DE913523C - Rotary drill bits - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Drehbohrmeißel mit rollenden Schneidwerkzeugen, wie sie beim Bohren nach Wasser, Erdöl, Gas, Schwefel u. dgl. verwendet werden.The invention relates to rotary bits with rolling cutting tools as they are used in drilling after water, petroleum, gas, sulfur and the like.
Die Erfindung ist besonders bei konischen Schneidwerkzeugen von Bohrmeißeln anwendbar, bei denen zwei oder mehrere derartiger Schneidwerkzeuge nahe beieinander angeordnet sind und auf dem Boden des Bohrlochs abrollen und diesen dabei zerkleinern. Obgleich im folgenden vorzugsweise von konischen Schneidwerkzeugen die Rede sein wird, kann die Erfindung auch bei Bohrmeißeln verwendet werden, die mit rollenden Schneidwerkzeugen anderer Art arbeiten, wie z. B. Drehbohrmeißeln zum Aufweiten von Bohrlöchern, Kernbohrern, Kreuzmeißeln usw.The invention is particularly applicable to conical cutting tools of drill bits, in which two or more such cutting tools are arranged close to one another and roll on the bottom of the borehole and crush it in the process. Although preferably in the following Conical cutting tools will be discussed, the invention can also be applied to drill bits be used that work with rolling cutting tools of other types, such as. B. Rotary bits for widening boreholes, core drills, cross chisels, etc.
Das Bohren von Erdformationen, die hohe Druckfestigkeit von 3500 bis 5000 kg/cm2 besitzen, wie z. B. Quarz, Granit usw., und die außerdem äußerst hart und schmirgelnd sind, bereitet große Schwie- 2g rigkeiten. Häufig kann man in derartigen harten und die Schneidflächen hoch beanspruchenden Formationen mit einem Bohrmeißel üblicher Bauart nur eine Bohrleistung von 0,9 bis 1,5 m bei sehr geringem Bohrvorschüb erzielen. Das Bohrgestänge muß dann sehr häufig aus dem Bohrloch herausgezogen werden, um einen neuen Meißel· anzubringen, und muß dann wieder in das BohrlochThe drilling of earth formations that have high compressive strength of 3500 to 5000 kg / cm 2 , such as. B. quartz, granite, etc., and which are also extremely hard and abrasive, prepares great difficulties. Often in such hard formations that place high loads on the cutting surfaces with a drill bit of conventional design, only a drilling capacity of 0.9 to 1.5 m can be achieved with a very low drilling advance. The drill string then has to be withdrawn from the borehole very frequently to install a new bit and then back into the borehole
gesenkt werden, so daß nicht nur mehrere Meißel zum Bohren von wenigen Metern Bohrlochtiefe gebraucht werden, sondern auch viel Zeit verlorengeht. Zum Auswechseln eines stumpf gewordenen Meißels benötigt man bei jetzt häufig vorkommenden Bohrtiefen von über 3500 m bis zu 10 Stunden. Da die Betriebskosten für Bohranlagen bei Bohrlöchern derartiger Tiefe ungefähr 150 DM pro Stunde betragen, sind beim Antreffen von Erdformationen großer Festigkeit und Härte die Betriebskosten pro laufenden Meter Bohrleistung außerordentlich hoch.be lowered so that not only several chisels are needed for drilling a few meters deep but also a lot of time is lost. Required to replace a chisel that has become blunt with drilling depths of over 3500 m, which now frequently occurs, up to 10 hours. Since the Operating costs for drilling rigs with boreholes of this depth amount to approximately 150 DM per hour, are when encountering earth formations of great strength and hardness, the operating costs per running meter drilling capacity extremely high.
