DE1066161B - Rollenbohrmeißel mit großem Durchmesser - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES M&m< PATENTAMT

kl.5 a 23/20

INTERNAT. KL. E 21

AUSLEGESCHRIFT 1066161

£14 C H 31333 VI/5a

ANMELDETAG: 10. O KTO BER 1957

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 1. O KT O B E R 1959

Die Erfindung betrifft einen Rollenmeißel-Bohrkopf mit einer Mehrzahl lösbar miteinander verbundener Abschnitte, die aufeinanderfolgend nach rückwärts vom vorderen Ende des Bohrkopfes versetzt sind und zunehmende Ouermaße aufweisen, wobei jeder der Abschnitte ein oder mehrere rotierende Schneidwerkzeuge trägt.

Die Erfindung geht von einem bekannten Bohrkopf aus, bei dem die rotierenden, aus Scheiben bestehenden Schneidwerkzeuge auf dem Umfang zylindrischer Trägerkörper angeordnet sind. Diese Trägerkörper weisen nach rückwärts vom Bohrkopfende einen zunehmenden Durchmesser auf und sind zentral ineinandergeschraubt. Dieser bekannte Bohrkopf erzeugt mit seinem vorderen Ende ein relativ kleines Loch, das dann aufeinanderfolgend durch die am Umfang der Tragkörper angeordneten Schneidwerkzeuge stufenweise aufgeweitet wird. Beim Aufbohren müssen die Schneidwerkzeuge sowohl die Schulterfläche der Aufbohrung als auch die Wandung zerkleinern. Da sich die Wand und die Schulter gegenseitig abstützen und an den Stirnflächen der Bohrkopfschultern keine Schneidwerkzeuge vorgesehen sind, bedeutet dies, daß die Schneidwerkzeuge einem schnellen Verschleiß ausgesetzt sind und oft erneuert werden müssen. Außerdem ist ein schnelles Bohren mit dieser bekannten Einrichtung nicht möglich. Hinzu kommen die Verlustzeiten, die durch häufiges Wechseln der Werkzeuge entstehen.

Es sind noch mehrere andere Bohrkopfausführungen mit den eingangs erwähnten Merkmalen bekannt, die jedoch durchweg zunächst ein Führungsloch bohren, das dann nachfolgend stufenweise aufgebohrt wird. Diese bekannten Bohrköpfe weisen die gleichen vorstehend beschriebenen Mängel auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen. Es soll ein Bohrkopf geschaffen werden, der nur stirnseitig schneidet und eine stumpfwinklige Kegelfläche am Boden des Bohrloches erzeugt, die im wesentlichen glatt verläuft. Der Bohrkopf soll weiterhin so ausgebildet sein, daß einmal eine beliebige Anzahl von Schneidwerkzeugen daran in beliebigen Winkeln anbringbar ist und daß er zum anderen zum Bohren von Brunnen, Schächten, Tunneln, Stollen usw. geeignet und ohne Schwierigkeiten auf verschieden große Bohrungsdurchmesser einstellbar ist.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schneidwerkzeuge an den vorderen Stirnflächen der entsprechenden Abschnitte in so angeordneten und eine solche Länge aufweisenden Lagerkörpern gehalten sind, daß die von den Schneidwerkzeugen erzeugten Schnittflächen eine im wesentlichen zusammenhängende, der gesamten Querschnittsfläche Rollenbohrmeißel mit großem Durchmesser

Anmelder:

Hughes Tool Company, Houston, Tex. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. K. Boehmert und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte, Bremen 1, Feldstr. 24

George Weldon Baur, Pasadena, Tex.,

und Erwin Angle Morlan, Houston, Tex. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

des Bohrloches entsprechende Bodenfläche bilden, und daß durch Entfernen eines oder mehrerer die Schneid-

werkzeuge tragenden Abschnitte Bohrlöcher verschieden großer Durchmesser herstellbar sind.

Vorzugsweise ist die Anordnung dabei so getroffen, daß die Abschnitte im wesentlichen plattenförmig ausgebildet und so übereinander angeordnet sind, daß

sie eine gestufte Stirnfläche des Bohrkopfes bilden.

