DE2112420B2 - Erweiterungsbohrkopf - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Erweiterungsbohrkopf mit Mittelwelle und einem an dieser befestigten Bohrkopfhauptteil mit mindestens zwei in verschiedenen Radialabständen von der Mittelwelle angeordneten Schneidstufen, die Schneidrollen tragen, wobei die Achsen der Schneidrollen der von der Mittelwelle entfernter liegenden Schneidstufen in Vortriebsrichtung unter einem stumpfen Winkel zur Mittelwelle hin geneigt sind.

Ein derartiger Bohrkopf ist aus der FR-PS 12 97 278 bekannt.

Die Anordnung der Schneidrollen in mehreren Stufen ist aus einer großen Zahl von Patentschriften bekannt, beispielsweise seien hier erwähnt die US-PS 32 85 355, die DE-AS 11 86 427, die DE-OS 14 83 819, das DE-Gm 19 64 704 oder die DE-AS 11 67 290.

Üblicherweise sind bei diesen Bohrköpfen die Schneidrollenachsen unter gleichen Winkeln zur Mittelwelle angeordnet, und zwar in Vortriebsrichtung unter einem stumpfen Winkel.

Aus der DE-AS 11 67 290 ist aber auch die Anordnung unter einem spitzen Winkel zur Mittelachse bekannt.

Bei Bohrköpfen großen Durchmessers und einer Anordnung der Schneidrollen in mehreren Stufen, d. h. Radialabständen von der Mittelwelle, war es bisher notwendig, die Schneidrollen, die nahe der Mittelwelle vorgesehen waren, kleiner auszubilden. Hierdurch traten aber unterschiedliche Verschleißzeiten auf, weil die kleineren Schneidrollen größeren Beanspruchungen unterlagen.

Um die Verschleißzeiten wenigstens einigermaßen gleich zu halten, wurden die Größen der Schneidrollen nicht zu unterschiedlich gewählt, wodurch sich aber die Notwendigkeit ergab, die Mittelwelle für die dieser am nächsten liegenden Rollen mit Ausnehmungen zu versehen. Hierdurch trat aber eine Schwächung der Mittelwelle ein.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Erweiterungsbohrkopf der eingangs genannten Art so auszubilden, daß weder unterschiedliche Verschleißzeiten auftreten noch Schwächungen der Mittelwelle hinzunehmen sind, so daß der Bohrkopf insgesamt stabiler, kompakter und leistungsfähiger ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Achsen der Schneidrollen der inneren .Schneidstufe in Vortriebsrichtung einen spitzen Winkel

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45 mit der Mittelwelle einschließen. Der Winkel soll dabei in einem Bereich von 45 bis 90°, vorzugsweise bei 57°, liegen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung konnten die Schneidrollen der inneren Schneidstufe gegenüber dem Stand der Technik wesentlich näher an der Mittelwelle angeordnet werden, ohne daß an dieser Ausnehmungen vorzusehen waren. Als weiterer Vorteil ergab sich durch diese Anordnung eine Stabilisierung beim Bohren.

Einzelheiten werden aus der folgenden Beschreibung des Erfindungsgegenstandes im Vergleich mit Bekanntem klar.

Fi g. 1 zeigt einen Bohrkopf bekannter Bauart,

Fig.2 ist eine Ansicht einer der kleinen, inneren Schneidrollen des Bohrkopfes von Fig. 1, deren Lagerung im Schnitt dargestellt ist.

F i g. 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Bohrkopf gemäß der Erfindung.

F i g. 4 ist eine Draufsicht auf den Bohrkopf von Fig. 3.

Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht einer der inneren Schneidrollen des Bohrkopfes gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Bohrkopf 10 von bekannter Bauart gezeigt. Die kleineren, inneren Schneidrollen 11,12 sind nahe der Mittelwelle 13 angeordnet und arbeiten als erste Schneidstufe. Es sind wenigstens zwei Schneidrollen vorhanden, um einen ausgewogenen Bohrkopf zu bilden und einen gleichmäßigen Bohrvorgang sicherzustellen. Die Schneidrollen 11, 12 werden durch Sattelstücke 14 und 15, die an der Mittelwelle 13 befestigt sind, gehalten. Die Sattelstücke 14, 15 ermöglichen eine leichte Herausnahme der Schneidrollen und den Einsatz neuer Rollen. Ein Beispiel für eine Ausbildung einer herausnehmbaren Schneidrolle und eines derartigen Sattelstücks zeigt die US-PS 32 03 492. Unterhalb der ersten Schneidstufe ist eine zweite Schneidstufe mit zwei großen Schneidrollen 16 und 17, die in Sattelstücken 18,19 gehalten sind, angeordnet.

