NO167224B - Borhode omfattende et blottlagt polykrystallinsk diamantlegeme innleiret i en grunnmasse. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår boreverktøy for boring i grunnen, nærmere bestemt diamantborkroner av den art som er angitt i innledningen i krav 1.

Bruken av diamanter i boreverktøy er velkjent. I den senere tid er syntetiske diamanter, både énkrystalldiamanter (SCD) og polykrystallinske diamanter (PCD), blitt tilgjengelige i handelen fra forskjellige kilder og har vært brukt i slike verktøy med anerkjente fordeler. F.eks. vil borkroner med naturlig diamant bevirke en boring med en plogvirkning sammenlignet med en knusing når det gjelder borkroner med koniske valser, mens syntetiske diamanter er tilbøyelige til å skjære ved en skjærvirkning. Når det gjelder f.eks. fjellformasjoner, menes det at der kreves mindre energi for å bryte ned fjellet ved å påvirke det på skjær enn på kompresjon.

I den senere tid er en rekke syntetiske diamantprodukter blitt tilgjengelige i handelen, og noen av disse er tilgjengelige som polykrystallinske produkter. Krystallinske diamanter oppviser en preferanse for brudd langs (111)-, (110)- og

(100)-planene, mens PCD er tilbøyelige til å være isotrope

og oppviser den samme spaltning, men i mikromålestokk, slik at der ikke forekommer katastrofale svikt som følge av kløvning i stor målestokk. Resultatet er en vedvarende skarphet som synes å motstå polering og bidrar ved skjæringen. Slike produkter er f.eks. beskrevet i US patentskriftene 3.913.280, 3.745.623, 3.816.085, 4.104.344 og 4.224.380.

PCD-produkter blir vanligvis fremstilt fra syntetiske og/eller naturlige diamantkrystaller med egnet størrelse under trykk og varme og i nærvær av oppløsningsmiddel/kata-lysator for fremstilling av den polykrystallinske struktur.

I én produktform innbefatter den polykrystallinske struktur materiale som bistår sintringen og er fordelt hovedsakelig i de små mellomrom hvor nabokrystaller ikke har bundet seg sammen.

I en annen form som beskrevet f.eks. i US patentskriftene 3.745.623, 3.816.085, 3.913.280, 4.104.223 og 4.224.380,

er det resulterende sintrede diamantprodukt porøst. Porøsi-teten oppnås ved oppløsning av det materiale som ikke er diamant, eller i det minste en del av dette, slik det er

beskrevet f.eks. i US patentskriftene 3.745.623, 4.104.344

og 4.224.380. For enkelhets skyld kan et slikt materiale beskrives som porøst PCD, under henvisning til US patent-

skrift 4.224.380.

Polykrystallinske diamanter har vært benyttet i bore-verktøy enten som enkle elementer eller som relativt tynne PCD-plater båret på en bærer av sintret wolframkarbid (WC).

Et slikt produkt er" beskrevet i f.eks. US patentskrift 4.351.401.

I én form blir den kompakte masse av PCD båret på en sylindrisk brikke med en diameter på ca. 13,3 mm og en tykkelse på ca. 3 mm sammen med en PCD-tavle på ca. 0,5-0,6 mm i tverrsnitt på overflaten av skjæreelementet. I en annen utførelse som danner et piggskjæreelement, blir PCD-platen også båret av et sylindrisk underlag av wolframkarbid på ca. 3-13,3 mm diameter og en samlet lengde på 26 mm. Disse sylindriske skjæreelementer belagt med PCD-plater er blitt benyttet i boreverktøy som er beregnet på bruk i bløte til middels harde formasjoner.

Individuelle PCD-elementer med forskjellige geometriske former har vært anvendt som erstatning for naturlige diamanter i visse anvendelser for boreverktøy. Visse problemer oppstår imidlertid med PCD-elementer brukt som enkeltstykker med en bestemt vekt. Naturlig diamant, som er tilgjengelig i en lang rekke forskjellige former og kvaliteter, ble anbragt på på forhånd bestemte steder i en form, og fremstillingen av verktøyet ble fullført ved hjelp av forskjellige konven-sjonelle teknikker.. Resultatet er at der fås en metallkarbid-grunnmasse som holder diamanten på plass. Denne grunnmasse blir undertiden betegnet som en krone, som forbindes med et stålemne ved en metallurgisk og mekanisk binding som dannes i løpet av prosessen til forming av metallgrunnmassen. Naturlig diamant er tilstrekkelig varmestabil til å motstå oppvarmings-prosessen ved fremstilling av metallgrunnmassen.

Ved den prosess som er beskrevet ovenfor, vil naturlig diamant enten kunne være fastholdt på overflaten i en på forhånd fastlagt orientering som beskrevet i f.eks. US patentskrift 3.7 09.308, eller impregnert, dvs. at diamantene er fordelt gjennom grunnmassen i form av korn eller fine og/eller grove partikler som beskrevet i US patentskrift 3.885.637.

Med tidlige PCD-elementer oppsto der problemer ved fremstillingen av boreverktøy fordi PCD-elementeu spesielt PCD-plater på karbidbærere, var tilbøyelige til å være termisk ustabile ved den temperatur som ble benyttet ved behandlingen av kronen av metallgrunnmasse i en ovn, noe som medførte katastrofal svikt av PCD-elementene hvis de samme fremgangs-måter som ble brukt med naturlig diamant, ble brukt med PCD-elementer. Man mente at den katastrofale svikt skyldtes varme-spenningssprekker som følge av ekspansjon av gjenværende metall eller metallegering som ble brukt som sintringshjelpe-middel ved fremstilling av PCD-elementet.

