DE3123021C2

DE3123021C2 - Drill head for rock drilling

Info

Publication number: DE3123021C2
Application number: DE19813123021
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Ing.(grad.) 7024 Filderstadt Martin
Original assignee: PREUSSAG AG BAUWESEN 3005 HEMMINGEN DE
Current assignee: PREUSSAG AG BAUWESEN 3005 HEMMINGEN DE
Priority date: 1981-06-10
Filing date: 1981-06-10
Publication date: 1984-05-17
Also published as: DE3123021A1

Abstract

Ein Bohrkopf, insbesondere für das Großlochbohren, umfaßt einen drehend angetriebenen Träger (10) und eine Vielzahl von daran drehbar gelagerten Rollenmeißeln (24.1 bis 24.12), die unregelmäßige gegenseitige Umfangsabstände haben. Zur Erhöhung der Richtungsstabilität und zur Verbesserung der Bohrleistung sind die ausschließlich vorgesehenen Rollenmeißel (24.1 bis 24.12) mit ihren untenliegenden Mantellinien (28) an einer ihnen gemeinsamen, stufenlosen, konkaven Tangentialfläche (44) angeordnet, die den überwiegenden Durchmesserbereich Y des Durchmessers des Bohrloches B einnimmt und deren Tiefe annähernd 15% des Bohrlochdurchmessers beträgt.A drill head, in particular for large hole drilling, comprises a rotatingly driven carrier (10) and a plurality of roller bits (24.1 to 24.12) rotatably mounted thereon and which have irregular mutual circumferential distances. In order to increase the directional stability and improve the drilling performance, the exclusively provided roller bits (24.1 to 24.12) are arranged with their surface lines (28) lying below them on a common, stepless, concave tangential surface (44) which covers the predominant diameter range Y of the diameter of the borehole B. occupies and the depth of which is approximately 15% of the borehole diameter.

Description

_f _ wenn die Rollenmeißel axiale Berewüe unterschiedli- _f _ if the roller bits have different axial rivers

liegt, dessen Innendurchmesser gering gegenüber 40 chen Kegelwinkels aufweisen, wodurch ihre Herstellung dem größten Bohrkopfdurchmesser ist, dadurch ge- erschwert würde. Die innersten, an der Konusfläche iiekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Ring- genden Rollenmeißel haben einen großen Kegelwinkel, bereiches (Y) annähernd 15% des größten Bohr- wodurch sie an ihren außenliegenden Enden größten kopfdurchmessers beträgt. Durchmessers schneidenartig zulaufen und leicht abbre-whose inner diameter is small compared to 40 chen taper angles, which makes their manufacture the largest drill head diameter, which would make it more difficult. The innermost, on the conical surface, indicates that the inner diameter of the ring-shaped roller bits have a large cone angle, area (Y) approximately 15% of the largest drilling, which means that they have the largest head diameter at their outer ends. Diameter tapers and easily break off

5. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 45 chen können. Die Rollenmeißel sind bezüglich dreier um wobei die Konusfläche von einem Durchmesserbe- 120° in Umfangsrichtung beabstandeter Symmetrielireich umgeben ist, in dem mindestens ein Rollenmei- nien symmetrisch angeordnet. Die an der Konusfläche ßel mit seiner unten liegenden Mantellinie an einer liegenden Rollenmeißel sind mit Lagerzapfen versehen, nach außen hin ansteigenden kegelmantelförmigen die zumindest in radial außerhalb dieser Rollenmeißel Tangentialfläche liegt, dadurch gekennzeichnet, daß 50 angeordneten Lagerböcken und bei den weiter außen der Kegelwinkel ϊβ) der Tangentialfläche (58) kleiner η»»οηΗ«»η R„iipnmniR_Pin ₇..«t7lirh a..rh in radial inner5. Drill head according to one of claims 1 to 4, 45 can chen. The roller bits are around three in relation to the conical surface is surrounded by a diameter range of 120 ° spaced in the circumferential direction of symmetry, in which at least one roller mine is symmetrically arranged. The on the conical surface ßel with its lower surface line on a lying roller bit are provided with bearing journals, outwardly rising conical jacket-shaped which is at least in the radially outside of this roller bit tangential surface, characterized in that 50 arranged bearing blocks and the cone angle ϊβ) further out. the tangential surface (58) smaller η »» οηΗ «» η R "iipnmniR _P in ₇ .." t7lirh a..rh in radially inner

ansteigt, und daß die Mündung (56) eines im Träger (10) angeordneten Spülrohres (54) nahe dem Außenumfang der Konusfläche (44) und zwischen den Rollenmeißeln (24.1 bis 24.12) liegt.increases, and that the mouth (56) of a flushing pipe (54) arranged in the carrier (10) lies near the outer circumference of the conical surface (44) and between the roller bits (24.1 to 24.12) .

2. Bohrkopi nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Kvjusfläche (44) annähernd 15% ihres Außendi-rchmessers beträgt.2. Bohrkopi according to claim 1, characterized in that that the depth of the Kvjus surface (44) is approximately 15% of its outer diameter.

3. Bohrkopf nach Anspruch 1 der 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Konusfläche (44) annähernd 80% des größten Bohrkopfdurchmessers beträgt.3. Drill head according to claim 1 of 2, characterized in that the outer diameter of the conical surface (44) is approximately 80% of the largest drill head diameter.

4. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Konusfläche (44) in einem Ringbereich (Y) 4. Drill head according to one of claims 1 to 3, wherein the conical surface (44) in an annular region (Y)

als der Kegelwinkel (λ) der Konusfläche (44) ist und zumindest annähernd 130° beträgt.than the cone angle (λ) of the conical surface (44) and is at least approximately 130 °.

6. Bohrkopf nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß in dem innerhalb der ringförmigen Konusfläche (44) liegenden Innenbereich (X) ein Rollenmeißel (24.1) mit kegelförmiger Spitze (70) vorgesehen ist und daß die unten liegende, vorzugsweise nur annähernd waagerecht verlaufende Mantellinie liegenden Rollenmeißeln zusätzlich auch in radial innerhalb dieser Rollenmeißel liegenden Lagerböcken gelagert sind. Die symmetrische Anordnung der Rollenmeißel und die Art der beschriebenen Lagerung führen dazu, daß an der Unterseite des Trägers zwischen den Rollenmeißeln kein Raum für die Mündung eines zur Führung von Spülflüssigkeit dienenden Rohres verbleibt; Spülflüssigkeit kann ausschließlich durch Ausschnitte am Außenumfang des Trägers hindurch um die-6. Drill head according to claim 4, characterized in that in the inner region (X ) lying within the annular conical surface (44) a roller bit (24.1) with a conical tip (70) is provided and that the surface line below, preferably only approximately horizontally lying roller bits are also stored in bearing blocks lying radially within these roller bits. The symmetrical arrangement of the roller bits and the type of storage described mean that no space remains on the underside of the support between the roller bits for the mouth of a pipe used to guide flushing liquid; Rinsing liquid can only be passed through cutouts on the outer circumference of the carrier around the

(78) der Spitze (70) annähernd eine dem Durehmes- 60 sen herum zu seiner Unterseite geführt und von dort scr des Innenbereiches (X,>gleichc Länge hat und die abgeführt werden, wodurch sich keine starke Spülung Achse (26) des Tragers (10) unterhalb desjenigen
Schnittpunktes (80) schneidet, an dem eine imaginii(78) of the tip (70) is guided approximately one of the diameter 60 to its underside and from there scr of the inner area (X,> has the same length and which are removed, whereby no strong flushing axis (26) of the carrier ( 10) below that
Intersection point (80) intersects at which an imaginii

re Fortsetzung der Konusfläche (44) diese Achse (26) erreichen Hißt. Auch hierdurch wird die Bohrleistiing beeinträchtigt.right continuation of the conical surface (44) this axis (26) reach Hiasst. This also increases the drilling performance impaired.

Der bekannte Bohrkopf dürfte /war aufgrund derThe well-known drill head should / was due to the

schneidet. t>"> ^von außen nach innen zurückspringend gestalteten Ko-cuts. t>"> ^{from the} outside to the inside, designed co-

7. Bohrkopf nach einem der vorangegangenen nusfliiche eine gute Richtungsstabilität aufweisen, jc-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger doch aufgrund der symmetrischen Anordnung der RoI-(10) eine waagerechte Platte (12) aufweist, an deren lcnmcißcl und der mangelnden .Spülfähigkeit eine nur7. Drill head according to one of the preceding nusfliiche have good directional stability, jc claims, characterized in that the carrier due to the symmetrical arrangement of the RoI- (10) has a horizontal plate (12) whose lcnmcißcl and the lacking .Spülbarkeit one only

geringe Bohrleislung erbringen.provide low drilling performance.

