DE1783083C3 - Tiefbohrwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tiefbohrwerkzeug mit wenigstens einer Meißelrolle, die gegenüber einem sie lagernden Zapfen abgedichtet und mit einem Schmiermittelreservoir verbunden ist, das einen darin angeordneten Druckkompensator enthält, durch den das Reservoir in einen mit dem Schmiermittel füllbaren, mit der Lagerung der Meißelrolle über einen Durchlaß verbundenen und einen zu dem Bohrloch hin offenen Bereich unterteilt und der in dem Reservoir ii, Richtung auf beide Bereiche beweglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bisher nicht gelöstes Problem zu beheben, das bei Schmiersystemen für Rollenmeißel auftritt, bei denen eine die Lagerung einer Meißelrolle wirksam abdichtende Dichtung sowie eine Kompensiereinrichtung zum Ausgleichen einer Druckdifferenz vorgesehen sind, die zwischen dem an der dem Bohrschlamm ausgesetzten Außenseite und dem an der dem Schmiermittel ausgesetzten Innenseite der Dichtung herrschenden Druck besteht. Derartige Tiefbohrwerkzeuge stellen eine verhältnismäßig neue Entwicklung dar, da die herkömmlichen Werkzeuge im allgemeinen mit anders arbeitenden Schmiersysteinen versehen sind.

Bei den in der eingangs erwähnten Weise geschmierten Bohrwerkzeugen, die seit einigen Jahren verwendet werden, weist das Schmiersystem als Dichtung einen gummiüberzogenen Belleville-Federring auf, der an der Hinlerseite der Meißclrolle angeordnet ist und Gieitberührtng mit sich radial erstreckenden !"lachen des MciBelkopfsehenkels und der Meißelroile hat. Der vom Schmiermittel ausgefüllte Raum umfaßt den ganzen Lagerraum zwischen Meißelrolle und Lagerzapfen, ein Schmiermitlelreservoir innerhalb des Meißelkopfes ode:- eines seiner Schenkel und die das Reservoir mit den zwischen Lagerzapfen und Meißelroile verbindenden Durchlässe. Das mit einem üblicherweise aus hochviskosem Petroleumfeit bestehenden Schmiermittel gefüllte Reservoir ist an seinem einen Ende durch einen Kompensator in Form einer federnd nachgiebigen Membran, beispielsweise einer in sich selbst gefalteten Gummimanschette, verschlossen. Ein sehr zufriedenstellend arbeitender Kompensator hat die Form einer an einem Ende offenen und am anderen Ende geschlossenen zylindrischen Hülle, deren offenes Ende einen an der Wand des Reservoirs befestigten Ringflansch hat. Der Kompensator wird in seine in sich gefaltete Ausgangsstellung dadurch überführt, daß man das geschlossene Ende der Hülle in deren offenes Ende hinsindrückt, so daß ein doppelwandiger Zylinder entsteht. Wenn beim Bohren Schmiermittel verbraucht wird, entfaltet sich die Innenwand, da ihre äußere, nicht mit dem Schmiermittel in Berührung stehende Fläche von dem an der Außenseite des Werkzeugs herrschenden Druck beaufschlagt ist. Da der Kompensator flexibel ist, überträgt er den außerhalb des Werkzeugs vorhandenen Bohrschlammdruck auf das Schmiermittel so daß an der Schmiermittelseite der Dichtung der gleiche Druck herrscht wie an der dem Bohrschlamm oder der Bohrflüssigkeit ausgesetzten Seite der Dichtung.

Insbesondere bei der Verwendung von erst kürzlic';-einwickelten Dichtungen in Form von Packungsringci VOi verschiedener Querschnittsform, beispielsweise O-Ringform. haben sich Sch··* A'rigkeiten ergeben. Be derartigen Dichtungsringen, bei denen nur sehr wenij Schmierstoff an den Dichtungen auslecken kann, zeigt* sich, daß der Kompensator gelegentlich nach hintei durch die öffnung hindurch gestoßen wurde. Dies führti häufig dazu, daß der Kompensator durch Berührung mi der Kante der öffnung zerrissen wurde, so dal

Bohrflüssigkeit und Bohrklein in das Reservoir gelangten und sich mit dem Schmiermittel vermischten. Falls dieser Mischvorgang längere Zeit andauerie, dann verdrängten die Bohrflüssigkeit und das Bohrklein schließlich das Schmiermittel aus dem Reservoir, s Hierdurch würde die Lagerung lange vor dem Ende ihrer normalen Lebensdauer unbrauchbar werden.

