EP3237139A1 - Verfahren zur herstellung eines geschlossenen bohrringes für eine kernbohrkrone - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines geschlossenen bohrringes für eine kernbohrkrone

Info

Publication number
EP3237139A1
EP3237139A1 EP15820141.8A EP15820141A EP3237139A1 EP 3237139 A1 EP3237139 A1 EP 3237139A1 EP 15820141 A EP15820141 A EP 15820141A EP 3237139 A1 EP3237139 A1 EP 3237139A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ring
drill
green parts
diamond
layers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15820141.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Mueller
Marcel Sonderegger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP3237139A1 publication Critical patent/EP3237139A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D65/00—Making tools for sawing machines or sawing devices for use in cutting any kind of material
    • B23D65/02—Making saw teeth by punching, cutting, or planing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/14—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by boring or drilling
    • B28D1/146—Tools therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D65/00—Making tools for sawing machines or sawing devices for use in cutting any kind of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D61/00—Tools for sawing machines or sawing devices; Clamping devices for these tools
    • B23D61/02—Circular saw blades
    • B23D61/025—Details of saw blade body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/28—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass cutting tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/28—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass cutting tools
    • B23P15/32—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass cutting tools twist-drills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/02—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/04—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing with circular or cylindrical saw-blades or saw-discs
    • B28D1/041—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing with circular or cylindrical saw-blades or saw-discs with cylinder saws, e.g. trepanning; saw cylinders, e.g. having their cutting rim equipped with abrasive particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/02—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/12—Saw-blades or saw-discs specially adapted for working stone
    • B28D1/121—Circular saw blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C22C2026/006—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes with additional metal compounds being carbides

