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Patent Searching and Data


Title:
ABRASIVE ELEMENT FOR BITS OF HOLLOW DRILLS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/035326
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an abrasive element, especially for the bits of hollow drills, comprising a sintered metal matrix (4) in which cutting material (6) is integrated or incorporated. In order to provide an abrasive element which exhibits improved cutting behavior at relatively little effort, the surface of the abrasive element (2, 2', 11, 11') is provided with a cut area (8, 10, 14, 16) produced by water jet treatment or a water jet cutting method. As a result, two abrasive elements can be produced from a sintered body by means of a straight or wavy cut line.

Inventors:
BRAEUNINGER GOETZ (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/010494
Publication Date:
May 01, 2003
Filing Date:
September 19, 2002
Export Citation:
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Assignee:
CEDIMA DIAMANTWERKZEUG MASCH (DE)
BRAEUNINGER GOETZ (DE)
International Classes:
B24B33/08; B24D3/06; B24D18/00; B24D99/00; (IPC1-7): B24D3/06; B24D17/00; B24B33/08; B24D18/00
Domestic Patent References:
WO2001041974A22001-06-14
WO1999028088A11999-06-10
WO2000030808A12000-06-02
Foreign References:
US5791330A1998-08-11
Attorney, Agent or Firm:
König, Norbert (Postfach 10 26, Hannover, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Abrasivelement, insbesondere für Bohrkronen von Hohl bohrern, mit einer Sintermetallmatrix (4), in der Schneidstoffe (6) eingebunden bzw. eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Abrasivelementes (2, 2', 11, 11') eine Anschnittfläche (8,10, 14, 16) aufweist, die durch eine Wasserstrahlbehandlung oder durch ein Was serstrahlschneidverfahren hergestellt ist.
2. Abrasivelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidstoffe (6) Diamantkristalle sind.
3. Abrasivelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Anschnittfläche (8,10) eben ist.
4. Abrasivelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Anschnittfläche (14,16) konkave und/oder konvexe Bereiche (17,18) aufweist.
5. Abrasivelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschnittfläche (14,16) wellenförmig ausge bildet ist.
6. Abrasivelement nach einem der vorigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass einige Schneidstoffe bzw. Diamantkristalle (6) aus der Anschnittfläche (8,10, 14,16) hervorragen.
7. Verfahren zum Herstellen eines Abrasivelementes, bei dem ein Sinterkörper (12) mit einer Metallmatrix (4) und darin eingebundenen bzw. eingebetteten Schneidstof fen (6) hergestellt wird, und an dem Abrasivelement (2, 2', 11, 11') eine Anschnitt fläche (8,10, 14,16) mit hervorstehenden Schneidstof fen, insbesondere hervorstehenden Diamantkristallen durch eine Wasserstrahlbehandlung oder durch ein Was serstrahlschneidverfahren hergestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschnittfläche (8,10) eben ausgebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschnittfläche (14,16) mit konkaven und/oder kon vexen Bereichen (17,18), vorzugsweise wellenförmig, ausgebildet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass der Sinterkörper (12) durch einen Trennschnitt mittels des Wasserstrahlschneidverfahrens in zwei Abrasivelemente (2, 2', 11, 11') mit zueinander zumindest bereichsweise komplementären Anschnittflächen (8,10 ; 14,16) getrennt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem beim Wasserstrahlschneid verfahren verwendeten Wasserstrahl Abrasivstoffe ent halten sind.
Description:
Abrasivelement für Bohrkronen von Hohlbohrern Die Erfindung bezieht sich auf ein Abrasivelement, das insbesondere für Bohrkronen von Hohlbohrern verwendbar ist, mit einer Sintermetallmatrix, in der Schneidstoffe einge- bunden bzw. eingebettet sind. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Abrasivelementes.

Derartige Abrasivelemente werden insbesondere in Bohr- kronen für die Steinbearbeitung, z. B. bei Kernbohrern, verwendet. Die EP 0 857 552 B1 zeigt ein derartiges Abra- sivelement, bei dem Diamantkristalle als Schneidstoffe in einer Sintermetallmatrix aufgenommen sind.

