EP0790387A1 - Hartmetallplatte und damit bestückter Gesteinsbohrer sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Hartmetallplatte und damit bestückter Gesteinsbohrer sowie Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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EP0790387A1
EP0790387A1 EP97100123A EP97100123A EP0790387A1 EP 0790387 A1 EP0790387 A1 EP 0790387A1 EP 97100123 A EP97100123 A EP 97100123A EP 97100123 A EP97100123 A EP 97100123A EP 0790387 A1 EP0790387 A1 EP 0790387A1
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EP
European Patent Office
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hard metal
metal plate
drill
receiving groove
side surfaces
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EP0790387B1 (de
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Erich Runge
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Plica Werkzeugfabrik AG
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Plica Werkzeugfabrik AG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/58—Chisel-type inserts

Definitions

  • the invention relates to hard metal plates and rock drills equipped with them, and to a method for their production.
  • hard metal inserts with a head part carrying at least one cutting edge and with a foot part adapted to the geometry of a receiving groove in the drilling tool are inserted into one or more cut or milled grooves of a drill head or a drill bit and fastened therein by soldering.
  • the locating grooves are generally designed as ordinary continuous rectangular grooves with a constant cross-section.
  • the hard metal plate is usually fixed by caulking in the area of the openings of the receiving grooves to the outer surface of the drill head or the drill bit. This caulking is normally carried out before the hard metal plate is inserted into the receiving groove.
  • the caulking prevents, on the one hand, a radial displacement of the hard metal plate used and, on the other hand, prevents the plate from falling out during subsequent fastening by soldering, welding or gluing.
  • the caulking ensures that a gap is kept clear between the wall of the receiving groove and the hard metal plate used, into which the molten solder can penetrate due to capillary forces.
  • the caulking in the opening area of the receiving groove is too strong, an increased pressure is exerted on the hard metal plate.
  • the hard metal plate is either already damaged when inserting it into the receiving groove or there is an increased risk of breakage during operation of the rock drill due to a chiseling effect of the caulking on the hard metal plate, which then causes the hard metal plate to break at the pressure point.
  • a hard metal plate for drilling tools in particular rock drills, which has a head part carrying at least one cutting edge and a foot part adapted to the geometry of a receiving groove in the drilling tool.
  • the foot part has a cross section that is at least partially expanded compared to the maximum cross section of the head part.
  • the receiving groove in the rock drill is undercut according to the geometry of the foot part.
  • the hard metal plate is secured against radial displacement by caulking in the opening area of the receiving groove to the lateral surface of the drill head.
  • the rock drill described in DE-OS 44 06 513 already has an improved solder connection between the hard metal plate and the receiving groove.
  • the problems mentioned above with regard to the secure centering of the hard metal plate and the increased risk of breakage due to caulking provided in the casing area of the drill head are not eliminated.
  • the invention has for its object to provide a hard metal plate and a rock drill equipped with it, which are designed so that there is a stable and permanent connection between the hard metal plate and the receiving groove in the drilling tool, which can be easily soldered or otherwise attached, a safe centering the hard metal plate and reduces the risk of breakage when operating the rock drill.
  • this object is achieved by a hard metal plate for drilling tools, in particular rock drills, with a head part carrying at least one cutting edge and one adapted to the geometry of a receiving groove in the drilling tool Solved foot part, which is characterized in that the distance between the side surfaces of the foot part is greater in at least a portion of the foot part than in the edge region of the side surfaces of the foot part.
  • the rock drill according to the invention with a shank, a drill head and at least one hard metal cutting plate, which is inserted into at least one receiving groove of the drill head and fastened therein by soldering, welding or gluing, is characterized in that the drill head is equipped with at least one hard metal plate according to the invention, the Receiving groove has a geometry that is adapted to the foot part of the hard metal plate, preferably as precisely as possible, and the hard metal plate is secured against falling out by caulking on the end face of the drill head, preferably in the region of the section with a greater distance between the side faces.
  • the side walls of the receiving groove apart from the wall regions corresponding to the section with a greater distance between the side surfaces of the hard metal plate, preferably run essentially parallel to one another, so that the previous configuration of a rectangular groove can be retained.
  • the hard metal plate or the receiving groove can also have a cross section tapering towards the underside of the hard metal plate or towards the base of the groove, without the purpose of the invention being impaired.
  • the foot part of the hard metal plate inserted into the receiving groove has a section with a greater distance between the two side surfaces, ie a section with a larger internal width, which engages in a correspondingly shaped wall area of the receiving groove, so that a secure centering of the hard metal plate is ensured and at the same time a displacement in the radial direction is prevented.
  • the section with a larger clear width is preferably formed by one or more vertically extending bulges of one or both side surfaces of the hard metal plate.
  • the bulges are in Top view of the head part of the hard metal plate preferably as part-circular bulges. In this case, the corresponding recess in the receiving groove can be made by simply boring. Other bulge geometries are possible, but less preferred due to the poorer manufacturability.
  • the part-circular bulges are preferably formed on both side surfaces of the hard metal plate and lie opposite one another.
