DE3001788A1

DE3001788A1 - Verfahren zum aendern des reihenabstandes auf einem bohrkopf und bohrkopf, vorzugsweise fuer erdbohrungen

Info

Publication number: DE3001788A1
Application number: DE19803001788
Authority: DE
Inventors: Bernt Soeren Liljekvist; Anders Erik Persson
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1979-02-02
Filing date: 1980-01-18
Publication date: 1980-08-14
Also published as: AU5469680A; NO154202B; US4399879A; CA1115263A; DE3001788C2; NO800261L; SE463110B; BR8000584A; US4274496A; NO811713L; ZA80247B; SE7900922L; NO154202C; ZM1080A1; AU530254B2

Description

Firma SANDVIK AKTIEBOLAG ^Fack

S-811 01 Sandviken, Schweden

Verfahren zum Ändern des Reihenabstandes auf einem Bohrkopf und Bohrkopf, vorzugsweise für Erdbohrungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung des Reihenabstandes auf einem Bohrkopf und einen Bohrkopf zur Ausführung des Verfahrens. Der Bohrkopf besitzt Halterungen für mehrere Schneidwalzen, die je mehrere Reihen von Schneidelementen, wie Hartmetalleinsätzen, aufweisen. Die Reihen erstrekken sich in ümfangsrichtung um die Schneidwalzen, und sie sind in axialer Richtung gegeneinander versetzt. Der Bohrkopf enthält wenigstens einen ersten Satz und einen zweiten Satz von Schneidwalzen. In jedem Satz haben alle Schneidwalzen die gleiche Anzahl von Schneidelementen. Die Anzahl von Reihen der Schneidelemente auf einer Schneidwalze in dem ersten Satz von Schneidelementen ist wenigstens so groß wie die Zahl der Reihen an Schneidelementen auf einer Schneidwalze in dem zweiten Satz.

Die Erfindung betrifft insbesondere das Erdbohren. Sie ist aber insbesondere für das Erhebungsbohren bestimmt. Beim Erhebungsbohren wird ein Führungsloch zwischen einer unteren Ebene und einer oberen Ebene in einer Mine gebohrt, worauf das Führungs-

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α. y* — .

loch mit Hilfe eines Räumkopfes mit großem Durchmesser erweitert wird.

Während des Bohrens mit Hilfe eines solchen Bohrkopfes verändert sich die Härte des Felses zwischen verschiedenen Bohrlöchern. Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Erdbohren, in welchem eine größtmögliche Bohrgeschwindigkeit erreicht werden kann, und zwar unabhängig von der Härte der Felsformation. Dies bedeutet, daß ein Reihenabstand verwendet werden sollte, wenn weichere Felsforraationen bearbeitet werden, der größer ist als der geeignete Reihenabstand bei der Bearbeitung von härteren Felsformationen.

Es ist ein Bohrkopf bekannt ( US-PS 3805901 ) , bei welchem der Reihenabstand unverändert bleibt, und zwar unabhängig davon, wie die beiden Arten von Schneidwalzen im Bohrkopf angeordnet sind.

Es ist ferner ein Bohrkopf bekannt ( DE-OS 1805336 ) bei welchem der Reihenabstand in Abhängigkeit von der Härte der Felsformation geändert wird. Bei diesem bekannten Bohrkopf ist aber nicht jede Schneidwalze in einem Satz von Schneidelementen wahlweise durch jede Schneidwalze in dem anderen Satz ersetzbar. Die Schneidwalzen sind auf mehreren sich radial erstreckenden Tragarmen montiert. Der Reihenabstand wird dadurch geändert, daß eine ganze Einheit, bestehend aus einem Tragarm und den darauf montierten Schneidwalzen, entfernt wird. In diesem Bohrkopf sind ferner alle Schneidwalzen identisch. Dies bedeutet, daß bei Anwendung der in der DE-OS 1805336 empfohlenen Technik bei einem Bohrkopf mit wahlweise ersetzbaren Schneidwalzen, d.h.

