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Bohrkopf für Tiefbohrungen.
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Bohrkopfes und den Sehneidkopf im Schnitt. Fig. 3 zeigt einen lotrechten Teilschnitt einer abgeänderten Ausführungsform des Bohrkopfes.
Fig. 1 zeigt einen vollständig montierten Bohrkopf mit einem Schaftteil11, der in die Bohr- hülse 12 am Ende eines Bohrgestänges, das den Bohrer dreht, eingeschraubt ist. Am unteren Ende des Schaftes 11 ist ein geneigter Lagerteil befestigt, der in seiner Gesamtheit mit 15 bezeichnet ist und dessen Achse. A-i unter einem Winkel 14 gegen die Achse B-B des Schaftes geneigt ist, welch letztere normalerweise lotrecht ist. Der in seiner Gesamtheit mit 18 bezeichnete Schneidkopf ist drehbar auf
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nimmt. Die inneren Flächen des Körpers 20 ergänzen sich mit den Flächen des Lagers 15, so dass der Sehneidkopf relativ zum Schafte um die Achse -. drehbar ist.
Das Äussere des Schneidkopfkörpers ist mit einer Mehrzahl von schneidenden Rippen 19 versehen, die eine beliebige Form aufweisen können.
Der Schaft 11 endigt in einen zylindrischen Teil, dessen Oberfläche 21 einen Teil des Lagers 15 bildet. Am Ende dieses zylindrischen Teiles ist der Schaft ausgebohrt und mit einem Gewinde versehen, um ein konisches Drucklager oder einen solchen Zapfen 22 aufzunehmen, der in die Bohrung hineingesehraubt wird. Der obere Teil des Druckkegels hat bei 2. 3 eine zylindrische Oberfläche von gleichem Durchmesser wie die Fläche 21, deren Fortsetzung sie bildet. Diese Zylinderfläche ist jener
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übergeht. Der Teil 24 dient zur Aufnahme des Axialschubes in der Richtung. A-i. Der Schaft kann mit dem Drucklager auch aus einem Stück bestehen, vorzugsweise ist jedoch der konische Lagerteil abnehmbar, so dass er, wenn abgenutzt, leicht ausgewechselt werden kann.
Der Schneidkopf 18 wird auf das Lager axial aufgeschoben und gegen Entfernen durch Verriegelungseinrichtungen gesichert. Diese bestehen aus einer Mehrzahl von Kugeln 28 innerhalb eines
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ringförmige Nut 30 im Teil 20 gebildet wird. Der Durchmesser dieser Kugeln ist etwas kleiner als die gesamte Kanalbreite, so dass sie nicht als Lagerteile wirken, aber eine Bewegung des Schneidkopfes in der Längsrichtung des Lagers verhindern, ausser jener Bewegung, die durch die Abmessungen der Rinne. 30 gegeben ist. Es ist hervorzuheben, dass sich gemäss Fig. 1 die Rinne 30 über die Kugeln 2S hinaus erstreckt, so dass sich der Schneidkopf auf dem Lager nach abwärts von der Stellung gemäss Fig. 1 in jene gemäss Fig. 2 bewegen kann.
Um die Kugeln 28 in den Kanal einführen und aus diesem herausnehmen zu können, ist im Rande des Schneidkopfes eine nicht dargestellte Ausnehmung und in der Seitenfläche des Schaftes eine Ausnehmung 33 vorgesehen, durch welche die Kugeln frei hindurchgehen können, wenn diese beiden Ausnehmungen zur Deckung kommen. Die Kugeln werden im Kanal gehalten, indem das untere Ende der Ausnehmung 33 mit einem Füllstück 34 verschlossen wird, das
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Die Zirkulationsflüssigkeit wird in der Längsrichtung des Bohrkopfes durch einen Kanal zugeführt. Dieser Flüssigkeitskanal besteht aus einem Abschnitt 36 im Schaftkörper, von wo aus ein Teil der Flüssigkeit durch eine Düse 37 ausfliesst, um den oberen Teil des Schneidkopfes zu reinigen, und dem Abschnitt im konischen Lagerstüek 22.