Die Mittelwelle 13 erstreckt sich durch ein Leitloch mit einem etwas größeren Durchmesser als die Welle 13. Der Bohrkopf 10 wird von einer bekannten Anordnung in Drehung versetzt, wobei die Schneidrollen 11, 12, 16 und 17 zur Anlage mit der Erdschicht kommen und diese bei Bewegung des Bohrkopfes entlang dem Leitloch aufbrechen und zerkleinern. Die Schneidflächen der Schneidrollen 11, 12, 16 und 17 müssen über den gesamten Querschnitt des zu bohrenden Loches gehen, und die Satteistücke sowie andere Teile des Bohrkopfes dürfen nicht mit den zu bohrenden Erdschichten in Berührung kommen. Um das zu erreichen, müssen die inneren Schneidkanten 20, 21 der Schneidrollen 11, 12 so nahe wie möglich an der Mittelwelle 13 liegen und die Schneidrollen 16, 17 der zweiten Schneidstufe müssen mit ihren inneren Schneidkanten unterhalb der äußeren Schneidkanten der Rollen 11, 12 angeordnet sein. Hieraus ergibt sich folglich eine Beschränkung in der Größe der inneren Schneidrollen 11, 12 und die Mittelwelle muß eine Vertiefung oder Aussparung haben, um eine Anpassung der Rollen an die Satielstücke 14, 15 bzw. eine Aufnahme der Rollen zwischen diesen und der Mittelwelle zu ermöglichen.

In Fig. 2 ist die innere Schneidrolle 11 der ersten Schneidstufc in größerem Maßstab dargestellt. Um sicherzustellen, daß das Sattelstück 14 nicht mit der zu bohrenden Erdschicht in Berührung kommt, liegt die Achse 22 der Schneidrolle 11 unter einem Winkel θ zur Achse 23 der Mittelwelle 13. Der Winkel Θ muß größer

als 90° sein und liegt im allgemeinen im Bereich von 120—130°. Die Mittelwelle 13 muß eine Vertiefung 24 haben, um eine Anpassung an das Sattelstück 14 und die Schneidrolle 1! zu erreichen bzw. um die Schneidrolle 11 zwischen dem Sattelstück 14 und der Welle 13 selbst unter Erfüllung der oben genannten Bedingungen aufnehmen zu können. Die Vertiefung 24 schwächt natürlich die Mittelwelle 13 und ist insofern ungünstig und unerwünscht.

In Fig.3 ist ein Bohrkopf 25 gemäß der Erfindung dargestellt. Zwei innere Schneidrollen 26, 27 sind nahe der Mittelwelle 28 angeordnet. Dieses Schneidrollenpaar ist in einer anhand der Fig. 5 zu erläuternden Weise einwärts gerichtet. In der ersten Schneidstufe ist ein zweites Paar von Schneidrollen 29, 30 enthalten. Diese Schneidrollen 29, 30 sind in der üblichen Weise nach auswärts geneigt oder gerichtet, jedoch sind sie von der Mittelwelle 28 um eine ausreichende Entfernung abgesetzt, so daß die Schneidrollen 29,30 in ihren Sattelstücken aufgenommen werden kön-ien, ohne hierzu eine Vertiefung in der Mittelwelle 28 zu benötigen. Die Schneidrollen 31,32,33 und 34 bilden die zweite Schneidstufe in einer ähnlichen Weise, wie zu F i g. 1 beschrieben wurde.

Aus der Draufsicht auf den Bohrkopf in F i g. 4 ist zu erkennen, daß die inneren Schneidrollen 26, 27 auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelwelle 28 liegen und nach einwärts angeordnet sind. Das andere Paar der inneren Schneidrollen 29 und 30 der ersten Stufe ist von der Mittelwelle 28 nach außen gesetzt, und die Rollen 29, 30 sind nach auswärts geneigt angeordnet. Die zweite Stufe besteht aus den Schneidrollen 31,32,33,34 und ist unterhalb der anderen Schneidrollen mit Abstand zu diesen angeordnet, um einen ausgewogenen Bohrkopf zu erhalten. Es ist ersichtlich, daß beim Drehen des Bohrkopfes die Schneidrollen alle Abschnitte der zu bohrenden Erdschicht erfassen, wodurch ein gleichförmiger Bohrvorgang sichergestellt ist.