Bei Verwendung von Bohrmeißeln üblicher Bauart beim Bohren von harten Formationen, wie Quarzit usw., muß sehr darauf geachtet werden, daß man den Meißel aus dem Bohrloch herauszieht, bevor sich der Durchmesser des Bohrlochs durch den Verschleiß des Meißels merklich verringert. Es läßt sich im allgemeinen schwer feststellen, wann ao ein Bohrloch Untergröße hat, und selbst ein erfahrener Bohrmeister kann einen Meißel lange vor dem Zeitpunkt aus dem Bohrloch herausziehen, in dem er die Maßhaltigkeit des Bohrlochs gefährden würde, oder er kann andererseits den Meißel zu lange im Bohrloch arbeiten lassen, so daß ein Bohrloch von Untergröße entsteht. Mit dem neu eingeführten Meißel muß dann das Bohrloch zuerst aufgeweitet werden, wobei die Schneidwerkzeuge an ihren den Durchmesser des Bohrlochs bestimmenden Schneidflächen beschädigt werden können, so daß man in einem solchen Fall nach Aufweitung des Bohrlochs den Meißel am besten gleich wieder auswechselt.When using drill bits of the usual type when drilling hard formations, such as Quartzite etc., great care must be taken to pull the chisel out of the borehole, before the diameter of the borehole is noticeably reduced by the wear of the bit. It It is generally difficult to tell when a well is undersized, and even an experienced one Master drill can pull a bit out of the borehole long before the time in which he endanger the dimensional accuracy of the borehole would, or else he may let the bit work too long in the borehole, so that a borehole of undersize arises. With the newly introduced chisel, the borehole must then first are expanded, the cutting tools at their determining the diameter of the borehole Cutting surfaces can be damaged, so that in such a case after widening of the borehole, it is best to replace the chisel again immediately.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Bohrmeißel zu schaffen, der in harten, eine schmirgelnde Wirkung aufweisenden Formationen eine bessere Bohrleistung hat und langer betriebsfähig bleibt als ein Bohrmeißel bisher üblicher Bauart und der dabei in diesen Formationen maßhaltig bohrt.The object of the invention is now to provide a drill bit that is in hard, one abrasive formations has a better drilling performance and is operational for a longer time remains as a drill bit of the usual design and is dimensionally stable in these formations bores.
An den rollenden Schneidwerkzeugen eines solchen Meißels sollen dabei die Schneidelemente so geformt und angeordnet sein, daß sie den ganzen Bohrlochboden bearbeiten können und in sehr harten Erdformationen eine hohe Verschleißfestigkeit besitzen und dabei doch eine große Zerkleinerungsarbeit bewältigen.On the rolling cutting tools of such a chisel, the cutting elements should be as follows be shaped and arranged so that they can work the whole well bottom and in very hard earth formations have a high wear resistance and at the same time require a great deal of crushing work deal with.
Dabei sollen karbidische Schneidelemente im Körper der Schneidwerkzeuge so befestigt sein, daß sie den beim Bohren von Erdformationen großer Festigkeit auftretenden ungeheuer großen Stoßbeanspruchungen, ohne zu brechen oder zu zerbröckeln, widerstehen können.In this case, carbide cutting elements should be attached in the body of the cutting tools in such a way that they withstand the tremendously high impact loads that occur when drilling earth formations of great strength, to be able to resist without breaking or crumbling.
Die Schneidelemente benachbarter Schneidwerkzeuge fassen ineinander und reinigen sich dadurch selbst.The cutting elements of neighboring cutting tools fit into one another and thereby clean each other self.
Die Erfindung beruht darin, daß die im Körper der Schneidwerkzeuge befestigten verschleißfesten Schneidelemente an ihren etwas über die Oberfläche des Scheidwerkzeugkörpers hinausragenden Enden eine stumpfe, abgerundete Oberfläche haben.The invention resides in the fact that those fastened in the body of the cutting tools are wear-resistant Cutting elements at their ends projecting slightly beyond the surface of the cutting tool body have a dull, rounded surface.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besitzt das Schneidwerkzeug an seinem Umfang durchgehende, bandartige Erhebungen, in denen verschleißfeste Schneidelemente befestigt sind, deren äußere Enden aus diesen Erhebungen herausragen.In a particular embodiment of the invention, the cutting tool has on his Continuous, band-like elevations in which wear-resistant cutting elements are attached are whose outer ends protrude from these elevations.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen beschrieben, von denenEmbodiments of the invention are described with reference to the drawings, of which
Fig. ι einen Satz von drei Schneidwerkzeugen, von unten gesehen, zeigt,Fig. Ι a set of three cutting tools, seen from below, shows