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einem Bohrkopf der in der ÜS-PS 3805901 gezeigten Art, der Reihenabstand durch Verringerung oder Vergrößerung der Zahl der Schneidwalzen verändert würde.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Veränderung des Reihenabstandes, ohne daß die Art der Schneidwalzen auf dem Bohrkopf oder die Gesamtzahl der Schneidwalzen geändert werden muß. Die Erfindung bezweckt ferner eine entsprechende Ausbildung eines Bohrkopfes.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die auf jede Reihe der Schneidelemente auf den Schneidwalzen aufgebrachte Vorschubkraft unverändert aufrechterhalten, wenn der Reihenabstand verändert wird. Insbesondere ist die auf den Bohrkopf aufgebrachte gesamte Vorschubkraft die höchstmögliche Vorschubkraft, welche die Erdbohrmaschine aufbringen kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche gelöst.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Bohrkopf Fig. 2 eine Seitenansicht des Bohrkopfes nach Fig. 1, in der verschiedene Schneidwalzen aus ihren Stellungen gemäß der Anordnung nach Figur 1 gedreht und übereinandergelegt sind, um die Eingriffsposition zu zeigen, die jede Schneidwalze bei der Drehung des Bohrkopfes ein-

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nimmt,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Bohrkopf nach Fig. 2, wobei der Klarheit wegen nur zwei Schneidwalzen zusammen mit den Kreisen gezeigt sind, entlang denen die Schneidelemente auf diesen Schneidwalzen sich während der Rotation des Bohrkopfes bewegen,

Fig. 4

und 5 Darstellungen gemäß den Fig. 2 und 3, wobei der Bohrkopf einen großen Reihenabstand besitzt, und

Fig. 6 eine Schneidwalze eines Satzes von Schneidelementen und die Umrißlinien einer Schneidwalze eines anderen Satzes von Schneidelementen.

Nach der Zeichnung (Fig. 2) wird ein Führungsloch 11 in üblicher Weise zwischen einer nicht dargestellten oberen Ebene und einer ebenfalls nicht dargestellten unteren Ebene in einem Bergwerk vorgebohrt, und es wird diese Führungsbohrung mit Hilfe eines Bohrkopfes erweitert, der allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Der Bohrkopf 10 enthält einen Körper 12, auf dem mehrere Schneidwalzen 13,14 ( in dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind es 14 Schneidwalzen) in Halterungen oder Lagern montiert sind. Ein drehbarer Antriebsschacht 16 ist an dem Körper 12 befestigt. Der Bohrkopf 10 wird mit Hilfe des Schaftes 16 gedreht und gegen eine Ringfläche 17 gedrängt, die das Führungsloch 11 umgibt.

Die Lager 31-44 sind in Paaren auf jeder Seite der Drehachse 15 des Bohrkopfes 10 angeordnet, und zwar mit gleichem Abstand von der Achse 15. Die Schneidwalzen 13,14 sind drehbar in den Lagern 31-44 gelagert, und zwar mit Hilfe einer Achse 18 (Fig. 6).

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In an sich bekannter Weise ist das innerste Paar Schneidwalzen in den Lagern 31/32 so angeordnet, daß ihre Achsen 18 unter einem spitzen Winkel zur Rotationsachse 15 verlaufen, während die zwei äußersten Paare von Schneidwalzen in den Lagern 41,43 bzw. 42,44 so angeordnet sind, daß ihre Achsen 18 unter einem stumpfen Winkel zur Achse 15 liegen. Die mittleren Paare der Schneidwalzen in den Lagern 33-40 sind so angeordnet, daß ihre Achsen 18 unter Winkeln zur Achse 15 liegen, die zwischen diesen Grenzen derart liegen, daß eine im wesentlichen konvexe Schnittfläche 17 erzeugt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält der Bohrkopf 10 zwei Sätze 13,14. Eine Schneidwalze 13 des ersten Satzes besitzt Schneidelemente 53 in Form von Hartmetalleinsätzen, die in Bohrungen in dem Körper der Schneidwalze eingesetzt sind. Die Einsätze 53 sind in Reihen 45-48 angeordnet, die sich um den. Umfang der Schneidwalze herum erstrecken. Die Reihen 45-48 sind wechselweise in Längsrichtung der Schneidwalze verschoben. Eine Schneidwalze 14 des zweiten Satzes von Schneidelementen besitzt in ähnlicher Weise Schneidelemente 54,die in Reihen 49-52 angeordnet sind. Alle Schneidwalzen in einem und demselben Satz von Schneidwalzen haben die gleiche Anzahl von Reihen und Schneidelementen.