  • the bulges on the side surfaces of the hard metal plate can also be arranged offset from one another.
  • the bulges are particularly preferably arranged approximately in the middle of at least one of the side surfaces of the hard metal plate.
  • the hard metal plate can be provided with cutting tips which cause an additional crushing of rock.
  • the cutting tips are preferably arranged in the region of the bulges of the foot part and are formed by an extension of this region beyond the foot part or the edge formed between the head part and the side surfaces of the foot part.
  • the hard metal plate inserted into the receiving groove is secured against falling out by caulking on the end face of the drill head, preferably in the region of the bulge.
  • the caulking overlaps the edge formed between the side surface of the hard metal plate and its head part. This avoids any pressure on the hard metal plate and eliminates the risk of breakage due to the chiseling effect of the caulking.
  • the inventive design of the hard metal plate and the receiving groove enables precise alignment or centering of the hard metal plate, reliably prevents displacement in the radial direction and reduces the loads acting on the hard metal plate.
  • the inventive design ensures that the hard metal plate itself centers in the receiving groove during subsequent soldering, fastening by welding or gluing.
  • the effect of the capillary forces in the gap between the insert and the receiving groove is not interrupted, so that a uniform, thin solder, weld or adhesive joint can form on all sides.
  • the cutting plate is virtually "floating", and the soldered, welded or adhesive connection can optimally absorb the forces acting on the hard metal plate during drilling. This results in increased adhesion of the cutting insert in the receiving groove and a significantly reduced risk of breakage when operating the rock drill.
  • the rock drill equipped with the hard metal plates according to the invention can have an ordinary drill head with only one hard metal cutting plate that extends at least over the entire diameter of the drill head, or a drill bit with two, three or more hard metal cutting plates, which are either arranged in a star shape or intersecting.
  • the drill can have a hard metal cutting plate designed as a centering tip in a known manner.
  • the method for producing the rock drill according to the invention is characterized in that a receiving groove is first introduced into the end face of a drill head or a drill bit, preferably by cutting or milling, the geometry of which is adapted to the geometry of the base part of the hard metal plate according to the invention.
  • the hard metal plate is then inserted into the receiving groove and secured against falling out by caulking a section of the receiving groove that extends beyond the side surface of the hard metal plate on the end face of the drill head, preferably in the region of the bulges of the side face or the section of the foot part with a larger clear width.
  • the hard metal plate is then connected to the drill head in a known manner by soldering, welding or gluing.
  • the hard metal plate 10 according to the invention shown in FIGS. 1 and 2 has two main cutting edges 12 on its head part 14.
  • the side parts 18, 20 of the foot part 16 adjoin the head part 14, which run essentially parallel to one another and the edge when they meet the head part 14 22 train.
  • the distance between the side surfaces 18, 20 of the foot part 16 is greater than in the edge region of the side surfaces of the foot part, i. H. here in the area of the end faces 26 of the hard metal plate 10.
  • the section 24 presents itself as a part-circular bulge of the side surface 18.
  • the bulge 24 is arranged approximately in the middle of the side surface 18. It extends in the vertical direction essentially over the entire height of the side surface 18 of the foot part 16.
  • the bulge 24 can also be arranged at a different location on the side surface 18 and a plurality of bulges 24 can be provided.
  • FIG. 3 shows a plan view of a further embodiment of the hard metal plate 10 according to the invention, in which the part-circular bulge 24 is formed both on the side surface 18 and on the side surface 20.
  • the bulges 24 lie opposite one another and are arranged approximately in the middle of the side surfaces 18 and 20.
  • a plurality of bulges 24, preferably opposite one another, can be formed on each side surface 18 or 20.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a hard metal plate 10 according to the invention.
  • the head part 14 of this hard metal plate has a cutting edge 12 and is in the region of the radially outward direction after insertion into the drill head End face 28 chamfered.
  • the distance between the side surfaces 18 and 20 which run essentially parallel to one another, apart from the section 24, is greater within the central section 24 than in the region of the end surface 28 or the back surface 30.
  • the section 24 extends vertically over the entire height of the side surface 18 and / or the side surface 20 and, viewed in plan view of the head part 14 of the hard metal plate 10, is preferably of part-circular design.
  • the arrangement of the bulge 24 can be the same as in the embodiments described in connection with FIGS. 1 to 3, in particular one or more bulges can be provided on one or both side surfaces 18, 20 of the hard metal plate 10.
  • the hard metal plate 10 can also carry one or more cutting tips 13.
  • the cutting tips 13 are arranged in the region of the part-circular bulges 24 and are formed by an extension of these sections beyond the foot part or the edge 22 formed between the head part and the side surfaces of the foot part.
  • the rock drill according to the invention shown in FIGS. 6 to 8 carries on its shank 32 a drill head 34 with a receiving groove 36 which is rectangular in cross section.
  • the receiving groove extends over the entire diameter of the drill shank 32.
  • a hard metal plate 10 according to that in FIG 3 shown embodiment used.
  • the geometry of the foot part of the hard metal plate 10 is adapted to the geometry of the receiving groove.