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Bohrmeißels ist, dessen im Schnitt gezeigter Teil in einer Ebene geschnitten ist, die nicht der Mittelebene des in Ansicht gezeigten Schneidwerkzeuges entspricht,Figure 2 is a side view of a drill bit with the part shown in section cut in a plane which does not correspond to the median plane of the cutting tool shown in the view,
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht von am äußeren Umfang des Bohrlochbodens schneidenden Schneidelementen ist,3 is an enlarged view of cutting elements cutting the outer periphery of the borehole bottom is,
Fig. 4 und 5 andere Anordnungen von den Durchmesser des Bohrlochs bestimmenden Schneidelementen zeigt,Figures 4 and 5 show other arrangements of cutting elements determining the diameter of the borehole shows,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer besonderen Form eines Schneidelements undFig. 6 is a perspective view of a particular form of cutting element and
Fig. 7 eine Ansicht eines zylindrischen Schneidwerkzeuges gemäß der Erfindung ist.Figure 7 is a view of a cylindrical cutting tool according to the invention.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß harte Erdformationen leichter und schneller gebohrt werden können, wenn die mit dem zu zerkleinernden Gestein in Berührung kommende Oberfläche der verschleißwiderstandsfähigen Schneidelemente eine stumpfe, abgerundete Form hat. Beispielsweise wurde ein Bohrmeißel der erfindungsgemäßen Bauart in einem Bohrloch in West-Texas zum Bohren einer aus schmirgelndem Kalkstein mit Quarz durchsetzten Formation in 3500 m Tiefe verwendet. Hierbei betrug die Bohrleistung 23 m in 23 Stunden oder im Durchschnitt 1 m je Stunde. In einem benachbarten Bohrloch wurden zur Erzielung einer Bohrleistung von 24 m in derselben Formation fünf Bohrmeißel üblicher Bauart benötigt. Diese fünf Bohrmeißel arbeiteten nur mit einer Bohrleistung von 0,7 m je Stunde Bohrzeit, so daß der erfindungsgemäße Bohrmeißel etwa 42% schneller arbeitete als ein Bohrmeißel üblicher Konstruktion. Abgesehen davon mußten bei der Verwendung der üblichen Bohrmeißel fünf Meißelwechsel vorgenommen werden, so daß, wenn man die Auswechselzeit in dieser Tiefe mit 10 Stunden veranschlagt, die Gesamtzeit zum Bohren von 24 m in dieser harten Erdformation bei den fünf Meißeln 84 Stunden betrug, gegenüber einer Gesamtzeit von 33 Stunden bei Verwendung des erfindungsgemäßen Bohrmeißels. Dies zeigt, daß bei Verwendung dieser neuen Bohrmeißel nicht nur ein schnelleres Vortreiben des Bohrlochs erreicht wird, sondern auch die Kosten je Meter sehr erheblich verringert werden können.The invention is based on the knowledge that hard earth formations are drilled more easily and quickly when the surface coming into contact with the rock to be crushed of the wear-resistant cutting elements has a blunt, rounded shape. For example disclosed a drill bit of the type of the present invention for drilling in a borehole in West Texas a formation made of abrasive limestone interspersed with quartz at a depth of 3500 m. The drilling capacity was 23 m in 23 hours or an average of 1 m per hour. In a neighboring one Five holes were drilled in the same formation to total 24 meters Common type of drill bit required. These five bits worked with only one drilling capacity of 0.7 m per hour of drilling time, so that the drill bit according to the invention is about 42% faster worked as a drill bit of common construction. Apart from that, when using the usual drill bit five bit changes can be made so that when you get the replacement time Estimated at this depth at 10 hours, the total time for drilling 24 m in this hard one Earth formation at the five chisels was 84 hours, compared to a total of 33 hours when using the drill bit according to the invention. This shows that when using this new drill bit not only achieves a faster advance of the borehole, but also the cost per meter can be reduced very significantly.
Die Abrundung der äußeren Enden der verschleißfesten Schneidelemente kann eine bogenförmige, kugelige, ellipsoide od. dgl. Gestalt auf- iao weisen. Durch diese Ausgestaltung wird einem Abbrechen der Schneidelemente vorgebeugt, da die am meisten verschleißfesten Werkstoffe, wie z. B. Karbide, verhältnismäßig spröde sind. Gleichzeitig läßt sich aber bei dieser Ausgestaltung auch eine hinreichend große, wirksame Schneidfläche amThe rounding of the outer ends of the wear-resistant cutting elements can create an arc-shaped, spherical, ellipsoidal or the like shape on- iao have. This configuration makes a break off the cutting elements prevented, since the most wear-resistant materials such. B. Carbides, are relatively brittle. At the same time, however, can also be a sufficiently large, effective cutting surface on the
Boden des Bohrlochs erzielen, so daß eine gleichmäßige Zerkleinerung auf der ganzen Bodenfläche des Bohrlochs ermöglicht wird.Achieve bottom of the borehole, so that a uniform crushing on the entire bottom surface of the borehole is made possible.