Loddeteknikker ble benyttet til å feste det sylindriske PCD-plate-belagte skjæreelement til grunnmassen når man benyttet temperatur-ustabile PCD-produkter. Man benyttet lodde-materialer og loddeprosesser for å sikre seg at man ikke kom opp i temperturer som ville medføre katastrofal svikt av PCD-elementet under fremstilling av boreverktøyet. Resultatet var at PCD-komponentene undertiden skilte seg fra metallgrunnmassen og på denne måte påvirket ytelsen av bore-verktøyet i uheldig retning.

Ved innføringen av termisk stabile PCD-elementer, det

vil typisk si porøst PCD-materiale, antok man at slike elementer kunne festes til overflaten av metallgrunnmassen på omtrent samme måte som naturlig diamant, hvorved fremstillingspro-sessen av boreverktøyet ville bli forenklet og ytelsen ville bli bedre som følge av at PCD-elementene ble antatt å ha fordeler med hensyn til mindre tilbøyelighet til polering og mangel på utstrakte, iboende svake kløvningsplan sammenlignet med naturlig diamant.

Det er verd å merke seg at den foreliggende litteratur med hensyn til kompakte masser av porøs PCD foreslår at elementet skal festes på overflaten. De kompakte masser av porøs PCD,som sies å være temperaturstabile opptil ca. 1200°C,

er tilgjengelige i en rekke forskjellige former, f.eks. sylindriske og trekantede. Det trekantede materiale har typisk en vekt på ca. 0,3 karat, en sidedimensjon på ca. 4 mm og en tykkelse på ca. 2,6 mm. Det er antydet i teknikkens stand

at de trekantede kompakte masser av porøs PCD skal festes på overflaten med en> minst mulig blottleggelse, dvs. på mindre enn 0,5 mm over dén tilgrensende flate av grunnmassen for bruk som fjellbor. Større syntetiske trekantede diamanter på én karat stykket har også vært tilgjengelige. Disse måler ca. 6 mm langs siden> og er 3,7 mm tykke, men ingen anbefaling har vært fremsatt med hensyn til eksponeringsgraden av en slik diamant. Når det gjelder slipende bergarter er det foreslått i teknikkens stand at det trekantede element kan felles fullstendig inn i metallgrunnmassen. For myke, ikke-slipende bergarter er det i teknikkens stand foreslått at det trekantede element skal anbringes med en radial orientering med en grunnflate omtrent på nivå med metallgrunnmassen. Den anbefalte blottlegningsgrad avhang således av den type bergart som skulle bores.

Der er en rekke vanskeligheter med slike anbringelser. Vanskelighetene kan forstås ved betraktning av de dynamiske forhold ved boreoperasjonen. Ved vanlige boreoperasjoner, enten det dreier seg om bergbryting, kjerneboring eller boring av oljebrønner, blir et fluidum såsom vann, luft eller bore-slam pumpet gjennom midten av verktøyet og radialt utover gjennom verktøyoverflaten, radialt rundt den ytre overflate (omkretsen) og deretter tilbake opp gjennom borhullet. Borevæsken renser verktøyoverflaten for spon og avkjøler skjære-flatene til en viss grad. Når der er utilstrekkelig klaring mellom den formasjon som skjæres, og borkronelegemet, kan det forekomme at sponet ikke kommer klar av verktøyflaten, spesielt når formasjonen er myk eller klebrig. Hvis klaringen mellom skilleflaten, mellom skjæreoverflaten og formasjonen og overflaten av verktøylegemet er relativt liten, kan der forekomme problemer med å holde borkronen ren, med mindre der er sørget for sponklaring.

Andre faktorer som må tas i betraktning, er vekten på borkronen, vanligvis vekten av borstrengen og først og fremst vekten av borkragen* samt virkningen av væsken som er tilbøye-lig til å løfte borkronen av fra bunnen. Det har f.eks. vært rapportert at trykket under en diamantborkrone kan være så meget som 7000 kPa større enn trykket over borkronen, noe som farer til en hydraulisk løfting som i noen tilfeller kan overskride 50% av den påførte belastning under boring.

En overraskende observasjon som har vært gjort på borkroner med overflateanbragte termisk stabile PCD-elementer, er at inntrengningshastigheten ofte ble redusert, selv etter at tilstrekkelig blottleggelse av skjæreflaten var oppnådd ved rotasjon av borkronen i hullet, og etter at en del av overflaten av metallgrunnmassen var slipt vekk. Undersøkelse av borkronen antyder uventet polering av PCD-elementene. Vanligvis kan ROP (rate of penetration) økes ved at borstrengen gjøres tyngre eller borkronen erstattes. Å gjøre borstrengen tyngre er vanligvis uheldig, fordi dette øker påkjenningene og slitasjen på boreriggen. Videre er uttrekning og utskifting av borkronen kostbart, idet borekostnadene vanligvis uttrykkes som en funksjon av inntrengningen. Kostnadsberegningen tar i betraktning kostnaden av borkronen pluss riggkostnadene, herunder uttrekningstiden og boretiden dividert med antall meter som bores.

Det er en hensikt med oppfinnelsen å skaffe et boreverktøy med termisk stabile skjæreelementer som skjærer uten en lang innkjøringsperiode og skaffer tilstrekkelig klaring til formasjonen til at borevæske kan strømme effektivt og spon spyles bort.

Oppfinnelsen er en forbedring av en borkrone som angitt i innledningen av krav 1, og oppfinnelsen er definert i. karak-teristikken i dette krav. Ytterligere utførelsesformer er angitt i kravene 2-6.