  • the bulges 24 in the side faces of the hard metal plate each correspond to part-circular recesses in the walls of the receiving groove 36 in a plan view of the drill head.
  • caulking 38 is formed on the end face 37 of the drill head 34, which overlaps the edge 22 and thus the Carbide plate Secure it from falling out of the receiving groove 36, but without exerting any pressure on the hard metal plate 10.
  • the shaft 32 carries a drill bit 34 with three hard metal cutting plates arranged in a star shape according to the embodiment shown in FIG.
  • the rock drill has another hard metal cutting plate in the form of a centering pin 40.
  • Three receiving grooves 36 with a rectangular cross section are milled into the drill bit 34.
  • the walls of the receiving grooves each have recesses 24 on the side faces of the hard metal plate 10, which are partially circular in plan view.
  • caulking 38 are formed on the end face 37 of the drill bit 34, which overlaps the edge 22 formed between the head part 14 and the side faces of the foot part of the hard metal plate 10. The caulking reliably prevents the hard metal plates 10 from falling out during the subsequent connection or fastening by soldering, welding or gluing.
  • the centering pin 40 preferably carries on its underside a square 42 which is pressed into a corresponding opening 44, preferably a bore, in the drill bit 34. In this way, the centering pin 40 is centered and held when later connecting or fastening.
  • the rock drill according to the invention is manufactured in such a way that the receiving grooves are first milled out and adapted to the geometry of the foot part of the hard metal plates to be used in each case.
  • the recesses in the walls of the receiving grooves corresponding to the bulges of the hard metal plates which are part-circular in plan view can advantageously be produced by drilling or milling the groove at the desired location. Then the geometry the corresponding carbide insert is selected and inserted into the groove. The corresponding lateral bulges or recesses prevent the hard metal plates from moving radially.
  • the hard metal plate By caulking a wall section of the receiving groove on the end face of the drill head or the drill bit, preferably in the region of the bulges 24, which elevates the side wall of the inserted hard metal plate, the hard metal plate is secured against falling out. The caulking no longer has to fix the hard metal plate in a very specific position and therefore does not need to exert any pressure on the hard metal plate.
  • the hard metal plate is connected to the receiving groove in a known manner by soldering, welding or gluing.
  • the resulting soldering, welding or adhesive joint is uniform and thin on all sides, since the hard metal plate is self-centering when it is fastened, in the fluid (solder, welding metal or adhesive) as a result of the capillary forces of equal size on both sides of the hard metal plate . This ensures reliable adhesion of the hard metal plate in the receiving groove and significantly reduces the risk of breakage when operating the drill.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hartmetallplatte (10) für Bohrwerkzeuge, insbesondere Gesteinsbohrer, mit einem wenigstens eine Schneidkante (12) tragenden Kopfteil (14) und einem der Geometrie einer Aufnahmenut (36) im Bohrwerkzeug angepaßten Fußteil (16), dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Seitenflächen (18,20) des Fußteils in wenigstens einem Abschnitt (24) des Fußteils (16) größer ist als im Randbereich der Seitenflächen (18,20) des Fußteils. Der mit der erfindungsgemäßen Hartmetallplatte bestückte Gesteinsbohrer ist an der Stirnfläche (37) des Bohrerkopfes (34) mit einer Verstemmung versehen, welche die Hartmetallplatte gegen ein Herausfallen sichert. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft Hartmetallplatten und damit bestückte Gesteinsbohrer sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Bei den bisher bekannten Gesteinsbohrern sind Schneidplatten aus Hartmetall mit einem mindestens eine Schneidkante tragenden Kopfteil und mit einem der Geometrie einer Aufnahmenut im Bohrwerkzeug angepaßten Fußteil in eine oder mehrere ausgeschnittene bzw. ausgefräste Nuten eines Bohrerkopfes oder einer Bohrkrone eingesetzt und darin durch Verlöten befestigt. Die Aufnahmenuten werden generell als gewöhnliche durchgehende Rechtecknuten mit konstantem Querschnitt ausgeführt.
  • Seit jeher war es jedoch schwierig, eine spannungsfreie, feste, den mechanischen Beanspruchungen einer Gesteinsbohrerspitze möglichst lange standhaltende Lötverbindung zwischen der Hartmetallplatte und der Aufnahmenut im Bohrwerkzeug zu erhalten und dabei eine korrekte Ausrichtung bzw. Zentrierung der in die Aufnahmenut eingesetzten Hartmetallplatte zu gewährleisten. Bei den bisher bekannten Gesteinsbohrern wird die Hartmetallplatte üblicherweise durch Verstemmungen im Bereich der Öffnungen der Aufnahmenuten zur Mantelfläche des Bohrkopfes oder der Bohrkrone fixiert. Diese Verstemmungen werden normalerweise vor dem Einsetzen der Hartmetallplatte in die Aufnahmenut ausgeführt. Die Verstemmungen verhindern zum einen ein radiales Verschieben der eingesetzten Hartmetallplatte und zum anderen ein Herausfallen der Platte beim anschließenden Befestigen durch Löten, Schweißen oder Kleben. Darüberhinaus gewährleisten die Verstemmungen, daß zwischen der Wand der Aufnahmenut und der eingesetzten Hartmetallplatte ein Spalt freigehalten wird, in den das geschmolzene Lot aufgrund von Kapillarkräften eindringen kann.