Aus der DE-AS 10 66 161 ist ferner ein Bohrkopf zum Gesteinsbohren bekannt, bei dem die Rollenmeißel an einer von außen nach innen vorspringenden Konusfläche liegen, die durchgehend einen Kegelwinkel von annähernd 140° aufweist, wobei die an der Konusflächc liegenden Rollenmeißel in unregelmäßigen Umfangsabständen angeordnet sind und eine schwach kegelige Grundform mi* radial nach innen abnehmendem Durchmesser aufweisen. Die Rollenmeißel sind dabei jeweils an einem radial außerhalb von ihnen gelagerten Lagerbock auf einem sich von diesem in den jeweiligen Rollenmeißel erstreckenden Lagerzapfen gelagert, dessen unten liegende Mantellinie zum Lagerbock hin ansteigt Die Mündung eines im Träger vorgesehener. Rohres zur Führung von Spülflüssigkeit liegt dabei zwischen den Rollenmeißeln nahe dem Innenumfang der Konusfläche. Ein derartiger Bohrkopf hat den Nachteil, daß er nur eine geringe Richtungsstabilität aufweist, da zwar die sich zu ihrer Mitte hin konisch vertiefende Bohrlochsohle eine gewisse Führung bewirkt, aber im Falle von Unebenheiten radial einwärts wirkende Kräfte cdi einzelne Rollenmeißel ausübt, die wegen deren ungleichmäßiger Verteilung am Umfang zu radialen Auslenkungen des Bohrkopfes führen können. Zudem steht für das der Führung einer Spülflüssigkeit dienende Rohr nahe der Mitte des Trägers ein nur geringer Raum zur Verfügung, so daß dieses Rohr mit geringem Durchmesser ausgebildet sein muß. Um trotzdem eine gute Spülung zu erzielen, sind bei dem bekannten Bohrkopf weitere einer Spülung dienende Rohre in unterschiedlichem Abstand von der Träger-Mittelachse vorgesehen, jedoch wird hierdurch der Konstruktionsaufwand vergrößert. Auch ist es bei dem bekannten Bohrkopf nachteilig, daß die Achsen der Rollenmeißel notwendig eine relativ große Neigung gegenüber der Waagerechten haben, da der Neigungswinkel um den halben Kegelwinkcl der Rollenmeißel größer ist als der Neigungswinkel der Bohrlochsohle. Hierdurch wirken die Rollenmeißel mit einer starken Kraftkomponente in Richtung ihrer Achsen auf die entsprechenden Stützflächen der Lagerbökke ein, was zu einem schnellen Verschluß an dieser Stelle führt.From DE-AS 10 66 161 a drill head for rock drilling is also known, in which the roller bits lie on a conical surface projecting from the outside inwards, which continuously has a cone angle of approximately 140 °, the roller bits lying on the Konusflächec at irregular circumferential distances are arranged and have a slightly conical basic shape mi * radially inwardly decreasing diameter. The roller bits are each mounted on a bearing block mounted radially outside of them on a bearing journal extending from this into the respective roller bit, the surface line of which rises towards the bearing block. The pipe for guiding the flushing liquid lies between the roller bits near the inner circumference of the conical surface. Such a drill head has the disadvantage that it has only a low directional stability, since although the bottom of the borehole , which deepens conically towards its center, causes a certain guidance, but in the case of unevenness, forces acting radially inward cdi individual roller bits exerted because of their uneven distribution can lead to radial deflections of the drill head on the circumference. In addition, only a small space is available near the center of the carrier for the pipe used to guide a rinsing liquid, so that this pipe must be designed with a small diameter. In order to still achieve a good flushing, further tubes serving for flushing are provided in the known drill head at different distances from the carrier central axis, but this increases the construction effort. It is also disadvantageous in the known drill head that the axes of the roller bits necessarily have a relatively large inclination with respect to the horizontal, since the angle of inclination by half the cone angle of the roller bits is greater than the angle of inclination of the bottom of the borehole. As a result, the roller bits act with a strong force component in the direction of their axes on the corresponding support surfaces of the bearing blocks, which leads to a quick closure at this point.

Schließlich ist aus der DE-OS 14 83 782 ein Bohrkopf bekannt, bei dem die der Bohrlochsohle zugewandten Mantellinien der Rollenmeißel entlang kegeliger Ringbereiche verlaufen, deren Kegelwinkel untereinander gleich sind und etwas weniger als 180° betragen, wobei jedoch diese Ringbereiche nicht unter Bildung einer gemeinsamen Konusfläche aneinander anschließen, sondern jeweils auf einer für alle Ringbereiche gleichen mittleren Höhe liegen, so daß die Ringbereiche unter Bildung von Stufen aneinander anschließen und eine annähernd ebene Bohrlochsohle gebildet wird. Der Bohrkopf ist daher wenig richtungsstabil. Zudem wird durch ein mittiges, der Führung von Spülflüssigkeit dienendes Rohr eine nur relativ geringe Spülung erreicht, da das Rohr sich wegen der auch nahe der Mitte vorgesehenen Rollenmeißel nicht zwischen diesen bis nahe der Bohrlochsohle nach unten erstrecken kann.Finally, from DE-OS 14 83 782 a drill head known, in which the surface lines of the roller bits facing the borehole bottom along conical ring areas run whose cone angles are equal to each other and are slightly less than 180 °, with however, these ring areas do not connect to one another to form a common conical surface, but rather each lie at a mean height that is the same for all ring areas, so that the ring areas are below Connect the formation of steps to one another and an approximately flat borehole bottom is formed. Of the The drill head is therefore not directionally stable. In addition, a central one is used to guide rinsing liquid Pipe achieved only a relatively low flush, since the pipe is also provided near the center because of the Roller bit can not extend down between these to near the bottom of the borehole.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrkopf der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Art unter Beibehaltung einer guten Richtungsstabilität derart weiterzubilden, daß seine Bohrleistung erhöht ist.The invention is based on the object of providing a drill head as specified in the preamble of claim I. Art while maintaining good directional stability to be trained in such a way that its drilling performance is increased.

Die Aufgabe wird ?emäß der Erfindung bei einem Bohrkopf der angegebt-nen Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, the object is achieved in a drill head of the type indicated by the characterizing features Part of claim 1 specified features solved.

Bei dem Bohrkopf gemäß der Erfindung bewirken die in unregelmäßigen Umfangsabständen angeordneten Rollenmeißel eine wirksame Bearbeitung des von außen nach innen vorspringenden, der Konusfläche benachbarten Bereiches der Bohrlochsohle. Diese Bearbeitung wird dadurch verstärkt, daß die Rollenmeißel einen sich radial auswärts verjüngenden Querschnitt aufweisen, so daß sie auf der Bohrlochsohle nicht lediglich abrollen,In the drill head according to the invention, the arranged at irregular circumferential intervals cause Roller chisel an effective machining of the outwardly inward protruding, adjacent to the conical surface Area of the borehole bottom. This machining is intensified by the fact that the roller bits join one another have a radially outwardly tapering cross-section so that they do not just roll on the bottom of the borehole,

ίο sondern entsprechend ihren unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten auch eine schabende Bewegung ausführen. Die Kombination der in unregelmäßigen Umfangsabständen mit einer radial einwärts gerichteten Kraftkomponente erfolgenden Einwirkun-ίο but according to their different peripheral speeds also perform a scraping motion. The combination of the irregular circumferential intervals with one radially inward directed force component taking place