Borkronen ifølge oppfinnelsen, som kan fremstilles til en rimelig pris, og som vil ha en god ytelse både med hensyn til levetid og PCD, skaffer en usedvanlig stor opprinnelig blottlegningsgrad for å ta hensyn til forventet slitasje under boring, tillater spissavbrytning under innkjøring og sikrer strømningsklaring til å begynne med. Diamantlegemet med på forhånd fastlagt geometri er anordnet i grunnmasselegemet av borkronen for å skaffe minst to på avstand fra hverandre stående låseområder, slik at diamantlegemet låses effektivt i grunnmassen for å gi en rimelig lang levetid av verktøyet ved at tap av PCD-elementer hindres bortsett fra som følge av normal slitasje. Videre kan borkronen benyttes i spesielle formasjoner uten behov for vesentlig økt borstrengvekt, borkrone-vridningselement eller vesentlig økning i strømmen eller trykket av borevæsken, samtidig som det vil bore ved høyere ROP enn vanlige borkroner under samme borebetingelser.

Den måte som diamantlegemet er plassert i grunnmassen på, er delvis avhengig av geometrien av diamantlegemet. Fortrinns-vis er diamantlegemet slik orientert i grunnmassen at minst én overflate eller del av en overflate av diamantlegemet danner en spiss vinkel med normalen på overflaten av grunnmassematerialet på stedet for diamantlegemet. Grunnmassen danner således et kilelignende låseområde over diamantlegemet, der hvor dette danner en spiss vinkel med normalen på grunnmasseoverflaten på stedet for diamantlegemet i borkronen.

Oppfinnelsen vil bli belyst nedenfor ved hjelp av en rekke geometriske former som innbefatter trekantede prismeformede elementer, prismatiske rektangulære elementer, sylindriske elementer, eggformede elementer og platelignende elementer. I tillegg kan oppfinnelsen innlemmes i frittformede stykker (free-form shapes) som innbefatter en negativt buet overflate som skaffer en leppe eller sokkel som strekker seg nedenfor og ligger under overflaten av grunnmassen eller borkroneoverflaten. Som følge av de på avstand fra hverandre stående låseområder, som i det etterfølgende vil bli kalt låsepunkter uten at "punkter" skal oppfattes i geometrisk forstand, blir diamantlegemet sikkert fastholdt i borkronen, samtidig som det kan blottlegges i vesentlig grad over grunnmassen av borkronen.

Disse og andre fordeler ved oppfinnelsen og dens forskjellige utførelsesformer vil bli bedre forstått ved betraktning av de etterfølgende figurer, hvor tilsvarende elementer er betegnet med samme henvisningstall. Fig. 1 er et perspektivriss av en borkrone som inneholder diamantelementer som rager opp over overflaten av grunnmassen. Fig. 2 er et perspektivriss av et trekantet prismeelement som i henhold til oppfinnelsen er innleiret i borkronegrunnmassen på fig. 1, samtidig som det er blottlagt i vesentlig grad over overflaten av borkronen. Fig. 3 er et perspektivriss av et terningformet element som er forbundet med en borkronegrunnmasse i henhold til oppfinnelsen. Fig. 4 er et perspektivriss av en rett sirkelsylinder innleiret i en grunnmasse. Fig. 5 er et perspektivriss av et trekantet prismeelement som er innleiret hovedsakelig aksialt i borkronegrunnmassen.

Fig. 6 viser et hovedsakelig eggformet diamantlegeme

som er innleiret i en grunnmasseborkrone i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 7 viser en rett sirkulær skive som er innleiret

i henhold til oppfinnelsen i en grunnmasseborkrone.

Fig. 8 er et rett sirkelsylindrisk diamantelement som

er innleiret i en hovedsakelig tangensial retning i en grunnmasseborkrone i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 9 viser et trekantet prismeelement som er innleiret

i en hovedsakelig tangensial retning.

Fig. 10 er et hovedsakelig rektangulært prismeelement

som er innleiret med hovedsakelig tangensial orientering i en grunnmasse.

Fig. 11 viser et trekantet platelignende element som

er innleiret i en grunnmasseborkrone i henhold til oppfinnelsen i hovedsakelig tangensial retning. Fig. 12 viser et diamantelement med trapesprismeform innleiret med en hovedsakelig tangensial orientering i en grunnmasseborkrone. Fig. 13 viser i snitt et element med trapesprismeform innleiret med hovedsakelig aksial orientering i en grunnmasseborkrone som danner en skrå understøttelse.

Fig. 14 viser elementet med trapesprismeform på fig.

12 sett forfra.

Fig. 15 viser et diamantlegeme med fri form innleiret

i en grunnmasseborkrone i henhold til oppfinnelsen.

Oppfinnelsen slik den er vist eksempelvis ved disse forskjellige utførelsesformer, vil bli bedre forstått ved hjelp av den etterfølgende detaljerte beskrivelse som skal tolkes sammen med figurene.

Oppfinnelsen dreier seg om innleiring av et hardt skjæreelement i et borkronelegeme og oppnås av en innbyrdes låsing mellom elementet og legemet. Nærmere bestemt omfatter oppfinnelsen innleiring og sammenlåsing av et polykrystallinsk syntetisk diamantelement (PCD) i en grunnmasseborkrone på

en slik måte at diamantelementet er hovedsakelig blottlagt over overflaten av grunnmassen. Innleiringen og fastlåsingen av diamantelementet er tilveiebragt på en slik måte (som vil bli nærmere beskrevet nedenfor) at der fås minst to låsepunkter mellom diamantelementet og grunnmassen som følge av innleiringen og den geometriske form av diamantelementet. Låsepunktene skaffer en måte til fastlåsing av diamantelementet i grunnmassen for å hindre bevegelse eller utdrivning av diamanten fra grunnmassen i praktisk talt en hvilken som helst retning, herunder spesielt retningen normalt på grunn-massens overflate. Slik oppfinnelsen er eksempelvis belyst ved forskjellige utførelsesformer, vil den kunne forstås bedre ved betraktning av de utførelsesformer som er belyst ved de ovenfor beskrevne figurer.