  • Bei dieser Art der Fixierung der Hartmetallplatte in der Aufnahmenut besteht das Problem, daß die Verstemmungen nicht gleichmäßig ausgeführt werden können. Bei einer zu schwachen Ausbildung der Verstemmungen wird die in die Aufnahmenut eingesetzte Hartmetallplatte nicht hinreichend festgehalten. Die starke Materialausdehnung aufgrund der beim Löten angewandten Temperaturen von bis zu 1100°C bewirkt ein Auseinderklaffen der Aufnahmenut und es besteht die Gefahr, daß die Hartmetallplatte herausfällt oder verschoben wird. Dies führt entweder zur Produktion von Ausschuß oder zu einem zu großen Überstand der Hartmetallplatte über die Mantelfläche des Bohrerschaftes, wodurch die Bruchempfindlichkeit der Platte beim Betrieb des Gesteinsbohrers erhöht wird. Darüberhinaus besteht die Gefahr, daß die Hartmetallplatte bei der Handhabung während des Herstellungsprozesses infolge von Stößen oder Schlägen aus ihrer senkrechten Lage herauskippt. Dies führt dazu, daß das Lot nicht mehr vollständig in den zwischen der Hartmetallplatte und der Wand der Aufnahmenut gebildeten Spalt eindringen kann und die Haftung der Hartmetallplatte in der Aufnahmenut beeinträchtigt wird.
  • Bei einer zu starken Ausbildung der Verstemmungen im Öffnungsbereich der Aufnahmenut wird ein erhöhter Druck auf die Hartmetallplatte ausgeübt. Die Hartmetallplatte wird entweder schon beim Einsetzen in die Aufnahmenut beschädigt oder es besteht eine erhöhte Bruchgefahr beim Betrieb des Gesteinsbohrers infolge einer Meißelwirkung der Verstemmung auf die Hartmetallplatte, die dann einen Bruch der Hartmetallplatte an der Druckstelle bewirkt.
  • Aus der DE-OS 44 06 513 ist eine Hartmetallplatte für Bohrwerkzeuge, insbesondere Gesteinsbohrer, bekannt, die ein mindestens eine Schneidkante tragendes Kopfteil und ein der Geometrie einer Aufnahmenut im Bohrwerkzeug angepaßtes Fußteil aufweist. Das Fußteil besitzt einen Querschnitt, der gegenüber dem Maximalquerschnitt des Kopfteils mindestens teilweise erweitert ist. Die Aufnahmenut im Gesteinsbohrer ist entsprechend der Geometrie des Fußteils hinterschnitten. Gegen ein radiales Verschieben wird die Hartmetallplatte durch eine Verstemmung im Öffnungsbereich der Aufnahmenut zur Mantelfläche des Bohrkopfes gesichert. Der in der DE-OS 44 06 513 beschriebene Gesteinsbohrer weist zwar bereits eine verbesserte Lötverbindung zwischen der Hartmetallplatte und der Aufnahmenut auf. Die oben angesprochenen Probleme hinsichtlich der sicheren Zentrierung der Hartmetallplatte und der erhöhten Bruchgefahr aufgrund von im Mantelbereich des Bohrkopfes vorgesehenen Verstemmungen werden jedoch nicht beseitigt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hartmetallplatte und einen damit bestückten Gesteinsbohrer bereitzustellen, die so beschaffen sind, daß sich zwischen Hartmetallplatte und Aufnahmenut im Bohrwerkzeug eine stabile und dauerhafte Verbindung ergibt, die leicht verlötet oder auf andere Weise befestigt werden kann, ein sicheres Zentrieren der Hartmetallplatte ermöglicht und die Bruchgefahr beim Betrieb des Gesteinsbohrers vermindert.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hartmetallplatte für Bohrwerkzeuge, insbesondere Gesteinsbohrer, mit einem wenigstens eine Schneidkante tragenden Kopfteil und einem der Geometrie einer Aufnahmenut im Bohrwerkzeug angepaßten Fußteil gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Abstand zwischen den Seitenflächen des Fußteils in wenigstens einem Abschnitt des Fußteils größer ist als im Randbereich der Seitenflächen des Fußteils.
  • Der erfindungsgemäße Gesteinsbohrer mit einem Schaft, einem Bohrkopf und mindestens einer Hartmetallschneidplatte, die in wenigstens eine Aufnahmenut des Bohrkopfes eingesetzt und darin durch Verlöten, Verschweißen oder Verkleben befestigt ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf mit mindestens einer erfindungsgemäßen Hartmetallplatte bestückt ist, wobei die Aufnahmenut eine dem Fußteil der Hartmetallplatte, vorzugsweise möglichst exakt, angepaßte Geometrie aufweist, und wobei die Hartmetallplatte durch eine Verstemmung an der Stirnfläche des Bohrkopfes, vorzugsweise im Bereich des Abschnitts mit größerem Abstand zwischen den Seitenflächen, gegen ein Herausfallen gesichert ist.