!5 gen und dieser Schabebewegungen führt dazu, daß der zur Mitte hin nach oben vorspringende Kegelbereich der Bohrlochsohle praktisch zertrümmert wird, so daß sich eine hohe Bohrleistung ergibt. Diese wird gefördert durch das zur Führung von Spülflüssigkeit dienende Rohr, dessen Mündung nahe dem Außenumfang der Konusfläche und damit nahe dem )·^;ιβ des genannten Kegels der Bohrlochsohle liegt, wohin der Bohrschmant und die Trümmer des Bohrlochkegels wandern. Das Rohr kann dabei einen relativ großen Durchmesser und damit eine große Spülleistung haben, da aufgrund der unregelmäßigen Anordnung der Rollenmeißel und der Anordnung von deren Lagerböcken an ihrem inneren Ende genügend Raum für die Mündung des Rohres zur Verfügung steht. Die Bohrleistung kann wegen des durchgehend gleichen Kegelwinkels der Konusfläche auch dadurch erhöht werden, daß die Ringbereiche der an der Konusfläche liegenden Rollenmeißel einander überlappen, wie dies bei in Umfangsrichtung unregelmäßig beabstandeten Rollenmeißeln üblich ist. Der gleichbleibende Konuswinkel erlaubt den Einsatz von zumindest weitgehend untereinander gleichen Rollenmeißeln, was deren Herstellungs- und Lagerhaltungsaufwand vermindert. Die Neigung der Lagerzapfen zu den radial innerhalb der Rollenmeißel liegenden Lagerbocken hin erleichtert eine einfache Lagerung, da trotz de. von der Bohrlochsohle auf die Rollenmeißel ausgeübten radialen Kraftkomponenten zwischen den Rollenmeißeln und den Lagerböcken keine im Sinne einer Trennung dieser Teile wirkenden Kräfte auftreten, sondem die Rollenmeißel auf die Lagerböcke hin gedrängt werden. Andererseits sind die die Rollenmeißel in Richtung der Lagerböcke belastenden Kräfte nur gering, da sie teilweise von den auf die Rollenmeißel von der Bohrlochsohle ausgeübten, radial auswärts gerichteten Kraftkomponenten kompensiert werden, so daß sich nur ein geringer Verschleiß bei der Abstützung der Rollenmeißel gegenüber den zugeordneten Lagerböcken erg'bt.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran-Sprüchen angegeben.! 5 gene and these scraping movements lead to the fact that the conical area of the borehole bottom projecting upwards towards the center is practically shattered, so that a high drilling capacity results. This is promoted by the tube serving to guide the flushing liquid, the mouth of which is close to the outer circumference of the conical surface and thus close to the) · ^; ιβ of said cone of the borehole bottom is where the drilling mud and the debris of the borehole cone migrate. The pipe can have a relatively large diameter and thus a large flushing capacity, since due to the irregular arrangement of the roller bits and the arrangement of their bearing blocks at their inner end there is enough space available for the mouth of the pipe. The drilling performance can also be increased because the cone angle of the conical surface is the same throughout that the ring areas of the roller bits lying on the conical surface overlap, as is usual with roller bits that are irregularly spaced in the circumferential direction. The constant cone angle allows the use of at least largely identical roller bits, which reduces their production and storage costs. The inclination of the bearing journals towards the bearing blocks lying radially inside the roller bit facilitates simple storage, since despite de. Radial force components exerted by the bottom of the borehole on the roller bits between the roller bits and the bearing blocks do not result in any forces acting in the sense of separating these parts, but rather the roller bits are urged onto the bearing blocks. On the other hand, the forces loading the roller bits in the direction of the bearing blocks are only slight, as they are partially compensated for by the force components exerted on the roller bits from the bottom of the borehole, so that there is only little wear when the roller bits are supported against the assigned bearing blocks derives.
Refinements of the invention are given in the sub-claims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings, in which exemplary embodiments are shown. It shows

Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt durch einenFig. 1 is a partial cross section through a

bo Bohrkopf;bo drill head;

Fig. 2 eine Unteransicht des Bohrkopfe> gemäß Fig.l;Fig. 2 is a bottom view of the drill head> according to Fig.l;

F i g. 3 in einer einem Ausschnitt aus F i g. 1 entsprechenden Darstellung einen Teil einer demgegenüber abgewandelten Ausführungsiorm.F i g. 3 in a section from FIG. 1 corresponding representation part of a modified version Execution orm.

Der in F i g. 1 und 2 dargestellte Bohrkopf dient zum Bohren von Bohrlöchern eines Durchmessers von 1220 mm. Bohrlöcher solchen Durchmessers werdenThe in F i g. 1 and 2 shown drill head is used to drill holes with a diameter of 1220 mm. Boreholes of such a diameter are

beispielsweise benötigt, um im Voralpenland der Bundesrepublik Deutschland bis zum Malm, einer in Teufen von annähernd 600 m und mehr liegenden, zerklüfteten Kalksteinformation, vorzustoßen und aus dem aus dieser Formation gewonnenen, zur Erdoberfläche geförderten Wasser geothermische Energie zu gewinnen, wobei auch schwierig zu durchteufende Felsformationen und die Richtungsstabilität der Bohrung negativ beeinflussende, inhomogene Schichten wie beispielsweise Oeröllschichten auftreten. Der gezeigte und nachstehend beschriebene Bohrkopf ist jedoch aufgrund dieser Eignung ebenfalls für Großlochbohrungen in sonstigen harten und/oder inhomogenen Formationen besonders geeignet.for example needed to go to the Malm, one in Teufen, in the foothills of the Federal Republic of Germany from approximately 600 m and more lying, fissured limestone formation to advance and out of this Formation obtained, to the earth's surface extracted water to generate geothermal energy, whereby also difficult to penetrate rock formations and the directional stability of the borehole negatively influencing, inhomogeneous layers such as oil layers occur. The one shown and below However, due to this suitability, the drill head described is also suitable for large hole drilling in others particularly suitable for hard and / or inhomogeneous formations.

Bevor auf die Darstellung im einzelnen eingegangen wird, sei bemerkt, daß in Fig. 1 zur Verdeutlichung einige Rollenmeißel in eine vorgegebene Querschnittsebene verschwenkt dargestellt sind, obwohl diese Rollenmeißel tatsächlich in Umfangsrichtung unregelmäßig verteilt angeordnet sind, und daß nur hinsichtlich einiger weniger Rollenmeißel deren Lagerung dargestellt ist, um die Darstellung nicht zu komplizieren. Soweit sich die dargestellten Rollenmeißel aufgrund der gewählten Darstellungsform überlappen, wurde jeweils das radial einwärts liegende Ende eines Rollenmeißels ausgezogen, das radial außen liegende, überlappte Ende eines Rollenmeißels dagegen gestrichelt dargestellt.Before going into the representation in detail, it should be noted that in Fig. 1 for clarity some Roller bits are shown pivoted in a predetermined cross-sectional plane, although these roller bits are actually arranged irregularly distributed in the circumferential direction, and that only with regard to some fewer roller bits whose storage is shown so as not to complicate the illustration. So much If the chisels shown overlap due to the chosen form of representation, the radial inwardly lying end of a roller bit pulled out, the radially outwardly lying, overlapped end of a Roller chisel, on the other hand, is shown in dashed lines.

Der dargestellte Bohrkopf umfaßt einen Träger 10 mit einer waagerechten Platte 12 von gegenüber dem gewünschten Bohrlochdurchinesser etwas geringeren Außenabmessungen, die an ihrem Außenumfang mit mehreren Ausschnitten 14,16,18 versehen ist, um die im Bohrloch B nach unten fließende Spülflüssigkeit um die Platte 12 herum zur Bohrlochsohle 20 fließen zu lassen. Die Platte 12 ist über einen starken Blechkegel 22 mit einer oberhalb von ihr liegenden, nicht dargestellten weiteren Platte verbunden, die dem Anschluß an das ebenfalls nicht dargestellte Bohrgestänge dient. Dieses kann in üblicher Weise in seinem untersten Abschnitt von Schwerstangen gebildet sein und einen unmittelbar oberhalb des Bohrkopfes liegenden Stabilisator umfassen. Ebenfalls ist es jedoch möglich, zur Belastung des Bohrkopfes eine unmittelbar oberhalb von ihm vorgesehene Vorschubvorrichtung vorzusehen, die sich an der Innenseite des Bohrloches abstützt, um eine Vorschubkraft zu erzeugen. Die Belastung durch den Rohrstrang und insbesondere die Schwerstangen bzw. die genannte Vorschubkraft sollte beim genannten Durchmesser des Bohrkopfes in der Größenordnung von 30 t bis 40 ι liegen. The drill head shown comprises a carrier 10 with a horizontal plate 12 of slightly smaller outer dimensions compared to the desired borehole diameter, which is provided on its outer circumference with several cutouts 14, 16, 18, around the plate 12 around the flushing fluid flowing down in the borehole B to be allowed to flow to the bottom of the borehole 20. The plate 12 is connected via a strong sheet metal cone 22 to a further plate, not shown, lying above it, which serves to connect to the drill rods, also not shown. This can be formed in its lowermost section by drill collars in the usual way and comprise a stabilizer located directly above the drill head. However, it is also possible to provide a feed device directly above it for loading the drill head, which is supported on the inside of the borehole in order to generate a feed force. The load caused by the pipe string and in particular the drill collar or the mentioned feed force should be in the order of 30 t to 40 μm for the diameter of the drill head mentioned.