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a closed drill ring for a core bit according to the preamble of claim 1.
  • Core bits consist of a machining section, a cylindrical drill shaft and a receiving section with insertion end.
  • the core bit is fastened via the insertion end in the tool holder of a core drilling machine and driven in drilling operation by the core drilling machine about an axis of rotation.
  • Closed drill rings are manufactured from a powder mixture with randomly distributed diamond particles. The powder mixture is filled into a mold and pressed into a green part; the green part is sintered under temperature and pressure to form a closed drill ring.
  • US 5,316,416 discloses the construction of closed drilling rings, which have good removal properties over the entire height of the drill ring.
  • the drill rings have a plurality of upper slots and lower slots distributed along the circumferential direction of the drill rings.
  • the upper slots extend over half the height of the drill rings and open into the drilling shaft facing away from the processing surface of the drill rings.
  • the lower slots are respectively arranged between the upper slots along the circumferential direction of the drill rings and open into the attachment surface of the drill rings facing the drill shaft.
  • the upper and lower slots overlap in the height of the drill rings. The distribution of the upper and lower slots over the entire height of the drill rings, a cooling and rinsing fluid is transported over the entire service life of the drill ring to the processing site and removed material is removed from the drilling area.
  • a green part is built up in layers from powder layers containing a powder mixture and diamond layers with diamond particles, which are arranged in a setting pattern, and then sintered under temperature and pressure to the cutting segment.
  • the cutting segments are arranged along a circumferential direction of the cylindrical drill shank and welded to the drill shank, soldered and fastened in some other way.
  • the cutting speed achievable with a segmented core bit depends largely on the arrangement of the diamonds in the cutting segment. With the layered structure, the arrangement of the diamond particles can be influenced by the number of diamond layers, the distance between the diamond layers and the size of the diamond particles.
  • the object of the present invention is to apply the technology of the set diamond particles to closed drill rings and to increase the machining quality achievable with the drilling rings thus produced.
  • This object is achieved in the aforementioned method for producing a closed drill ring for a core bit according to the invention by the features of independent claim 1.
  • Advantageous developments are specified in the dependent claims.
  • ⁇ at least two green parts are built up in layers in a construction direction by successive application of powder layers of a powder mixture and diamond layers with diamond particles, which are arranged in a setting pattern, between a bottom side and a top side,
  • the ring sections are assembled in a ring shape and sintered under the influence of temperature to form a closed drill ring.
  • the method according to the invention comprises three process sections which use different technologies.
  • the term "powder mixture” includes fine-grained powder mixtures and granulated powder mixtures; The use of granulated powder mixtures is a prerequisite for volumetric cold pressing.
  • a powder mixture iron, cobalt and / or bronze powders can be used;
  • additives such as tungsten carbide
  • the properties of the drill rings wear resistance, durability, cutting ability
  • the composition of the powder mixture has an influence on the sintering temperature.
  • diamond particles includes individual diamond particles as well as coated or coated diamond particles.
  • the green parts have, according to the layered structure on the geometric shape of a straight prism with a polygonal base.
  • the prismatic green parts are formed in the second process section under pressure to form ring sections.
  • the reshaping of the green parts takes place at temperatures which are below the melting temperature of the powder mixture.
  • the ring sections are assembled in a ring and sintered under the influence of temperature to form a closed drill ring. During sintering of the ring sections, on the one hand there is a compression of the individual ring sections and, on the other hand, a connection between adjacent ring sections.
  • Cold forming, hot pressing and similar processes are suitable as forming processes.
  • cold pressing a green part is brought under a high pressure in the predetermined shape.
  • the material is indeed heated, but the transformation takes place in a temperature range in which no recrystallization occurs; The material deforms without the strength decreasing significantly.
  • hot pressing which is also referred to as drop forging, a green part is brought under its high pressure and the addition of heat in its final form. In addition to the shape, the forging changes its material structure; it gets stronger and thus gets a denser texture and a homogeneous surface.
  • Sintering is a process for the production of materials in which a powder or a green part (pressed powder) are heated to temperatures below the melting temperature in order to increase the strength by bonding the individual powder particles.
  • the sintering process takes place in three stages, in which the porosity and the volume of the green part are significantly reduced. In the first stage of sintering, only a densification of the green part takes place, whereas in the second stage the open porosity is significantly reduced.
  • the strength of the sintered bodies is based on the sintered compounds formed in the third stage (deposits between the powder particles), which are produced by surface diffusion between the powder particles.
  • Hot pressing is a special sintering process that uses external pressure in addition to temperature.
  • the drill ring is not constructed in the method according to the invention as a closed drill ring, but is composed of two or more ring sections, which are characterized by be connected.
  • the known technologies are used in the manufacture of cutting segments for segmented core bits.
  • the drill ring is constructed from a number of n, n> 1 first green parts, which are formed into first ring sections, and n second green sections, which are formed into second ring sections, wherein the first and second ring sections along a Circumferential direction of the drill ring are arranged alternately one behind the other.
  • the production of the drill ring from the first and second green parts enables the adaptation of the drill ring to different substrates to be machined. For example, in core drilling in concrete materials with embedded reinforcing bars, which are also referred to as reinforced concrete materials, a drill ring encounters different substrates in the form of concrete and reinforcing bars.
  • the first ring sections are constructed from a first powder mixture and first diamond particles and the second ring sections are built up from a second powder mixture and second diamond particles.
  • the adjustment of the drill ring to the substrate to be processed can be done by selecting the powder mixture and the choice of diamond particles. With the powder mixture, the composition of the materials can be varied; For the diamond particles, the mean diamond diameter, the diamond distribution and the number of diamond particles can be varied.
  • the drill ring is constructed from a number of 2n, n> 1 equal green parts, n green parts under pressure with a convex curvature to first ring sections and n green parts under pressure with a concave curvature to second ring sections are formed. Through the use of the same green parts, the expenditure on equipment in the layered structure of the green parts can be reduced; only one powder mixture and one kind of diamond particles are needed.
  • the upper side of the green parts is arranged on the outer side in the case of the first ring sections and on the inner side in the case of the second annular sections, wherein the first and second annular sections are arranged alternately one after the other along a circumferential direction of the drill ring. Due to the different curvature of the ring sections two different ring sections can be made from the same green parts.
  • the green parts have on the upper side a diamond layer which is arranged at the first annular sections on the outer lateral surface and in the second annular sections on the inner lateral surface.
  • the number of diamond layers and the size of the diamond particles are adjusted so that the average diamond diameter of the diamond particles is at least 45% of the quotient of drill ring width and number of diamond layers.
  • the green parts have, according to the layered structure on the geometric shape of a straight prism with a polygonal base.
  • polygonal bases are rectangular bases, pentagonal bases and hexagonal bases.
  • the green parts are built up from powder layers with rectangular bases.
  • the rectangular base is the simplest geometry to make drill rings from multiple ring sections.
  • the ring sections are connected at the side edges with the adjacent ring sections.
  • the green parts are built up from powder layers with pentagonal bases, wherein the bases have a rectangle and a trapezoid with two right interior angles.
  • a water slot is created during sintering with the adjacent ring section.
  • a number of n water slots is produced in a drill ring with 2n, n> 1 ring sections.
  • the green parts are built up of powder layers with hexagonal bases, wherein the bases have a rectangle and an isosceles trapezoid.
  • the bases In the area of the inclined trapezoidal legs, water slots are created during sintering with the adjacent ring sections.
  • a number of n water slots is produced in a drill ring with n, n> 2 ring sections.
  • the height of the trapezoid is set between 1/3 and 5/6 of the total height of the green part.
  • the connection area is set up without diamonds and is unsuitable for machining.
  • the matrix zone provided with diamond particles which represents approximately 5/6 of the total height of the green part, is suitable.
  • the height of the trapezoid is set to 2/3 of the total height of the green part. With a share of 2/3 of the total height, sufficient strength of the finished drill ring can be ensured.