Bei Abrasivelementen, bei denen die Schneidstoffe in einer Metallmatrix gebunden sind, weist die für die Materi- albearbeitung vorgesehene Oberfläche vor ihrer Benutzung in der Regel eine glatte Oberfläche auf. Beim Anschnitt weisen die Abrasivelemente aufgrund der glatten Oberfläche zu- nächst ein schlechtes Bohrverhalten bzw. Anschnittverhalten auf, das sich erst im Laufe der Zeit verbessert, wenn Me- tall abgerieben und Schneidstoffe teilweise freigelegt wer- den. Diese Problematik ist als Anschnitt-bzw. Anbohrprob- lematik bekannt.

Die EP 0 857 552 zeigt ein Abrasivelement der eingangs genannten Art, das in einer Anschnittzone mit einem Dach- profil ausgebildet ist, durch das das Anschnittverhalten

gegenüber einer rechteckförmigen Oberfläche verbessert ist.

Hierbei wird an der Anschnittzone eine unterschiedliche Zu- sammensetzung mit erhöhtem Verschleiß gegenüber dem regulä- ren Teil des Abrasivelementes ausgebildet.

Durch einen derartigen besonderen geometrischen Aufbau kann zwar ein besseres Anschnittverhalten erreicht werden ; die Herstellung eines derartigen Schneidsegmentes ist je- doch relativ aufwendig und kostenträchtig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit relativ geringem Aufwand ein Abrasivelement der eingangs genannten Art mit verbesserten Anschnittverhalten zu schaffen. Das Abrasivelement soll hierbei vorteilhafterweise kostengüns- tig herstellbar sein. Außerdem soll ein Verfahren zur Her- stellung eines solchen Abrasivelementes angegeben werden.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Abrasiv- element gelöst, indem die Oberfläche des Abrasivelementes eine Anschnittfläche aufweist, die durch eine Wasserstrahl- behandlung oder ein Wasserstrahlschneidverfahren herge- stellt ist.

Entsprechend wird diese Aufgabe bei dem eingangs ge- nannten Verfahren gelöst, indem an einem Sinterkörper mit einer Metallmatrix und eingebundenen bzw. eingebetteten Schneidstoffen eine Anschnittfläche durch eine Wasser- strahlbehandlung oder ein Wasserstrahlschneidverfahren her- gestellt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Wasserstrahlbehandlung oder einem Wasserstrahl- schneidvorgang die Metallmatrix selektiv entfernt werden kann, ohne dass hierbei die Schneidstoffe, insbesondere Di- amantkristalle, beschädigt werden. Die so erzeugte An-

schnittfläche weist Vorteile gegenüber durch andere Her- stellungstechniken erzeugte Anschnittflächen auf : Gegenüber einer Herstellung von Abrasivelementen durch ein Sinterverfahren ohne Nachbearbeitung weisen die Anschnitt- flächen einen erhöhten Anteil an überstehenden Diamantkör- nern auf. Weiterhin kann eine kostengünstigere Ausbildung erreicht werden, wenn mittels eines Schneidvorganges ein Sinterkörper in zwei Abrasivelemente getrennt wird, bei de- nen die jeweilige Trennschnittfläche unmittelbar als An- schnittfläche genutzt werden kann.

Gegenüber einem Laserschneidverfahren werden die Schneid- stoffe, insbesondere Diamantkristalle, durch das Wasser- strahlschneidverfahren schonender behandelt. Während bei einem Laserschneidverfahren aufgrund der hohen lokalen Hit- zeeinwirkung eine Beschädigung der Diamantkristalle auftre- ten kann, erfolgt eine derartige Beschädigung beim Wasser- strahlschneiden, das selektiv die weichere Metallmatrix entfernt, nicht. Durch das selektive Entfernen der weichen Metallmatrix werden Anschnittflächen mit hohem Überstand der Schneidstoffe, insbesondere der Diamantkristalle, er- zeugt, die ein erheblich verbessertes Anschnitt-bzw. An- bohrverhalten aufweisen. Diese Schneidstoffe (Diamantkris- talle) sind hierbei weiterhin fest in der Metallmatrix auf- genommen, da die Metallmatrix im Bereich der Schnittfläche keine Gefügeverschlechterung erfährt, wie dies z. B. bei einem Laserschneidverfahren erfolgt.