Fig. 1 er et perspektivriss av en grunnmasseborkrone

17. Overflaten av borkronen er karakterisert ved en omkrets-flate 19, et skulderparti 21, en flanke 23, en nese 25 og en spiss 27. Disse partier av borkronens overflate er også utformet med vanlige spor (junk slots) 29 og samle- og vann-kanaler 31 som står I forbindelse med en aksial hanefot (ikke vist). Mellom vannkanalene og samlekanalene 31 foreligger der felter eller puter 33 som et stort antall diamantelementer 35 er anbragt på i henhold til oppfinnelsen. Overflaten av feltene 33 betegnes som grunnmasseoverflaten og er hovedsakelig plan i området for hvert diamantelement 35.

På fig. 2 er der vist et perspektivriss av et trekantet prismeelement av PCD. Elementet er generelt betegnet med henvisningstallet 10. Det har form som et trekantet prisme kjennetegnet ved to motsatt stående trekantede endeflater 12, hvorav bare den ene er vist på fig. 2, og tre til hinannen støtende rektangulære sider 14, hvorav også bare en er vist på fig. 2. Elementet 10 er prismatisk, dvs. at formen av elementet 10 er frembragt ved forskyvning av den ene trekantede endeflate 12 langs en rett linje, f.eks. lengdeaksen 16.

Slike PCD-elementer er vel kjent i faget og selges under varemerket "Geoset" av General Electric Company.

I henhold til oppfinnelsen er elementet 10 innleiret

i og låst sammen med grunnmassen 18 av borkronen 11 på fig.

1. I motsetning til hva som læres i henhold til teknikkens stand, rager PCD-elementet 10 godt over overflaten 20 av grunnmassen 18, typisk med mer enn 30% av høyden 22 av elementet 10. Når det f.eks. gjelder "Geoset 2103", som utgjøres av likesidede trekantede prismeelementer, kan elementet 10 være montert inne i grunnmassen 18 og rage opp over overflaten et stykke på mer enn 1,73 mm. I et slikt tilfelle er høyden 22 5,20 mm. Generelt og uten hensyn til geometrien vil i henhold til oppfinnelsen mer enn 1/3 av den lineære dimensjon som står hovedsakelig vinkelrett på grunnmasseoverflaten,

være blottlagt.

Elementet 10 er montert i og fastlåst til grunnmassen

18 ved at den har en side 14 som danner en grunnflate 14a som ligger motsatt den to-plansvinkel som danner toppkanten 24. Grunnflaten 14a ligger inne i grunnmassen 18 og mindre enn 30% av høyden 22 under overflaten 20. Det vil i tilfellet av eksempelet med "Geoset 2103" svare til mindre enn 1,56 mm. Toppkanten 24 danner det ytterste parti av elementet 10. Elementet 10 kan festes på overflaten 20 av grunnmasseborkronen i en hvilken som helst retning uten at man kommer utenfor området for oppfinnelsen. Toppkanten 24 kan f.eks. ligge parallelt med vinkelfremføringen av elementet 10 ved rotasjon av borkronen 11. Dette betegnes som en radial innstilling for et trekantet prismeelement. Alternativt kan toppkanten 24 innstilles vinkelrett på fremføringsretningen av elementet 10 ved dreining av borkronen. Denne orientering blir betegnet som en tangensial orientering. I begge tilfeller er lengdeaksen 16 av elementet 10 orientert hovedsakelig parallelt med overflaten 20 av grunnmassen 18 på det sted hvor elementet 10 er festet til denne. I alle disse orienteringer er det trekantede prismeelement 10 låst i grunnmassen 18 ved hjelp av minst to låsepunkter 26, hvorav bare ett er vist på fig. 2. Låsepunktene er innleiret i grunnmassen 18 under overflaten 20. Når det gjelder et trekantet prismeelement 10, dannes låsepunktet 26 i virkeligheten av en hel overflate. Det annet låsepunkt er et tilsvarende parti av den tilgrensende overflate 14 (ikke vist på fig. 2) som skjærer den første for å danne en to-plansvinkel ved toppkanten 24 av elementet 10. Låsepunktet 26 er således i utførelsesformen på fig. 1 et skrått overflateparti under overflaten 20. Elementet 10 blir fremstilt eller støpt inn i grunnmassen ved vanlige infiltreringsteknikker. Resultatet er at grunnmassen 18 danner et sammenlåsende anlegg med den skrånende overflate av låsestedet 26, hvorved der fås en kileformet låsing av elementet 10. De innleirede partier av overflaten 14 skråner med andre ord bort fra normalen på overflaten 20 i motsatte retninger. Grunnmassen 18 danner et sammenhengende parti som ligger over kilene, slik at elementet 10 er låst i grunnmassen 18 i alle retninger. Det vil si at en kraft i en hvilken som helst retning som er tilbøyelig til å fjerne elementet 10 fra overflaten 20, vil bli opptatt av låsepunktene 26.

I utførelsesformen på fig. 2 ble det antatt at endeflatene 12 var overflater som; sto perpendikulært på lengdeaksen 16, slik at låsepunktene 26 ble dannet bare på motsatte overflater

14 under overflaten 2:0. Det ligger imidlertid fullstendig innenfor området for oppfinnelsen å utføre endeflatene 12 skrånende i forhold til lengdeaksen 16, hvorved der skaffes to ytterligere, på avstand fra hinannen stående låsepunkter som sammen med låsepunktene 26 vil danne to ortogonale par av låsepunkter, eller nærmere bestemt låsende overflatepartier i utførelsen på fig. 2.