  • coolant must be transported to the processing site; Therefore, the water slots are formed in the drill ring as long as possible.
  • the ring sections are subjected to a temperature and pressure effect during sintering.
  • sintering processes with temperature and pressure such as hot pressing
  • the sintering proceeds faster and at a lower temperature than in sintering without pressure, such as free sintering. Since thermal diamond damage already occurs at 600 ° C, a lower sintering temperature can be a qualitative advantage.
  • the ring sections are subjected to an additional external shaping by the pressure effect during sintering.
  • special roof forms have proven to be suitable. These roof shapes can be generated by pressure during sintering.
  • FIG. 1 a core bit consisting of a drill ring, a cylindrical
  • FIGS. 2A-C show a first embodiment of a drill ring according to the invention, which is constructed from four ring sections, in a three-dimensional representation (FIG. 2A), in a cross section perpendicular to the cylinder axis of the drill ring
  • FIG.2B and in a detail enlargement (FIG.2C);
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a drill ring according to the invention, which is constructed from four ring sections with water slots;
  • FIGS. 4A-D show the manufacture of the drill ring of FIG. 4), wherein two green parts are converted into concave first ring sections and two green parts are converted into convex second annular sections (FIG. 4B), the first and second annular sections being arranged alternately behind one another along a circumferential direction (FIG 4C) and under temperature and pressure to a closed drill ring are connected (FIG 4D). and
  • FIGS. 5A-C green parts with a rectangular base (FIG.5A), a pentagonal one
  • FIG. 1 shows a core bit 10 with a drill ring 11, a cylindrical drill shaft 12 and a receiving section 13 with insertion end 14.
  • the core bit 10 is fastened via the insertion end 14 in the tool receptacle of a core drilling device and driven by the core drilling device in a rotational direction 15 about a rotation axis 16 during drilling operation , wherein the axis of rotation 16 is coaxial with the cylinder axis of the core bit 10.
  • the drill ring 1 1 is welded to the drill shaft 12, soldered, screwed or fastened in another suitable manner of attachment to the drill shaft 12.
  • the connection area between drill ring 1 1 and drill shank 12 must be constructed of a weldable material and must not contain diamond particles, since diamond particles are not weldable.
  • FIGS. 2A-C show a first embodiment of a drill ring 21 according to the invention, which is composed of several ring sections and the drill ring 1 1 of 10 Kernbohrkröne of FIG. 1 can replace.
  • FIG. 2A shows the drill ring 21 in a three-dimensional representation
  • FIG. 2B shows the drill ring 21 in a cross section perpendicular to the axis of rotation 16
  • FIG. 2C shows a section from the cross section of FIG. 2B in the connection area between two ring sections.
  • the drill ring 21 is composed of four ring sections which are connected to one another at the side edges and form a closed ring in the circumferential direction (FIG. 2A).
  • the ring sections of the drill ring 21 can be divided into two first ring sections 22.1, 22.2 and two second ring sections 23.1, 23.2, which are arranged alternately one after the other along the circumferential direction of the drill ring 21.
  • the first ring sections 22.1, 22.2 consist of a first powder mixture 24 and first diamond particles 25
  • the second ring sections 23.1, 23.2 consist of a second powder mixture 26 and second diamond particles 27 (FIG. 2B).
  • FIG. FIG. 2C shows a detail from the cross section of FIG. 2B in the connection area between see the first ring portion 22.1 and the second ring portion 23.1.
  • the first ring section 22. 1 is constructed from a number of ITH powder layers of the first powder mixture 24 and with diamond layers of the first diamond particles 25.
  • the second ring section 23.1 is made up of a number of m 2 powder layers of the second powder mixture 26 and m 2 diamond layers of the second diamond particles 27.
  • the choice of materials for the first and second powder mixtures 24, 26, the selection of the diamond distribution and size for the first and second diamond particles 25, 27 and the number m- ⁇ , m 2 of the diamond layers and Abtrag paths allow the adaptation of the drill ring 21 to different substrates to be processed.
  • the ring sections 22.1, 22.2, 23.1, 23.2 are constructed in layers of three powder layers and three diamond layers.
  • the powder mixture is filled in a die and forms the first powder layer.
  • the diamond particles are placed in a setting pattern as a first diamond layer on or in the first powder layer.
  • an intermediate pressing can take place after the diamond particles have been placed.
  • the powder mixture is filled in the die and forms the second powder layer.
  • the diamond particles are placed in a setting pattern as a second diamond layer on or in the second powder layer. This process is repeated until the desired structural height of the green part is reached.
  • the last layer is a diamond layer.
  • FIG 3 shows a second embodiment of a drill ring 51 according to the invention, which consists of four ring sections and can replace the drill ring 1 1 of the core bit 10. Between the ring sections four water slots 52.1, 52.2, 52.3, 52.4 are formed, via which a cooling liquid is transported to the processing site.
  • the ring sections are arranged so that the drill ring 51 on the inside 53 and on the outside 54 alternately has a diamond-studded area 55 and a diamond-free area 56.
  • the water slots 52.1 -52.4 extend over a height of about 2/3 of the total height of the drill ring 51. To ensure the functionality of the drill ring 51, when the water slots 52.1 -52.4 are removed, two ring sections have a bore 57.1, 57.2 on the cooling liquid is transported to the processing site.
  • FIGS. 4A-D show the production of the drill ring 51 from four identical green parts 61 with a hexagonal base (FIG. 4A).
  • Two green parts 61 are formed into concave first ring portions 62 and two green parts 61 are formed into convex second ring portions 63 (FIG.4B).
  • the first and second ring sections 62, 63 are alternately arranged one behind the other along a circumferential direction of the drill ring 51 (FIG. 4C) and sintered under temperature and pressure into a closed drill ring (FIG.
  • FIG. FIG. 4A shows the structure of the green part 61 which has been made layer by layer from powder layers of a powder mixture 64 and diamond layers of diamond particles 65.
  • the green part 61 consists of a connection region 66, which is also referred to as a foot zone, and a processing region 67, which is also referred to as a matrix zone.
  • the connection region 66 and the processing region 67 can be built together in layers, with no diamond particles 65 being set in the connection region. Alternatively, the connection region can be produced as a separate region and connected to the processing region during sintering.
  • the base of the green parts 61 is hexagonal and consists of a rectangle 68 and an adjacent isosceles trapezium 69, wherein the connection region 66 of the green part 61 is in the rectangle 68.
  • the water slots 52.1 - 52.4 are formed during sintering by additional pressure action, via which cooling liquid is transported to the processing site.
  • the height h of the trapezium 69 in the green part determines the height of the water slots 52.1 -52.4.
  • the height h of the trapezoid 69 corresponds to half the total height H of the green part 61.
  • FIG. 4B shows the first ring portion 62 formed from the green portion 61 of FIG. 4A was generated under pressure with a convex curvature, and the second ring portion 63 formed from the green part 61 of FIG. 4A under pressure with a concave Curvature was generated.
  • the top of the green part 61 which is formed as a diamond layer, on the outside 54 and the second ring portion 63, the top of the green part 61 is disposed on the inside 53.
  • the first ring section 62 has a first and a second side edge 71, 72 which, when sintered, are connected to a first and a second side edge 73, 74 of the second ring section 63.
  • the first side edge 71 of the first ring section 62 is connected to the second side edge 74 of the second ring section 63 and the second side edge 72 of the first ring section 62 is connected to the first side edge 73 of the second ring section 63.
  • FIG. 4C shows the first ring sections 62.1, 62.2 and second ring sections 63.1, 63.2, which are arranged alternately one behind the other along a circumferential direction of the drill ring 51.
  • the ring sections 62.1, 63.1, 62.2, 63.2 form a closed drill ring and are in the in FIG. 4C further processed in a hot press.
  • FIG. 4D shows the closed drill ring after hot pressing.
  • a drill ring is constructed in the process of the invention from several green parts, which are formed into ring sections and sintered into a closed drill ring; polygonal bases are suitable as geometry for the green parts.
  • FIGS. 5A-C show green parts 81 having a rectangular base (FIG.5A), green parts 82 having a pentagonal base (FIG.5B), and green parts 83 having a hexagonal base (FIG.5C).
  • the rectangular base 84 of the green parts 81 represents the simplest geometry to
  • three equal green parts 81.1, 81 .2, 81 .3 are used to make a closed drill ring.
  • the pentagonal base of the green parts 82 can be divided into a rectangle 85 and a trapezoid 86 with two right interior angles.
  • a water slot 87 is produced during sintering with the adjacent ring section.
  • a number of n water slots 87 are produced in a drill ring with 2n, n> 1 ring sections.
  • the hexagonal base of the green parts 83 can be divided into a rectangle 88 and an isosceles trapezium 89.
  • water slots 90 are generated during sintering with the adjacent ring sections.
  • a number of n water slots 90 are generated in a drill ring with n, n> 2 ring sections.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen Bohrringes (51) für eine Kernbohrkrone, mit den Schritten: mindestens zwei Grünteile werden in einer Aufbaurichtung durch aufeinanderfolgendes Auftragen von Pulverschichten eines Pulvergemisches und Diamantschichten mit Diamantpartikeln, die in einem Setzmuster angeordnet sind, zwischen einer Unterseite und einer Oberseite schichtweise aufgebaut, die Grünteile werden unter Druckeinwirkung zu Ringabschnitten (62, 63) umgeformt und die Ringabschnitte (62, 63) werden ringförmig zusammengesetzt und unter Temperatureinwirkung zu einem geschlossenen Bohrring (51) gesintert.