Diese vorerwähnte Schwierigkeit beruhte nicht auf der thermischen Ausdehnung des Schmiermitteis als Folge hoher Temperaturen am Bohrlcchboden, die manchmal mehrere 100^uC über der Temperatur an der Erdoberfläche liegen können; denn dieser Faktor war bereits dadurch berücksichtigt, daß das Reservoir nicht vollständig mit Schmiermittel gefüllt wurde, so daß Raum für eine solche Ausdehnung des Schmiermittels vorhanden war. Aus irgendeinem unbekannten Grunde, der nicht allein in der thermischen Ausdehnung zu suchen war, entstand daher im Lager ein Druck, der höher als der Bohrflüssigkeitsdruck am unteren Ende des Bohrloches war.

Da die Dichtung ohne erhebliche Leckage arbeitete, konnte dieser Überdruck auch nicht darauf beruhen, daß Bohrflüssigkeit durch die Dichtung in die Lagerung gelangte, so daß angenommen wurde, daß die Ursacne der Schwierigkeit im Schmiermitte! selbst liegen müsse. Bei mit Schmiermittelzufuhr arbeitenden Tiefbohrwerk zeugen hatte man gelegentlich bereits bei Versagen des Kompensator festgestellt, daß das im Reservoir verbliebene Schmiermittel schaumig war, weil es sich mit irgendeinem Gas vermischt hatte. Chemische Untersuchungen zeigten, daß das Gas aus einer Mischung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere Methan, Äthan und Propan bestand.

Da diese Gase beim Einbringen des Werkzeugs in das Bohrloch nicht im Reservoir vorhanden waren und es äußerst unwahrscheinlich war, daß sie beim Bohrvorgang aus der Bohrformation in das Reservoir gelangten, schloß man, daß sie aus dem Schmiermittel herrührten. Anscheinend zersetzt sich oder spaltet sich das Schmiermittel bei den außerordentlich hohen Drücken .jo und/oder Temperaturen, denen es an den Lagerflächen ausgesetzt ist. Die im Schmiermittel vor sich gehenden Änderungen sind den bei der Raffination und beim Cracken von Rohöl eintretenden Vorgängen ähnlich, bei denen eine Vielzahl von organischen, gasförmigen, flüssigen und festen Verbindungen und Mischungen entsteht, wobei die Gase aufgrund ihres größeren Volumens am unangenehmsten sind. Obwohl diese; Vorgang innerhalb des Werkzeugs nur sehr langsam vor sich geht und anscheinend niemals zur Zersetzung eines, größeren Teils des Schmierfetts führen dürft=, nimmt er doch ein solches Ausmaß an, daß ein gefährlicher Überdruck entsteht.

Die Erfindung liegt nun nicht nur in der Lösung des auftretenden Problems, sondern auch in der Erkenntnis, ss daß das vorhandene Problem so dringlich war. daß es gelöst werden mußte. Von vielen Fachleuten war angenommen worden, daß die Kompensatoren beim Ziehen des Bohrstrangs aus dem Bohrloch und nicht beim eigentlichen Bohrvorgang zu Brucl, gegani·.·;. 1.■, seien, wobei sie darauf hinweisen, daß die hohen Di uckc an der Bohrlochsohle die sich bildenden Gase au! en geringes Volumen zusammengepreßt halten würder und diese Gase sich erst ausdehnten, wenn das Werkzeug beim Ziehen des Gestänges nach und nach <v. 'τ-Bereich geringerer Bohrlochdrücke gelange. Wen; ,ü m so wäre, würde nur ein geringes Bedürfnis fü: den Erfindungsgegenstand vorhanden sein; denn Tiefbohrwerkzeuge verbleiben in der Kegel auf der Bohrlochsohle, bis ihre Schneiden völlig verschlissen sind. Für den Fall, daß der Kompensator während des Bohrvor gangs funktionsfähig bleibt, ist eine Lösung des Problems überhaupt nicht erlorderlich. Der Erfindung liegt dagegen die entgegengesetzte Schlußfolgerung zugrunde, daß der Kompensator beim Bohrvorgang /11 Bruch geht. Diese Folgerung beruht auf der Beobachtung, daß die Lagertemperaturen in Tiefbohrwerkzeugen sehr hoch, und zwar wesentlich höher als die bereits sehr hohen, an der Sohle eines tiefen Bohrloches herrschenden Temperaturen werden; diese hohen Temperaturen verursachen neben der thermischen Ausdehnung des Schmiermittels eine derart hohe Ausdehnung der bei der Zersetzung derselben entstehenden Stoffe, daß die hohen Drücke an der Bohrlochsohle überwunden werden. Diese Ansicht wurde durch Untersuchtingen von Bohrwerkzeugen, bei denen durch Versagen der Kompensatoren Bohrflüssigkeit und Bohrklein in die Lager gelangt war, bekräftigt, da aus der Art des Verschleißes geschlossen werden mußte, daß die Kompensatoren lange vor dem Stillsetzen des Werkzeugs versagt hatten. Einige dieser Werkzeuge waren auch mit Bohrschlamm gefüllt und enthielter, keine .Schmiermittel mehr, was nur dann eintreten konnte, wenn der Kompensator bereits an der Bohrlochsohle zu Bruch gegangen war.