Auf der Unterseite der Platte 12 sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, zwölf Rollenmeißel 24.1 bis 24.12 angeordnet, von denen in F i g. 2 zur Vereinfachung der Darstellung nur die in die Darstellungsebene geschwenkt dargestellten Rollenmeißel 24.1 bis 24.6, 24.8 und 24.11 sichtbar sind. Die Bezugszeichen dieser Rollenmeißel sind derart gewählt, daß die jeweils hinter dem Punkt stehenden Zahlen 1 bis 12 die Reihenfolge der Rollenmeißel 24.1 bis 24.12 hinsichtlich des radialen Abstandes des inneren Endes ihrer unten liegenden, in F i g. 1 mit der Bohrlochsohle 20 zusammenfallenden Mantellinie von der Achse 26 des Trägers 10 bezeichnen. So ist beispielsweise der genannte Abstand des Rollenmeißels 24.2 größer als derjenige des Rollenmeißels 243, der genannte Abstand des Rollenmeißels 243 größer als derjenige des Rollenmeißels 24.4 usw. In F i g. 2 ist zur Verdeutlichung nur bei dem Rollenmeißel 243 eine der genannten Mantellinien 28 mit ihrem inneren Ende 30 gestrichelt angedeutet.As can be seen from FIG. 2, twelve roller bits 24.1 to 24.12 are arranged on the underside of the plate 12, of which FIG. 2 to simplify the illustration, only the roller bits 24.1 to 24.6, 24.8 and 24.11 shown pivoted into the plane of the illustration are visible. The reference numerals of these roller bits are chosen so that the numbers 1 to 12 after the point represent the sequence of roller bits 24.1 to 24.12 with regard to the radial distance between the inner end of their lower lying, in FIG. 1 denote the surface line from the axis 26 of the carrier 10 which coincides with the bottom of the borehole 20. For example, the mentioned distance of the roller bit 24.2 is greater than that of the roller bit 243, the mentioned distance of the roller bit 243 is greater than that of the roller bit 24.4 , etc. In FIG. 2, for the sake of clarity, only one of the aforementioned surface lines 28 with its inner end 30 is indicated by dashed lines in the case of the roller bit 243.

Abgesehen von dem noch gesondert zu erläuternden, mittigen Rollenmeißel 24.1 haben alle Rollenmeißel 24.2 bis 24.12 eine schwach kegelige, durch eine umlaufende Ringnut in zwei Mantelabschnitte unterteilte Grundform. Dabei sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen von Rollenmeißeln verwendet. Die Rollenmeißel 24.2 bis 24.4,24.6,24.8,24.10 und 24.11 haben, von ihrer Stirnseite größeren Durchmessers ausgehend und wieApart from the central roller bit 24.1 to be explained separately, all roller bits 24.2 to 24.12 have a slightly conical basic shape which is divided into two jacket sections by a circumferential annular groove. Two different embodiments of roller bits are used here. The roller bits 24.2 to 24.4,24.6,24.8,24.10 and 24.11 have, starting from their end face of larger diameter and how

ίο anhand des Rollenmeißels 24.3 ersichtlich, einen ersten Mantelabschnitt 32 mit einer (auf die Höhe des Kegelstumpfes bezogenen) axialen Höhe von 60 mm, eine Ringnut 34 mit einer am Außendurchmesser gemessenen größten axialen Breite von 30 mm und einen zweiten Mantelabschnitt 36 mit einer axialen Höhe von ebenfalls 30 mm. Die Rollenmeißel 24.5, 24.7, 24.9 und 24.12 haben, von ihrer Stirnseite größeren Durchmessers ausgehend und wie anhand des Rollenmeißels 24.5 dargestellt, einen ersten rvtanteiabsCiiniü 38 mit einer axialen Höhe von 22 mm, eine Ringnut 40 mit einer größten axialen Breite von 26 mm sowie einen zweiten Mantelabschnitt 42 mit einer axialen Höhe von 28 mm. Der mittlere Außendurchmesser aller Rollenmeißel 24.2 bis 24.12 liegt bei 202 mm. Im Bereich ihrer Mantelabschnitte 32, 36, 38, 42 sind die Rollenmeißel 24.2 bis 24.12 mit nicht dargestellten, annähernd radial gerichteten Zähnen versehen, deren als Meißelschneiden wirkende Kuppen parallel zur jeweiligen Mantellinie. beispielsweise der Mantellinie 28, verlaufen.ίο can be seen from the roller bit 24.3, a first jacket section 32 with an axial height of 60 mm (based on the height of the truncated cone), an annular groove 34 with a largest axial width of 30 mm measured on the outer diameter and a second jacket section 36 with an axial height of also 30 mm. The roller bits 24.5, 24.7, 24.9 and 24.12 have, starting from their end face of larger diameter, and as shown by the roller bit 24.5, mm a first rvtanteiabsCiiniü 38 with an axial height of 22, an annular groove mm with a maximum axial width of 26 40 and a second jacket section 42 with an axial height of 28 mm. The mean outside diameter of all roller bits 24.2 to 24.12 is 202 mm. In the area of their jacket sections 32, 36, 38, 42 , the roller bits 24.2 to 24.12 are provided with approximately radially directed teeth (not shown), the tips of which act as chisel cutting edges parallel to the respective surface line. for example the surface line 28, run.

jo Die Rollenmeißel 24.2 bis 2:4.12 sind derart angeordnet, daß die von ihnen bearbeiteten, kegeligen Ringbereiche der Bohrlochsohle 20 ohne Stufen zumindest annähernd aneinander anschließen oder einander überlappen. So schließt, wie aus F i g. 1 ersichtlich, der radial innere, erste Mantelabschnitt 32 des Rollenmeißels 24.4 fast, nämlich unter Belassung eines nur geringen gegenseitigen Abstandes, an den von deirs radial äußeren, zweiten Mantelabschnitt 36 des Rollenmeißels 24.2 bearbeiteten Ringbereich an, und die radiale Stellung des Rollenmeißels 243 ist so gewählt, daß sein radial innerer, erster Mantelabschnitt 32 einen Ringbereich bearbeitet, der den vom zweiten Mantelabschnitt 36 des Rollenmeißels 24.2 bearbeiteten Ringbereich überlappt und zudem dort liegt wo der Rollenmeißel 24.2 seine Ringnut 34 hat und der Abstand zwischen den Rollenmeißeln 24.2 und 24.4 belassen ist. In entsprechender Weise bearbeitet der radial innere, erste Mantelabschnitt 38 des Rollenmeißels 24.5 einen Ringbereich, an dem die Ringnut 34 des Rollenmeißels 24.4 liegt, der radial innereThe roller bits 24.2 to 2: 4.12 are arranged in such a way that the conical ring areas of the borehole bottom 20 machined by them at least approximately adjoin one another without steps or overlap one another. As shown in FIG. 1 can be seen, the radially inner, first casing section 32 of the roller bit 24.4 almost, namely leaving only a small mutual distance, to the ring area machined by the radially outer, second casing section 36 of the roller bit 24.2 , and the radial position of the roller bit 243 is like this chosen that its radially inner, first casing section 32 machined an annular area which overlaps the annular area machined by the second casing section 36 of the roller bit 24.2 and also lies where the roller bit 24.2 has its annular groove 34 and the distance between the roller bits 24.2 and 24.4 is left. In a corresponding manner, the radially inner, first jacket section 38 of the roller bit 24.5 processes an annular region on which the annular groove 34 of the roller bit 24.4 lies, the radially inner one

so zweite Mantelabschnitt 42 des Rollenmeißels 2412 einen Ringbereich, an dem die Ringnut 34 des Rollenmeißels 24.10 liegt usw.so the second jacket section 42 of the roller bit 2412 has an annular area on which the annular groove 34 of the roller bit 24.10 lies, etc.