På fig. 3 er oppfinnelsen vist i forbindelse med et rektangulært prismeelement som er generelt betegnet med 28. For enkelhets skyld er det rektangulære prismeelement 28

vist som et terningformet polykrystallinsk diamantelement. Elementet 2 8 er anbragt i grunnmassen

'18 under overflaten 20 på en slik måte at der fås minst to låsepunkter eller låsesteder 30 og 32. Låsepunktet 30 er dannet ved et hjørne 34 av terningelementet 28, mens låsepunktet 32 er dannet ved de tilgrensende hjørner 36, hvorav ett er vist på fig. 3. Elementet 28 er anbragt skrått i grunnmassen 18, slik at dets normale symmetriakse 38 står på skrå

i forhold til overflaten 20 på det sted hvor elementet 28

er festet til grunnmasseborkronen. Skråningen av aksen 38 medfører at minst ett av de fire hjørner av grunnflaten,

i dette tilfelle hjørnet 34, vil bli løftet opp slik at det ligger grunnere i grunnmassen 18 enn minst ett annet hjørne i terningelementet 28. I det mest generelle tilfelle er skråningen av aksen 38 slik at ingen side av'terningelementet 28 står vinkelrett på overflaten 20. I den viste utførelsesform på fig. 3 medfører skråstillingen av aksen 38 at hjørnet

34 vil være det høyeste hjørne. Deretter følger de tilgrensende hjørner 36, mens det motsatte hjørne 40 vil være lavest. Skråstillingen av aksen 38 får således kanten 42 som rager

opp fra hjørnet 34, til å strekke seg i en spiss vinkel opp gjennom overflaten 20 av grunnmassen 18. Grunnmassen 18 ligger således rundt hjørnet 34 hvor den danner en overliggende kileformet masse som låser hjørnet 34 i grunnmassen hos en borkrone og hindrer bevegelse av elementet 28 i normalretningen på festepunktet. I utførelsesformen på fig. 3 utgjør låsepunktet 30 ved hjørnet 34 et i nærheten av dette hjørne liggende overflateparti av til hinannen støtende sider 44

som sammen danner toplansvinkelen 46 og kanten 42. I virkeligheten går låsepunktene 30 og 32 over i hinannen og omfatter det nedre overflateparti av siden 44 i nærheten av og langs grunnlinjekanten 48 fra hjørnet 34 til det tilgrensende hjørne 36. Hvis terningen 28 skulle løftes perpendikulært fra overflaten 20, ville med andre ord grunnmassematerialet 18 som står i berøring med låsepunktet 30 mellom hjørnene 34 og 36 på den tilgrensende kant 48 og den tilgrensende symmetrisk anbragte kant (ikke vist), skaffe en låseoverflate som er tilbøyelig til å holde terningelementet 28 fast i grunnmassen 18.

Det vil være klart at innleiringen av terningelementet

28 i grunnmassen 18 også utgjør en måte til å motstå eventuelle krefter som utøves på elementet 28 i retning parallelt med overflaten 20. Terningelementet 28 er ikke låst i grunnmassen 18 bare i retning for aksen 38. Motstand mot disse parallelle azimutale krefter som kan utøves på elementet 28, vil også oppnås hvis symmetriaksen 38 hadde vært hovedsakelig perpen-dikulær på overflaten 20. I dette sistnevnte tilfelle ville imidlertid låsepunktet 20 være forsvunnet, og der ville ikke være noen mekaniske krefter annet enn kohesjonskrefter, mikro-mekanisk befestigelse eller annen forbindelse mellom elementet 28 og grunnmassen 18 som ville fastholde eller låse elementet

28 i grunnmassen 18.

På fig. 4 er ytterligere en utførelsesform av oppfinnelsen vist. I utførelsen på fig. 4 er der vist et rett sirkelsylindrisk element som er generelt betegnet med tallet 50. Sylinderelementet 50 er kjennetegnet ved en langsgående symmetriakse 52. Elementet 50 er anordnet inne i grunnmassen 18 under overflaten 20 på en slik måte at aksen 52 danner en spiss vinkel med overflaten 20. Som følge av vinkelorienteringen av det sylindriske element 50 fås der et låsepunkt eller nærmere bestemt, et stort antall låsepunkter på den nedre overflate av elementet 50 i nærheten av grunnflaten 56. For anskuelighetens skyld er grunnflaten 56 vist som en flat sirkelformet grunnflate, mens den motsatte ende av sylinderelementet 50 er vist å ha hovedsakelig hvelvet form. Det torde være klart at formen av den motsatte ende 58 kan velges etter ønske.

Som følge av vinkelorienteringen av sylinderelementet

50 fås der et låsepunkt 54 på et skråttstilt overflateparti av sylinderelementet under overflaten 20 av grunnmassen 18.

Grunnmassematerialet 18 støpes rundt det innleirede parti

av sylinderelementet 50 og utgjør dermed en låsekile mot de skråttstilte overflatepartier. Som følge av denne innleiring vil både azimutale krefter parallelt med overflaten 20 og normalkrefter vinkelrett på overflaten 20 bli positivt opptatt av en mekanisk låsing av elementet 20 i grunnmassen 18.

På fig. 5 er enda en annen utførelsesform vist. Fig.

5 viser et perspektivriss av et trekantet prismeelement 10

av den type som også ble vist og beskrevet i forbindelse med fig. 2. Elementet 10 er anordnet under overflaten 20

i grunnmassen 18 på en slik måte at den langsgående akse 16 danner en spiss vinkel med normalen på overflaten 20 istedenfor å stå vinkelrett på denne normal, som vist på

fig. 2. Minst ett hjørne 60 vil således være det høyeste hjørne av elementet 10 som er innleiret i grunnmassen 18.