Als Ausführungsbeispiel ist in Fig. ι und 2 ein Bohrmeißel mit drei konischen Schneidwerkzeugen dargestellt, dessen Bohrkopf ι mit einem Gewindezapfen 2 versehen ist, mittels dessen der Bohrkopf am Bohrgestänge befestigt wird. Am unteren Teil des Bohrkopfes sind drei Ansätze 3 vorgesehen, deren nach innen und unten gerichtete Zapfen mit 4 bezeichnet sind. Einer dieser Zapfen ist in Fig. 2 im Schnitt gezeigt. Die die Zapfen 4 umschließenden Schneidwerkzeuge 5 sind auf diesen in geeigneter Weise gelagert, wie z. B. mit den Rollenlagern 6 am inneren Zapfenende, den Kugellagern 7 und dem Lager 8 am äußeren Zapfenende, wobei die Kugellager 7 in bekannter Weise sowohl radial als auch axial belastet sind und dazu dienen, die Schneidwerkzeuge am Zapfen zu halten.As an exemplary embodiment, a drill bit with three conical cutting tools is shown in FIGS shown, the drill head ι is provided with a threaded pin 2, by means of which the drill head is attached to the drill pipe. Three lugs 3 are provided on the lower part of the drill head, their inwardly and downwardly directed pins are denoted by 4. One of these pegs is shown in FIG. 2 shown in section. The cutting tools 5 surrounding the pin 4 are suitable on these Way stored such. B. with the roller bearings 6 at the inner pin end, the ball bearings 7 and the Bearing 8 at the outer journal end, the ball bearing 7 in a known manner both radially and are axially loaded and serve to hold the cutting tools on the pin.
ao Jedes der Schneidwerkzeuge 5 unterscheidet sich von den anderen Schneidwerkzeugen des Satzes. Sie sind deshalb mit verschiedenen Bezugszeichen, nämlich 10, 11 und 12, bezeichnet, wobei das Schneidwerkzeug 10 die der Bohrlochachse am nächsten liegenden Schneidelemente aufweist. Die Speerspitze 13 des Schneidwerkzeuges 10 arbeitet also auf oder ungefähr auf der Bohrlochachse, und die am weitesten untenliegende Reihe 24 der Schneidelemente des Werkzeuges 11 schließt sich daran in Richtung auf den Bohrlochumfang an und darauf die am weitesten untenliegende Reihe 27 der Schneidelemente des Werkzeuges 12.ao Each of the cutting tools 5 is different from the other cutting tools of the set. They are therefore designated with different reference symbols, namely 10, 11 and 12, whereby the Cutting tool 10 has the cutting elements closest to the borehole axis. the Spear tip 13 of cutting tool 10 thus works on or approximately on the borehole axis, and the furthest down row 24 of the cutting elements of the tool 11 closes then in the direction of the borehole circumference and then the furthest row 27 of the Cutting elements of tool 12.