Description

Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen Bohrringes für eine Kernbohrkrone Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen Bohrringes für eine Kernbohrkrone gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Stand der Technik
Bei Diamantwerkzeugen, die als Kernbohrkronen ausgebildet sind, wird zwischen Kernbohr- krönen mit einem geschlossenen Bohrring und segmentierten Kernbohrkronen mit einzelnen Schneidsegmenten unterschieden. Kernbohrkronen bestehen aus einem Bearbeitungsabschnitt, einem zylinderförmigen Bohrschaft und einem Aufnahmeabschnitt mit Einsteckende. Die Kernbohrkrone wird über das Einsteckende in der Werkzeugaufnahme eines Kernbohrgerätes befestigt und im Bohrbetrieb vom Kernbohrgerät um eine Drehachse angetrieben. Geschlossene Bohrringe werden aus einem Pulvergemisch mit statistisch verteilten Diamantpartikeln hergestellt. Das Pulvergemisch wird in eine Werkzeugform gefüllt und zu einem Grünteil gepresst; das Grünteil wird unter Temperatur- und Druckeinwirkung zu einem geschlossenen Bohrring gesintert. US 5,316,416 offenbart den Aufbau von geschlossenen Bohrringen, die über die gesamte Höhe des Bohrringes gute Abtrageigenschaften aufweisen. Die Bohrringe weisen mehrere obere Schlitze und untere Schlitze auf, die entlang der Um- fangsrichtung der Bohrringe verteilt sind. Die oberen Schlitze erstrecken sich über die halbe Höhe der Bohrringe und münden in die dem Bohrschaft abgewandte Bearbeitungsfläche der Bohrringe. Die unteren Schlitze sind entlang der Umfangsrichtung der Bohrringe jeweils zwischen den oberen Schlitzen angeordnet und münden in die dem Bohrschaft zugewandte An- bindungsfläche der Bohrringe. Die oberen und unteren Schlitze überlappen sich in der Höhe der Bohrringe. Durch die Verteilung der oberen und unteren Schlitze über die gesamte Höhe der Bohrringe wird eine Kühl- und Spülflüssigkeit über die gesamte Einsatzzeit des Bohrringes an die Bearbeitungsstelle transportiert und abgetragenes Material wird aus dem Bohrbereich entfernt. Bei der Herstellung von Schneidsegmenten für segmentierte Kernbohrkronen haben sich im Profibereich Verfahren etabliert, bei denen die Diamantpartikel in einem vorgegebenen Setzmuster angeordnet werden. Ein Grünteil wird schichtweise aus Pulverschichten, die ein Pulvergemisch enthalten, und Diamantschichten mit Diamantpartikeln, die in einem Setzmuster angeordnet sind, aufgebaut und anschließend unter Temperatur- und Druckeinwirkung zum Schneidsegment gesintert. Die Schneidsegmente werden entlang einer Umfangs- richtung des zylinderförmigen Bohrschaftes angeordnet und mit dem Bohrschaft verschweißt, verlötet und auf andere Weise befestigt. Die Schneidgeschwindigkeit, die mit einer segmentierten Kernbohrkrone erreichbar ist, hängt wesentlich von der Anordnung der Diamanten im Schneidsegment ab. Beim schichtweisen Aufbau kann die Anordnung der Diamantpartikel über die Anzahl an Diamantschichten, den Abstand zwischen den Diamant- schichten und die Größe der Diamantpartikel beeinflusst werden.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Technologie der gesetzten Diamantpartikel auf geschlossene Bohrringe anzuwenden und die Bearbeitungsqualität, die mit den so hergestellten Bohrringen erreichbar ist, zu erhöhen. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen Bohrringes für eine Kernbohrkrone erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen Bohrringes umfasst die Schritte:
■ mindestens zwei Grünteile werden in einer Aufbaurichtung durch aufeinanderfolgendes Auftragen von Pulverschichten eines Pulvergemisches und Diamantschichten mit Diamantpartikeln, die in einem Setzmuster angeordnet sind, zwischen einer Unterseite und einer Oberseite schichtweise aufgebaut,
■ die Grünteile werden unter Druckeinwirkung zu Ringabschnitten umgeformt und
■ die Ringabschnitte werden ringförmig zusammengesetzt und unter Temperatureinwirkung zu einem geschlossenen Bohrring gesintert.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst drei Verfahrensabschnitte, die unterschiedliche Technologien nutzen. Im ersten Verfahrensabschnitt werden mehrere Grünteile schichtweise aus Pulverschichten, die ein Pulvergemisch enthalten, und Diamantschichten mit Diamantpartikeln aufgebaut. Unter dem Begriff "Pulvergemisch" werden feinkörnige Pulvermischungen und granulierte Pulvermischungen zusammengefasst; die Verwendung von granulierten Pulvermischungen ist Voraussetzung zum volumetrischen Kaltpressen. Als Pulvergemisch können Eisen-, Kobalt- und/oder Bronzepulver verwendet werden; durch Zumischen von Zusätzen, wie beispielsweise Wolframkarbid, können die Eigenschaften der Bohrringe (Verschleißwiderstand, Lebensdauer, Schnittfreudigkeit) beeinflusst werden. Außerdem hat die Zusammensetzung des Pulvergemisches Einfluss auf die Sintertemperatur. Unter dem Be- griff "Diamantpartikel" werden einzelne Diamantpartikel als auch umhüllte oder beschichtete Diamantpartikel zusammengefasst.
Die Grünteile weisen nach dem schichtweisen Aufbau die geometrische Form eines geraden Prismas mit einer mehreckigen Grundfläche auf. Die prismenförmigen Grünteile werden im zweiten Verfahrensabschnitt unter Druckeinwirkung zu Ringabschnitten umgeformt. Das Um- formen der Grünteile findet bei Temperaturen statt, die unterhalb der Schmelztemperatur des Pulvergemisches liegen. Im dritten Verfahrensabschnitt werden die Ringabschnitte ringförmig zusammengesetzt und unter Temperatureinwirkung zu einem geschlossenen Bohrring gesintert. Beim Sintern der Ringabschnitte erfolgen zum einen eine Verdichtung der einzelnen Ringabschnitte und zum anderen eine Verbindung zwischen benachbarten Ringab- schnitten.
Als Umformverfahren eignen sich Kaltpressen, Warmpressen sowie vergleichbare Verfahren. Beim Kaltpressen wird ein Grünteil unter einem hohen Druck in die vorgegebene Form gebracht. In einer Kaltpresse erwärmt der Werkstoff sich zwar, allerdings findet die Umformung in einem Temperaturbereich statt, in dem keine Rekristallisation auftritt; der Werkstoff ver- formt sich, ohne dass die Festigkeit deutlich abnimmt. Beim Warmpressen, das auch als Gesenkschmieden bezeichnet wird, wird ein Grünteil unter einem hohen Druck und dem Zusatz von Wärme in seine endgültige Form gebracht. Zusätzlich zur Form verändert das Schmiedestück seine Materialstruktur; es wird fester und erhält dadurch ein dichteres Gefüge und eine homogene Oberfläche.
Sintern ist ein Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen, bei dem ein Pulver oder ein Grünteil (gepresstes Pulver) auf Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur erhitzt werden, um die Festigkeit durch Verbinden der einzelnen Pulverpartikel zu erhöhen. Der Sintervorgang läuft in drei Stadien ab, in denen sich die Porosität und das Volumen des Grünteils deutlich verringern. Im ersten Stadium des Sinterns erfolgt lediglich eine Verdichtung des Grünteils, wohingegen sich im zweiten Stadium die offene Porosität deutlich verringert. Die Festigkeit der Sinterkörper beruht auf den, im dritten Stadium gebildeten Sinterverbindungen (Anschmelzungen zwischen den Pulverpartikeln), die durch Oberflächendiffusion zwischen den Pulverpartikeln entstehen. Heißpressen ist ein spezielles Sinterverfahren, bei dem neben Temperatur auch äußerer Druck aufgewendet wird.