Es können grundsätzlich auch andere Schneidstoffe, z. B. Bohrkarbid-oder Siliziumkarbid-Kristalle anstelle von Diamantkristallen oder in Mischungen mit Diamantkris- tallen eingesetzt werden. Bei dem Wasserstrahlschneidver- fahren können dem Wasser Abrasivstoffe zugesetzt werden.

Die Anschnittfläche kann eben oder uneben, z. B. mit konkaven und konvexen Bereichen, insbesondere wellenförmig ausgebildet sein, um hierdurch vorstehende Bereiche zur Verbesserung des Anschnittverhaltens zu erreichen. Zur Aus- bildung einer wellenförmigen Schnittfläche muss lediglich der Wasserstrahl in einer entsprechenden Kurve anstelle ei- ner geraden Linie geführt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Schnittansicht eines Abrasivelementes ge- mäß einer Ausführungsform der Erfindung ; Fig. 2 einen Sinterkörper, aus dem das in Fig. 1 ge- zeigte Abrasivelement gemäß einem erfindungs- gemäßen Verfahren hergestellt wird ; Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausfüh- rungsform.

Gleiche Teile in den Figuren der Zeichnung sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 zeigt ein Abrasivelement 2 für Bohrkronen von Hohlbohrern mit einer Sintermetallmatrix 4, die z. B. pulvermetallurgisch hergestellt ist und in der Schneidstof- fe, insbesondere Diamantkristalle 6 eingebettet sind. Eine Außenfläche 8 des Abrasivelementes 2 weist eine durch ein Wasserstrahlschneidverfahren hergestellte oder durch Was- serstrahlen behandelte Anschnittfläche 8 auf, die aus der Oberfläche hervorstehende durch das Wasserstrahlschneidver- fahren oder durch die Wasserstrahlbehandlung teilweise freigelegte Diamantkristalle 6 aufweist.

Zur Herstellung eines solchen Abrasivelementes 2 wird gemäß Fig. 2 zunächst ein Sinterkörper 12 mit der Sinterme- tallmatrix 4 und den eingebetteten Diamantkristallen 6 her- gestellt. Anschließend wird der Sinterkörper 12 durch ein Wasserstrahlschneidverfahren entlang der gezeigten Schnitt- linie S1 in zwei Teile getrennt, die je für sich ein Abra- sivelement 2, 2'bilden, die jeweils eine Schnittfläche 8, 10 aufweisen. Die in der Schnittlinie SI liegenden Diamant- kristalle 6 werden in der Regel in einem der beiden Abra- sivelemente 2, 2'verbleiben und somit aus der betreffenden Anschnittfläche 8,10 hervorstehen, da beim Wasserstrahl- schneiden das weichere Metall bevorzugt herausgelöst wird, die Diamanten jedoch aufgrund ihrer größeren Härte und Ver- schleißfestigkeit von dem Wasserstrahl praktisch nicht be- einflusst werden. Die in Fig. 2 gezeigte Schnittlinie Si ist gerade ausgeführt, so dass sich ebene Anschnittflächen 8,10 bilden.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird der Sinterkörper 12 durch eine wellenförmige Schnittlinie S2 in zwei Abrasivelemente 11, 11'unterteilt, die entsprechend jeweils gewellte bzw. wellenförmige Anschnittflächen 14,16 mit konvexen Bereichen 18 und konkaven Bereichen 17 aufwei- sen. Hierdurch wird die Flächenpressung erhöht. Auch bei dieser Ausführungsform ragt ein Teil der in der Schnittli- nie S2 liegenden Diamantkristalle 6 nach dem Schneidvorgang aus der betreffenden Anschnittfläche heraus. Insgesamt er- gibt sich dadurch ein weiter verbessertes Anschnittverhal- ten. Ein derartiges gutes Anschnittverhalten wird insbeson- dere durch hervorstehende Diamantkristalle in den konvexen, d. h. nach außen gewölbten Bereichen 18 erreicht.