  • Die Seitenwände der Aufnahmenut verlaufen, abgesehen von den dem Abschnitt mit größerem Abstand zwischen den Seitenflächen der Hartmetallplatte entsprechenden Wandbereichen, vorzugsweise im wesentlichen parallel zueinander, so daß die bisherige Ausgestaltung einer Rechtecknut beibehalten werden kann. Die Hartmetallplatte bzw. die Aufnahmenut kann jedoch auch einen sich zur Unterseite der Hartmetallplatte bzw. zum Nutgrund hin verjüngenden Querschnitt aufweisen, ohne daß der Zweck der Erfindung beeinträchtigt wird. Wesentlich ist, daß das in die Aufnahmenut eingesetzte Fußteil der Hartmetallplatte einen Abschnitt mit einem größeren Abstand zwischen den beiden Seitenflächen aufweist, d.h. einen Abschnitt mit größerer lichter Weite, der in einen entsprechend ausgeformten Wandbereich der Aufnahmenut eingreift, so daß ein sicheres Zentrieren der Hartmetallplatte gewährleistet und gleichzeitig eine Verschiebung in radialer Richtung verhindert wird. Der Abschnitt mit größerer lichter Weite ist vorzugsweise durch eine oder mehrere vertikal verlaufende Ausbuchtungen einer oder beider Seitenflächen der Hartmetallplatte gebildet. Die Ausbuchtungen stellen sich dabei in Draufsicht auf das Kopfteil der Hartmetallplatte vorzugsweise als teilkreisförmige Ausbuchtungen dar. In diesem Fall kann die entsprechende Ausnehmung in der Aufnahmenut durch ein einfaches Aufbohren hergestellt werden. Andere Geometrien der Ausbuchtungen sind möglich, jedoch aufgrund der schlechteren Herstellbarkeit weniger bevorzugt.
  • Die teilkreisförmigen Ausbuchtungen sind vorzugsweise auf beiden Seitenflächen der Hartmetallplatte gebildet und liegen einander gegenüber. Die Ausbuchtungen auf den Seitenflächen der Hartmetallplatte können jedoch auch gegeneinander versetzt angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind die Ausbuchtungen etwa in der Mitte wenigstens einer der Seitenflächen der Hartmetallplatte angeordnet.
  • Zusätzlich zu den auf dem Kopfteil der Hartmetallplatte gebildeten Schneidkanten kann die Hartmetallplatte mit Schneidspitzen versehen sein, die eine zusätzliche Zertrümmerung von Gestein bewirken. Die Schneidspitzen sind vorzugsweise im Bereich der Ausbuchtungen des Fußteils angeordnet und durch eine Verlängerung dieses Bereiches über das Fußteil bzw. die zwischen dem Kopfteil und den Seitenflächen des Fußteils gebildete Kante hinaus gebildet.
  • In dem erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer ist die in die Aufnahmenut eingesetzte Hartmetallplatte durch eine Verstemmung an der Stirnfläche des Bohrkopfes, vorzugsweise im Bereich der Ausbuchtung, gegen ein Herausfallen gesichert. Die Verstemmung übergreift dabei die zwischen der Seitenfläche der Hartmetallplatte und deren Kopfteil gebildete Kante. Dadurch wird jeglicher Druck auf die Hartmetallplatte vermieden und die Bruchgefahr aufgrund einer Meißelwirkung der Verstemmung beseitigt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Hartmetallplatte und der Aufnahmenut ermöglicht eine genaue Ausrichtung bzw. Zentrierung der Hartmetallplatte, verhindert zuverlässig eine Verschiebung in radialer Richtung und verringert die auf die Hartmetallplatte wirkenden Belastungen. Darüberhinaus wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung erreicht, daß sich die Hartmetallplatte beim nachfolgenden Löten, Befestigen durch Schweißen oder Kleben in der Aufnahmenut selbst zentriert. Die Wirkung der Kapillarkräfte in dem zwischen Schneidplatte und Aufnahmenut vorhandenen Spalt wird nicht unterbrochen, so daß sich eine allseitig gleichmäßige und dünne Lot-, Schweiß- oder Klebefuge ausbilden kann. Die Schneidplatte ist dadurch quasi "schwimmend" gelagert, und die Löt-, Schweiß- oder Klebeverbindung kann die beim Bohren auf die Hartmetallplatte einwirkenden Kräfte optimal aufnehmen. Daraus folgt eine erhöhte Haftung der Schneidplatte in der Aufnahmenut und eine wesentlich verringerte Bruchgefahr beim Betrieb des Gesteinsbohrers.
  • Der mit den erfindungsgemäßen Hartmetallplatten bestückte Gesteinsbohrer kann einen gewöhnlichen Bohrerkopf mit nur einer sich mindestens über den gesamten Durchmesser des Bohrerkopfes erstreckenden Schneidplatte aus Hartmetall oder aber eine Bohrkrone mit zwei, drei oder mehr Hartmetallschneidplatten besitzen, die entweder sternförmig oder sich kreuzend angeordnet sind. Außerdem kann der Bohrer in bekannter Weise eine als Zentrierspitze ausgebildete Hartmetallschneidplatte aufweisen.
  • Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gesteinsbohrers ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Aufnahmenut in die Stirnfläche eines Bohrerkopfes bzw. einer Bohrkrone, vorzugsweise durch Ausschneiden oder Ausfräsen, eingebracht wird, deren Geometrie an die Geometrie des Fußteils der erfindungsgemäßen Hartmetallplatte angepaßt ist. Anschließend wird die Hartmetallplatte in die Aufnahmenut eingesetzt und durch Verstemmen eines die Seitenfläche der Hartmetallplatte überhöhenden Abschnitts der Aufnahmenut an der Stirnfläche des Bohrkopfes, vorzugsweise im Bereich der Ausbuchtungen der Seitenfläche bzw. des Abschnitts des Fußteils mit größerer lichter Weite, gegen ein Herausfallen gesichert. Danach wird die Hartmetallplatte mit dem Bohrkopf in bekannter Weise durch Löten, Schweißen oder Kleben verbunden.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Hartmetallplatte;
    • Figur 2 eine Draufsicht auf die in Figur 1 gezeigte Hartmetallplatte;
    • Figur 3 eine Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Hartmetallplatte;
    • Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Hartmetallplatte;
    • die Figuren 5a bis 5d Frontansichten sowie Draufsichten auf weitere erfindungsgemäße Hartmetallplatten;
    • Figur 6 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gesteinsbohrers;
    • Figur 7 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer gemäß Figur 6;
    • Figur 8 einen Teilquerschnitt durch den in Figur 6 gezeigten Gesteinsbohrer entlang der Linie A-A;
    • Figur 9 eine Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Gesteinsbohrers;
    • Figur 10 eine Draufsicht auf den Gesteinsbohrer gemäß Figur 9; und
    • Figur 11 einen Teilquerschnitt durch den Gesteinsbohrer gemäß Fig. 9.
  • Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Hartmetallplatte 10 trägt auf ihrem Kopfteil 14 zwei Hauptschneidkanten 12. An das Kopfteil 14 grenzen die Seitenflächen 18, 20 des Fußteils 16 an, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und am Zusammentreffen mit dem Kopfteil 14 die Kante 22 ausbilden. In einem mittleren Abschnitt 24 des Fußteils ist der Abstand zwischen den Seitenflächen 18, 20 des Fußteils 16 größer als im Randbereich der Seitenflächen des Fußteils, d. h. hier im Bereich der Stirnflächen 26 der Hartmetallplatte 10.
  • In der Draufsicht auf das Kopfteil 14 der Hartmetallplatte 10 gemäß Figur 2 stellt sich der Abschnitt 24 als eine teilkreisförmige Ausbuchtung der Seitenfläche 18 dar. Bei der hier gezeigten Ausführungsform der Hartmetallplatte 10 ist die Ausbuchtung 24 etwa in der Mitte der Seitenfläche 18 angeordnet. Sie erstreckt sich in vertikaler Richtung im wesentlichen über die gesamte Höhe der Seitenfläche 18 des Fußteils 16. Abweichend von der hier gezeigten Ausführungsform kann die Ausbuchtung 24 auch an einer anderen Stelle der Seitenfläche 18 angeordnet sein und es können mehrere Ausbuchtungen 24 vorgesehen sein.
  • Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hartmetallplatte 10, bei der die teilkreisförmige Ausbuchtung 24 sowohl an der Seitenfläche 18 als auch an der Seitenfläche 20 gebildet ist. Bei der hier gezeigten Ausführungsform liegen die Ausbuchtungen 24 einander gegenüber und sind etwa in der Mitte der Seitenflächen 18 und 20 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Ausbuchtungen 24 gegeneinander versetzt anzuordnen. Ferner können an jeder Seitenfläche 18 oder 20 mehrere, vorzugsweise einander gegenüberliegende Ausbuchtungen 24 gebildet sein.
  • Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hartmetallplatte 10. Das Kopfteil 14 dieser Hartmetallplatte trägt eine Schneidkante 12 und ist im Bereich der nach dem Einsetzen in den Bohrkopf radial nach außen gerichteten Stirnfläche 28 abgefast. Der Abstand zwischen den abgesehen von dem Abschnitt 24 im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Seitenflächen 18 und 20 ist innerhalb des mittleren Abschnitts 24 größer als im Bereich der Stirnfläche 28 bzw. der Rückenfläche 30. Der Abschnitt 24 erstreckt sich vertikal über die gesamte Höhe der Seitenfläche 18 und/oder der Seitenfläche 20 und ist, in Draufsicht auf das Kopfteil 14 der Hartmetallplatte 10 gesehen, vorzugsweise teilkreisförmig ausgebildet. Die Anordnung der Ausbuchtung 24 kann die gleiche sein, wie bei den im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere können eine oder mehrere Ausbuchtungen auf einer oder beiden Seitenflächen 18, 20 der Hartmetallplatte 10 vorgesehen sein.