Det tilgrensende hjørne 62 ligger i grunnmassen 18 på en større dybde som er bestemt av størrelsen av elementet 10

og vinkelen mellom den langsgående akse 10 og overflatenor-malen. Minst ett låsepunkt 64 og i virkeligheten et stort antall låsepunkter blir således dannet på det parti av siden 14 som ligger under overflaten 20. I den utførelsesform som er vist på fig. 5, dannes der låsepunkter 64 på to til hinannen støtende sider 14 som sammen danner skjæringskanten 24. Grunnmasse 18 formes rundt overflaten 14 slik at der igjen dannes en overliggende kile som låser elementet 10 til overflaten 20 og motstår hovedsakelig alle krefter som kan utøves på elementet 10, og som er tilbøyelig til å fjerne det fra overflaten 20.

Mens utførelsene på fig. 1-5 var trekantede, terning-formede eller sylindriske, er utførelsesformen på fig. 6 generalisert til et vilkårlig eggformet diamantelement som generelt er betegnet med tallet 66. I den viste utførelsesform er det eggformede element 66 kjennetegnet ved en hovedakse 68 som fastlegger en hovedretning eller retning for maksimal utstrekning. Vinkelorienteringen av hovedaksen 68 for elementet

66 står tilstrekkelig meget på skrå i forhold til normalen på overflaten 20 til at der dannes minst to låsepunkter, nærmere bestemt et overflateparti som danner et stort antall låsepunkter 70 under overflaten 20 på elementet 66. Krumningen av det eggformede element 66 er slik at den begynner å avvike fra normalen på overflaten 22 etter hvert som den nærmer seg overflaten 20 nedenfra. Med andre ord blir grunnmasse 18 formet over elementet for igjen å danne en kileformet mekanisk låsing som holder elementet 66 i grunnmassen 18.

En låsende holdekraft foreligger for alle retninger bortsett fra én, nemlig hovedaksen 68.

De ovenfor beskrevne utførelsesformer på fig. 2-6 er

alle generelt kjennetegnet ved et diamantelement med en lengdeakse som ligger i retningen for hoveddimensjonen av elementet eller i det minste i en retning hvor lengdeutstrekningen er den samme som i andre retninger, slik det er tilfellet når det gjelder terningelementet 28 på fig. 3<!>. I henhold til fig. 7 er en rett, sirkulær diamantskive som generelt er betegnet med tallet 72, innleiret i grunnmassen 18 og blottlagt over overflaten 20 i henhold til oppfinnelsen.

Den viste skive 72 er kjennetegnet ved en symmetriakse

74. Aksen 74 danner igjen en spiss vinkel med normalen på overflaten 20, slik at én kant 76 ligger godt over grunnmassen 20, mens den diametralt motsatte kant 78 ligger inne i grunnmassen 18 under overflaten 20. Minst to låsepunkter som igjen utgjøres av et stort antall låsepunkter 80, dannes på et parti av den øvre overflate av skiven 72 i nærheten av kanten 78 og under overflaten 20. Skiven 72 er med andre ord innleiret i overflaten 20 av grunnmasseborkronen på skrå slik at for-kanten er fullt blottlagt, mens bakkanten ligger fullt innleiret, og partier av kantene av skiven 72 mellom de diametralt motstående punkter 7'6 og 78 enten er blottlagt eller innleiret i større eller mindre; grad, avhengig av hvor nær de ligger hvert av de diametralt motstående punkter 76 og 78. Skiven 72 er derfor sikkert fastlåst i grunnmassen 18 mot både azimutale og normale krefter.

Også utførelsen på fig. 8 belyser oppfinnelsen. Denne utførelse viser et rett, sirkulært sylinderelement 50 av samme form som beskrevet i forbindelse med utførelsen på

fig. 4. Elementet er anordnet i grunnmassen 18 under overflaten 20. Igjen er den blottlagte ende 58 av sylinderen 50 vist

å ha en hvelvet form av hensiktsmessighetsgrunner og uten at det er ment å skulle begrense oppfinnelsen. Den motsatte ende eller grunnflaten 56 ligger i det minste delvis inne i grunnmassen 18, slik at minst to og i virkeligheten et stort antall låsepunkter 82 dannes. Minst en del av sylinderen 50 er således innleiret tilstrekkelig dypt til at diameteren av et tverrsnitt vinkelrett på aksen 52 ligger under overflaten

20. Selv om et parti av grunnflaten 56 skulle være blottlagt over overflaten 20, vil et stort antall låsepunkter 82 forelig-ge på det parti som ligger over midtlinjepunktet 84 i grunnflaten 56 og ligger under overflaten 20. Overflaten av det sylindriske element 50 beveger seg bort fra normalen på overflaten 20 av grunnmassen 18 for å danne en spiss vinkel med denne når overflaten av sylinderelementet nærmer seg overflaten 20. Grunnmassen 18 er således formet over låsepunktene 82

på sylinderflaten 50 og danner en låsekile som fastholder elementet 50 i grunnmassen 18.

