschließen, was die Aussparung ausfüllt, so
daß, da
sich der Träger
mit einer größeren Geschwindigkeit
als der Vorsprung ausdehnt, wenn er bei Benutzung erwärmt wird,
der Vorsprung wirksam durch das umgebende Material des Trägers ergriffen
wird, wodurch die Befestigung der Belagplatte am Träger verbessert
wird.
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Da
der Vorsprung 19 angrenzend am Umfang der Belagplatte 10 angeordnet
ist, stimmt ein Teil des Umfanges des Vorsprunges mit dem Umfang der
Belagplatte überein,
so daß seine
Dicke und Festigkeit vergrößert werden,
wie es deutlich in 2 gezeigt wird.
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3 zeigt
eine alternative Konfiguration, wo sich die Umfangswand 21 der
Aussparung 22 im Träger 23 unter
einem Winkel zur Hinterfläche 24 der Belagplatte 25 erstreckt,
um so eine Abschrägung um
den Teil des Umfanges des Vorsprunges 19 zu bewirken.
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Bei
der alternativen Anordnung, die in 4 gezeigt
wird, ist die Umfangswand 27 der Aussparung 28 im
Träger 29 konkav
gebogen, um so eine abgerundete Abschrägung um den Teil des Umfanges
des Vorsprunges zu bilden.
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Bei
den Anordnungen in 2, 3 und 4 steht
der einzelne Vorsprung 19, der aus der Hinterfläche der
Diamantbelagplatte vorsteht, nach hinten um einen Abstand vor, der
im wesentlichen gleich der Dicke der Belagplatte ist. Der Vorsprung kann
jedoch in einem geringeren oder stärkeren Maß vorstehen. Beispielsweise
kann, wie es vorangehend erwähnt
wird, der Vorsprung aus der Hinterfläche der Belagplatte um einen
Abstand vorstehen, der bis zum 2- oder 3-fachen der Dicke der Belagplatte
beträgt, und
es sind ebenfalls Anordnungen möglich,
wo der Vorsprung nach hinten über
einen sogar größeren Abstand
aus dieser vorsteht. In 2, 3 und 4 werden
als Beispiel alternative Anordnungen (bei 19A in punktierten
Linien gezeigt) gezeigt, wo der Vorsprung nach hinten aus der Belagplatte
um einen Abstand vorsteht, der etwa das 5-fache der Dicke der restlichen
Belagplatte beträgt,
und wo sich der Vorsprung durch mehr als die Hälfte der Gesamttiefe des Vorformelementes
erstreckt. Es wird erkannt werden, daß, ebenso wie eine mechanische Verriegelung
zwischen dem Träger
und der Belagplatte bewirkt wird, der Vorsprung eine vergrößerte Dicke
des Diamanten an der Schneidkante des Elementes bewirkt und daher
den Widerstand des Elementes gegen einen Verschleiß und eine
Stoßbeschädigung in
jenem Bereich vergrößert. Es
kann daher vorteilhaft sein, die Tiefe des Vorsprunges in diesem
Bereich zu vergrößern, beispielsweise
wie es bei 19A gezeigt wird, um die Verschleiß- und Stoßfestigkeit
zu verbessern. Der Hauptteil der Belagplatte 10, aus der
der Vorsprung 19 vorsteht, kann ebenfalls irgendeine gewünschte Dicke
aufweisen.
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5 ist
eine gleiche Darstellung wie 1, wo die
Aussparung 32 im Träger 33 eine
teilkreisförmige
Umfangswand 34 aufweist, die einen größeren Radius als die Umfangswand 18 in
der Anordnung in 1 aufweist. 6 und 7 zeigen,
wie eine Anzahl von Vorformelementen der in 5 gezeigten
Art aus einem einzelnen Zwischenelement ausgeschnitten werden kann.
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Wie
in 6 und 7 zu sehen ist, ist das Zwischenelement 35 kreisförmig und
weist eine vordere Belagplatte 36 aus polykristallinem
Diamant auf, die mit einem Träger 37 aus
Wolframkarbid verbunden ist. Die Hinterfläche 38 der Belagplatte 36 ist
mit einem mittleren kreisförmigen
Vorsprung 39 ausgebildet, der innerhalb einer entsprechend
geformten kreisförmigen
Aussparung 40 in der oberen Fläche des Trägers 37 verbunden
wird. Die Umfangsfläche 41 der
Aussparung 40 kann winkelig sein, wie es in 7 gezeigt
wird, um einen abgeschrägten
Umfang am Vorsprung 39 zu bilden.
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Das
Zwischenelement 35 wird mittels des konventionellen Verfahrens
geformt, das für
das Formen von Vorformelementen angewandt wird, zeigt aber einen
gößeren Durchmesser.
Das ermöglicht, daß drei oder
mehr Vorformelemente anschließend aus
dem Zwischenelement geschnitten werden können, wie bei 42 in 6 gezeigt
wird. Jedes Vorformelement 42 überdeckt den mittleren Vorsprung 39 des
Zwischenelementes, so daß jedes
Element eine gleiche Form wie die zeigt, die in 5 gezeigt
wird.