Zweckmäßig ist weiterhin der Bohrkopf mit einem Sammel- bzw. Verteilerrohrstutzen versehen, der sich von der vorderen Stirnfläche des Bohrkopfes aus erstreckt und mit einem Bohrgestängerohr verbind-

bar ist.

Vorzugsweise ist die Anordnung dabei so getroffen, daß die untere Bohrfläche des Bohrkopfes einen mittleren Flächenteil und einen oder mehrere gegenüber dem mittleren Teil nach rückwärts versetzte und

diesen umgebende ringförmige Flächenteile aufweist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden Teil der Beschreibung an Hand von Zeichnungen beschrieben. Von den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform

eines Bohrwerkzeugs gemäß der Erfindung, das in einer Stellung gezeigt ist, in welcher es den Boden eines Bohrloches bearbeitet, wobei die Schneidelemente der Schneidwerkzeuge der einfacheren Darstellung halber nicht gezeigt sind,

Fig. 2 den in Fig. 1 gezeigten Bauteil, von unten gesehen,

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht, aus welcher die Befestigungsweise der Schneidwerkzeugbauteile am Bohrkopf ersichtlich ist,

Fig. 4 einen Radialschnitt durch den Bohrkopf, wobei Teile der nicht in der Schnittebene liegenden Schneidwerkzeuge in die Schnittebene vorgerückt sind, und

Fig. 5 A, SB und 5C Gruppen von drehbaren Schneidwerkzeugen, die in,, die Ebene der Zeichnung vorgerückt sind, um zu zeigen, daß verhältnismäßig wenige Typen von Schneidwerkzeugen benötigt werden.

Die als Ganzes mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Bohrkopfanordnung umfaßt einen Rohrstutzen 12 und einen Bohrkopf 13, an welchem die einzelnen Schneidwerkzeugbauteile 14 befestigt sind. Rohrstutzen 12 und Bohrkopf 13 sind zu einem einheitlichen Bauteil vereinigt. Dieser einheitliche Bauteil ist in geeigneter Weise, "beispielsweise durch eine Flanschverbindung 21, an einem Bohrgestängerohr 20 befestigt. Der Bohrkopf 13 ist mit dem unteren Ende des Rohrstutzens 12 durch eine Flanschverbindung 22 verbunden.

Der Bohrkopf 13 besteht aus einem zapfenartigen Ansatz 23, der an seinem unteren Ende mit einer sich radial nach außen erstreckenden durchgehenden Platte oder einer Flanschplatte 24 versehen ist, die den Kern des Bohrkopfaufbaus darstellt. Unterhalb dieser Platte 24 sind absatzweise kleiner werdende Platten 25 und 26 angeordnet. Oberhalb der Platte 24 befinden sich absatzweise im Durchmesser zunehmende Platten 27 und 28. Die Schneidwerkzeugbauteile 14 sind an ihren zugehörigen Platten 24 bis 28 mittels Befestigungsschrauben 30 befestigt, deren Köpfe durch fluchtende Öffnungen 31 in den sich überlappenden Platten zugänglich sind. Die entsprechenden Öffnungen der Platten, an denen die Schneidwerkzeugbauteile direkt befestigt sind, sind mit Einsenkungen 32 (Fig. 4) versehen.

Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, werden vorzugsweise mehrere Befestigungsschrauben, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind es drei, verwendet, um eine Halterung 35 eines drehbaren Schneidwerkzeugs an ihrer zugehörigen Platte zu befestigen. Die übereinanderliegenden Platten sind in entsprechender Weise durch Befestigungsschrauben 33 befestigt, die im wesentlichen auf demselben Kreis 34 (Fig. 3) wie die Befestigungsschrauben 30 liegen, aber zwischen den Befestigungsstelien der Halterungen angeordnet sind. Zwei dieser Befestigungsschrauben 30 sind in gestrichelten Linien in Fig. 1 gezeigt. Die Befestigung der Halterung an den Platten und der Platten aneinander kann jedoch auch anders vorgenommen werden.