Die Rollenmeißel 24.1 bis 24.12 sind in drei aneinander anschließenden Durchmesserbereichen der Bohrlochsohle 20 in jeweils unterschiedlicher Weise angeordnet. Ein mittlerer Kreisbereich X in der unmittelbaren Umgebung der Achse 26 des Trägers 10 wird in noch zu beschreibender Weise von dem Rollenmeißel 24.1 bearbeitet Der Durchmesser des Durchmesserbereiches X ist gering gegenüber dem Durchmesser des Bohrloches B. An den Durchmesserbereich X schließt sich nach außen ein ringförmiger DurchmesserbereichThe roller bits 24.1 to 24.12 are arranged in three adjoining diameter areas of the borehole bottom 20 , each in a different manner. A central circular area X in the vicinity of the axis 26 of the carrier 10 is in still to be described way of the roller bits 24.1 edited The diameter of the diameter portion X is small compared to the diameter of the borehole B. At the diameter range X includes outwardly an annular diameter section

Y an, dessen radiale Breite jedenfalls mehr als 50% des Radius des Bohrloches B beträgt; beim Ausführungsbeispiel beträgt der innendurchmesser des Ringbereiches Y , the radial width of which is in any case more than 50% of the radius of the borehole B ; in the exemplary embodiment, the inner diameter of the ring area is

Y annähernd 15% des Bohrlochdurchmessers und der Außendurchmesser des Ringbereiches Y annähernd 80% des Bohrlochdurchmessers. Außerhalb des Ring- Y approximately 15% of the borehole diameter and the outer diameter of the ring area Y approximately 80% of the borehole diameter. Outside the ring

bereiches Y kann noch wie beim Ausführungsbeispiel ein weiterer Ringbereich Z liegen, dessen radiale Ausdehnung gering gegenüber dem Radius des Bohrloches ßsein soll. As in the exemplary embodiment, a further ring area Z can be located in area Y , the radial extent of which should be small compared to the radius of the borehole.

Im Ringbereich Y liegen die Rollenmeißel 24.2 bis 24.9 mit ihren unten liegenden Manteliinien 28 an einer ihnen gemeinsamen, von außen nach innen rückspringenden Konusfläche 44, die beim Gebrauch mit einem hiert*; gebildeten, zu seiner Mitte hin nach oben vorspringenden, konvexen Abschnitt der Bohrlochsohle 20 übereinstimmt. Die in Richtung der Achse 26 des Trägers 10 gemessene Tiefe der Konusfläche 44 ist klein gegenüber dem Bohrlochdurchmesser. Sie liegt beim Ausführungsbeispiel bei 15% des Bohrlochdurchmessers. Auch bei Tiefen von bis herab zu annähernd 10% scheinen die oben erläuterten, vorteilhaften Wirkungen des Bohrkopfes nicht beeinträchtigt zu werden. Größere Tiefen dürften ebenfalls möglich sein, jedoch liegen diese bei maximal 25% in Fällen, bei denen sich die Konusfläche 44 und damit der Ringbereich Y bis zum Innenumfang des Bohrloches B erstrecken, also ein Ringbereich Zmit noch zu erläuternder anderer Anordnung von Rollenmeißeln entfällt. Die genannte Tiefe wird beim Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß der Kegelwinkel« der Konusfläche 44 zumindest annähernd 140" beträgt.In the ring area Y , the roller bits 24.2 to 24.9 lie with their jacket lines 28 lying below them on a conical surface 44 which is common to them and which is set back from the outside inwards and which, when used, has a hiert *; formed, towards its center upwardly projecting, convex portion of the borehole bottom 20 coincides. The depth of the conical surface 44 measured in the direction of the axis 26 of the carrier 10 is small compared to the borehole diameter. In the exemplary embodiment, it is 15% of the borehole diameter. Even at depths down to approximately 10%, the advantageous effects of the drill head explained above do not appear to be impaired. Larger depths should also be possible, but these are a maximum of 25% in cases in which the conical surface 44 and thus the ring area Y extend to the inner circumference of the borehole B , i.e. a ring area Z with a different arrangement of roller bits to be explained is omitted. The depth mentioned is achieved in the exemplary embodiment in that the cone angle of the conical surface 44 is at least approximately 140 ″.

Alle Rollenmeißel 24.1 bis 24.12 sind jeweils, wie beim Rollenmeißel 243 in Fig. 1 angedeutet, auf einem kegelstumpfförmigen Lagerzapfen 46 gelagert, der sich von einem der Stirnseite größeren Durchmessers des Rollenmeißels 24.1 bis 24.12 benachbarten LagerbockAll roller bits 24.1 to 24.12 are each, as indicated for roller bit 243 in FIG. 1, mounted on a truncated conical bearing pin 46 which extends from a bearing block adjacent to the end face of larger diameter of roller bit 24.1 to 24.12

48.1 bis 48.12 aus in den Rollenmeißel 24.1 bis 24.12 hinein erstreckt. Die Lagerböcke 48.2 bis 48.9 der an der rückspringenden Konusfläche 44 liegenden Rollenmeißel 24.2 bis 24.9 sind radial einwärts dieser Rollenmeißel 48.1 to 48.12 extends into the roller bit 24.1 to 24.12. The bearing blocks 48.2 to 48.9 of the roller bits 24.2 to 24.9 lying on the recessed conical surface 44 are radially inward of these roller bits

24.2 bis 24.9 angeordnet. Bei allen Rollenmeißeln 24.1 bis 24.12 haben die Lagerzapfen 46 eine derartige zu ihrem freien Ende hin abwärts gerichtete Scnrägsieilung, daß ihre unten liegende Mantellinie 50 (siehe Lagerzapfen 46 des Rollenmeißels 24J in Fig. 1) zum Lagerbock 48.1 bis 48.12 hin ansteigt. Hierdurch wird dafür gesorgt, daß durch die zwischen Rollenmeißel 48.1 bis 48.12 und Bohrlochsohle 20 wirkenden Kräfte der Rollenmeißel 24.1 bis 24.12 zum jeweiligen Lagerbock 48.1 bis 48.12 hin gedrängt wird, also keine aufwendigen mechanischen Maßnahmen erforderlich sind, die eine Entfernung dieser beiden Teile von einander in Richtung der Achse des Lagerzapfens 46 verhindern. Andererseits ist es besonders günstig, wenn diejenige resultierende Kraft, die im Sinne eines Andrückens eines Rollenmeißels 24.1 bis 24.12 an den zugeordneten Lagerbock 48.1 bis 48.12 wirkt, nur relativ gering ist, weil hierdurch eine Abnutzung der Lagerung vermieden wird. 24.2 to 24.9 . In all roller chisels 24.1 to 24.12 , the bearing journals 46 have such a sloping angle towards their free end that their generatrix 50 (see bearing journal 46 of the roller bit 24J in FIG. 1) rises towards the bearing block 48.1 to 48.12. This ensures that the forces acting between the roller bits 48.1 to 48.12 and the bottom of the borehole 20 push the roller bits 24.1 to 24.12 towards the respective bearing block 48.1 to 48.12 , so that no complex mechanical measures are required to remove these two parts from each other Prevent the direction of the axis of the journal 46 . On the other hand, it is particularly advantageous if the resulting force that acts in the sense of pressing a roller bit 24.1 to 24.12 against the associated bearing block 48.1 to 48.12 is only relatively small because this avoids wear and tear on the bearing.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind die Rollenmeißel 24.2 bis 24.12, wenn man sie in der Reihenfolge zunehmenden Abstandes von der Achse 26 des Trägers und damit in der Reihenfolge ihrer hinter dem Punkt des Bezugszeichens stehenden Zahl betrachtet, in unregelmäßigen Umfangsabständen angeordnet Bei grober Betrachtung bilden jedoch die an der Konusfläche 44 (Fig. 1) liegenden Rollenmeißel 48.2 bis 48.9 zusammen mit dem mittigen Rollenmeißel 48.1 eine sich entgegen der von einem Pfeil 52 bezeichneten Drehrichtung des Trägers 10 erweiternde Spirale. Dies hat zur Folge, daß gewissermaßen zwischen zwei Gängen der Spirale, nämlich zwischen dem Rollenmeißel 24.2 einerseits und den Rollenmeißeln 24.6 und 24.7 andererseits, ein etwas vergrößerter, von Rollenmeißeln freier Raum auf der Unterseite des Trägers 10 zur Unterbringung eines Rohres 54 freigelassen ist, das zur Abführung der Spülflüssigkeit dient. Wie aus Fig. I ersichtlich, liegt das an seiner Mündung 56 parallel zur Konusfläche 44 abgeschnittene Rohr 54 an seiner Mündung 56 in einem vorgegebenen Abstand von der Konusfläche 44 nahe deren Außenumfang. Nach oben erstreckt sich das Rohr 54 durch die Platte 12 hindurch zu der oberhalb von dieser, nichtAs shown in FIG. 2, the roller bits 24.2 to 24.12 are arranged at irregular circumferential distances when viewed in the order of increasing distance from the axis 26 of the carrier and thus in the order of their number after the point of the reference symbol The roller chisel 48.2 to 48.9 lying on the conical surface 44 (FIG. 1) together with the central roller chisel 48.1 form a spiral which widens against the direction of rotation of the carrier 10 indicated by an arrow 52. As a result, between two turns of the spiral, namely between the roller bit 24.2 on the one hand and the roller bits 24.6 and 24.7 on the other hand, a somewhat enlarged space is left free of roller bits on the underside of the carrier 10 for accommodating a tube 54, which serves to discharge the rinsing liquid. As can be seen from FIG. I, the tube 54, which is cut off at its mouth 56 parallel to the conical surface 44 , lies at its mouth 56 at a predetermined distance from the conical surface 44 near its outer circumference. Upwardly, the tube 54 does not extend through the plate 12 to that above it