  • Die Hartmetallplatte 10 kann ferner, zusätzlich zu den auf dem Kopfteil 14 gebildeten Schneidkanten 12, eine oder mehrere Schneidspitzen 13 tragen. Die Schneidspitzen 13 sind bei den in den Fig. 5a bis 5d gezeigten Ausführungsformen der Erfindung im Bereich der teilkreisförmigen Ausbuchtungen 24 angeordnet und durch eine Verlängerung dieser Abschnitte über das Fußteil bzw. die zwischen dem Kopfteil und den Seitenflächen des Fußteils gebildete Kante 22 hinaus gebildet.
  • Der in den Figuren 6 bis 8 dargestellte erfindungsgemäße Gesteinsbohrer trägt auf seinem Schaft 32 einen Bohrerkopf 34 mit einer im Querschnitt rechteckigen Aufnahmenut 36. Die Aufnahmenut erstreckt sich über den gesamten Durchmesser des Bohrerschaftes 32. In die Aufnahmenut 36 ist eine Hartmetallplatte 10 gemäß der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform eingesetzt. Die Geometrie des Fußteils der Hartmetallplatte 10 ist an die Geometrie der Aufnahmenut angepaßt. Insbesondere entsprechen den Ausbuchtungen 24 in den Seitenflächen der Hartmetallplatte jeweils in Draufsicht auf den Bohrerkopf teilkreisförmige Ausnehmungen in den Wänden der Aufnahmenut 36. Im Bereich der Ausbuchtungen 24 sind an der Stirnfläche 37 des Bohrerkopfes 34 Verstemmungen 38 gebildet, welche die Kante 22 übergreifen und so die Hartmetallplatte vor einem Herausfallen aus der Aufnahmenut 36 sichern, ohne jedoch einen Druck auf die Hartmetallplatte 10 auszuüben.
  • Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer (Figuren 9 bis 11) trägt der Schaft 32 eine Bohrkrone 34 mit drei sternförmig angeordneten Hartmetallschneidplatten gemäß der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform. Darüberhinaus besitzt der Gesteinsbohrer eine weitere Hartmetallschneidplatte in Form eines Zentrierstiftes 40.
  • In die Bohrkrone 34 sind drei im Querschnitt rechteckförmige Aufnahmenuten 36 eingefräst. Die Wände der Aufnahmenuten weisen jeweils den Ausbuchtungen 24 der Seitenflächen der Hartmetallplatte 10 entsprechende, in Draufsicht teilkreisförmige Ausnehmungen auf. Im Bereich dieser Ausnehmungen bzw. der Ausbuchtungen 24 sind an der Stirnfläche 37 der Bohrkrone 34 Verstemmungen 38 ausgebildet, welche die zwischen dem Kopfteil 14 und den Seitenflächen des Fußteils der Hartmetallplatte 10 gebildete Kante 22 übergreifen. Die Verstemmungen verhindern zuverlässig ein Herausfallen der Hartmetallplatten 10 beim nachfolgenden Verbinden bzw. Befestigen durch Löten, Schweißen oder Kleben.
  • Der Zentrierstift 40 trägt an seiner Unterseite vorzugsweise einen Vierkant 42, der in eine entsprechende Öffnung 44, vorzugsweise Bohrung, in der Bohrkrone 34 eingepreßt ist. Auf diese Weise wird der Zentrierstift 40 zentriert und beim späteren Verbinden bzw. Befestigen festgehalten.
  • Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer wird so verfahren, daß zunächst die Aufnahmenuten ausgefräst und an die Geometrie des Fußteils der jeweils einzusetzenden Hartmetallplatten angepaßt werden. Die den in Draufsicht teilkreisförmigen Ausbuchtungen der Seitenwände der Hartmetallplatten entsprechenden Ausnehmungen in den Wänden der Aufnahmenuten können dabei in vorteilhafter Weise durch ein Aufbohren oder Fräsen der Nut an der jeweils gewünschten Stelle hergestellt werden. Anschließend wird die der Geometrie der Aufnahmenut entsprechende Hartmetallschneidplatte ausgewählt und in die Nut eingesetzt. Die einander entsprechenden seitlichen Ausbuchtungen bzw. Ausnehmungen verhindern ein radiales Verschieben der Hartmetallplatten. Durch Verstemmen eines die Seitenwand der eingesetzten Hartmetallplatte überhöhenden Wandabschnitts der Aufnahmenut an der Stirnfläche des Bohrkopfes bzw. der Bohrkrone vorzugsweise im Bereich der Ausbuchtungen 24, wird die Hartmetallplatte gegen ein Herausfallen gesichert. Die Verstemmung muß dabei die Hartmetallplatte nicht mehr in einer ganz bestimmten Lage fixieren und braucht daher auch keinen Druck auf die Hartmetallplatte auszuüben. Schließlich wird die Hartmetallplatte mit der Aufnahmenut in bekannter Weise durch Löten, Schweißen oder Kleben verbunden. Die dabei entstehende Löt-, Schweiß- oder Klebefuge ist allseitig gleichmäßig und dünn ausgebildet, da sich die Hartmetallplatte beim Befestigen, im Fluid (Lötmetall, Schweißmetall oder Kleber) quasi "schwimmend", infolge der auf beiden Seiten der Hartmetallplatte gleich großen Kapillarkräfte selbständig zentriert. Damit ist eine zuverlässige Haftung der Hartmetallplatte in der Aufnahmenut gewährleistet und die Bruchgefahr beim Betrieb des Bohrers wesentlich verringert.