Jeder Schneidwerkzeugbauteil besteht aus einer in Senkrechtstellung des Bohrwerkzeugs nach unten gerichteten Halterung, welche mit einem in der Zeichnung nicht gezeigten, nach innen und unten gerichteten Achsstummel versehen ist, auf dem das mit 36 bezeichnete Schneidwerkzeug angeordnet ist. Die Lagerung der Schneidwerkzeuge ,36 ist üblicher Bauart und daher nicht gezeigt.

Es wird darauf hingewiesen, daß bei der bisher beschriebenen Bauart alle Halterungen 35 von gleicher Größe sind und jeder der Halterungen an ihrem oberen Ende eine waagerechte Fläche besitzt, welche der Unterseite der ihr zugehörigen Platte entsprechend ausgebildet ist.

Um das Bohrklein von dem Boden des Bohrloches zu entfernen, ist der Rohrstutzen 12 mit einer Anzahl von sich nach unten und atißen erstreckenden Zweigleitungen 40 versehen, an w.elchen mittels der Verbindungsstücke 42 Rohrleitungen 41 angeschlossen sind, die sich durch die Platten des Bohrkopfes hindurcherstrecken. Mittels durch das Bohrgestängerohr 20 und die Leitungen 40 und 41 hindurchgepumpter Spülflüssigkeit kann das Bohrklein von dem Bohrlochboden um das Bohrgestänge herum an die Oberfläche gespült werden. Andererseits kann die Spülflüssigkeit auch an den unteren Enden der Leitungen 41 eintreten und das Bohrklein durch das Bohrgestängerohr 20 an die Oberfläche spülen. Der Pfeil 43 zeigt die beiden innerhalb des Bohrgestängerohrs möglichen Strömungsrichtungen an.

Wenn nur eine Bohrung von 0,75 m Durchmesser gebohrt werden soll, werden die Platten 27 und 28 und die an ihnen befestigten Schneidwerkzeuge nicht benötigt. Durch Hinzufügen der Platte 27 mit den zugehörigen Schneidwerkzeugen wird der Durchmesser der Bohrfläche auf 1 m erhöht, wobei der Durchmesser durch Hinzufügen der Platte 28 und der dieser Platte zugehörigen Schneidwerkzeuge auf 1,25 m erhöht werden kann. Diese Größenverhältnisse sind lediglich als Ausführungsbeispiele gegeben und können beliebig geändert werden.

Es ist ersichtlich, daß bei Entfernung der Platte 28 ein anderer Rohrstutzen 12 verwendet werden muß, bei dem die Anzahl der Leitungen 40 und deren Anas Ordnungen dem verringerten Durchmesser des Bohrkopfes angepaßt ist. Das gleiche gilt natürlich, wenn auch die Platte 27 mit ihren zugehörigen Schneidwerkzeugen entfernt werden soll.

Um auch mit Bohrausrüstungen arbeiten zu können, bei denen zum Erzielen einer guten Schneidwirkung keine große Gewichtsbelastung der Werkzeuge möglich ist, ist es wichtig, daß die Schneidelemente der Schneidwerkzeuge 36 so angeordnet sind, daß der Boden der Bohrung von ihnen bestrichen wird, wobei aber nur eine beschränkte Schneidwerkzeugfläche jeweils mit dem Boden Berührung hat. Dies wird durch die neue bauliche Anordnung möglich gemacht, bei der Schneidwerkzeuge von verhältnismäßig kleinem Durchmesser verwendet werden können. Um die Reparaturkosten so klein wie möglich zu halten, ist es ferner wichtig, daß nur eine geringstmögliche Anzahl von Schneidwerkzeugtypen verwendet wird. Auch dies läßt sich bei der neuen Anordnung ermöglichen, bei der beispielsweise nur sechs Typen von Schneidwerkzeugen bzw. Schneidkegelformen verwendet werden, die mit den Bezugszeichen 1 bis 6 bezeichnet sind. Im unteren Teil der Fig. 4 ist gezeigt, wie die Schneidelemente oder Zähne der verschiedenen Schneidwerkzeuge miteinander am Boden des Bohrloches zusammenarbeiten. Die Art der Gruppierung der Schneidwerkzeuge in einzelnen Gruppen, von denen jede einen ringförmigen Streifen bearbeitet, ist aus Fig. 2 zu ersehen. Der am weitesten innenliegende Streifen xvird von dem Schneidkegel 1 bearbeitet. Schneidkegel der Typen 2 und 3 bearbeiten den nächstfolgenden Streifen, und Gruppen von Schneidkegeln der Typen 4 und 5 werden zum Bearbeiten der drei äußersten Ringstreifen verwendet, wobei zu der äußersten Gruppe noch ein Schneidkegel des Typs 6 gehört. Die Art der Gruppierung ist deutlich in den senkrecht fluchtend angeordneten Fig. 5 A, 5 B, 5 C dargestellt. Diese Figuren zeigen die gesamte Anordnung aller Schneidelemente an den verwendeten Schneidkegeln und veranschaulichen, wie die in Fig. 4 unten gezeigte Art der Bodenbestreichung durch die Schneidelemente zustande kommt.