Während der Rotation des Bohrkopfes 10 bewegen sich die Schneidelemente 53,54 auf den Schneidwalzen 13,14 auf konzentrischen Kreisen. Der Übersichtlichkeit wegen sind in den Figuren 3 und nur diejenigen Kreise gezeigt, auf denen die Schneidelemente auf den Schneidwalzen in einem Lagerpaar 33,34 laufen. Die Schneidelemente 53 auf der Schneidwalze 13, die in dem Lager 33 montiert ist ( s. Fig. 3 ) bewegen sich auf Kreisen 20-23.

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Die Schneidelemente 54 auf der Schneidwalze 14, die in dem Lager 33 montiert ist ( s. Fig. 5 ), bewegen sich auf Kreisen 28-31. Wie in Figur 6 gezeigt, sind die Schneidelemente 54 auf den Schneidwalzen 14 zwischen den Schneidelementen 53 auf den Schneidwalzen 13 angeordnet. Da die Achsen 18 der Schneidwalzen 13,14 identisch sind, bedeutet dies, daß die Radien der Kreise 20-23 von den Radien der Kreise 28-31 verschieden sind.

Um den kleineren Reihenabstand zu erhalten, werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig. 2 und 3) Schneidwalzen 13 des einen Satzes an Schneidwalzen in den Lagern 31,33,35,37,39, 41 und 43 montiert. Die Schneidwalzen 14 des anderen Satzes an Schneidwalzen sind in den Lagern 32, 34, 36, 38, 40, 42 und 44 montiert. Somit ist eine Schneidwalze von jedem Satz Schneidwalzen in einem Paar Lager montiert. Nach der Erfindung sind die Reihen von Schneidelementen in den Schneidwalzen 13,14 so angeordnet, daß ein Kreis, z.B. der mit 21 bezeichnete Kreis, auf dem eine der Reihen an Schneidelementen auf der Schneidwalze sich bewegt, im wesentlichen in der Mitte zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Kreisen bewegt, in diesem Falle die mit 24 und 25 bezeichneten Kreise, auf denen sich die Reihen von Schneidelementen auf der Schneidwalze 14 bewegen. Mit Rücksicht darauf, daß alle Lager in Paaren im gleichen Abstand von der Rotationsachse 15 angeordnet sind, werden für Lagerpaare während der Rotation des Bohrkopfes 10 Kreise erzeugt, die gemeinsam in ähnlicher Weise liegen.

Um in dem dargestellten Ausführungsbeispiel den größeren Reihenabstand zu erhalten (Fig. 4 und 5), werden Schneidwalzen 13

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in den Lagern 39, 40, 41, 42, 43 und 44 montiert. Schneidwalzen 14 sind in den Lagern 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 und 38 montiert. In jedem Lagerpaar ist somit eine Schneidwalze ein .und desselben Satzes von Schneiden montiert. Dies bedeutet, daß zwei Reihen Schneidelemente, z.B. die Schneidelemente auf den

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Schneidwalzen 14,14 in Figur 5, sich auf dem gleichen Kreis bewegen.

Wenn der Reihenabstand vergrößert werden soll und somit die Gesamtzahl an konzentrischen Kreisen verringert werden soll, auf denen sich die Schneidelemente auf dem Bohrkopf 10 während der Rotation des Kopfes 10 bewegen, dann werden die in den Lagern 31, 33, 35 und 37 montierten Schneidwalzen 13 durch Schneidwalzen 14 ersetzt. Gleichzeitig werden die in den Lagern 40, 42 und 44 montierten Schneidwalzen 14 durch Schneidwalzen 13 ersetzt. Wenn der Reihenabstand verringert werden soll, wird die eine von zwei Schneidwalzen des gleichen Schneidwalzensatzes, z.B. der Art 14 in den Lagern 33, 34, durch eine Schneidwalze des anderen Schneidwalzensatzes ersetzt, und zwar in diesem Falle durch eine Schneidwalze 13.