Es wurde ferner erkannt, daß ein an sich nicht naheliegendes Problem sich daraus ergab, daß die obenerwähnten Packungsringe bessere Abdiehteigenschaften aufwiesen. Während die vor Einführung dieser Packungsringe vorzugsweise als Dichtung verwendeter! Federringe ähnlich Rückschlagventilen arbeiten, indem sie das Auslecken von genügend großen Schmiermittel· mengen gestatteten, so daß für gewöhnlich in dem uiin Schmiermittel eingenommenen Raum kein Druck entstehen konnte, hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von O-ivingen praktisch keine Leckage von Schmiermittel auftritt. Viele Fachleute waren zunächst skeptisch und bezweifelten, daß derartige Dichtungen bei Tiefbohrwerkzeugen so wirkungsvoll sein könnten, aber neuere Untersuchungen haben gezeigt, daß diese Λ;ι von Dichtungen sehr zuverlässig ist und daher auch besonders von dem Überdruckproblem berührt wird.

Nachdem das Problem erkannt war, war seine Lösung nicht schwierig. Verschiedene Mittel konnten verwendet werden, um ein Ausblasen des Kompensator durch seine öffnung zu verhüten, beispielsweise das Einsetzen einer Metallplatte in die Gummimanschette oder das Anbringen von feinem Maschendraht in der öffnung Diese Lösungen waren aber ungeeignet, weil man bei ihnen von der Forderung abging, daß an beiden Seiter der Dichtung der gleiche Druck herrschen soll, denn be diesen Lösungen tritt tatsächlich ein Druckabfall an der Dichtung auf, der leicht ein solches Ausmaß annehmet könnte, daß die Dichtung in die feinen, zwischen der Rollenmeißeln und dem Meißelkopf vorhandener Spalte hincingedrückt würde, wodurch sie schnei zerstört worden wäre. Ebensowenig war die Möglich (■••ι; gegeben, den y;jm Λ,,··.lehnen des Schmiermittel: im Reservoir vorgesehen-!· Raum /ti vergrößern, d; dadurch der für da¹ schmiermittel zur Verfugutn stehende Raum wen·, r ·ι·: ringen worden ware. De nichi iv.'t Sehiniermitte' /11 lullende Raum konnte auci nicht annähernd ausreichend genau berechnet werden da TemperiMur und Druck .-m Lager sich in Abhängig keit von der Betriebszeil des Bohrwerkzeugs um) de· Bohrlochtiefe ändern, so daß ein für gewisse Beiricbsbe

dingungen geeignetes Ausdehnungsvolumen für andere Betriebsbedingungen ungeeignet war.

Erfindungsgemäß wird nun die oben definierte Aufgabe dadurch gelöst, daß ein den mit dem Schmiermittel füllbaren Bereich des Reservoirs mit dem Bohrloch verbindendes Niedcrdruckentlastungsventil vorgesehen ist, durch welches eine öffnung vom mit Schmiermittel füllbarcn Bereich des Reservoirs zum Bohrloch hin freigebbar und in umgekehrter Richtung gesperrt gehalten ist.

Als einzige für alle Bohrlochticfen geeignete Lösung hat sich die Entlüftung des Schmiermittelsystems über eine nur in einer Richtung wirksame Entlüftungsöffnung erwiesen, d. h. ein den Schniicrmittelraum mit dem das Bohrwerkzeug außen umgebenden Raum verbindender Durchlaß, in dem ein Nicderdruckcntlastungsvcntil angeordnet ist, das das Eindringen von Bohrflüssigkeit und Bohrklein in das Schmiermittel verhindert. Bei Verwendung eines solchen Entlastungsventil kann das Reservoir vollständig mit Schmiermittel gefüllt werden, und ein Berechnen von Volumina fällt fort. Es ist vielmehr sichergestellt, daß kein übermäßiger Druckabfall an der Dichtung auftreten kann, ganz gleich, wie tief das Bohrloch ist, und daß ausreichend Schmierstoff zur Schmierung der Lager über die ganze Lebensdauer des Bohrwerkzeugs zur Verfügung steht. Bei Verwendung eines solchen Ventils können auch andere Kompcnsatorbauarten, die sich nicht durch die Entlüftungsöffnung hindurchdrückcn lassen, verwendet werden, beispielsweise die vorerwähnte Anordnung einer Metallplatte oder eines feinen Maschendrahtes oder selbst ein Kompensator in Form eines Gleitkolbens. Der Konstrukteur kann also derartige Bauteile verwenden, ohne sich damit zu befassen, ob die Möglichkeit einer Überdruckbildung innerhalb des Werkzeugs besteht, da das Ventil sich bereits bei niedrigen Drücken öffnet, um unerwünscht hohen Druckdifferenzen vorzubeugen.