ίο dargestellten weiteren Platte des Trägers 10, wo das Rohr 54 an den Innenraum des hohlen, den Bohrkopf drehenden Rohrgestänges angeschlossen ist.ίο shown another plate of the carrier 10, where the Pipe 54 is connected to the interior of the hollow, the drill head rotating pipe string.

Wie bereits erwähnt, können sich die Konusfläche 44 des Bohrkopfes und der Ringbereich Y bis zum Innenumfang des Bohrloches B erstrecken. Beim Ausführungsbeispiel und anderen Ausführungsformen, insbesondere für Bohrlochdurchmcsscr zwischen 600 mm und 1500 mm. kann es jedoch zur Unterbringung von möglichst vielen Rollenmeißeln auf gedrängtem Raum zweckmäßig sein, wenn wie beim Austuhrungsbeispiei an den Ringbereich Y nach außen ein Ringbereich Z anschließt, in dem mindestens ein Rollenmeißel — beim Ausführungsbeispiel die drei Rollenmeißel 24.10 bis 24.12 — mit seiner unten liegenden Mantellinie 28 an einer von außen nach innen vorspringenden Konusfläche 58 liegt. Die Konusfiäche 58 des Bohrkopfes bildet im Betrieb einen zur Innenseite des Bohrloches B hin ansteigenden Ringbereich der Bohrlochsohle 20. Eine Konusfläche 58 ist dabei deswegen vorteilhaft, da hierdurch zylindrische Rollenmeißel oder wegen der dann leichteren Unterbringung der Lagerböcke 48.10 bis 48.12 wie beim Ausführungsbeispiel noch günstigere, leicht kegelige Rollenmeißel 48.10 bis 48.12 verwendet werden können. Als günstig hat es sich erwiesen, wennAs already mentioned, the conical surface 44 of the drill head and the ring area Y can extend as far as the inner circumference of the borehole B. In the exemplary embodiment and other embodiments, in particular for borehole diameters between 600 mm and 1500 mm. However, it can be useful to accommodate as many roller bits as possible in a crowded space if, as in the case of the Austuhrungsbeispiei, a ring area Z connects to the outside of the ring area Y , in which at least one roller bit - in the exemplary embodiment the three roller bits 24.10 to 24.12 - with its surface line lying below 28 lies on a conical surface 58 protruding from the outside inward. During operation, the conical surface 58 of the drill head forms an annular area of the borehole bottom 20 that rises towards the inside of the borehole B. A conical surface 58 is advantageous because it allows cylindrical roller bits or because the bearing blocks 48.10 to 48.12 are then easier to accommodate, as in the exemplary embodiment, even more favorable, slightly tapered roller bits 48.10 to 48.12 can be used. It has proven to be beneficial if

J5 der Kegelwinkel /?der Konusfläche 58 etwas kleiner als derjenige der Konusfläche 44 ist. So wird zweckmäßig dann, wenn der Kegelwinkel λ der Konusfläche 44 140° beträgt, der Kegel winke'j« der Konusf lache 58 zu annähernd 130° gewählt.J5 the cone angle /? Of the conical surface 58 is slightly smaller than that of the conical surface 44 . For example, when the cone angle λ of the conical surface 44 is 140 °, the cone angle λ «of the conical surface 58 is expediently selected to be approximately 130 °.

Der Lagerbock 48.1 des noch zu beschreibenden mittigen Rollenmeißels 24.1 sitzt unmittelbar auf der Platte 12, und zwar in einer Vertiefung 60. Die Lagerböcke 48.2 bis 48.12 aller übrigen Rollenmeißel 24.2 bis 24.12 sind je nach der erforderlichen Stellung bezüglich des Trägers 10 von Abstandhaltern 62.2 bis 62.12 unterschiedlicher Höhe getragen, die ihrerseits auf dem Träger 12 befestigt sind. Da, wie anhand des Rollenmeißels 243 in F i g. 1 erkennbar, die Achsen der Lagerzapfen 46 der Rollenmeißel 48. 2 bis 48.9 eine genügende Schrägstellung gegenüber einem zur Befestigungsfläche des jeweiligen Lagerbocks parallelen Verlauf haben, um die erforderliche Schrägstellung der Rollenmeißel 24.2 bis 24.9 an der Tangentialfläche 44 zu erreichen, können vorteilhafterweise die Abstandhalter 62.2 bis 62.9, an denen die der konkaven Tangentialfläche 44 benachbarten Rollenmeißel 24.2 bis 24.9 gehalten sind, zueinander parallele Stirnseiten zur Anlage an der Platte 12 und zur Anlage des Lagerbocks 48.2 bis 48.9 aufweisen. Als Beispiel sei auf die zueinander parallelen, genannten Stirn-Seiten 64,66 des Abstandshalters 623 hingewiesen, der dem Rollenmeißel 243 zugeordnet ist.The bearing block 48.1 of the still to be described central roller bit 24.1 sits directly on the plate 12, in a recess 60. The bearing blocks 48.2 to 48.12 of all other roller bits 24.2 to 24.12 are depending on the required position with respect to the carrier 10 of spacers 62.2 to 62.12 of different heights, which in turn are attached to the carrier 12. Since, as shown on the basis of the roller bit 243 in FIG. 1 seen to provide the required inclination of the roller bits to achieve the axes of the bearing journal 46 of the roller bits 48. 2 to 48.9 have a sufficient inclination relative to a direction parallel to the mounting surface of the respective bearing block history 2.24 to 9.24 on the tangential surface 44, advantageously, the spacers 62.2 can to 62.9, on which the roller bits 24.2 to 24.9 adjacent to the concave tangential surface 44 are held, have mutually parallel end faces for contact with the plate 12 and for contact with the bearing block 48.2 to 48.9 . As an example, reference is made to the aforementioned end faces 64, 66 of the spacer 623 , which are assigned to the roller bit 243 , which are parallel to one another.

Im Ringbereich Z liegen die Lagerböcke 48.10 bis 48.12 der Rollenmeißel 24.10 bis 24.12 radial außerhalb dieser Rollenmeißel, so daß auch bei deren Stellung eine Kraftkomponente auftritt, die im Sinne einer Verschiebung der Roiienmeißei 24.10 bis 24.12 auf den zugeordneten Lagerbock 48.10 bis 48.12 hin wirkt Damit die Lagerböcke 48.10 bis 48.12 mit ihren untersten EndenIn the ring area Z, the bearing blocks 48.10 to 48.12 of the roller bits 24.10 to 24.12 are located radially outside of these roller bits, so that a force component also occurs in their position, which acts in the sense of a displacement of the Roiienmeißei 24.10 to 24.12 on the assigned bearing block 48.10 to 48.12 Bearing blocks 48.10 to 48.12 with their lowermost ends

ίοίο

relativ weit nach außen in die Nähe des lnnenumfanges des Bohrloches B reichen können, andererseits aber weitgehend einen gewissen Abstand vom Innenumfang des Bohrloches B aufweisen, um eine Abnutzung am Innenumfang des Bohrloches B zu vermeiden und einen Flüssigkeitsdurchidtt zu belassen, wird für die Lagerböcke 48.10 bis 48.12 zweckmäßig ein Abstandhalter 62.10 bis 62.12 gewählt, der sich zwar senkrecht von der Platte 12 nach unten erstreckt, jedoch eine untere, gegenüber einem zur Platte 12 parallelen Verlauf schräg gestellte Stirnfläche 68 aufweist, an der der zugeordnete Lagerbock, im Beispiel der Lagerbock 48.11, aufsitzt. Die Schrägstellung ist dabei derart, daß das radial äußere Ende der Stirnfläche 68 höher liegt als das radial innere Ende.can extend relatively far to the outside in the vicinity of the inner circumference of the borehole B , but on the other hand largely have a certain distance from the inner circumference of the borehole B in order to avoid wear on the inner circumference of the borehole B and to leave a fluid penetration, 48.10 to 48.12, a spacer 62.10 to 62.12 is expediently selected which, although it extends vertically downward from the plate 12, has a lower end face 68 which is inclined with respect to a course parallel to the plate 12 and on which the assigned bearing block, in the example the bearing block 48.11, sits on. The inclination is such that the radially outer end of the end face 68 is higher than the radially inner end.