Dieser letztere Abschnitt des Kanals besteht aus einem oberen Teil 38, der zweckmässig gerade und zylindrisch gestaltet ist, und aus einem unteren Teil. 39, der zweckmässig konisch ausgebildet ist. Der Endteil 39 erweitert sieh nach aussen in der Richtung der Strömung zu einem Mundstück innerhalb des becherförmigen Schneidkopfes. Durch dieses Mundstück tritt der Hauptstrom der Zirkulationsflüssigkeit ins Freie. Der Schneidkopfkörper 20 ist am Grunde mit einer Auslassmündung 42 versehen, die mit der Öffnung 40 gleichachsig angeordnet ist, um die Zir- kulationsflussigkeit in das Bohrloch eintreten zu lassen.
Die Öffnung 42 ist vorzugsweise kreisförmig wie die Öffnung 40, aber von kleinerem Durchmesser als diese, jedoch nicht kleiner als der Durchmesser des Abschnittes 38. Vorzugsweise fallen die Achsen der Kanäle 38, 39 und der Mündung 42 mit der Achse A-A zusammen.
Bei dieser Bauart bildet der Schneidkopfkörper eine ringförmige Wand um die Mündung 40, und diese Wand ist derart angeordnet, dass ihre Stirnfläche geneigt zum Flüssigkeitsstrom und im Wege des Umfangteiles des aus der genannten Mündung austretenden Flüssigkeitsstrahles liegt. Es wird daher dieser Randteil des Strahles bei 44 gegen diese ringförmige Wand aufprallen, die durch die Wandung des Schneidkopfkörpers gebildet wird.
Die Zirkulationsflüssigkeit wird durch den Schaftkanal unter hohem Druck zugeführt und bewegt sich mit verhältnismässig hoher Geschwindigkeit. Von diesen Eigenschaften wird Gebrauch gemacht, um die schweren Teilchen von abschleifendem Material, die von dem Flüssigkeitsstrom mitgeführt werden, aus einem Teil der Zirkulationsflüssigkeit auszusondern. Wenn sich die Zirkulationflüssigkeit durch den konischen Endteil des Kanals bewegt, verursacht der Flüssigkeitsdruck, dass der Strahl den konischen Kanal stets vollständig erfüllt, so dass die Querschnittsfläche des Strahles erweitert wird.
Die vom Flüssigkeitsstrom mitgeführten Schmutzteilchen und Fremdkörper haben jedoch eine grössere Dichte als die Flüssigkeit und, zufolge ihrer lebendigen Kraft, suchen sie sieh nach dem Verlassen der Öffnung 38 geradlinig weiterzubewegen, so dass diese schweren Teilchen hauptsächlich durch die Mündung 42 austreten, ohne den Körper des Schneidkopfes zu treffen. Da die Fremd-
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körperteilchen das Bestreben haben, sieh parallel zur Achse des konisehen Abschnittes, nicht aber radial zu bewegen, ist der Strahl in der Nähe der Wand dieses Endabschnittes des Flüssigkeitskanals verhältnismässig frei von Fremdkörpern und abschleifendem Material. Dieser Umfangsteil des Strahles trifft nun bei 44 auf die Wand des Körpers, die die Mündung 42 umgibt, auf.
Nach dem Auftreffen auf die Wand des Sehneidkopfes wird ein Teil dieser Flüssigkeit nach aufwärts abgelenkt, um das Lager zu umfliessen und dasselbe zu sehmieren und zu kühlen. Das Eindringen des Wassers in den Raum zwischen den Lagerflächen des Sehneidkopfes und des Druckzapfens wird erleichtert durch ein Spiel in der Längsrichtung des Schneidkopfkörpers längs des Lagers. Mit dem Fortschreiten des Bohrens bewirken die Unregelmässigkeiten der Bohrerbewegung die Bildung eines Spaltes bei 32 zwischen den beiden Lagerflächen, und das Schmiermittel kann dann sehr leicht eindringen.
Das Schmiermittel dringt dann längs der Zylinderflächen des Lagers hinauf, da der Sehneid- kopf mit genügend Spiel aufsitzt, um die Bewegung des Schmiermittels durch das Lager hindurch zu gestatten. Es ist hervorzuheben, dass das Schmiermittel dem Lager gleichmässig längs des gesamten Umfanges der Auslassdiise 40 zugeführt wird und nicht etwa auf einen oder zwei Punkte konzentriert ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Strömungsrichtung der nach abwärts strömenden Flüssigkeit beim Auftreffen auf die Ablenkfläehe, die durch den die Austrittsöffnung umgebenden Teil der Wandung des Schneidkopfes gebildet wird, durch diese Wand plötzlich geändert wird.