Claims (16)

  1. Hartmetallplatte (10) für Bohrwerkzeuge, insbesondere Gesteinsbohrer, mit einem wenigstens eine Schneidkante (12) tragenden Kopfteil (14) und einem der Geometrie einer Aufnahmenut (36) im Bohrwerkzeug angepaßten Fußteil (16), dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Seitenflächen (18, 20) des Fußteils (16) in wenigstens einem Abschnitt (24) des Fußteils größer ist als im Randbereich der Seitenflächen (18, 20) des Fußteils.
  2. Hartmetallplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (18, 20), abgesehen von dem Abschnitt (24) mit dem größeren Abstand zwischen den Seitenflächen (18, 20), im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
  3. Hartmetallplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (24) mit dem größeren Abstand zwischen den Seitenflächen (18, 20) in der Mitte des Fußteils (16) gebildet ist.
  4. Hartmetallplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (24) mit dem größeren Abstand zwischen den Seitenflächen (18, 20) durch wenigstens eine, in Draufsicht auf das Kopfteil im wesentlichen teilkreisförmige Ausbuchtung (24) einer oder beider Seitenflächen (18, 20) des Fußteils (16) gebildet ist.
  5. Hartmetallplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf beiden Seitenflächen (18, 20) gebildeten Ausbuchtungen (24) jeweils einander gegenüberliegen.
  6. Hartmetallplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf beiden Seitenflächen (18, 20) gebildeten Ausbuchtungen (24) jeweils gegeneinander versetzt angeordnet sind.
  7. Hartmetallplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Schneidkanten (12) eine oder mehrere Schneidspitzen (13) vorgesehen sind.
  8. Hartmetallplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidspitzen (13) durch eine Verlängerung des Abschnitts (24) mit dem größeren Abstand zwischen den Seitenflächen (18, 20) über das Fußteil (16) hinaus gebildet sind.
  9. Gesteinsbohrer mit einem Schaft (32), einem Bohrkopf oder einer Bohrkrone (34) und mindestens einer Hartmetallschneidplatte (10), die in wenigstens eine Aufnahmenut (36) des Bohrkopfes (34) eingesetzt und darin durch Verlöten, Verschweißen oder Verkleben befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (34) mit wenigstens einer Hartmetallplatte (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 bestückt ist, wobei die Aufnahmenut (36) eine dem Fußteil (16) der Hartmetallplatte angepaßte Geometrie aufweist und wobei die mindestens eine Hartmetallplatte (10) durch eine oder mehrere Verstemmungen (38) an der Stirnfläche (37) des Bohrkopfes (34) gegen ein Herausfallen gesichert ist.
  10. Gesteinsbohrer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstemmungen (38) im Bereich des Abschnitts (24) mit dem größeren Abstand zwischen den Seitenflächen (18, 20) gebildet sind.
  11. Gesteinsbohrer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hartmetallplatte (10) mindestens über den gesamten Durchmesser des Bohrkopfes (34) erstreckt.
  12. Gesteinsbohrer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bohrkrone (34) wenigstens drei Hartmetallplatten (10) eingesetzt sind.
  13. Gesteinsbohrer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Hartmetallplatte in Form eines Zentrierstiftes (40) vorgesehen ist.
  14. Gesteinsbohrer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierstift (40) an seiner Unterseite einen Vierkant (42) trägt, der in eine Öffnung oder Bohrung (44) in der Bohrkrone (34) eingepreßt ist.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Gesteinsbohrers gemäß den Ansprüchen 9 bis 14, welches die folgenden Schritte umfaßt:
    (a) Einbringen wenigstens einer an die Geometrie des Fußteils (16) einer Hartmetallplatte (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 angepaßten Aufnahmenut (36) in die Stirnfläche (37) eines Bohrkopfes oder einer Bohrkrone (34);
    (b) Einsetzen der Hartmetallplatte (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 in die Aufnahmenut (36);
    (c) Verstemmen eines die Seitenflächen (18, 20) der eingesetzten Hartmetallplatte (10) überhöhenden Wandabschnitts der Aufnahmenut (36) an der Stirnfläche (37) des Bohrkopfes oder der Bohrkrone (34), wodurch die Hartmetallplatte gegen ein Herausfallen gesichert wird; und
    (d) Verbinden der Hartmetallplatte (10) mit dem Bohrkopf (34) durch Löten, Schweißen oder Kleben.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandabschnitt der Aufnahmenut (36) im Bereich des Abschnitts (24) mit dem größeren Abstand zwischen den Seitenflächen (18, 20) des Fußteils (16) verstemmt wird.
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