Der Fachmann konnte dem Stand der Technik keine Anlegung zur erfindungsgcmäßcn Lösung des Problems der Sehniicrmitteliuisdehnung entnehmen, /war ist es beispielsweise durch die DT-AS 12 17W)O bereits grundsätzlich bekannt, den Schmiermittelbereich eines Reservoirs bei Rollenmeißeln über ein Ventil mit dem Bohrloch zu verbinden, jedoch öffnet dieses Ventil nur in Richtung auf den Schmicrniiltelbereich hin und hält den umgekehrten Weg verschlossen. Diesem bekannten Ventil kommt somit die entgegengesetzte Funktion bezüglich des erfindungsgemällcn Prinzips zu. Des weiteren ist es aus den DS-PS JO 07 750 und J2 JO 020 bekannt, gewisse Druekseliwankungen im Schmiernuttelreservoir diidtitch aufzufangen, dall man die Wandung des Reservoirs nachgiebig ausbildet. Vermutlich ist auch (Ins der Erfindung zugrunde liegende Problem der Schiuiermittelaiisilehnung mil den dort beschriebenen Reservoiren gleichfalls zu lösen, weil deren dehnbare Reservoirwllndi' ohne weiteres in der Lage sein dürften, einen durch das Entgasen des Sihnimiermillels entstehenden inneren Überdruck aufzunehmen. Iu den genannten Druckschriften ist aber nicht die Schmiermitleleiitgastiiig, sondern im wesentlichen nur der sich aus dun Vibrationen der Bohrvorrichtung ergebende fiber druck iincesproclien. Darüber hinaus handelt es sich nicht um Reservoire mit frei schwimmenden Drtickkonipensntoren, mif welche die der Erfindung zugrunde liegende Problemiilik nbt;cs(ullt ist,

Ein bevorzugtes Aiisführiingsbeispiel der Erfindung ist im folgenden Teil der Beschreibung an Hand der Zeichnung beschrieben, luden Zeichnungen ist:

Eig. I ein senkrechter Teilschnitt durch einen Meißeikopfschcnkcl. der in der erfindungsgemäßen Weise mit einem Entlastungsventil versehen ist;

I" i g. 2 eine in vergrößertem Maßstab gezeigte, das Ventil enthaltende Teilansicht der Fi g. 1;

F ig. 3 eine Draufsicht auf das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Ventil;

F i g. 4 ein senkrechter Teilschnitt durch einen Meißelkopfschenkcl mit einer in Wälzlagern gelagerten Meißelrolle; und

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht der Stelle des in Fig. 4 gezeigten Mcißelkopfschcnkcls, an der das Ventil angeordnet ist.

In der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigenden F i g. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen Teil eines üblichen, am unteren Ende eines Bohrstrangs befestigten Meißelkopfes. Der an diesem Teil des Meißelkopfes angeordnete Schenkel 3 weist einen mit ihm aus einem Stück bestehenden, zur Drehachse 5 de? Mcißclkopfes nach unten und innen geneigten Lagerzapfen 4 auf, auf dem das im folgenden als Meißclrolle bezeichnete Schneidwerkzeug 7 gelagert ist, das, sich um die Achse 8 des Zapfens 4 drehend, am Boden des Bohrlochs abrollt, wenn der Bohrmeißel durch das Gestänge um die Achse 5 gedreht wird. Der einfacheren Darstellung halber sind die an den konischen Flächen 9,10 und 11 der Rolle vorgesehenen Schneidzähne und das auf die Maßflächc 12 aufgetragene Vcrsehlcißmatcrial nicht gezeigt. Die Meißclrolle kann auch mit Schncidcinsätzcn aus Wolframkarbid versehen sein, deren Spitzen aus den vorerwähnten Flächen der Rolle vorstehen.

Der in dieser Figur gezeigte Lagerzapfen 4 bildet ein Gleitlager, das so ausgebildet ist, daß sich die Meißelrolle nicht axial in ihm bewegen kann. Dies wird durch eine am Zapfen vorgesehene vorspringende Lippe 14 erreicht, die in eine Ringnut 15 der Rolle einfaßt. Das Lager ist an seiner den Bohrdruck nicht übertragenden Seite mit einer Schrägflächc Id versehen, so daß ein Spalt 17 gebildet wird, der nur so groß ist. dall die Rolle, wenn sie bei ihrem Aufbringen auf den Zapfen entlang der Fläche 16 gleitet, gerade noch an der Lippe 14 vorbeigeht, wenn diese mit der Ringnut 15 annähernd ausgerichtet ist. Anschließend wird die Rolle so gekippt, daß die Lippe in die Ringnut einfallt und Meillelrolle und Lagerzapfen koaxial ausgerichtet sind. Der Einbnuvorgang wird dann dadurch abgeschlossen, dall man einen Verriegelungsstift 19 in fluchtende Bohrungen des Meillelschenkels, des Lagerzapfens und der Rolle einbringt und diesen Stift durch eine Schweillunc 20 sichert. Der Stift 19, der verhindert, dull sich die Rolle in der ihrer Einbnuriehtuug entgegenge setzten Richtung schräg stellen kann, muli entfernt werden, bevor die Rolle vom Meißelkopf abgenommen werden kann.