Hiebei wird ein Teil der Randpartien des Flüssigkeitsstromes nach aufwärts in den Raum zwischen dem Schneidkopf und dem Zapfen 22 abgelenkt, wobei der Winkel, um welchen dieser Teil des Flüssigkeitsstromes gegenüber seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt wird, grösser als 90 ist. Der Rest des Randteiles des Flüssigkeitsstromes, der auf die Ablenkfläche ringsum die Austrittsöffnung auftrifft, wird in einem Winkel nach innen gegen die Achse 4 abgelenkt, und diese Ablenkung verursacht die Zerstreuung des aus der Mündung 42 heraustretenden Strahles.
Es ist ferner ersichtlich, dass alle schweren Teilchen von festen Stoffen, die in dem Randteil des die ringförmige Ablenkfläche treffenden Stromes mitgeführt werden, leichter von jenem abgelenkten Teil des Stromes mitgeführt werden, der durch die Mündung 42 hindurchgeht, als dass sie um einen grösseren Winkel als 900 abgelenkt werden, um zwischen dem Schneidkopfkörper und der konischen Oberfläche des Zapfens 22 einzutreten. Diese Wirkungs-
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Flüssigkeit auszusondern, so dass das Lager zwangläufig und in vorteilhafter Weise durch von abschleifende Teilchen freie Flüssigkeit geschmiert wird. Das Lager nutzt sich daher langsamer ab und zeigt eine längere Lebensdauer als die bisher bekannten Konstruktionen.
Ein weiteres wichtiges Resultat hängt damit zusammen, dass ein Teil der Wand des Schneidkopfes im Wege des Umfangsteile des aus dem Kanalabschnitt : ; 9 kommenden Flüssigkeitsstromes liegt, da ein Teil des den Sehneidkopf treffenden Wassers durch die Öffnung 42 abgelenkt wird und den aus dieser Öffnung austretenden Hauptstrahl trifft. Dies hat zur Folge, dass der Strahl in einem viel weiteren Kegel zerstreut wird, als es durch den Endabschnitt. 39 allein verursacht werden würde.
Der derart in das Bohrloch eintretende Strahl erreicht alle Teile des Bohrloehgrundes, wobei die Flüssigkeit im Bohrloch heftig durehgewirbelt wird und die abgearbeiteten Teile in den nach aufwärts gerichteten Strom gehoben werden, der sie aus dem Bohrloch herausführt. Die Durehwirbelung und Bewegung der Flüssigkeit am Grunde des Bohrloches ist so ausgeprägt, dass beim Aufsteigen derselben um den Schneidkopfkörper dessen Zähne reingewaschen und von Ansammlungen freigehalten werden, die den Schneidkopf verlegen könnten.
Auf diese Weise wird der Schneidkopf ständig rein und im besten Sehneidezustand gehalten, und der Bohrlochgrund wird von Bohrteilen freigehalten, die sonst die Schneiderippen behindern würden, das Gestein in wirksamer Weise zu erreichen und weitere Teile abzuarbeiten. Es ergibt sich, dass die Bohrteile so rasch entfernt werden, als sie gebildet werden, wodurch die Geschwindigkeit des Schneidkopfes wesentlich erhöht und die Lebensdauer der Sehneidrippen verbessert wird, da sie nicht mehr durch die ständige Berührung mit Bohrteilen abgenutzt werden, nach dem diese Bohrteile von den Bohrlochwänden entfernt worden sind.
Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Schneidkopfes, bei dem das Schaftende
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drehbar gelagert ist. Die Ausführungsart der Zirkulationskanäle für die Flüssigkeit unterscheidet sich von der früher beschriebenen nur dadurch, dass der ganze Kanal-50 im konisehen Schneidkopflager 22 geradlinige Wände hat und denselben Durchmesser aufweist wie die Öffnung 40, die grösser als die Öffnung 42 ist. Wie vorstehend beschrieben, wird der Flüssigkeitsstrahl aus der Öffnung 40 austreten und sein Umfangsteil wird die Wandungen des Sehneidkopfes treffen, so dass ein Teil der Flüssigkeit um das Lager herum abgelenkt wird und als Schmiermittel wirkt.
Der Rückflusseffekt sucht die Fremdkörper auszusondern, und der wirbelige Ausfluss durch die Öffnung 42 weitet den Strahl zu einem breiten Kegel aus, der alle Teile des Bohrlochgrundes erreicht.
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