Der Bohrring wird beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht als geschlossener Bohrring aufgebaut, sondern wird aus zwei oder mehr Ringabschnitten zusammengesetzt, die durch Sin- tern verbunden werden. Beim schichtweisen Aufbau der Grünteile werden die bekannten Technologien bei der Herstellung von Schneidsegmenten für segmentierte Kernbohrkronen eingesetzt.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird der Bohrring aus einer Anzahl von n, n > 1 ersten Grünteilen, die zu ersten Ringabschnitten umgeformt werden, und n zweiten Grünteilen, die zu zweiten Ringabschnitten umgeformt werden, aufgebaut, wobei die ersten und zweiten Ringabschnitte entlang einer Umfangsrichtung des Bohrringes abwechselnd hintereinander angeordnet werden. Die Herstellung des Bohrringes aus ersten und zweiten Grünteilen ermöglicht die Anpassung des Bohrringes an unterschiedliche zu bearbeitende Unter- gründe. Beim Kernbohren in Beton Werkstoffe mit eingebetteten Armierungseisen, die auch als armierte Beton Werkstoffe bezeichnet werden, trifft ein Bohrring beispielsweise auf unterschiedliche Untergründe in Form von Beton und Armierungseisen.
Besonders bevorzugt werden die ersten Ringabschnitte aus einem ersten Pulvergemisch und ersten Diamantpartikeln und die zweiten Ringabschnitte aus einem zweiten Pulverge- misch und zweiten Diamantpartikeln aufgebaut. Die Anpassung des Bohrringes an den zu bearbeitenden Untergrund kann über die Auswahl des Pulvergemisches und die Auswahl der Diamantpartikel erfolgen. Beim Pulvergemisch kann die Zusammensetzung der Werkstoffe variiert werden; bei den Diamantpartikeln können der mittlere Diamantdurchmesser, die Diamantverteilung und die Anzahl der Diamantpartikel variiert werden. In einer alternativen bevorzugten Variante des Verfahrens wird der Bohrring aus einer Anzahl von 2n, n > 1 gleichen Grünteilen aufgebaut, wobei n Grünteile unter Druckeinwirkung mit einer konvexen Krümmung zu ersten Ringabschnitten und n Grünteile unter Druckeinwirkung mit einer konkaven Krümmung zu zweiten Ringabschnitten umgeformt werden. Durch die Verwendung von gleichen Grünteilen kann der apparative Aufwand beim schichtweisen Aufbau der Grünteile reduziert werden; es werden nur ein Pulvergemisch und eine Sorte an Diamantpartikeln benötigt.
Besonders bevorzugt wird die Oberseite der Grünteile bei den ersten Ringabschnitten auf der Außenseite und bei den zweiten Ringabschnitten auf der Innenseite angeordnet, wobei die ersten und zweiten Ringabschnitte entlang einer Umfangsrichtung des Bohrringes ab- wechselnd hintereinander angeordnet werden. Durch die unterschiedliche Krümmung der Ringabschnitte können aus gleichen Grünteilen zwei verschiedene Ringabschnitte hergestellt werden. Die Grünteile weisen an der Oberseite eine Diamantschicht auf, die bei den ersten Ringabschnitten an der äußeren Mantelfläche und bei den zweiten Ringabschnitten an der inneren Mantelfläche angeordnet ist. Besonders bevorzugt werden die Anzahl der Diamantschichten und die Größe der Diamantpartikel so eingestellt, dass der mittlere Diamantdurchmesser der Diamantpartikel mindestens 45 % vom Quotienten aus Bohrringbreite und Anzahl der Diamantschichten beträgt. Für die Bearbeitung von armierten Betonwerkstoffen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die kreisförmigen Abtragbahnen, die die Diamantpartikel bei der Bearbeitung beschreiben, möglichst aneinander angrenzen und die Armierungseisen nahezu vollständig von den Diamantpartikeln abgetragen werden. Die Anzahl an Abtragbahnen, die die Diamantpartikel bei der Bearbeitung erzeugen, kann durch die abwechselnde Anordnung bei gleicher Anzahl an Diamantpartikeln verdoppelt werden. Die Grünteile weisen nach dem schichtweisen Aufbau die geometrische Form eines geraden Prismas mit einer mehreckigen Grundfläche auf. Als mehreckige Grundflächen eignen sich rechteckige Grundflächen, fünfeckige Grundflächen und sechseckige Grundflächen.
In einer ersten Variante werden die Grünteile aus Pulverschichten mit rechteckigen Grundflächen aufgebaut. Die rechteckige Grundfläche stellt die einfachste Geometrie dar, um Bohrringe aus mehreren Ringabschnitten herzustellen. Die Ringabschnitte werden an den Seitenkanten mit den benachbarten Ringabschnitten verbunden.
In einer zweiten Variante werden die Grünteile aus Pulverschichten mit fünfeckigen Grundflächen aufgebaut, wobei die Grundflächen ein Rechteck und ein Trapez mit zwei rechten Innenwinkeln aufweisen. Im Bereich des geneigten Trapezschenkels wird beim Sintern mit dem benachbarten Ringabschnitt ein Wasserschlitz erzeugt. Mit einer solchen fünfeckigen Grundfläche wird bei einem Bohrring mit 2n, n > 1 Ringabschnitten eine Anzahl von n Wasserschlitzen erzeugt.
In einer dritten Variante werden die Grünteile aus Pulverschichten mit sechseckigen Grundflächen aufgebaut, wobei die Grundflächen ein Rechteck und ein gleichschenkliges Trapez aufweisen. Im Bereich der geneigten Trapezschenkel werden beim Sintern mit den benachbarten Ringabschnitten Wasserschlitze erzeugt. Mit einer solchen sechseckigen Grundfläche wird bei einem Bohrring mit n, n > 2 Ringabschnitten eine Anzahl von n Wasserschlitzen erzeugt.
Besonders bevorzugt wird die Höhe des Trapezes zwischen 1/3 und 5/6 der Gesamthöhe des Grünteils eingestellt. Bei Bohrringen, die mit dem Bohrschaft verschweißt werden, wird der Anbindungsbereich ohne Diamanten aufgebaut und ist für die Bearbeitung ungeeignet. Für die Bearbeitung von Untergründen eignet sich die mit Diamantpartikeln versehene Matrixzone, die ca. 5/6 der Gesamthöhe des Grünteils darstellt. Besonders bevorzugt wird die Höhe des Trapezes auf 2/3 der Gesamthöhe des Grünteils eingestellt. Bei einem Anteil von 2/3 der Gesamthöhe kann eine ausreichende Festigkeit des fertigen Bohrringes sichergestellt werden. Während der Bearbeitung mit dem Bohrring muss Kühlflüssigkeit an die Bearbeitungsstelle transportiert werden; daher werden die Wasserschlitze im Bohrring so lang wie möglich ausgebildet. In einer bevorzugten Weiterentwicklung werden die Ringabschnitte beim Sintern einer Temperatur- und Druckeinwirkung unterzogen. Bei Sinterverfahren mit Temperatur- und Druckeinwirkung, wie dem Heißpressen, läuft das Sintern schneller und bei niedrigerer Temperatur ab als bei Sinterverfahren ohne Druckeinwirkung, wie dem freien Sintern. Da thermische Diamantschädigungen bereits bei 600 °C auftreten, kann eine niedrigere Sintertemperatur ein qualitativer Vorteil sein.
Besonders bevorzugt werden die Ringabschnitte durch die Druckeinwirkung beim Sintern einer zusätzlichen äußeren Formgebung unterzogen. Für die Bearbeitung verschiedener Untergründe haben sich spezielle Dachformen als geeignet erwiesen. Diese Dachformen können durch Druckeinwirkung beim Sintern erzeugt werden.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematischer und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln für sich als auch in be- liebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei gegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet. Es zeigen: FIG. 1 eine Kernbohrkrone bestehend aus einem Bohrring, einem zylinderförmigen
Bohrschaft und einem Aufnahmeabschnitt;
FIGN. 2A-C eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrringes, der aus vier Ringabschnitten aufgebaut ist, in einer dreidimensionalen Darstellung (FIG. 2A), in einem Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse des Bohrringes
(FIG. 2B) und in einer Detailvergrösserung (FIG. 2C);
FIG. 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrringes, der aus vier Ringabschnitten mit Wasserschlitzen aufgebaut ist;
FIGN. 4A-D die Herstellung des Bohrringes der FIG. 3 aus vier gleichen Grünteilen mit ei- ner sechseckigen Grundfläche (FIG. 4A), wobei zwei Grünteile zu konkaven ersten Ringabschnitten und zwei Grünteile zu konvexen zweiten Ringabschnitten umgeformt werden (FIG. 4B), die ersten und zweiten Ringabschnitte entlang einer Umfangsrichtung abwechselnd hintereinander angeordnet werden (FIG. 4C) und unter Temperatur- und Druckeinwirkung zu einem geschlosse- nen Bohrring verbunden werden (FIG. 4D); und