Die Wirkungsweise des neuen Bohrmeißels ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung. Es sei lediglich bemerkt, daß der Bohrmeißel an dem Bohrgestängerohr 20 befestigt wird und ihm über dieses

Gestängerohr eine genügend große Drehkraft und eine genügend große axial gerichtete Kraft mitgeteilt wird, um die Schneidwerkzeuge mit gutem Wirkungsgrad zu betätigen. Der Bohrvorgang kann in horizontaler, vertikaler oder schräger Richtung vor sich gehen, je nachdem, ob ein Tunnel, ein Bohrloch oder ein Stollen getrieben werden soll.

Während des Bohrvorgangs wird dem Bohrmeißel Spülflüssigkeit zugeführt, um das Bohrklein aus der Bearbeitungszone zu entfernen. Die hierfür erforderliehe Spülflüssigkeit kann durch das Gestängerohr 20 zugeführt werden. Andererseits kann auch eine Umkehrspülung verwendet werden, bei welcher Flüssigkeit um das Bohrgestänge herum nach unten und dann durch die Leitungen 41 und 40 und das Innere des Gestängerohrs 20 zur Oberfläche gepumpt wird. Die Umkehrspülung kann auch durch eine mit dem Gestängerohr 20 verbundene Absaugeeinrichtung bewirkt werden.

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Rollenmeißel-Bohrkopf mit einer Mehrzahl lösbar miteinander verbundener Abschnitte, die aufeinanderfolgend nach rückwärts vom vorderen Ende des Bohrkopfes versetzt sind und zunehmende Quermaße aufweisen, wobei jeder der Abschnitte eine oder mehrere rotierende Schneidwerkzeuge trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidwerkzeuge (36) an den vorderen Stirnflächen der entsprechenden Abschnitte (24 bis 28) in so angeordneten und eine solche Länge aufweisenden Lagerkörpern (35) gehalten sind, daß die von den Schneidwerkzeugen bearbeiteten Schnittflächen zusammen eine im wesentlichen zusammenhängende, der gesamten Querschnittsfläche des Bohrloches entsprechende Bodenfläche bilden, und daß durch Entfernen eines oder mehrerer die Schneidwerkzeuge tragender Abschnitte Bohrlöcher verschieden großer Durchmesser herstellbar sind.

2. Rollenmeißel-Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (24 bis 28) im wesentlichen eine Plattenform aufweisen und so übereinander angeordnet sind, daß sie eine gestufte Stirnfläche des Bohrkopfes (13) bilden.

3. Rollenmeißel-Bohrkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (13) mit einem Sammel- bzw. Verteilerrohrstutzen (12, 40, 41) versehen ist, der sich von der vorderen Stirnfläche des Bohrkopfes aus erstreckt und mit einem Bohrgestängerohr (20) verbindbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 339 305;
USA.-Patentschriften Nr. 1 747 909, 2 703 698.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 630/55 9.