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Neben Fischschwanzmeisseln mit flacher Schneide hat man beim Rotarybohren auch schon sogenannte Spitzmeissel mit mehr oder weniger geneigt liegenden, geradlinig verlaufenden Schneiden verwendet, deren von der Drehachse entfernt liegende Teile der Spitze nacheilen. Allen diesen Drehbohrmeisseln ist jedoch der Nachteil gemeinsam, dass die Sehneidenteilehen mit zunehmender Entfernung von der Drehachse zu einer immer grösser werdenden Arbeitsleistung beim Bohren herangezogen werden. Hiedurch ergab sich ein ausserordentlich grosser Verschleiss der Meissel, die schon nach kurzer Bohrzeit aus dem Bohrloch herausgezogen werden mussten, um mit einer neuen Hartmetallarmierung versehen zu werden. Alle diese Nachteile werden durch die nach der Erfindung vorgeschlagene Meisselform vermieden.
Der erfindungsgemässe Blattmeissel für Drehbohranlagen kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, dass die Schneidenkanten in der Nähe der Drehachse kleine Krümmungsradien besitzen, die sich mit zunehmender Entfernung von der Drehachse vergrössern. Hiedurch wird die spezifische Zerspanungsarbeit und damit der Verschleiss des Meissels über die ganze Ausdehnung der Schneiden nahezu gleichmässig verteilt.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen erläutert.
Fig. 1 stellt einen normalen Fischschwanzmeissel mit flacher Schneide und Hartmetallbesatz dar. Fig. 2 zeigt einen ebenfalls bekannten Fischsehwanzmeissel mit etwas vorgezogenen Schneiden.
Fig. 3 stellt den unteren Teil eines bekannten Drehbohrmeissels mit vielfach abgesetzter und vorgezogener Schneide dar, während in den Fig. 4-6 ein Drehbohrmeissel nach der Erfindung dargestellt ist. Fig. 7 zeigt Kurven des spezifischen Verschleisses verschiedener Meisselschneidenformen. Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung in Ansicht. Die Fig. 9-11 zeigen einen weiteren Meissel nach der Erfindung in Ansicht, Seitenansicht und Querschnitt.
Bei den Meisselformen nach den Fig. 1-3 zeigt sich schon nach kurzer Bohrzeit eine starke Abnutzung der Ecken e, welche die grösste spezifische Zerspanungsarbeit zu leisten haben, während diese in der Drehachse theoretisch gleich Null ist.
Bei dem Meissel nach der Erfindung gemäss den Fig. 4-6 besitzen die Schneidenkanten in der Nähe der Drehachse 1 kleine Krümmungsradien, welche sich mit zunehmender Entfernung von der Drehachse bis zu einem Höchstbetrag an der Stelle der grössten Meisselbreite 2 vergrössern. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen liegen die Schneidenkanten, wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich ist, in der Mantelfläche eines Paraboloids oder paraboloidähnliehen Rotationskörpers. Das Verhältnis der durch die Linier, B angedeuteten grössten Meisselbreite zur Höhe des durch die Linie 0, n bestimmten, von den Schneidkanten umschlossenen Paraboloidabschnittes ist dabei kleiner als l : 1, u. zw. etwa 1 : 1-5.
Dieser Meissel ist vor allen Dingen für härtere Gebirgsschichten bestimmt, während der Meissel nach der Erfindung bei milderem Gebirge auch derart bemessen sein kann, dass dieses Verhältnis] : 1 oder grösser ist. Sind die Schneidenkanten stufenförmig abgesetzt, so liegen die Spitzen der einzelnen Stufen zweckmässig in der Mantelfläche des durch die Linie A, D, B eingeschlossenen Paraboloids oder paraboloidähnliehen Rotationskörpers, wie dies auf der linken Seite der Fig. 4 angedeutet ist.
Untersuchungen haben ergeben, dass bei gleichem Gesamtbohrdruck alle Schneidenformen pro Zentimeter Schneidenlänge den gleichen spezifischen Normaldruck erhalten, ganz gleich, ob es sich um die in den Fig. 1-4 dargestellte Schneidenform oder um einen Spitzmeissel handelt. Dagegen ergibt sich für verschiedene Meisselschneidenformen eine spezifische Zerspanungsarbeit pro Meissel-
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umdrehung, wie sie in Fig. 7 für einen normalen Fisehschwanzmeissel nach Fig. 1, einen nicht gezeichneten Spitzmeissel und einen Meissel nach Fig. 4 dargestellt ist, u. zw. ist für letztere eine Parabelform zugrunde gelegt, bei der einmal das Verhältnis Meisseldurchmesser zu Länge der Parabel wie 1 : 2 und einmal wie 1 : 1 besteht.
Hiebei stellt die Linie g, f, k den Bohrlochdurchmesser dar, während die Ordinaten die in den verschiedenen Entfernungen von der Drehachse/- auftretenden spezifischen Zerspannungsarbeiten darstellen.
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Hieraus geht hervor, dass die spezifische Zerspanungsarbeit, welche mit dem Verschleiss der Schneide gleichgesetzt werden kann, bei einem Meissel mit spitzer Schneidenform kleiner ist als mit flacher Schneide und bei einem Meissel mit parabolischer Schneide kleiner als mit spitzer Schneide. Noch kleiner wird die spezifische Zerspanungsarbeit der parabolischen Schneide bei einem Ver-
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Es ist weiter aus Fig. 7 zu ersehen, dass bei parabolischer Schneidenform bei einem Verhältnis kleiner als 1 : 1 auf grosse Teile der Schneidenbreite ein gleichbleibender kleinerer Verschleiss eintritt, der erst in der Nähe der Drehachse kleiner und in der Drehachse selbst theoretisch gleich Null wird.