Als Dichtung 22 wird ein O-Ring verwendet, der in einer rechtwinkligen Ausnehmung an der hinteren Seile der Rolle 7 sitzt und an dem I .agefziipfen 4 nahe dessen Verbindungsstelle mit dein Schenke! 3 anliegt. Pit Dichtung besteht vorzugsweise aus Kiinstgummi odci einem Kunststoff von geeigneter Puioineter-I latte. Zm Erzielung einer wirksamen Abdichtung muH ilic Ztisaniniendi'ückiing des O- Rings größer sein als die vor ilen Herstellern von O-Ringen für reine Prehbeanspni chuiig empfohlene Zusnmmendrüekiing.

Das im Drehbohrmeißel vorgesehene Reservoir 25 is mit dem Spalt 17 am Lagerzpafen 4 durch an ihm Enden untereinander in Verbindung stehende Durchlas

se, nämlich 26 im Schenkel .3, 27 im Stift 19 und 28 im Lagerzapfen 4 verbunden. Das obere FCn de des Reservoirs ist durch eine starre mit einem Dichtungsring 28 versehene Kappe 24 verschlossen, die von einem in eine Nut des Meißelkopfes einfassenden Seegerring s 27 gehalten wird. Das untere Finde des Reservoirs hat eine untere öffnung 29. Der Kompensator 30 für das Schmiermittel ist durch einen in eine Ringnut der Reservoirwand einfassenden Seegerring 33 an dieser Wand festgelegt. Der Kompensator ist in voll ausgezogenen Linien in seiner Einbaustclhing gezeigt, in der seine Wandung 3t nach innen dadurch umgcfaltct ist, daß man sein Ende 32 in Richtung auf die Öffnung 29 drückt. Wenn das meiste Schmiermittel aufgebraucht ist. nimmt der Kompensator die gestrichelt gezeigte Stellung 30' ein.

Das erfindungsgemäße Ventil 35 sitzt in einem in einer sich vom Reservoir zur Außenseite des Meißels erstreckenden Durchlaß 38. durch Hartlöten oder auf andere Weise befestigt. In den I'ig. 2 und 3 ist das gleiche Ventil 35 ohne Verwendung eines Gehäuses dirckl im Durchlaß 38 eingeschraubt. Das Ventil ist ein übliches für Automobil- oder Eahrradschläuchc verwendetes Ventil. Es besteht im wesentlichen aus einem rohrförmigen Körper 41, dessen oberes, mit einem Gewinde versehenes Ende 42 einen Einschnitt 43 für ein Befestigungswerkzeug aufweist. Das Ventil hat ferner einen sich verjüngenden Mittelabschnitt 45 mit einer ringförmigen konischen Gummidichtung 46 und einen unteren zylindrischen Mantelabschnitt 47, der in einem schmalen konischen Abschnitt 48 endet. Ein Ventilschaft

50 von kleinerem Durchmesser als der des axialen Durchlasses des Ventilkörpers erstreckt sich vollständig durch diesen Körper hindurch. Eine am Ende ties Schafts 50 starr befestigte Kappe 51 hat eine einen Sit/ für den unteren konischen Endabschnitl 48 bildende Ausnehmung /ur Aufnahme eines ringförmigen (ium mikörpers 5 5, tier als Dichtung wirkt, wenn die Kappe

51 in Anlage am Endabschniti 48 durch die Druckfeder

52 nach oben bewegt wird. Das untere Ende der Feder liegt an einer inneren Schulter ties Venlilkörpers an, und tlas obere tier l'eder drückt gegen eine Verdickung ties Ventilsehafles50.

Das Ventil 35 ist ein Rückschlagventil, daß sich bei einem Druckunterschied von 1,1 bis IA kg/cm·' öffnet .(s und das Reservoir entlastet, wenn sich in ihm ein höher als tliese Werte liegender Druck aufgebaut hat. Das geschlossene Ende M ties Kompensator kann, wie ge/eigl, in seiner Mitte etwas verdickt sein, um sicherzustellen, diiU tins Ventil imspncht, bevor dieses ν Ende durch die Öffnung 24 gestoßen wird. Die llauiirt ties Ventils ist nicht von Wichtigkeit, solange es als ein /wischen dem Schmiermittel und tier Außenseile ties Meißels eingeschaltetes Niederiliuckrücksehlagventil wirkt, daß eine Strömung nach luißeu gestattet, aber ■>*> eine Strömung in tier enlgegcngesei/len Richtung blockiert.