Oppfinnelsen er ytterligere belyst ved utførelsen på

fig. 9. Her er et trekantet prismeelement som er generelt betegnet med tallet 86, anordnet under overflaten 20 i grunnmassen 18, slik at der på overflaten av elementet 86 fås et stort antall låsepunkter 88. Elementet 86 ligner på det som er beskrevet i forbindele med fig. 2 og 5, bortsett fra at elementet 86 er blitt forlenget langs lengdeaksen 90. Utførelsesformen på fig. 9 skal imidlertid forstås slik at den også innbefatter elementet 10 på fig. 2 og 5. I likhet med den sylindriske utførelse på fig. 8, innbefatter det trekantede element 86 på fig. 9 minst et parti som er innleiret under overflaten 20 av grunnmassen 18. På alle steder av-

det innleirede parti av siden 92 skråner denne bort fra normalen på overflaten 20 når man nærmer seg denne overflate nedenfra. Igjen er grunnmassen 18 formet over siden 92 for på denne måte å danne en kileformet låsing over det innleirede parti av siden 92 og således danne et stort antall låsepunkter 88. Imidlertid er et betydelig fremre parti av elementet

86 fullstendig blottlagt over overflaten 20 av grunnmassen

18. Det er i virkeligheten ikke nødvendig at det bakre hjørne 94 ligger på samme nivå som overflaten 20 slik det er vist på fig. 9. Isteden kan også det bakre hjørne 94 ligge godt over overflaten 20. Låsepunktene 88 foreligger likevel så

lenge noen deler av de til hinannen støtende sider 92 ligger under overflaten 20 i grunnmassen 18.

På fig. 10 er der vist enda en annen utførelsesform

som omfatter et langstrakt, rektangulært prismeelement som generelt er betegnet med tallet 96. I den viste utførelses-form på fig. 9 er elementet 96 innleiret under overflaten 20 i grunnmassen 18 med motsatte sider 98 hovedsakelig parallelt med normalen på overflaten 20. En endeflate 100 er imidlertid hovedsakelig eller fullstendig blottlagt over overflaten 20, mens den motsatte endeflate 102, hvorav bare kanten er vist på fig. 10, ligger under overflaten 20. Grunnmassen 18 ligger således over i det minste et parti av den ene ende av elementet 96 og danner et stort antall låsepunkter 104.

En kileformet forlengelse av grunnmassen 18 er tildannet sammenhengende over den neddykkede ende 102 og danner således den mekaniske låsing som hindrer noen vesentlig løsning av elementet 96 fra overflaten 20. Igjen er elementet 96 vist å ha en lengdeakse 106 som danner bare en liten vinkel med overflaten av grunnmassen, men det vil forstås at dimensjonene av elementet 96 er fastlagt vilkårlig og vil kunne velges slik at utførelsen på fig. 3, som er en terning, også er omfattet.

På fig. 11 er der i perspektivriss vist et flatt, trekantet element 108 innleiret i grunnmassen 18. Det trekantede element 108 er kjennetegnet ved en akse 110 i retning normalt på de parallelle,.motstående endeflater 112. Tykkelsen av elementet 108 eller avstanden mellom de motsatte endeflater 112 er mindre enn sidelengden eller høyden av det trekantede element 108, slik at der fås et flatt, platelignende trekant-element. I henhold til oppfinnelsen er elementet 108 i stor grad blottlagt over overflaten 20 av grunnmassen 18 og fastlåst i denne ved et stort antall låsepunkter 114. Låsepunktene 114 er dannet på det laveste parti av endeflaten 112. Dette parti er anordnet under overflaten 20 som følge av den skrå orientering av elementet 108 og dettes akse 110 i forhold til normalen. Grunnmasse 18 danner en sammenhengende kile over dette nedre parti av elementet 108 og danner og utgjør

således låsepunktene 114.

På fig. 12 er et element med trapesprismeform generelt betegnet med tallet 116. Det er vist i perspektiv å være innleiret under overflaten 20. Elementet 116 innbefatter minst to motstående, parallelle overflater 118, hvorav den øvre er vist på fig. 12. Mellom de to motstående, parallelle overflater 118 er der fire sider som danner to motstående par henholdsvis 120 og 122. I det minste paret 120 har trapes-form. I den viste utførelsesform på fig. 12 er siden 120 trapesformet, mens siden 122 er hovedsakelig rektangulær, slik det oppnås ved avkorting av det trekantede prismeelement på fig. 2 langs et plan parallelt med grunnflaten 14a. I utførelsesformen på fig. 12 dannes der således et stort antall låsepunkter 124 langs den nedre kant a<y> sidene 122 på samme måte som der dannes låsepunkter 26 i utførelsesformen på

fig. 2 når det gjelder elementet 10. Elementet 116 er således fastlåst i grunnmassen 18 på hovedsakelig samme måte.

Der skal nå gås over til den utførelsesform av oppfinnelsen som er vist på fig. 13 og 14, hvor et element 126

med trapesprismeform er vist innleiret i en skrå stilling i grunnmassen 18 og er fastlåst i denne ved at elementet har partier som ligger under overflaten 20. Nærmere bestemt er elementet 126 i den på fig. 12 og 13 viste utførelsesform vist å være fullt ut trapesformet i den forstand at parallelle, rektangulære endeflater 128 er forbundet ved fire til hinannen grensende trapesformede flater som danner motstående par av overflater 130 og 132. Det skal imidlertid uttrykkelig nevnes at det noe enklere trapeselement 116 på fig. 12 vil kunne anvendes med egnede modifikasjoner i henhold til oppfinnelsen i en hovedsakelig lignende utførelse som den som er vist og beskrevet i forbindelse med fig. 13 og 14.

Elementet 126 er anordnet i et skråttstilt parti 134

av grunnmassen 18. Partiet 134 danner en skrå støtte som elementet 126 er innleiret og fastholdt i. Utførelsesformene på fig. 13 og 14 forutsetter et skråttstilt felt på borkroneoverflaten. Understøttende skjæreelementer eller tannstruk-turer fremgår av de følgende patentskrifter: US-A-4 499 959, US-A-4 585 611 og US-A-4 550 790.