Hienaeh genügt es, wenn an den den waagrechten Ästen der Kurve 0, t, t, p entsprechenden Stellen der Parabel eine gleichmässig breite und starke Hartmetallschicht aufgetragen wird. Der auftretende Verschleiss der Schneide verändert dabei die Parabelform des Meissels, welche dem Kurvenverlauf bis zur Biegung der Kurve nach unten entspricht, nicht, sondern verlegt nur die Parabelform entgegen der Vorschubrichtung nach oben, so dass sie nicht vom Bohrschmied oder vom Sehweisser neu hergerichtet zu werden braucht. Ferner kann hiedurch, wenn der Hartmetallbesatz breit genug
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Schneidenform ungünstig verändert. Er braucht daher weniger oft gewechselt zu werden. Das macht sich besonders bei tiefen Bohrlöchern durch höhere Bohrleistungen stark bemerkbar, da z.
B. ein Meisselwechsel aus 1500 M Tiefe 6-8 Stunden dauert.
Durch den Vorschlag der Erfindung wurde also eine Schneidenform gefunden, die nicht nur den bisher stark dem Verschleiss unterworfenen Schneidenstellen einem weit geringeren Verschleiss unterwirft, sondern auch dem weitaus grössten Teil der gesamten Schneide durch selbsttätige Einhaltung der ursprünglich gegebenen Form einen gleichmässigeren und geringeren Verschleiss bringt, wodurch der Meissel befähigt wird, längere Bohrmärsche zu vollbringen. Die Erfahrung hat ferner gezeigt, dass der Bohrfortschritt pro Meisselumdrehung nicht geringer geworden ist, so dass neben den viel geringer gewordenen Kosten für die Aufarbeitung gebrauchter Meissel noch ein grösserer Bohrfortschritt erzielt wird.
Um ausser der Schneidwirkung auch die für manche Gebirgsarten vorteilhafte Brechwirkung zu erhalten, kann die Parabelform auch durch Ausschnitte unterbrochen werden, wie in Fig. 4 punktiert gezeichnet.
Um die aus Fig. 7 in und in nächster Nähe der Drehachse ersichtliche geringe Arbeitsleistung
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geführt werden. Die abgebohrten Gebirgsteilchen werden vom Spülstrom mitgerissen und wirken bei ihrer Richtungsumkehrung in der Nähe der Drehachse des Meissels wie Geschosse auf die Bohrlochwand und helfen dort mit Arbeit leisten.
Bei dem Ausführungsbeispiele nach Fig. 6 liegen die Schneidenkanten des Meissels ebenfalls in der Mantelfläche eines durch die Linie cl, D, B begrenzten paraboloidähnlichen Rotationskörpers, während das Verhältnis der grössten Meisselbreite A, B zur Höhe des Paraboloidabschnittes C, D etwas kleiner als das gemäss Fig. 4 ist und sich dem Verhältnis von 1 : 1 nähert. Da, wie aus den Darstellungen der Fig. 7 ersichtlich, der Meissel in unmittelbarer Nähe der Drehachse keine Bohrarbeit leistet, ist er nach Fig. 8 mit einer mittleren Aussparung 3 versehen, die zentrisch zur Drehachse 1 angeordnet ist.
Die Breite a dieser Aussparung beträgt dabei nur einen Bruchteil ihrer Höhe und ist grösser als der halbe Parameter des Paraboloids, auf dem die Sehneidenkanten liegen. Anders ausgedrückt, ist die
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und es hat sich durch Versuche in der Praxis herausgestellt, dass diese Bemessung der mittleren Aussprung 3 den zunächst auf der Bohrlochsohle stehenbleibenden Gesteinskern mit Sicherheit zum Abbrechen bringt. Die Wahl der Breite der Aussparung. 3 zwischen 6 und 35% der grössten Meisselbreite A, B richtet sich nach der Härte der Gebirgssehichten. Mit 4 ist ein Hartmetallbesatz bezeichnet, welcher auf den Schneidenkanten angeordnet wird.
Bei dem Ausführungsbeispiele nach den Fig. 9-11 ist die mittlere Aussparung 3 derart ausgebildet, dass sie sich nach oben hin in ihrem Teil 5 konisch und einseitig schräg zur Bohrachse nach oben erweitert, wodurch das Abbrechen des zentralen Gesteinkerns erleichtert wird. Die Schneidenkanten sind ebenfalls mit einem Hartmetallbesatz 4 versehen, welcher mit seinen Spitzen 6 im neuen Zustand des Meissels über die parabelähnliche Linie j'l, D, B der Schneidenkanten hervorsteht. Wie
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aus Fig. 9 ersichtlich, ist der Hartmetallbesatz 4 des rechten Meisspiflügels 7 gegenüber dem Hartmetallbesatz des linken Meisselflügels 8 versetzt angeordnet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Blattmeissel für Drehbohranlagen, bei dem die von der Drehachse entfernten Teile der Schneidenkanten der Meisselspitze nacheilen und auf einer gekrümmten Linie liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidenkanten in der Nähe der Drehachse kleine Krümmungsradien besitzen, die sich mit zunehmender Entfernung von der Drehachse bis zur Parallelität zur Drehachse stetig in gleichem
Sinne vergrössern.