Nach der Erfindung ist die Anzahl von Schneidelement-Reihen auf den Schneidwalzen 13,14 die gleiche. Dies bedeutet, daß die auf den Bohrkopf 10 wirkenden Kräfte ausgeglichen sind, wenn Schneidwalzen gleicher Sätze oder auch verschiedener Sätze an Schneidwalzen in einem der Lagerpaare montiert sind. Durch geeignete Wahl der Anordnung der Schneidwalzen auf dem Bohrkopf 10 ist es aber möglich, die auf den Bohrkopf einwirkenden Kräfte in geeigneter Weise auszugleichen, und zwar auch dann, wenn die Reihen-

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zahl der Schneidelemente auf der Schneidwalze 13 größer ist als die Reihenzahl der Schneidelemente auf den Schneidwalzen 14.

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BAD ORIGfNAL

Claims

DIPL.-ING. KLAUS BEHN OUU I <J VJ

DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE

WIDENMAYERSTRASSE 6 D 3000 MÜNCHEN 22 TEL- (0891 22 25 30 29 5192

18. Januar 1980 A 4/5 80 B/le

PATENTANSPRÜCHE

1 *, Verfahren zum Ändern des Reihenabstandes auf einem Bohrkopf mit Halterungen für mehrere Schneidwalzen, von denen jede mehrere Reihen von Schneidelementen, wie z. B. Hartmetalleinsätzen, aufweist, wobei sich diese Reihen um den Umfang der Schneidwalzen herum erstrecken und in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind, wobei der Bohrkopf wenigstens einen ersten Satz und einen zweiten Satz Schneidwalzen enthält und die Schneidwalzen in jedem Satz die gleiche Anzahl von Schneidelement-Reihen aufweisen, wobei die Reihenzahl auf einer ersten Schneidwalze des ersten Satzes wenigstens so groß ist wie die Reihenzahl auf der zweiten Schneidwalze in dem zweiten Satz, wobei ferner mehrere Halterungen paarweise auf jeder Seite der Rotationsachse und mit gleichem Abstand von der Rotationsachse des Bohrkopfes angeordnet sind und wobei jede Schneidwalze in dem ersten Satz wahlweise durch jede Schneewalze des zweiten Satzes ersetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer ersten Halterung (33) eines Paares gehaltene erste Schneidwalze (13) durch die zweite Schneidwalze (14) ersetzt wird, wodurch sich wenigstens eine Reihe (49) der Schneidelemente auf der zweiten Schneidwalze (14) auf einem ersten Kreis (28) bewegt,

Bankhaus Merck. Finck & Co München Bankhaus H Aulhauser München Postscheck München

(BLZ 70030400) Konto Nr 254649 (BLZ /0030600) Konto Nr 261300 4BLZ /OO 10080) Konto Nr 20904

Telegrammadresse Palentsenior

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der den gleichen Radius hat wie ein zweiter Kreis (24\,auf dem sich eine Reihe (49 ) der Schneidelemente auf einer dritten