I den viste utførelsesform er en endeflate 132 som vist på fig. 13 og 14, fullt blottlagt. Denne endeflate flukter hovedsakelig med overflaten 20. I tillegg er den øvre side 128 av de parallelle rektangulære sider også fullt blottlagt. Begge de to gjenværende sideflater 130 og den annen endeflate 132 er imidlertid innleiret i grunnmassen 18 under overflaten 20. På hver av disse innleirede overflater dannes der således et stort antall låsepunkter 136 som følge av den sammenhengende utstrekning av grunnmassen 18 over de underliggende sideflater 130 og 132. Minst langs sidene 130 og eventuelt også langs den nedre side 132 (avhengig av vinkelforløpet av elementet 126 i forhold til den lokale normal på' overflaten)

er der således fastlagt et stort antall låsepunkter 136 som vil hindre bevegelse av elementet 126 ikke bare i en hvilken som helst azimutalretning langs overflaten 20, men også i vertikalretningen.

De utførelsesformer som er beskrevet hittil i forbindelse med fig. 1-14, har alle angått regelmessige geometriske former. Oppfinnelsen vil naturligvis kunne anvendes med mange andre geometriske former enn dem som er vist og beskrevet foran.

I tillegg til regelmessige geometriske former kan der med fordel også anvendes spesielle former eller elementer med fri form for å blottlegge et diamantskjæreelement over en grunnflate. En slik utførelsesform er vist på fig. 15. Fig. 15 viser i perspektivriss et rett syntetisk diamantelement med et fritt, buet tverrsnitt. Elementet er generelt.betegnet med tallet 138 og er i den viste utførelsesform vist å ha en langstrakt form som er kjennetegnet ved en glatt overside 140 og et avrundet neseparti 142 som kan være orientert i.

den skjæreretning som fås ved rotasjon av borkronen. Fra toppflaten 140 skråner sidene av elementet 138 nedover og buer ut for å danne en hovedsakelig flat grunnflate 144 og et omkretsleppe 146. Den overflate som grenser til sidene av elementet 138 med leppen 146, er således kjennetegnet ved en negativ krumning som vist ved 148. Elementet 138 er således anbragt i grunnmassen 18 under overflaten 20/ slik at leppen 146 og minst et parti av den negativt buede overflate

148 er hovedsakelig eller fullstendig innleiret i grunnmassen. Grunnmassen 18 er således formet rundt og over leppen 146, som danner en sokkel som er innleiret i grunnmassen 18.

Det gjenværende parti av diamantelementet 138 er fullt blottlagt over overflaten 20 av grunnmassen. Langs hele omkretsen av leppen 146 dannes der således et stort antall låsepunkter 150 som skaffer en måte til mekanisk fastlåsing av diamantelementet 138 på og under overflaten 20. Det vil være klart at man kan tenke seg mange andre elementer med fri form enn det som her er vist vilkårlig for belysning av' oppfinnelsen på fig. 15, uten at man avviker fra oppfinnelsens innhold.

Claims (6)

1. Borkrone (11) omfattende et grunnmasselegeme (18) som

danner en borkroneoverflate (17), et diamantlegeme (10, 28, 50, 60, 72, 86, 96, 108, 116, 126, 138) som er anordnet i grunnmasselegemet (18), og som har en på forhånd fastlagt form og strekker seg delvis utenfor borkroneoverflaten (17),karakterisert vedat diamantlegemet (10, 28, 50, 60, 72, 86, 96, 108, 116, 126, 138) omfatter et krystallinsk diamantelement med en på forhånd fastlagt geometrisk form og er anbragt i grunnmasselegemet (18) for å skaffe minst to på avstand fra hverandre stående låseområder (26, 30, 32, 54, 64, 70, 80, 82, 88, 104, 114, 124, 136, 150), uten avhengighet av mikromekaniske bindinger,' idet hvert låseområde utgjør en forlengelse av en overflate eller en del av en overflate av diamantlegemet under borkroneover- flaten (17), i en retning med en sideveis kraftkomponent og med grunnmassemateriale over seg, og at mer enn en tredjedel av minst én lineær dimensjon av diamantlegemet strekker seg og er blottlagt ovenfor borkrone-overf laten (17) uten at noe av grunnmassematerialet foreligger på den blottlagte overflate av diamantlegemet.

2. Borkrone som angitt i krav 1, karakterisert ved at diamantlegemet (10, 28, 50, 60, 72, 86, 96, 108, 116, 126, 138) er slik anbragt i borkronegrunnmassen at der dannes et stort antall låsepunkter.

3. Borkrone som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at minst to låsepunkter er anbragt på diametralt motsatte steder på diamantlegemet (10, 28, 50, 60, 72, 86, 96, 108, 116, 126, 138).

4. Borkrone som angitt i krav 2, karakterisert ved at låsepunktene mellom diamantlegemet (10, 28, 50, 60, 72, 86, 96, 108, 116, 126, 138) og grunnmassen er dannet slik at de innbefatter minst to diametralt motsattliggende under-grupper av låsepunkter på diamantlegemet, idet hver undergruppe omfatter et stort antall låsepunkter.

5. Borkrone som angitt i et av de foregående krav, hvor diamantlegemet er et trekantet prismeelement (10;86), karakterisert ved at det trekantede prismeelement har to motsatt stående trekantendeflater og tre til hverandre støtende sider som forbinder trekantflåtene, og at prismelementet (10;86) er slik anbragt i borkronegrunnmassen at en av sidene danner en grunnflate som ligger inne i grunnmassen, mens de to tilstøtende sider er blottlagt over overflaten (17) . av grunnmassen.

6. Borkrone som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at overflaten (17) av grunnmassen er plan på området over det parti av diamantlegemet som ligger i grunnmassen, for på denne måte å la det parti av diamantlegemet som er blottlagt over overflaten (17) av grunnmassen, være ikke-understøttet.