Die Lage ties Venlils isl von Wichtigkeit. Is kann beispielsweise tlie in I·' i g. I bevorzugte I ,agc, aber auch tlie in Γ ig. Λ und ^r> scheiualisch IiH tlas Ventil 15' (<« ge/eigle Luge hüben, wenn tier Kompensator in tier tlorl gc/cigicn Wt ist- angeordnet ist. Pns in diesen Figuren gc/ciglc Werk/eng unterscheidet sich von tier bevoivuglcn Auslühningsform dadurch, daß tlie Meißel rolle durch Wälzlager 61 und (»2 gelagert isl, tlie in tleii ^M ge/eiglen, miteinander uusgcriehlcicn Laufflächen des Lagerzapfens 4' und tier Rolle 7' angeordnet sind. Die als Verriegelung für dir Meißelrolle dienenden Kugeln 61 werden durch die Bohrung 63 eingeführt und in ihren Laufflächen durch den Stift 64 und die Schweißung 65 gehalten. Das Schmiermittel fließt den Lagern vom Reservoir 25' über Durchlässe 26', 66 und 67 zu, von denen sich der letztere durch den Lagerzapfen 4' oder Vt)Ui Durchlaß 66 über einen nicht gezeigten Durchlaß um das innere Ende des Stifts 64 herum /ur Lauffläche der Kugeln erstrecken kann. Das Ventil 35', das dem Ventil 35 nach E ig. 1 bis j entsprechen kann, ist vorzugsweise im Schenkel 3' so angeordnet, daß sein eines Ende am Durchlaß 26' und sein mit der Kappe 51 versehenes Ende dem Bohrschlamm ausgesetzt ist, der sich in dem den Meißel umgebenden Ringraum befindet.

Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß der Kompensator 30" im Vergleich zu den Fig. 1 bis 3 entgegengesetzt angeordnet und am offenen Ende des hier als Sackloch ausgeführten Reservoirs 25' mittels des üblichen Scegcrringcs 27' befestigt ist. der nicht nur den Kompensator dadurch festhält, daß er dessen !"lausch 68 und den mit diesem verbundenem Versteifungsring 69 gegen eine Schulter des Mcißclkopfcs 2' drückt, sondern auch die Kappe 70 in ihrer Stellung hält. Diese Kappe hat Öffnungen 71 und 72, über welche die Außenseite des Kompensator dem Druck des außerhalb des Meißels befindlichen Bohrsehlamms ausgesetzt ist.

Bei der in den I" ig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsform ist ferner zwischen parallelen Radialflächen des Schenkels 3' und der Meißclrolle T eine Dichtung 75 vorgesehen. Dh tliese federnden Ringdichtungen 75 so konstruiert sind, tlaß eine geringe Schmicrmittelnienge unter der äußeren Lippe des Dichtungsrings und durch den Spalt zwischen dem Außendurchmesser tier Dichtung und der diesem benachbarten Axialfläche der Meißelrolle austritt, arbeiten sie ähnlich wie Rückschlagventile. Nichtsdestoweniger ist auch bei Meißeln mit solchen Dichtungen tlas gleiche Übertlruckproblem vorhanden, und Beschädigungen ties Kompensator sind aufgetreten, so tlaß sich auch bei auf diese Weise abgedichteten Rollenmeißeln der Einbau tier erfindungsgemäßen Enilastimgsventile günstig auswirkt. Das Ventil 35 oder 35' sollte vorzugsweise in tier tlargesiellen Weise angeordnet sein, damit tlas äußere Ernie ties Durchlasses sich so nahe als möglich an tier Öffnung 29 oder 71 ties Reservoirs befinden kann. Der (Ίrund hierfür ergibt sich aus tier Wirkungsweise ties Systems beim Absenken ties Werk/eii|'s in tlas Bohrloch oder beim Anheben ties Werkzeugs aus dem Bohrloch. Beim Einrühren ties Bohrstrangs kann tier Druck an tier Gabelung ties MctUelkopfcs. in deren Bereich die Öffnung 29 tier E ig, I liegt, /eilweise um ca. 7 kg/cm·' höher als tier Druck in dem ilen Meißel umgehenden Rmgriium sein. Wenn das in I i g. I ge/eigle Ventil in tlie Slelliing ties Ventils JV nach I i g. 4 und ^r> verlegt werden würde, wobei die Öffnung in ihrer in Fig. I ge/eiglen Stellung verbleiben würde, dann würde ein wesentlicher Druckunterschied um Ventil voihander sein und dessen Öllneu vcruiSachen können. Schmier mittel könnte dann herausgedrückt werden; möglicher weise das gesinnte Schmiermiiiel, wenn tlas Nietlerbrin gen ties Werkzeugs auf tlie BoIn lochsohle genügciu /eil in Anspruch nehmen würde. Ähnliche I rwllgungci sprechen dafür, tlaß die in I ig.'i ge/cigle Anordnuii) vorzugsweise nicht dadurch geändert werden solllcdal. mim tins Ventil in die in Fig. I gezeigte Stellung in tlei (iabelung verlegt, wenn mau tlie Druckausübung auf da! Reservoir in tier ge/eiglen Weise beibehält.