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Schneidwalze (14 ) in dem zweiten Satz beweget, wenn diese in dem zweiten Halter (34) in dem einen Paarhalter montiert sind, wodurch der Reihenabstand durch Verringerung der Gesamtzahl konzentrischer Kreise, auf denen sich die Schneidelemente auf dem Bohrkopf (10) während der Rotation des Bohrkopfes bewegen, erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schneidelement-Reihen (49-52) auf der zweiten Schneidwalze ( 14) veranlaßt werden, sich auf Kreisen (28-31) zu bewegen, welche die gleichen Radien haben wie die Kreise (24-27), auf denen sich die Schneidelement-Reihen (49 -52 ) der Schneidelemente auf der dritten Schneidwalze (14 ) bewegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Schneidelement-Reihe (49) auf der zweiten Schneidwalze (14) veranlaßt wird, sich auf einem ersten Kreis (28) zu bewegen, dessen Radius von den Radien der Kreise (20-23) verschieden ist, auf denen sich die Schneidelemente der ersten Schneidwalze bewegen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schneidelement-Reihen (49-52) auf der zweiten Schneidwalze (14) veranlaßt werden, sich auf Kreisen (28-31) zu bewegen, deren Radien von Radien der Kreise (20-23) verschieden sind, auf denen sich die Schneidelemente auf der ersten Schneidwalze (13) bewegen.

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BAD ORIGINAL
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenabstand durch Ersatz einer (14) der beiden Schneidwalzen (14,14 ) des gleichen Satzes durch eine Schneidwalze (13) des anderen Satzes verringert wird, wobei die beiden Schneidwalzen in einem Paar (33,34) der Halterungen montiert sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine von zwei Schneidwalzen des gleichen Satzes durch eine Schneidwalze des anderen Satzes in wenigstens zwei (33,34;35,36), vorzugsweise mehreren Paaren Halterungen ersetzt wird.
7. Bohrkopf mit Halterungen für mehrere Schneidwalzen, welche Reihen von Schneidelementen, wie z-B. Hartmetalleinsätzen, aufweisen, wobei sich diese Reihen in ümfangsrichtung um die Schneidwalzen herum erstrecken und in Ümfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, wobei der Bohrkopf wenigstens einen ersten Satz und einen zweiten Satz Schneidwalzen enthält und die Schneidwalzen in jedem Satz die gleiche Reihenzahl an Schneidelementen besitzt, wobei ferner die Reihenzahl auf einer ersten Schneidwalze im ersten Satz zumindest so groß ist wie die Reihenzahl auf einer Schneidwalze im zweiten Satz, wobei mehrere Halterungen paarweise auf jeder Seite der Rotationsachse und mit gleichem Abstand von der Rotationsachse des Bohrkopfes angeordnet sind und wobei jede Schneidwalze in dem ersten Satz wahlweise durch jede Schneidwalze in dem zweiten Satz ersetzbar ist, wobei die Schneidelemente auf einer ersten Schneidwalze des ersten Satzes so angeordnet sind, daß sie sich bei der Rotation des Bohrkopfes auf einer ersten Serie konzentrischer

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Kreise bewegen, wenn die erste Schneidwalze in einer ersten Halterung in einem der Halterungs-Paare montiert ist, und wobei die Schneidelemente auf einer zweiten Schneidwalze des zweiten Satzes so angeordnet sind, daß sie sich bei der Rotation des Bohrkopfes auf einer zweiten Serie konzentrischer Kreise bewegen, wenn die zweite Schneidwalze in der ersten Halterung montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Schneidelement-Reihe (49) auf der zweiten Schneidwalze (14) so angeordnet ist, daß sie sich auf einem ersten Kreis (28) bewegt, der den gleichen Radius hat wie ein zweiter Kreis (24), auf dem sich eine Schneidelement-Reihe (49 ) einer drit-

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ten Schneidwalze (14 ) des zweiten Satzes bewegt, wenn diese dritte Schneidwalze in der zweiten Halterung (34) der Halterungspaare montiert ist.
8. Bohrkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Schneidelement-Reihe (49) auf der zweiten Schneidwalze (14) so angeordnet ist, daß sie sich auf einem ersten Kreis (28) bewegt, dessen Radius von den Radien der ersten Serie von Kreisen (20-23) verschieden ist.
9. Bohrkopf nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schneidelement-Reihen (45-48;49-52) auf der ersten Schneidwalze (13) und auf der zweiten Schneidwalze (14) gleich sind.
10. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidelement-Reihen so angeordnet sind, daß der erste Kreis (28) im wesentlichen in der Mitte zwischen

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aufeinanderfolgenden Kreisen (20,21) der ersten Serie von Kreisen (20-23) liegt.

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