FIGN. 5A-C Grünteile mit einer rechteckigen Grundfläche (FIG. 5A), einer fünfeckigen
Grundfläche (FIG. 5B) und einer sechseckigen Grundfläche (FIG. 5C).
FIG. 1 zeigt eine Kernbohrkrone 10 mit einem Bohrring 11 , einem zylinderförmigen Bohrschaft 12 und einem Aufnahmeabschnitt 13 mit Einsteckende 14. Die Kernbohrkrone 10 wird über das Einsteckende 14 in der Werkzeugaufnahme eines Kernbohrgerätes befestigt und im Bohrbetrieb vom Kernbohrgerät in einer Drehrichtung 15 um eine Drehachse 16 angetrieben, wobei die Drehachse 16 koaxial zur Zylinderachse der Kernbohrkrone 10 verläuft.
Der Bohrring 1 1 ist mit dem Bohrschaft 12 verschweißt, verlötet, verschraubt oder in einer anderen geeigneten Befestigungsart am Bohrschaft 12 befestigt. Um den Bohrring 1 1 mit dem Bohrschaft 12 verschweißen zu können, muss der Verbindungsbereich zwischen Bohrring 1 1 und Bohrschaft 12 aus einem schweißbaren Material aufgebaut sein und darf keine Diamantpartikel enthalten, da Diamantpartikel nicht schweißbar sind.
FIGN. 2A-C zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrringes 21 , der aus mehreren Ringabschnitten zusammengesetzt ist und den Bohrring 1 1 der Kernbohr- kröne 10 der FIG. 1 ersetzen kann. Dabei zeigt FIG. 2A den Bohrring 21 in einer dreidimensionalen Darstellung, FIG. 2B den Bohrring 21 in einem Querschnitt senkrecht zur Drehachse 16 und FIG. 2C einen Ausschnitt aus dem Querschnitt der FIG. 2B im Verbindungsbereich zwischen zwei Ringabschnitten. Der Bohrring 21 ist aus vier Ringabschnitten zusammengesetzt, die an den Seitenkanten miteinander verbunden sind und in Umfangsrichtung einen geschlossenen Ring bilden (FIG. 2A). Die Ringabschnitte des Bohrringes 21 lassen sich in zwei erste Ringabschnitte 22.1 , 22.2 und zwei zweite Ringabschnitte 23.1 , 23.2 unterteilen, die entlang der Umfangsrichtung des Bohrringes 21 abwechselnd hintereinander angeordnet sind. Die ersten Ringabschnitte 22.1 , 22.2 bestehen aus einem ersten Pulvergemisch 24 und ersten Diamantpartikeln 25 und die zweiten Ringabschnitte 23.1 , 23.2 bestehen aus einem zweiten Pulvergemisch 26 und zweiten Diamantpartikeln 27 (FIG. 2B).
FIG. 2C zeigt einen Ausschnitt aus dem Querschnitt der FIG. 2B im Verbindungsbereich zwi- sehen dem ersten Ringabschnitt 22.1 und dem zweiten Ringabschnitt 23.1. Der erste Ringabschnitt 22.1 ist aus einer Anzahl von ITH Pulverschichten des ersten Pulvergemisches 24 und m-i Diamantschichten der ersten Diamantpartikel 25 aufgebaut. Der zweite Ringabschnitt 23.1 ist aus einer Anzahl von m2 Pulverschichten des zweiten Pulvergemisches 26 und m2 Diamantschichten der zweiten Diamantpartikel 27 aufgebaut. Im Ausführungsbeispiel der FIG. 2 weisen der erste Ringabschnitt 22.1 rrn = 3 Pulverschichten 28.1 , 29.1 , 30.1 und rrn = 3 Diamantschichten 32.1 , 33.1 , 34.1 und der zweite Ringabschnitt 23.1 m2 = 3 Pulverschichten 35.1 , 36.1 , 37.1 und m2 = 3 Diamantschichten 38.1 , 39.1 , 40.1 auf.
Die ersten Diamantpartikel 25 der Diamantschichten 32.1 -34.1 sind auf drei kreisförmigen ersten Abtragbahnen 42.1 , 43.1 , 44.1 mit unterschiedlichen ersten Krümmungsradien RH, i = 1 , 2, 3 angeordnet. Die zweiten Diamantpartikel 27 der Diamantschichten 38.1 -40.1 sind auf drei kreisförmigen zweiten Abtragbahnen 45.1 , 46.1 , 47.1 mit unterschiedlichen zweiten Krümmungsradien R2,, i = 1 , 2, 3 angeordnet. Die Auswahl der Werkstoffe für das erste und zweite Pulvergemisch 24, 26, die Auswahl der Diamantverteilung und -große für die ersten und zweiten Diamantpartikel 25, 27 und die Anzahl m-ι, m2 der Diamantschichten und Ab- tragbahnen ermöglichen die Anpassung des Bohrringes 21 an unterschiedliche zu bearbeitende Untergründe.
Die Ringabschnitte 22.1 , 22.2, 23.1 , 23.2 sind schichtweise aus drei Pulverschichten und drei Diamantschichten aufgebaut. Beim schichtweisen Aufbau wird das Pulvergemisch in eine Matrize gefüllt und bildet die erste Pulverschicht. Die Diamantpartikel werden in einem Setzmuster als erste Diamantschicht auf bzw. in die erste Pulverschicht platziert. Um den Schichtaufbau zu verdichten, kann nach dem Platzieren der Diamantpartikel eine Zwischenpressung erfolgen. Anschließend wird das Pulvergemisch in die Matrize gefüllt und bildet die zweite Pulverschicht. Die Diamantpartikel werden in einem Setzmuster als zweite Diamantschicht auf bzw. in die zweite Pulverschicht platziert. Dieser Vorgang wird solange wieder- holt, bis die gewünschte Aufbauhöhe des Grünteils erreicht ist. Als letzte Schicht wird eine Diamantschicht verwendet. FIG. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrringes 51 , der aus vier Ringabschnitten besteht und den Bohrring 1 1 der Kernbohrkrone 10 ersetzen kann. Zwischen den Ringabschnitten sind vier Wasserschlitze 52.1 , 52.2, 52.3, 52.4 ausgebildet, über die eine Kühlflüssigkeit an die Bearbeitungsstelle transportiert wird. Die Ringabschnitte sind so angeordnet, dass der Bohrring 51 an der Innenseite 53 und an der Außenseite 54 abwechselnd einen diamantbesetzten Bereich 55 und einen diamantlosen Bereich 56 aufweist.
Die Wasserschlitze 52.1 -52.4 erstrecken sich über eine Höhe von ca. 2/3 der Gesamthöhe des Bohrringes 51. Um die Funktionsfähigkeit des Bohrringes 51 sicherzustellen, wenn die Wasserschlitze 52.1 -52.4 abgetragen sind, weisen zwei Ringabschnitte eine Bohrung 57.1 , 57.2 auf, über die Kühlflüssigkeit an die Bearbeitungsstelle transportiert wird.
FIGN. 4A-D zeigen die Herstellung des Bohrringes 51 aus vier gleichen Grünteilen 61 mit einer sechseckigen Grundfläche (FIG. 4A). Zwei Grünteile 61 werden zu konkaven ersten Ringabschnitten 62 und zwei Grünteile 61 zu konvexen zweiten Ringabschnitten 63 umgeformt (FIG. 4B). Die ersten und zweiten Ringabschnitte 62, 63 werden entlang einer Um- fangsrichtung des Bohrringes 51 abwechselnd hintereinander angeordnet (FIG. 4C) und unter Temperatur- und Druckeinwirkung zu einem geschlossenen Bohrring gesintert (FIG. 4D).
FIG. 4A zeigt den Aufbau des Grünteils 61 , das schichtweise aus Pulverschichten eines Pulvergemisches 64 und Diamantschichten von Diamantpartikeln 65 hergestellt wurde. Das Grünteil 61 besteht aus einem Anbindungsbereich 66, der auch als Fußzone bezeichnet wird, und einem Bearbeitungsbereich 67, der auch als Matrixzone bezeichnet wird. Der Anbindungsbereich 66 und der Bearbeitungsbereich 67 können gemeinsam schichtweise aufgebaut werden, wobei im Anbindungsbereich keine Diamantpartikel 65 gesetzt werden. Alternativ kann der Anbindungsbereich als separater Bereich hergestellt und beim Sintern mit dem Bearbeitungsbereich verbunden werden. Die Grundfläche der Grünteile 61 ist sechseckig ausgebildet und besteht aus einem Rechteck 68 und einem angrenzenden gleichschenkligen Trapez 69, wobei sich der Anbindungsbereich 66 des Grünteils 61 im Rechteck 68 befindet. Im Bereich der Trapezschenkel werden beim Sintern durch zusätzliche Druckeinwirkung die Wasserschlitze 52.1 -52.4 ausgebildet, über die Kühlflüssigkeit an die Bearbeitungsstelle transportiert wird. Die Höhe h des Trape- zes 69 im Grünteil legt die Höhe der Wasserschlitze 52.1 -52.4 fest. Im Ausführungsbeispiel entspricht die Höhe h des Trapezes 69 der halben Gesamthöhe H des Grünteils 61 .