Bei einer vorzugsweisen Ausführung weist der Körper 20 der Schneidwerkzeuge von einander in Abstand angeordnete ringförmige Erhöhungen auf, die bei dem Schneidwerkzeug 10 von der Speerspitze 13 angefangen mit 21, 22 und 23 bezeichnet sind. Die entsprechenden Bezugszahlen für diese Erhöhungen sind beim Schneidwerkzeug 11 die Bezugszahlen 24, 25 und 26 und beim Schneidwerkzeug 12 die Bezugszahlen 27, 28 und 29. Jede dieser Erhöhungen ist mit einer oder mehreren Reihen von verschleißfesten Schneidelementen versehen, die einzeln mit 30 bezeichnet sind. Diese Schneidelemente oder Einsätze erstrecken sich in den Körper 20 und sind dort so befestigt, daß ihre äußeren Enden aus den entsprechenden ringförmigen Erhöhungen herausragen. Die ringförmigen Erhöhungen können dieselbe Breite haben wie der Querschnitt der Schneidelemente, sind aber im allgemeinen etwas breiter. Abgesehen von den am oberen, weiten Ende der Schneidwerkzeuge liegenden ringförmigen Erhöhungen 23, 26 und 29 sind diese Erhöhungen so angeordnet, daß die Erhöhungen benachbarter Schneidwerkzeuge sich gegenüberliegen, oder, in anderen Worten, jeder Kantenteil einer Erhöhung eines Schneidwerkzeuges befindet sich in der Nähe oder gegenüber des Kantenteils einer Erhöhung eines benachbarten Schneidwerkzeuges. Die vorspringenden Enden der Schneidelemente 30 sind daher so gerichtet und angeordnet, daß sie über den ganzen Bohrlochboden verteilt sind und daß die Reihen der Schneidelemente der einzelnen Werkzeuge ineinanderfassen, so daß nicht nur der am Boden des Bohrlochs für die verschiedenen Teile des Bohrmeißels verfügbare begrenzte Raum voll ausgenutzt wird, sondern auch eine Selbstreinigung des Meißels vor sich gehen kann.In a preferred embodiment, the body 20 of the cutting tools faces away from each other Spaced annular bumps, which in the cutting tool 10 from the spearhead 13 starting with 21, 22 and 23 are designated. The corresponding reference numbers for this In the case of the cutting tool 11, elevations are the reference numbers 24, 25 and 26 and on the cutting tool 12 the reference numerals 27, 28 and 29. Each of these Elevation is provided with one or more rows of wear-resistant cutting elements, which are individually designated by 30. These cutting elements or inserts extend into the Body 20 and are fixed there so that their outer ends from the corresponding annular Protrusions stick out. The annular ridges can have the same width as the Cross-section of the cutting elements, but are generally somewhat wider. Apart from the am Upper, wide end of the cutting tools lying annular protrusions 23, 26 and 29 are these elevations are arranged in such a way that the elevations of adjacent cutting tools are opposite one another, or, in other words, each edge portion is a ridge of a cutting tool near or opposite the edge part of an elevation of an adjacent cutting tool. The projecting ends of the cutting elements 30 are therefore directed and arranged so that that they are distributed over the entire borehole bottom and that the rows of cutting elements of the combine individual tools so that not only the one at the bottom of the borehole for the various Parts of the drill bit available limited space is fully utilized, but also a Self-cleaning of the chisel can go on.
Da auf den mit dem Gestein in Berührung stehenden Schneidelementen beim Bohren mit einem Bohrmeißel von 22,5 cm Durchmesser ein Gewicht von 18000 bis 22000 kg lastet, müssen die Schneidelemente in den in den Erhöhungen der Schneidwerkzeuge für sie gebohrten Löchern auf den Boden dieser Löcher aufsitzen und in diesen sicher, z. B. mit Preß- oder Schrumpfsitz, befestigt sein. Dies kann z. B. dadurch bewerkstelligt werden, daß die Schneidelemente auf eine verhältnismäßig tiefe Temperatur abgekühlt werden, so daß sie dann leichter in die Löcher der ringförmigen Erhebungen eingesetzt werden können, wobei zur Erzielung einer geeigneten Passung der Körper 20 erwärmt werden kann. Sie können auch in eine Gußform eingesetzt werden, so daß sie beim Gießen des Schneidwerkzeuges mit dessen Metall eine haftende Verbindung eingehen und mit dem Schneidwerkzeug einen einzigen einheitlichen Bauteil bilden. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf Schneidwerkzeuge, bei denen die Schneidelemente in einer der bisher erwähnten Weisen befestigt sind.Because on the cutting elements in contact with the rock when drilling with a drill bit 22.5 cm in diameter can weigh between 18,000 and 22,000 kg, the cutting elements must to the ground in the holes drilled for them in the ridges of the cutting tools sit on these holes and in this safe, z. B. be attached with a press fit or shrink fit. this can e.g. B. be accomplished in that the cutting elements to a relatively deep Temperature are cooled, so that they can then more easily into the holes of the annular bumps may be used, with the body 20 being heated to achieve a suitable fit can be. They can also be inserted into a mold so that they can be used when casting the cutting tool enter into an adhesive connection with the metal and form a single unitary component with the cutting tool. The invention but is not limited to cutting tools in which the cutting elements in a of the ways mentioned so far.