Is gibt indessen viele Abmessungen von Bohistriin

70!tn:iti/M

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gen und viele Variationsmöglichkeiten in der Handhabung eines Strangs einer bestimmten Abmessung. Man kann nicht mit Sicherheit voraussagen, daß der vorerwähnte Druckunterschied /wischen Ringraum und Gabelung groß genug sein wird, um ein öffnen des Ventils dann hervorzurufen, wenn sein Auslaß und tue Kompensatoröffnung in diesen beiden verschiedenen Bereichen angeordnet sind. Hin Bohrstrang wird notwendigerweise absatzweise abgesenkt oder angehoben, weil nach kurzen Bewegungen ein oder zwei oder drei Rohrabschnitte an der Erdoberfläche angefügt oder abgenommen werden und Bohrmannschaften unterschiedlich schnell arbeiten. Die Absenk- und Anhebungsgeschwindigkeit bestimmt weitgehend die Größe des Druckunterschieds, wobei auch andere Faktoren, wie der Durchmesser der Rohrflansche und der Zustand des Bohrlochs, eine Rolle spielen. Wenn die Rohrflansche einen größeren Abstand von der Bohrlochwand haben und das Bohrpersonal bei der Bewegung des Strangs verhältnismäßig vorsichtig vorgeht, mag kein erheblicher Druckunterschied zwischen verschiedenen Stellen des Meißclkopfes auftreten, so daß der Auslaß des Ventils ohne Gefährdung der Sicherheit einen größeren Abstand von der Öffnung haben kann.

Auch für den Konstrukteur eines Bohrwerkzeugs und für die mit der Meißelherstellung befaßten Fcitigungsleute muß genügend Spielraum bezüglich der Anbringung des Ventils verbleiben. Für den Konstrukteur kann es bequemer sein, das Ventil im Ringraum und die Drucköffnung für ilen Kompensator in der Gabelung oder umgekehrt anzuordnen, während der I lersteller es betriebsmäßig vorziehen kann, diese Öffnungen mit erheblichem Abstand voneinander anzuordnen.

Aus ilen angeführten Gründen kann es von der Konstruktion her wünschenswert sein, ilen Ventilauslaß und die Dnicköffnung für ilen Kompensator in Teilen lies Meißels oder in anderen Teilen des Bohrstrangs anzuordnen, die einander nicht benachbart sind, so daß, wenn diese Teile bei der Axialbewegung lies Werkzeugs im Bohrloch vorübergehenden Druekunierschieilen ausgesetzt weiden, es sicherer ist, ein Ventil vor/iisciion, das bei etwas höheren Drücken, beispielsweise bei ),^r) IO,^r>k>:/cm'öri'net.

Abgesehen von diesen Vorsichlsmaßnahmen können die anderen dargestellten Bauteile ohne Beeinlrächti-HiIiIH des l'.rl'inilungsgedankens erheblich variiert werden. Der Kompensator nach l'ig. I kann die in Fig. ■! gezeigte, umgedrehte Anordnung haben, wobei das Ventil vorzugsweise ebenfalls in die in I i g. 4 gezeigte Stellung versetzt wird, ohne daß das Schmiersystem dadurch beeinträchtigt wird. Der in F i g. 1 gezeigte Dichtungsring kann durch eine Bellevil-Ie-Federung nach F" i g. 4 ersetzt werden, obwohl diese Art von Dichtung nicht so wirksam wie ein Dichtungsring und die Verwendung eines Fntlastungsvcntils bei Verwendung eines Federrings nicht so dringlich ist. Ferner sei erwähnt, daß die Anwendung der Erfindung

ίο nicht von der Art der Lagerung der Rollenmeißel beeinflußt wird, so daß die bei der einen dargestellten Ausführungsform verwendeten Lager auch bei der anderen Ausführunsform verwendet werden können. Das Schmiersystem, einschließlich des Kompensator, kann von den gezeigten Anordnungen abweichen. Es müssen lediglich ein Schmiermittelreservoir, welches entweder im Meißel oder Bohrrohrstrang angeordnet sein kann, ferner eine Verbindungsleitung zwischen Reservoir und Lagern, eine nach außen führende Öffnung am Reservoir und ein Kompensator in Form eines zwischen dieser öffnung und dem Schmiermittel angeordneten, flexiblen oder beweglichen Körpers vorhanden sein. Der letztgenannte Körper kann irgendeine Membran oder ein Kolben oder dergleichen sein, der den Druck des Bohrschlamms auf das im Reservoir befindliche Schmiermittel überträgt.