Diejenigen Rollenmeißel 24.10 bis 24.12, die im äußeren Ringbereich Z an der Konusfläche 58 liegen, könnten einem relativ hohen Verschleiß verglichen mit den übrigen Rollenmeißeln 24.i bis 24.9 ausgesetzt sein, da sie mit größerer Umfangsgeschwindigkeit des Trägers 10 abgerollt werden. Um einen weitgehend gleichmäßigen Verschleiß aller Rollenmeißel 24.1 bis 24.12 zu erzielen, ist es zweckmäßig, daß an der Konusfläche 58 mehrere Rollenmeißel liegen. Beim Ausführungsbeispiel sind dies die drei Rollenmeißel 24.10 bis 24.12. Weiter ist es zweckmäßig, wenn die unten liegenden Mantellinien 28 dieser Rollenmeißel 24.10 bis 24.12 wie beim Ausführungsbeispiel jeweils zumindest annähernd an einem vorgegebenen, dem Bohrlochdurchmesser gleichen Durchmesser enden. Hierdurch wird einer Verringerung des Bohrlochdurchmessers bei einer Abnutzung der Rollenmeißel 24.10 bis 24.12 vorgebeugt, so daß nach einer aufgrund der Abnutzung erfolgenden Erneuerung dieser Rollenmeißel 24.10 bis 24.12 keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen beim erneuten Absenken des Bohrkopfes auf die Bohrlochsohle 20 erforderlich sind.Those roller bits 24.10 to 24.12 that lie in the outer ring area Z on the conical surface 58 could be exposed to relatively high wear compared to the other roller bits 24.i to 24.9, since they are unrolled at a greater circumferential speed of the carrier 10. In order to achieve a largely uniform wear of all roller bits 24.1 to 24.12, it is expedient that several roller bits are located on the conical surface 58. In the exemplary embodiment, these are the three roller bits 24.10 to 24.12. It is also expedient if the surface lines 28 of these roller bits 24.10 to 24.12 lying below, as in the exemplary embodiment, each end at least approximately at a predetermined diameter that is the same as the diameter of the borehole. This prevents a reduction in the borehole diameter when the roller bits 24.10 to 24.12 are worn, so that no special precautionary measures are required when the drill head is lowered onto the bottom of the borehole 20 after the roller bits 24.10 to 24.12 have been replaced due to wear.

Wie bereits oben erläutert, wird bei dem insoweit beschriebenen Bohrkopf der konvex-kegelige Ringbe-Aufgrund der guten Bohrleistung des vorstehend beschriebenen BohrWopfes kann man von einer Maßnahme absehen, die sonst bei Rollenmeißel-Bohrköpfen angewendet wird, die jedoch den Widerstand des Bohrkopfes gegen seine Drehung wesentlich erhöht, nämlich eine Schrägstellung der Rollenmeißel derart, daß ihre Drehachsen die Achse 26 des Trägers nicht schneiden, sondern an letzterer vorbei verlaufen. Durch diese Maßnahme wird sonst eine gewisse schabende Wirkung der Meißel erreicht, ähnlich wie wenn ein Automobil mit zur Kurvenfahrt eingeschlagenen Rädern trotzdem geradeaus gezogen würde. Bei dem Ausführungsbeispiel sind demgegenüber alle Rollenmeißel 24.1 bis 24.12 derart angeordnet, daß ihre Achsen die Achse 26 des Trägers 10 schneiden. Hierdurch rollen die Rollenmeißel 24.1 bis 24.12 relativ leicht auf den jeweiligen Ringbereichen der Bohrlochsohle 20 ab, was das Drehen des Bohrkopfes wesentlich erleichtert, bei gegebener Antriebsleistung eine höhere Drehgeschwindigkeit des Bohrkopf?* zuläßt und damit wiederum eine hohe Bohrleistung fördert. As already explained above, the convex-conical ring shape is used in the drill head described so far the good drilling performance of the BohrWopf described above can be derived from a measure which is otherwise used with roller bit drill heads, but which reduces the resistance of the drill head significantly increased against its rotation, namely an inclination of the roller bits such that their Axes of rotation do not intersect the axis 26 of the carrier, but rather run past the latter. By this measure Otherwise a certain scraping effect of the chisel is achieved, similar to when an automobile is used Wheels turned in a curve would still be pulled straight ahead. In the embodiment are In contrast, all roller bits 24.1 to 24.12 are arranged in such a way that their axes correspond to the axis 26 of the carrier 10 cut. As a result, the roller bits 24.1 to 24.12 roll relatively easily on the respective ring areas of the Borehole bottom 20, which makes turning the drill head much easier, given the drive power allows a higher rotational speed of the drill head? * and thus in turn promotes high drilling performance.

Es sei bemerkt, daß die vorstehende Erläuterung hinsichtlich eines leichten Abrollens der Rollenmeißel bei die Achse 26 schneidender Drehachse dieser Rollenmeißel zwar richtig ist, daß jedoch in jedem Fall ein zusätzlicher, die Drehung des Bohrkopfes hemmender Effekt dadurch auftritt, daß radial inneres Ende und radial äußeres Ende eines gegebenen Rollenmeißels gleiche Drehgeschwindigkeit bezüglich der Achse des Rollenmeißels, jedoch unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeit bezüglich der Achse 26 haben. Dies wird beim Ausführungsbeispiel noch durch die leicht kegelige Form der sich radial nach außen verjüngenden Rollenmeißel 24.2 bis 24.9 im Ringbereich Y verstärkt So übt der innere, erste Mantelabschnitt 42 des Rollenmeißels 24.3 außer einer senkrecht nach unten gerichteten Kraft auf die Bohrlochsohle 20 auch eine in Drehrichtung wirkende Tangentialkraft aus, während der zweite, radial weiter außen liegende Mantelabschnitt 36 eine in der entgeIt should be noted that the above explanation regarding a slight rolling of the roller bits with the axis of rotation intersecting the axis 26 of these roller bits is correct, but that in any case an additional, the rotation of the drill head inhibiting effect occurs because the radially inner end and radially outer End of a given roller bit have the same rotational speed with respect to the axis of the roller bit, but have a different peripheral speed with respect to the axis 26. In the exemplary embodiment, this is reinforced by the slightly conical shape of the radially outwardly tapering roller bits 24.2 to 24.9 in the ring area Y. In addition to a vertically downward force on the borehole base 20, the inner, first jacket section 42 of the roller bit 24.3 also exerts a force in the direction of rotation acting tangential force, while the second, radially further outward jacket section 36 is a in the opposite

reich der Bohrlochsohle 20, der im Ringbereich V der 40 gengesetzten Umfangsrichtung wirkende Tangential-Konusfläche 44 von den Rollenmeißeln 24.2 bis 24.9 kraft ausübt. Beide Tangentialkräfte erhöhen die Wirbearbeitet wird, so starken radialen Kräften unterwor- kung im Sinne einer Erhöhung der Bohrleistung,
fen, daß selbst bei relativ harten Gesteinsformationen Bei den im Ringbereich Z an der Konusfläche 58 des um die Achse 26 des Trägers 10 herum im Durchmesser- Bohrkopfes liegenden Rollenmeißeln 24.10 bis 24.12 bereich X ein Absprengen oder Abschlagen der Bohr- 45 gelten gegenüber denjenigen der Konusfläche 44 entgelochsohle 20 stattfindet, so daß grundsätzlich in diesem gengesetzte Überlegungen; da der Durchmesser der Bereich X keine Bearbeitung der Bohrlochsohle 20 mitrich of the borehole bottom 20, the tangential conical surface 44 acting in the annular region V of the opposite circumferential direction from the roller bits 24.2 to 24.9 exerts force. Both tangential forces increase the working process, so strong radial forces are subordinated in the sense of an increase in the drilling performance,
fen that even with relatively hard rock formations in the ring area Z on the conical surface 58 of the roller bits 24.10 to 24.12 area X lying around the axis 26 of the carrier 10 in the diameter drill head, the drilling 45 is split off or knocked off compared to those of the conical surface 44 Entgelochsohle 20 takes place, so that fundamentally in this opposite considerations; since the diameter of the area X does not involve machining the bottom of the borehole 20