Man könnte meinen, daß die abgerundeten Schneidelemente die Bohrleistung ungünstig beeinflussen könnte. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, wie bereits erwähnt, daß die Bohrleistung beim Bohren von Quarz oder ähnlich harten Formationen bedeutend größer ist als bei Schneidwerkzeugen, deren Schneidelemente Kanten besitzen, die in das zu bearbeitende Gestein eindringen. Außerdem sind die abgerundeten Schneidelemente sehr widerstandsfähig gegen Abbrechen und haben eine große Lebensdauer, da ihr normaler Verschleiß gering ist. Bei normalem Verschleiß behalten die Flächen ihre abgerundete Form, und ihre Schneidwirksamkeit bleibt während einer verhältnismäßig langen Bohrzeit konstant.One would think that the rounded cutting elements adversely affect drilling performance could. Surprisingly, however, it has been shown, as already mentioned, that the drilling performance when drilling quartz or similar hard formations is significantly larger than with cutting tools, the cutting elements of which have edges that penetrate the rock to be machined. aside from that the rounded cutting elements are very resistant to breakage and have a long service life, as their normal wear and tear is low. With normal wear and tear, the Surfaces their rounded shape, and their cutting effectiveness remains proportionate during one long drilling time constant.
Bezüglich der Speerspitze des Schneidwerkzeuges το ist zu beachten, daß sie im Verhältnis zu dem übrigen Teil des Schneidwerkzeuges vorzugsweise verhältnismäßig groß gehalten ist, so daß sie eine große Fläche zur Aufnahme einer größeren Anzahl no von Schneidelementen aufweist, die die Mitte des Bohrlochbodens in wirkungsvoller Weise zerkleinern können und dabei nicht schneller verschleißen wie die übrigen Teile des Schneidwerkzeuges.With regard to the spearhead of the cutting tool το it should be noted that it is in relation to the remaining part of the cutting tool is preferably kept relatively large, so that they have a large area to accommodate a larger number of cutting elements, which the center of the Can crush the bottom of the borehole in an effective manner and do not wear out faster like the other parts of the cutting tool.
Die an der Übergangsstelle von Bohrlochboden und Bohrlochwand arbeitenden Schneidelemente werden am höchsten beansprucht, da die an dieser Stelle zur Zerkleinerung des Gesteins benötigte Kraft größer als an anderen Stellen des Bohrlochbodens sein muß. Der Bohrmeißel muß an dieser iao Stelle verhältnismäßig viel Material entfernen und gleichzeitig die Bohrlochgröße einhalten. Um dies zu erreichen, haben die in den ringförmigen Erhebungen 23, 26 und 29 befestigten Reihen von Schneidelementen dieselbe oder angenähert dieselbe Spur am Boden des Bohrlochs. Diese Teile derThe cutting elements working at the transition point between the bottom of the borehole and the wall of the borehole are the most stressed, as they are needed to crush the rock at this point Force must be greater than at other points in the bottom of the borehole. The drill bit must be attached to this iao Remove a relatively large amount of material while maintaining the size of the borehole. To this to achieve, have the fixed in the annular bumps 23, 26 and 29 rows of Cutting elements the same or approximately the same track at the bottom of the borehole. These parts of the
Schneidwerkzeuge erzeugen auch den größten Teil der Zugkraft, die das Rollen der Werkzeuge auf dem Boden des Bohrlochs bewirkt. Dies ist auch der Fall, wenn der Meißel zum Aufweiten des Bohrlochs benutzt werden muß.Cutting tools also generate most of the pulling force that the rolling of the tools does causes the bottom of the borehole. This is also the case when the bit is used to widen the borehole must be used.