Zusammengefaßt sei festgestellt, daß Kompensatoren in abgedichteten, mit Druckausgleich arbeitenden Schmiersystemen für Rollenmeißel Beschädigungen zeigten, als deren Ursache eine insbesondere auf eine wärmebedingte Volumenvergrößerung des Schmiermittels beruhende Druckerhöhung im Schmiermittel angesehen wurde, anscheinend deshalb, weil das Schmiermittel in Tiefbohrungen extrem hohen Lager-

.VS drücken und Lageriemperaturen ausgesetzt ist. Der Frfinder hat erkannt, daß dieser t!beistand nicht durch eine Änderung der Meißelabdichtung oder durch eine Änderung der Kompensatoranordnung, sondern durch den zusätzlichen Finbau eines Niederdruckentlastungs-

·»» venlils einfacher Bauart in einen sich von dem mil .Schmiermittel gefüllten Teil des Reservoirs nach außen erstreckenden Durchlaß behoben werden kann, wobei das Ausladende dieses Durchlasses an irgendeiner, vorzugsweise aber einer nahe der Dnicköffnung für den

4.1 Kompensator befindlichen Stelle liegt oder an irgendeiner anderen Stelle, an der der Druck zu jeder Zeil im wesentlichen gleich dem Druck an der Außenseite dieser Öffnung ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. Paieniansprüche:

   !.Tiefbohrwerkzeug mil wenigstens einer Meißelrolle, die gegenüber einem sie lagernden Zapfen abgedichtet und mit einem Schmiermittelresurvoir verbunden ist, das einen darin angeordneten Druckkompensator enthält, durch den das Reservoir in einen mit dem Schmiermittel füllbaren, mit der Lagerung der Meißelrolle über einen Durchlaß verbundenen und einen zu dem Bohrloch hin offenen Bereich unterteilt und der in dem Reservoir in Richtung auf beide Bereiche beweglich ist, d a durch gekennzeichnet, daß ein den mit dem Schmiermittel füllbaren Bereich des Reservoirs (25, 25') mit dem Bohrloch verbindendes Niederdruckentlastungsventil (35, 35') vorgesehen ist, durch welches eine öffnung vom mit Schmiermittel füllbaren Bereich des Reservoirs (25, 25') zum Bohrloch hin freigebbar und in umgekehrter Richtung gesperrt gehalten ist.
2. 2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (35, 35') in einem sich durch das Werkzeug erstreckenden Durchlaß angeordnet ist, dessen Einlaßende mit dem Reservoir (25, 25') verbunden und dessen Auslaßende an der Außenseite des Werkzeugs angeordnet ist.
3. 3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßende des das Entlastungsventil aufnehmenden Durchlasses (38) und die öffnung (29) des Reservoirs (25) zum Bohrloch hin in der Gabelung des Meißelkopfes (2, 2') angeordnet Sind.
4. 4. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßende des das Ventil (35') aufnehmenden Durchlasses und das äußere Ende der öffnung (71) des Reservoirs (25') zum Bohrloch hin an der dem zwischen Werkzeug und Bohrlochwand befindlichen Ringraum zugekehrten Seile des Meißelkopfes angeordnet sind.
5. 5. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßende des das Ventil (35') aufnehmenden Durchlasses und das äußere Ende der Öffnung (71) des Reservoirs (25') zum Bohrloch hin in der Außenwand des Schenkels (3') des Meißelkop- 4s fes angeordnet sind.
6. 6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßende des das Ventil (35, 35') aufnehmenden Durchlasses (38) und das äußere Ende der Öffnung (29, 71) des .so Reservoirs (25, 25') dem gleichen Außendruck ausgesetzt angeordnet sind.
7. 7. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittelreservoir (25, 25') innerhalb des Meißelkopfes (2,2') a.igeordnet ist. '
8. 8. Werkzeug nach Anspruch 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittelreservoir in dem mit dem Meißclkopf verbundenen Rohrstrani angeordnet ist. or»
9. 9. Werkzeug nach einem de vorliergi-hciiden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensator (30, 30") ein flexibler Körper ist, der zun Vorschub der im Reservoir enthaltenen Schmiermittelmenge ausdehnbar ist. ^