In Fig. 5 ist eine innere Schneidrolle 26 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Die Achse 35 der Schneidrolle 26 liegt unter einem Winkel Φ zur Achse 36 der Mittelwelle 28. Der Winkel Φ ist kleiner als 90° und hat im speziellen, gezeigten Fall 57°. Es ist klar, daß der Winkel Φ nicht 57° zu sein braucht. Im allgemeinen liegt er im Bereich von 45° bis 90°. Die Schneidrolle 26 hat die gleiche Größe wie die anderen Schneidrollen am Bohrkopf 25. Hierdurch erhält man alle Vorteile der Verwendung von großen Schneidrollen einschließlich der völligen Austauschbarkeit, der größeren Festigkeit und Stärke, der Wirtschaftlichkeit und des vergrößerten Schneidbereichs. Die Innenkante 37 der Schneidrolle 26 ist dicht an der Mittelwelle 28 gelegen, so daß sichergestellt ist, daß nur eine sehr kleine ungeschnittene Bodenschicht, wenn überhaupt, nahe der Mittelwelle bleibt. In den Fällen, da eine kleine ungeschnittene Bodenschicht zwischen der Innenkante 37 und der Welle 38 verbleibt, wird diese sehr viel leichter wegbrechen, als das bei der Verwendung eines Bohrkopfes bekannter Bauart der Fall ist, bei dem, wie Fig. 1 auch erkennen läßt, die ungeschnittene Schicht größer ist im Vergleich zu einem erfindjngsgemäßen

ίο Bohrkopf. Zusätzlich hat beim Bekannten die ungeschnittene Schicht eine größere Stütze von der darüber liegenden Erdschicht her, weil die Schneidrolle unter einem stumpfen Winkel zur Mittelwellenachse liegt. Das Sattelstück 38, das die Schneidrolle 26 trägt, ist dicht an der Mittelwelle 28 angeordnet, wobei zu seiner Aufnahme keine Vertiefung in dieser notwendig ist. Das hat zum Ergebnis, daß die Welle selbst stärker und im allgemeinen auch der Bohrkopf stärker, leistungsfähiger und kompakter ist als bei der bekannten Bauart.

Mit Bezug auf Fig.3 wird die Arbeitsweise des Bohrkopfes 25 erläutert. Der Bohrkopf 25 wird gedreht und entlang einer Leitbohrung in an sich bekannter Weise bewegt. Das erste, innere Schneidrollenpaar 26, 27 kommt mit den der Mittelwelle 28 zunächst

?"> gelegenen Erdschichten in Berührung und zerkleinert diese bei der Bewegung des Bohrkopfes entlang der Leitbohrung. Es ist klar, daß irgendeine Anzahl von Schneidrollen zur Ausführung dieses Vorganges verwendet werden kann. Der Bohrkopf soll ausgewogen

jo sein, um einen gleichmäßigen Bohrvorgang sicherzustellen, und hierfür soll eine Mehrzahl von Schneidrollen zum Einsatz kommen, die mit regelmäßigen Abständen um die Mittelwelle herum angeordnet sind. Das zweite, innere Schneidrollenpaar 29, 30 kommt mit den

J5 Erdschichten an einer Stelle, die einen Abstand von der Mittelwelle hat, in Berührung. Die Schneidrollen 29, 30 können in der üblichen Weise wie das im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnt wurde, nach außen geneigt sein. Die Rollen 29,30 zerkleinern bei der Bewegung des Bohrkopfes entlang der Leitbohrung die Erdschichten und schützen die die Schneidrollen 26, 27 tragenden Sattelstücke. Um einen ausgewogenen Bohrkopf zu erhalten, ist klar, daß eine Mehrzahl von Schneidrollen mit regelmäßigen Abständen zueinander, wie vorher

4^r> erwähnt wurde, zur Anwendung kommen kann. Die zweite Stufe der Schneidrollen mit den Rollen 31,32,33 und 34 folgt der ersten Stufe und erweitert das Loch auf den gewünschten Durchmesser. Selbstverständlich können mehr als zwei Stufen vorgesehen sein, wenn ein

■so noch größeres Loch erwünscht ist. Die zweistufige Ausführung ist nur beispielhaft gezeigt.

Hieizu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Erweiterungsbohrkopf mit Mittelweile und einem an dieser befestigten Bohrkopfhauptteil mit mindestens zwei in verschiedenen Radialabständen von der Mittelwelle angeordneten Schneidstufen, die Schneidrollen tragen, wobei die Achsen der Schneidrollen der von der Mittelwelle entfernter liegenden Schneidstufen in Vortriebsrichtung unter ι ο einem stumpfen Winkel zur Mittelwelle hin geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (35) der Schneidrollen (26, 27) der inneren Schneidstufe in Vortriebsrichtung einen spitzen Winkel mit der Mittelwelle (28) einschließen.

2. Erweiterungsbohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel im Bereich von 45° bis 90°, vorzugsweise bei 57°, liegt.