Wie in Fig. 2 gezeigt, können die den Bohrlochdurchmesser bestimmenden Schneidelemente so angeordnet sein, daß ihre Achsen in Richtung auf die Übergangsstelle von Bohrlochboden und Wand ίο verlaufen. Vorzugsweise tangieren die Schneidflächen in diesem Fall die der Bohrlochseite zu liegende Fläche 31 und die Bohrlochschneidfläche des Werkzeuges. Bei dieser in Fig. 2 gezeigten vorzugsweisen Bauart sind die Achsen dieser Schneidelemente so gerichtet, daß sie den von der Fläche 31 und der Schneidfläche des Werkzeuges gebildeten Winkel halbieren oder angenähert halbieren. Andererseits können auch diese Schneidelemente eines oder mehrerer der Schneidwerkzeuge im Vergleich zu der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung etwas mehr nach außen geneigt sein, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, in der ein Teil 32 der äußeren Fläche abgeflacht ist, so daß eine größere Fläche zum Bohren am Rand des Bohrlochbodens zur Verfügung steht und die Maßhaltigkeit des Bohrlochs gewährleistet werden kann.As shown in FIG. 2, the borehole diameter defining cutting elements be arranged so that their axes in the direction of the The transition point between the bottom of the hole and the wall ίο run. The cutting surfaces are preferably tangent in this case the surface 31 to be located on the borehole side and the borehole cutting surface of the tool. In this shown in Fig. 2 preferably Construction, the axes of these cutting elements are directed so that they are from the surface 31 and halve or approximately halve the angle formed by the cutting surface of the tool. On the other hand, these cutting elements can also compare one or more of the cutting tools be slightly more outwardly inclined to the arrangement shown in Figs. 1 and 2, as this is shown in Fig. 3 in which a portion 32 of the outer surface is flattened so that a larger area is available for drilling at the edge of the borehole bottom and the dimensional accuracy of the borehole can be guaranteed.
Eine weitere Form der Anordnung der Randschneidelemente ist in Fig. 4 dargestellt, in der die Randschneidelemente im wesentlichen parallel zur Schneidwerkzeugfläche 31 gerichtet sind und im wesentlichen bündig mit dieser Fläche verlaufen. Bei dieser Ausführung bearbeiten die Enden der Randschneidelemente den Bohrlochboden an der Übergangsstelle zur Bohrlochwand, und der Schaftteil der Schneidelemente trägt dazu bei, die Maßhaltigkeit des Bohrlochs zu bewahren und verlängert dadurch die Lebensdauer des Bohrmeißels.Another form of arrangement of the edge cutting elements is shown in Fig. 4, in which the Edge cutting elements are directed essentially parallel to the cutting tool surface 31 and in the essentially run flush with this surface. In this version, edit the ends of the Edge cutting elements the borehole bottom at the transition point to the borehole wall, and the shaft part the cutting elements help to maintain and extend the dimensional accuracy of the borehole thereby the life of the drill bit.
Falls erwünscht, kann die Zylinderfläche 34 dieser Schneidelemente abgeflacht werden, wie dies 4P bei 33 angedeutet ist.If desired, the cylindrical surface 34 of these cutting elements can be flattened, like this 4P is indicated at 33.
Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsart ähnelt der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsart. Nur liegt hier die Längsseite des Schneidelements 30 parallel in Richtung der Bodenfläche, und das abgerundete Ende 35 dient zur Randbohrung, und die Seitenfläche 36 beteiligt sich an der Zerkleinerung des Bohrlochbodens.The embodiment shown in FIG. 5 is similar to the embodiment shown in FIG. Just lies here the long side of the cutting element 30 parallel in the direction of the bottom surface, and the rounded one End 35 is used for edge drilling, and the side surface 36 participates in the crushing of the Borehole bottom.
Fig. 6 zeigt eine besondere Ausgestaltung einesFig. 6 shows a particular embodiment of a
Schneidelements 30', dessen Schaftteil nicht zylindrisch ist, während das äußere, aus der Fläche des Schneidewerkzeuges hervorspringende Ende 38 eine kugelige Form hat.Cutting element 30 ', the shaft part of which is not cylindrical is, while the outer, protruding from the surface of the cutting tool end 38 is a has a spherical shape.
Fig. 7 zeigt ein im wesentlichen zylindrisches , Schneidwerkzeug 39. Der Körper 20' des Schneid- ! Werkzeuges ist mit ringförmigen Erhebungen 40 j und 41 an seinen beiden Enden und mit einem zwischen diesen Enderhebungen spiralförmig verlaufenden erhöhten Streif en 42 versehen. Jede dieser Erhöhungen 40, 41, 42 besitzt eine Reihe von Schneidelementen 30. Selbstverständlich kann die Anordnung dieser Erhebungen und der Abstand der Schneidelemente auf diesen Erhebungen auch anders sein als hier gezeigt ist.Fig. 7 shows a substantially cylindrical, cutting tool 39. The body 20 'of the cutting! Tool is with annular projections 40 j and 41 at both ends and with one between these end elevations, raised strips 42 running in a spiral shape are provided. Any of these Bumps 40, 41, 42 has a number of Cutting elements 30. Of course, the arrangement of these elevations and the spacing the cutting elements on these elevations may also be different from what is shown here.