FIG. 4B zeigt den ersten Ringabschnitt 62, der aus dem Grünteil 61 der FIG. 4A unter Druckeinwirkung mit einer konvexen Krümmung erzeugt wurde, und den zweiten Ringabschnitt 63, der aus dem Grünteil 61 der FIG. 4A unter Druckeinwirkung mit einer konkaven Krümmung erzeugt wurde. Beim ersten Ringabschnitt 62 ist die Oberseite des Grünteils 61 , die als Diamantschicht ausgebildet ist, auf der Außenseite 54 und beim zweiten Ringabschnitt 63 ist die Oberseite des Grünteils 61 auf der Innenseite 53 angeordnet.
Der erste Ringabschnitt 62 weist eine erste und zweite Seitenkante 71 , 72 auf, die beim Sin- tern mit einer ersten und zweiten Seitenkante 73, 74 des zweiten Ringabschnittes 63 verbunden werden. Dabei werden die erste Seitenkante 71 des ersten Ringabschnittes 62 mit der zweiten Seitenkante 74 des zweiten Ringabschnittes 63 und die zweite Seitenkante 72 des ersten Ringabschnittes 62 mit der ersten Seitenkante 73 des zweiten Ringabschnittes 63 verbunden. Beim Bohrring 51 mit zwei ersten und zweiten Ringabschnitten 62.1 , 62.2, 63.1 , 63.2 werden jeweils die ersten und zweiten Seitenkanten der benachbarten Ringabschnitte miteinander verbunden.
FIG. 4C zeigt die ersten Ringabschnitte 62.1 , 62.2 und zweiten Ringabschnitte 63.1 , 63.2, die entlang einer Umfangsrichtung des Bohrringes 51 abwechselnd hintereinander angeordnet sind. Die Ringabschnitte 62.1 , 63.1 , 62.2, 63.2 bilden einen geschlossenen Bohrring und werden in der in FIG. 4C gezeigten Anordnung in einer Heißpresse weiter bearbeitet. FIG. 4D zeigt den geschlossenen Bohrring nach dem Heißpressen. Beim Heißpressen werden die Ringabschnitte 62.1 , 63.1 , 62.2, 63.2 einer Temperatur- und Druckeinwirkung unterzogen. Die Temperatureinwirkung sorgt dafür, dass das Pulvergemisch in den Ringabschnitten gesintert wird und die Ringabschnitte an den Seitenkanten miteinander verbunden werden. Durch Druckeinwirkung in axialer Richtung, d.h. parallel zur Drehachse des Bohrringes, erfolgt eine Kompression der Ringabschnitte, die zu einer Verdichtung der Ringabschnitte führt. Das Heißpressen erfolgt in einer Matrize, die die endgültige Form des Bohrringes festlegt.
Ein Bohrring wird beim erfindungsgemäßen Verfahren aus mehreren Grünteilen aufgebaut, die zu Ringabschnitten umgeformt werden und zu einem geschlossenen Bohrring gesintert werden; als Geometrie für die Grünteile eignen sich mehreckige Grundflächen. FIGN. 5A-C zeigen Grünteile 81 mit einer rechteckigen Grundfläche (FIG. 5A), Grünteile 82 mit einer fünfeckigen Grundfläche (FIG. 5B) und Grünteile 83 mit einer sechseckigen Grundfläche (FIG. 5C). Die rechteckige Grundfläche 84 der Grünteile 81 stellt die einfachste Geometrie dar, um
Bohrringe aus mehreren Ringabschnitten herzustellen. Im Ausführungsbeispiel der FIG. 5A werden drei gleiche Grünteile 81.1 , 81 .2, 81 .3 verwendet, um einen geschlossenen Bohrring herzustellen. Die fünfeckige Grundfläche der Grünteile 82 lässt sich in ein Rechteck 85 und ein Trapez 86 mit zwei rechten Innenwinkeln unterteilen. Im Bereich des geneigten Trapezschenkels wird beim Sintern mit dem benachbarten Ringabschnitt ein Wasserschlitz 87 erzeugt. Mit einer solchen fünfeckigen Grundfläche wird bei einem Bohrring mit 2n, n > 1 Ringabschnitten eine Anzahl von n Wasserschlitzen 87 erzeugt.
Die sechseckige Grundfläche der Grünteile 83 lässt sich in ein Rechteck 88 und ein gleichschenkliges Trapez 89 unterteilen. Im Bereich der geneigten Trapezschenkel werden beim Sintern mit den benachbarten Ringabschnitten Wasserschlitze 90 erzeugt. Mit einer solchen sechseckigen Grundfläche wird bei einem Bohrring mit n, n > 2 Ringabschnitten eine Anzahl von n Wasserschlitzen 90 erzeugt.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen Bohrringes (21 ; 51 ) für eine Kernbohrkrone (10), mit den Schritten:
■ mindestens zwei Grünteile (61 ; 81 , 82, 83) werden in einer Aufbaurichtung durch auf- einanderfolgendes Auftragen von Pulverschichten (28, 29, 30, 35, 36, 37) eines Pulvergemisches (24, 26; 64) und Diamantschichten (32, 33, 34, 38, 39, 40) mit Diamantpartikeln (25, 27; 65), die in einem Setzmuster angeordnet sind, zwischen einer Unterseite und einer Oberseite schichtweise aufgebaut,
■ die Grünteile (61 ; 81 , 82, 83) werden unter Druckeinwirkung zu Ringabschnitten (22, 23; 62, 63) umgeformt und
■ die Ringabschnitte (22, 23; 62, 63) werden ringförmig zusammengesetzt und unter Temperatureinwirkung zu einem geschlossenen Bohrring (21 , 51 ) gesintert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrring (21 ) aus einer Anzahl von n, n > 1 ersten Grünteilen, die zu ersten Ringabschnitten (22.1 , 22.2) umge- formt werden, und n zweiten Grünteilen, die zu zweiten Ringabschnitten (23.1 , 23.2) umgeformt werden, aufgebaut wird, wobei die ersten und zweiten Ringabschnitte (22.1 , 22.2, 23.1 , 23.2) entlang einer Umfangsrichtung des Bohrringes (21 ) abwechselnd hintereinander angeordnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Ringabschnitte (22.1 , 22.2) aus einem ersten Pulvergemisch (24) und ersten Diamantpartikeln (25) und die zweiten Ringabschnitte (23.1 , 23.2) aus einem zweiten Pulvergemisch (26) und zweiten Diamantpartikeln (27) aufgebaut werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrring (51 ) aus einer Anzahl von 2n, n > 1 gleichen Grünteilen (61 ) aufgebaut wird, wobei n Grünteile (61 ) un- ter Druckeinwirkung mit einer konvexen Krümmung zu ersten Ringabschnitten (62.1 ,
62.2) und n Grünteile (61 ) unter Druckeinwirkung mit einer konkaven Krümmung zu zweiten Ringabschnitten (63.1 , 63.2) umgeformt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite der Grünteile (61 ) bei den ersten Ringabschnitten (62.1 , 62.2) auf der Außenseite (54) und bei den zweiten Ringabschnitten (63.1 , 63.2) auf der Innenseite (53) angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Ringabschnitte (62.1 , 62.2, 63.1 , 63.2) entlang einer Umfangsrichtung des Bohrringes (51 ) abwechselnd hintereinander angeordnet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Diamantschichten (m-i , m2) und die Größe der Diamantpartikel (25, 27; 65) so eingestellt werden, dass der mittlere Diamantdurchmesser der Diamantpartikel (25, 27; 65) mindestens 45 % vom Quotienten aus Breite des Bohrringes (21 ; 51 ) und Anzahl der Diamantschichten (rrn, m2) beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grünteile (81 ) aus Pulverschichten mit rechteckigen Grundflächen (84) aufgebaut werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grünteile (82) aus Pulverschichten mit fünfeckigen Grundflächen aufgebaut werden, wobei die Grundflächen ein Rechteck (85) und ein Trapez (86) mit zwei rechten Innenwinkeln aufweisen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grünteile (83) aus Pulverschichten mit sechseckigen Grundflächen aufgebaut werden, wobei die Grundflächen ein Rechteck (88) und ein gleichschenkliges Trapez (89) aufweisen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Trapezes (86, 89) zwischen 1/3 und 5/6 der Gesamthöhe (H) des Grünteils (82, 83) eingestellt wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ringabschnitte (22, 23;
62, 63) beim Sintern einer Temperatur- und Druckeinwirkung unterzogen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ringabschnitte (62, 63) durch die Druckeinwirkung beim Sintern einer zusätzlichen äußeren Formgebung unterzogen werden.
EP15820141.8A 2014-12-22 2015-12-22 Verfahren zur herstellung eines geschlossenen bohrringes für eine kernbohrkrone Withdrawn EP3237139A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14199718.9A EP3037201A1 (de) 2014-12-22 2014-12-22 Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen Bohrringes für eine Kernbohrkrone
PCT/EP2015/080900 WO2016102523A1 (de) 2014-12-22 2015-12-22 Verfahren zur herstellung eines geschlossenen bohrringes für eine kernbohrkrone