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8 bis 13 sind
gleiche Darstellungen wie 1, die alternative
Konfigurationen zeigen.
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In
der Anordnung in 8 ist die Aussparung 43 im
Träger 44 kreisförmig, und
der äußere Umfang
der Aussparung ist tangential zum äußeren Umfang 45 des
Trägers.
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In 9 ist
die Aussparung 46 im allgemeinen fächerförmig und weist zwei konvex
gebogene Seitenwände 47 auf,
die sich in einem Punkt innerhalb des inneren Teils des Trägers 48 treffen.
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In
der Anordnung in 10 erstreckt sich die Aussparung 49 nach
innen vom Umfang des Trägers 50 und
weist eine einzelne konvex gebogene Innenwand 51 auf.
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Die
Anordnung in 11 ist gleich, außer daß die Innenwand 52 der
Aussparung 53 geradlinig ist.
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In 12 weist
die Aussparung 54 eine Umfangswand 55 auf, die
gebogen ist, die aber nicht kreisförmig ist. Beispielsweise kann
die Aussparung in der Form eines Teils einer Ellipse oder einer
Parabel oder in irgendeiner anderen gebogenen Form vorliegen.
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Im
Element in 13 und 14 (nicht
in Übereinstimmung
mit der Erfindung) ist die einzelne Aussparung 56 abgestuft,
wobei sie einen flacheren Abschnitt 56A und einen tieferen
Abschnitt 56B aufweist. Bei dieser Anordnung sind die zwei
Abschnitte von gleicher und konzentrischer Form, aber das ist nicht
wesentlich, und andere Konfigurationen sind möglich.
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15 und 16 sind
gleiche Darstellungen wie 6 und 7 und
zeigen ein Zwischenelement 57, aus dem eine Anzahl von
Vorformelementen der in 11 gezeigten
Art ausgeschnitten werden kann. Das Zwischenelement 57 ist
kreisförmig und
weist eine vordere Belagplatte 58 aus polykristallinem
Diamant auf, die mit einem Träger 59 aus
Wolframkarbid verbunden ist. Die Hinterfläche 60 der Belagplatte
ist mit zwei beabstandeten parallelen Rippen 61 ausgebildet,
die innerhalb entsprechend geformter länglicher Nuten 62 verbunden
werden, die in der oberen Fläche
des Trägers 59 ausgebildet
sind.
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Das
Zwischenelement 57 wird mittels des konventionellen Verfahrens
geformt, das für
das Formen von Vorformelementen angewandt wird, zeigt aber einen
größeren Durchmesser.
Das ermöglicht, daß die Anzahl
der kleineren Vorformelemente anschließend aus dem Zwischenelement
ausgeschnitten werden kann, wie bei 63 in 15 gezeigt
wird. Jedes Vorformelement 63 überdeckt eine der Rippen 61 des
Zwischenelementes, so daß jedes
Element eine gleiche Form wie die aufweist, die in 11 gezeigt
wird.
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Bei
allen Anordnungen in 5 bis 13 kann
die Wand der Aussparung im Träger
irgendeine der in 2 bis 4 gezeigten
Formen oder irgendeine andere gewünschte Querschnittsform aufweisen.
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Bei
allen Anordnungen, die vorangehend beschrieben und in den Zeichnungen
gezeigt werden, kann der Vorsprung, der zusammenhängend auf
der Hinterfläche
der Belagplatte gebildet wird, aus der Hinterfläche der Belagplatte um einen
gewünschten Abstand
vorstehen, wie es beispielsweise vorangehend mit Bezugnahme auf 2, 3 und 4 beschrieben
wird.
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Bei
den Anordnungen entsprechend der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls
ein drittes Material zwischen der Belagplatte und dem Träger angeordnet
und am Umfang des Elementes freigelegt werden. Beispielsweise kann
eine Übergangsschicht zwischen
der Belagplatte und dem Träger
bereitgestellt werden, die aus einem Material gebildet wird, das
in gewisser Hinsicht in den Eigenschaften zwischen dem superharten
Material der Belagplatte und dem weniger harten Material des Trägers liegt.
Beispielsweise kann das Material der Übergangsschicht einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweisen, der zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des
Trägers
und der Belagplatte liegt. Das dient dann dazu, die Spannungen über der
Grenzfläche
zu verringern, wenn das Vorformelement einer Erwärmung bei der Benutzung ausgesetzt
wird, oder wenn es beispielsweise an einem Bohrmeißel montiert
ist. Für die
Zwecke der vorliegenden Erfindung kann eine derartige Übergangsschicht
als entweder einen Teil der Belagplatte bildend oder als einen Teil
des Trägers
bildend betrachtet werden, in dem Fall, wo der Vorsprung oder die
Aussparung teilweise oder vollständig
in der Übergangsschicht
ausgebildet ist. Alternativ kann die Übergangsschicht eine im wesentlichen
konstante Dicke aufweisen und der Kontur der Grenzfläche zwischen
der Belagplatte und dem Träger
entsprechen.