Die Schneidelemente 30 bestehen aus verschleißwiderstandsfähigem Material, vorzugsweise aus Metallkarbiden, wie Karbiden von Chrom, Molybdän, Tantal, Titan, Wolfram und Vanadium oder aus Karbiden, die mehrere dieser oder anderer Metalle enthalten. Wolframkarbide haben sich für den hier beschriebenen Zweck besonders bewährt. Ebenfalls hat sich gezeigt, daß Schneidelemente dieser Art, die eine Breite von ungefähr 9,5 mm haben und die ungefähr ebenso tief im Körper 20 des Schneidwerkzeuges eingebettet sind, am wenigsten dazu neigen, abzubrechen oder aus dem Schneidwerkzeug herauszufallen.The cutting elements 30 are made of wear-resistant material, preferably of Metal carbides such as carbides of chromium, molybdenum, tantalum, titanium, tungsten and vanadium or of carbides that contain several of these or other metals. Tungsten carbides have been used for the purpose described here has particularly proven its worth. It has also been shown that cutting elements of this type, which are approximately 9.5 mm wide and approximately as deep in the body 20 of the cutting tool are least likely to break off or come out of the Cutting tool falling out.
Der Körper 20 des Schneidwerkzeuges besteht vorzugsweise aus kohlenstoffreichem Stahl. Ein derartiger Stahl hat ungefähr einen doppelt so hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie ein Metallkarbid. Dieser große Unterschied in Temperaturempfindlichkeit muß in Rechnung gezogen werden, da die Temperatur in der Tiefe des Bohrlochs über ioo° C ansteigt, so daß dadurch die Schneidelemente 30 im Körper 20 sich lockern oder von diesem lösen könnten. Bei der hohen Beanspruchung der Schneidwerkzeuge während des Bohrvorgangs muß aber zu jeder Zeit eine gute Haftung zwischen dem Metall des Körpers 20 und den Schneidelementen bei jeder Temperatur bestehen. Ein Mittel zum Erzielen einer solchen Haftung besteht darin, daß die Schneidelemente größer als die sie aufnehmenden öffnungen 43 sind. Der Unterschied in den Abmessungen kann dabei bis zu 0,1-5 mm betragen. Wenn ein Schneidelement von derartiger Übergröße in die Öffnung 43 hineingedrückt wird, treten zwischen dem Metall des Schneidwerkzeugkörpers und den Schneidelementen Dehnungskräfte auf, die eine enge haftende Verbindung zwischen den miteinander in Berührung kommenden Flächen bewirken. Um die Schneidelemente leichter in dieöffnungen einführen zu können, kann man sie an ihren Enden 44 etwas anschärf en. Hierdurch wird nicht nur das Einführen der Schneidelemente in die Öffnungen 43 erleichtert, sondern auch ein kleiner Raum geschaffen, in dem sich beim Einbringen der Schneidelemente von der Wandung des Lochs abgeschertes Material absetzen kann.The body 20 of the cutting tool is preferably made of high carbon steel. One of those Steel has a coefficient of thermal expansion that is roughly twice that of metal carbide. This large difference in temperature sensitivity must be taken into account, since the temperature in the depth of the borehole rises above 100 ° C, so that the cutting elements 30 in the body 20 could loosen or detach from it. With the high stress on the cutting tools During the drilling process, however, there must be good adhesion between the metal at all times of the body 20 and the cutting elements exist at any temperature. A means of achieving one Such adhesion consists in the fact that the cutting elements are larger than the openings that accommodate them 43 are. The difference in dimensions can be up to 0.1-5 mm. When a cutting element of such oversize is pushed into opening 43, occur between the metal of the cutting tool body and the cutting elements to stretch forces that have a tight cause an adhesive connection between the surfaces that come into contact with one another. To the To be able to introduce cutting elements more easily into the openings, they can be slightly at their ends 44 sharpen. This not only facilitates the introduction of the cutting elements into the openings 43, but also created a small space in which when the cutting elements are introduced from the Wall of the hole can settle sheared material.
Die im vorhergehenden gemachten Angaben über verwendete Materialien und über die Dimensionen einzelner Teile dürfen nicht als eine Begrenzung des Schutzbereichs der Erfindung angesehen werden. - ■ - - The information given above about the materials used and about the dimensions of individual parts must not be viewed as a limitation of the scope of protection of the invention. - ■ - -
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