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3237139A1 true EP3237139A1 (de) 2017-11-01

Family

ID=52134021

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP14199718.9A Withdrawn EP3037201A1 (de) 2014-12-22 2014-12-22 Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen Bohrringes für eine Kernbohrkrone
EP15820141.8A Withdrawn EP3237139A1 (de) 2014-12-22 2015-12-22 Verfahren zur herstellung eines geschlossenen bohrringes für eine kernbohrkrone

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP14199718.9A Withdrawn EP3037201A1 (de) 2014-12-22 2014-12-22 Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen Bohrringes für eine Kernbohrkrone

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20170361388A1 (de)
EP (2) EP3037201A1 (de)
KR (1) KR20170093981A (de)
CN (1) CN107107223A (de)
AU (1) AU2015371098B2 (de)
BR (1) BR112017012774A2 (de)
RU (1) RU2667114C1 (de)
WO (1) WO2016102523A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3670036A1 (de) * 2018-12-21 2020-06-24 Hilti Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung eines bearbeitungssegmentes für die trockenbearbeitung von betonwerkstoffen
KR20210105363A (ko) 2018-12-21 2021-08-26 힐티 악티엔게젤샤프트 그린 본체 생산 방법 및 그린 본체를 콘크리트 재료의 건식 가공을 위한 가공 세그먼트로 추가적으로 프로세싱하기 위한 방법
EP3670041A1 (de) 2018-12-21 2020-06-24 Hilti Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung eines bearbeitungssegmentes für die trockenbearbeitung von betonwerkstoffen
EP4275855A1 (de) * 2022-05-11 2023-11-15 Hilti Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung eines bohrsegments, bohrsegment und bohrkrone

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3370895B2 (ja) * 1997-04-11 2003-01-27 日本鋼管株式会社 孔型ロール改削用ディスクバイト
US20030089364A1 (en) * 2001-09-28 2003-05-15 General Tool, Inc. Diamond tool

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2549787B2 (ja) * 1991-12-17 1996-10-30 ラサ工業株式会社 コアドリル
JPH0818327B2 (ja) * 1992-03-02 1996-02-28 ラサ工業株式会社 コアドリル
US5316416A (en) 1992-09-29 1994-05-31 Ehwa Diamond Ind. Co., Ltd. Diamond cutting tool for hard articles
TW316868B (de) * 1994-12-28 1997-10-01 Norton Co
US5868125A (en) * 1996-11-21 1999-02-09 Norton Company Crenelated abrasive tool
US20050016517A1 (en) * 2002-02-22 2005-01-27 Perry Edward Robert Abrasive blade
KR100527395B1 (ko) * 2003-08-11 2005-11-09 이화다이아몬드공업 주식회사 다이아몬드 공구
US20050279533A1 (en) * 2004-06-22 2005-12-22 Vincent Corica Apparatus and method for securing diamond segment to rotating tool
US8459381B2 (en) * 2006-12-14 2013-06-11 Longyear Tm, Inc. Drill bits with axially-tapered waterways
JP5169307B2 (ja) * 2008-02-27 2013-03-27 Ｊｆｅスチール株式会社 溶融金属めっき鋼帯の製造方法
CN201244874Y (zh) * 2008-05-30 2009-05-27 安泰科技股份有限公司 有序排列式金刚石工具
CN102182405A (zh) * 2011-04-01 2011-09-14 龚宏伟 一种分层复合型金刚石钻头及其制造工艺
RU2460613C1 (ru) * 2011-06-28 2012-09-10 Юрий Михайлович Ермаков Кольцевое сверло
CN202129875U (zh) * 2011-07-21 2012-02-01 江苏华昌工具制造有限公司 金刚石薄壁钻头

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3370895B2 (ja) * 1997-04-11 2003-01-27 日本鋼管株式会社 孔型ロール改削用ディスクバイト
US20030089364A1 (en) * 2001-09-28 2003-05-15 General Tool, Inc. Diamond tool

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2016102523A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
BR112017012774A2 (pt) 2018-01-02
KR20170093981A (ko) 2017-08-16
CN107107223A (zh) 2017-08-29
US20170361388A1 (en) 2017-12-21
RU2667114C1 (ru) 2018-09-14
WO2016102523A1 (de) 2016-06-30
EP3037201A1 (de) 2016-06-29
AU2015371098B2 (en) 2018-08-02
AU2015371098A1 (en) 2017-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3237164B1 (de) Bohrring für eine kernbohrkrone
WO2016102525A1 (de) Verfahren zur herstellung eines geschlossenen bohrringes für eine kernbohrkrone
DE3751506T2 (de) Verbinden von polikristallinen Diamantformkörpern bei niedrigem Druck.
WO2020126091A1 (de) Bearbeitungssegment für ein bearbeitungswerkzeug
EP2242606B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von ringförmigen, rotationssymmetrischen werkstücken aus metall- und/oder keramikpulver unter verwendung von metall- und/oder keramikpulvern und einem laserstrahl
DE2013198A1 (de) Diamantprodukte sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung
WO2016102523A1 (de) Verfahren zur herstellung eines geschlossenen bohrringes für eine kernbohrkrone
EP3898035A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bearbeitungssegmentes für die trockenbearbeitung von betonwerkstoffen
EP3898041A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bearbeitungssegmentes für die trockenbearbeitung von betonwerkstoffen
EP3898037A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bearbeitungssegmentes für die trockenbearbeitung von betonwerkstoffen
WO2020127636A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bearbeitungssegmentes für die trockenbearbeitung von betonwerkstoffen
EP3898039A1 (de) Verfahren zur herstellung eines grünlings und verfahren zur weiterverarbeitung des grünlings in ein bearbeitungssegment zur trockenbearbeitung von betonwerkstoffen
EP3237138B1 (de) Bohrring für eine kernbohrkrone und verfahren zur herstellung eines solchen bohrringes
DE611860C (de) Verfahren zur Herstellung einer Diamantstaub enthaltenden harten Sinterlegierung und daraus bestehender Werkzeuge
EP2177303A1 (de) Trennwerkzeug und Herstellverfahren
EP3135434B1 (de) Verfahren zum herstellen eines mehrdimensional skalierbaren werkzeugs
EP4171849A1 (de) Verfahren zur herstellung eines grünlings und verfahren zur weiterverarbeitung des grünlings in ein bearbeitungssegment
EP3928894A1 (de) Verfahren zur herstellung eines grünlings und verfahren zur weiterverarbeitung des grünlings in ein bearbeitungssegment
WO2021259652A1 (de) Verfahren zur herstellung eines grünlings und verfahren zur weiterverarbeitung des grünlings in ein bearbeitungssegment
WO2018114256A1 (de) Verfahren zur schichtweisen fertigung eines grünlings aus pulverförmigem werkstoff mit definiert angeordneten einsatzelementen
EP4171848A1 (de) Verfahren zur herstellung eines grünlings und verfahren zur weiterverarbeitung des grünlings in ein bearbeitungssegment
EP3928893A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bearbeitungssegmentes mit einem überstand der hartstoffpartikel an der oberseite
EP3928903A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bearbeitungssegmentes mit einem überstand der hartstoffpartikel an den seitenflächen des bearbeitungssegmentes

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20170724

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20191007

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20200218