Meißelelementen des Bohrkopfes erforderlich ist. Um jedoch ein Stehenbleiben eines mittigen Kernes in jedem Falle auch bei sehr harten Formationen zu vermeiden, ist sicherheitshalber der mittige Rollenmeißel 24.1 vorgesehen. Dieser weist eine kegelförmige Spitze 70 mit nicht dargestellten Zähnen, einen daran anschließenden, ebenfalls mit Zähnen versehenen, kegeligen Bereich 72 von relativ geringer Höhe und von geringerem Kegelwinkel, sowie einen daran anschließenden weiteren Abschnitt 74 von noch geringerem Kegelwinkel auf. Die nur annähernd waagerechte, nämlich vom freien Ende 76 der Spitze 70 geringfügig schräg nach unten verlaufende, unten liegende Mantellinie 78 der Spitze 70 hat annähernd eine dem Durchmesser des Innenbereiches X und damit dem Innendurchmesser des Ringbereiches Y gleiche Länge und schneidet die Achse 26 des Trägers 10 unterhalb desjenigen Schnittpunktes 80, an dem eine imaginäre, strichpunktiert angedeutete Fort- es setzung der Konusfläche 44 diese Achse 23 schneidet Der Spitzenwinkel der Spitze 70 beträgt etwas weniger als 90°.Chisel elements of the drill head is required. However, in order to prevent a central core from standing still in any case, even in the case of very hard formations, the central roller bit 24.1 is provided for safety's sake. This has a conical tip 70 with teeth (not shown), an adjoining, also provided with teeth, conical area 72 of relatively low height and a smaller cone angle, and an adjoining further section 74 of an even smaller cone angle. The surface line 78 of the tip 70, which is only approximately horizontal, namely from the free end 76 of the tip 70 slightly obliquely downward, has a length approximately equal to the diameter of the inner area X and thus the inner diameter of the ring area Y and intersects the axis 26 of the carrier 10 below that point of intersection 80 at which an imaginary continuation, indicated by dash-dotted lines, of the conical surface 44 intersects this axis 23. The apex angle of the apex 70 is somewhat less than 90 °.

Rollenmeißel 24.10 bis 24.12 bezüglich der Achse radial nach außen zunimmt, kompensiert diese Durchmesservergrößerung annähernd die sonst auftretenden unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten um die Achse 26, so daß beispielsweise der Rollenmeißel 24.11 an seiner unten liegenden Mantellinie annähernd ohne Ausübung von Tangentialkräften auf der Bohrlochsohle 20 abrollen kann. Dies wirkt einer übermäßigen Abnutzung der Rollenmeißel 24.10 bis 24.12 entgegen, wie sie sonst aufgrund der höheren Umfangsgeschwindigkeit des Trägers 12 zu befürchten wäre.Roller bit 24.10 to 24.12 increases radially outward with respect to the axis, compensates for this increase in diameter approximately the otherwise occurring different angular velocities around the Axis 26, so that, for example, the roller bit 24.11 on its surface line lying below, with almost no exertion of tangential forces on the bottom of the borehole 20 can roll. This counteracts excessive wear of the roller bits 24.10 to 24.12, like them otherwise, due to the higher circumferential speed of the carrier 12, there would be a risk.

Abwandlungen gegenüber dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind in vielfacher Weise möglich.Modifications to the embodiment described above are possible in many ways possible.

So ist es denkbar, daß man die Konusfläche 44 sich zumindest annähernd bis zur Achse 26 des Trägers erstrecken läßt, indem im Bereich X des Ausführungsbeispiels weitere Rollenmeißel in entsprechender Weise wie die Rollenmeißel 24.2 bis 24.9 angeordnet werden. Eine mögliche Abwandlung gegenüber dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt auch darin, daß in bereits erwähnter Weise der Kreisringbereich Y, der von derIt is conceivable that the conical surface 44 can extend at least approximately to the axis 26 of the carrier by arranging further roller bits in the same way as the roller bits 24.2 to 24.9 in the area X of the exemplary embodiment. A possible modification to the illustrated embodiment is that in the manner already mentioned, the circular ring area Y, which is from the

1111th

Conusfiäche 44 eingenommen wird, bis zum Innenumang des Bohrloches B erstreckt wird. Diese Lösung ist Desonders d?,nn zweckmäßig, wenn bei großen Bohrochdurchmessern von beispielsweise 1500 mm bis 2500 mm genügend Platz auf dem Träger 10 und dessen Platte 12 zur Unterbringung auch gegenüber dem Ausführungsbeispiel größerer, trotzdem jedoch noch gegenüber dem Bohrlochdurchmesser in ihrem Durchmesser kleiner Rollenmeißel zur Verfugung steht. Eine entsprechende Abwandlung ist in Fig.3 dargestellt. Wie dort gezeigt, können am Umfang des Bohrlochdurchmessers Rollenmeißel nach Art des Rollenmeißels 24.13 verwendet werden, deren Mantelfläche 82 mit einem relativ großen Kegelwinkel in der Größenordnung von 80° kegelig ausgebildet ist und die einen gegenüber den Rollenmeißeln 24.2 bis 24.9 (F i g. 1 und 2) größeren Durchmesser haben, wobei die Lagerung mittels eines Lagerbocks 48.13 und die Befestigung über eine Zwischenlage 62-.13 an der Platte 12 in im wesentlichen gleicher Weist wie die Lagerung beispielsweise des RoI-lenmeißels 2Cl 1 in F i g. 1 und 2 erfolgen kann.Conusfifläche 44 is taken up to the inner circumference of the borehole B is extended. This solution is particularly useful if, with large drilling diameters of, for example, 1500 mm to 2500 mm, there is enough space on the carrier 10 and its plate 12 to accommodate larger roller bits compared to the exemplary embodiment, but still smaller in diameter than the drill hole diameter is available. A corresponding modification is shown in FIG. As shown there, roller bits of the type of roller bit 24.13 can be used on the circumference of the borehole diameter, the lateral surface 82 of which is conical with a relatively large cone angle of the order of 80 ° and which one compared to roller bits 24.2 to 24.9 (Fig. 1 and 2) have a larger diameter, the mounting by means of a bearing block 48.13 and the fastening via an intermediate layer 62-13 to the plate 12 in essentially the same manner as the mounting, for example, of the roller chisel 2Cl 1 in FIG. 1 and 2 can be done.

Im übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 demjenigen nach F i g. 1 und 2, soweit dessen konstruktive Ausbildung im Bereich X und im Ringbereich ^beschrieben wurde.Otherwise, the embodiment according to FIG. 3 to the one according to FIG. 1 and 2, as far as its structural design in the area X and in the ring area ^ has been described.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

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3535

4040

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5050

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6060

6565

Claims

The underside of the bearing blocks (48.1 to 48.12) of the roll chisels (24.1 to 24.12), if necessary with the interposition of spacers (612 to 62.12), are carried. 8. Drilling head according to claim 7, characterized in that at least those spacers (612 to 62.9) on which the bearing blocks (48.2 to 48.9) of the roller bits (24.2 to 24.9) lying on the conical surface (44) are held, mutually parallel end faces ( 44, 66) to rest on the plate (12) and to rest on the bearing block (48.2 to 48.9). 9. Drilling head according to one of the preceding claims, characterized in that at least the majority of the roller bits (24.2 to 24.9) lying on the conical surface (44) are arranged in accordance with a spiral which widens, preferably counter to the direction of rotation (52) of the carrier (10) . Patent claims:

1. Drilling head for rock drilling, which has a rotationally driven carrier with a plurality of roller bits rotatably mounted on it, the surface lines of which facing the borehole bottom run along conical ring areas, the ones arranged in an area extending over more than 50% of the drill head diameter, at one of at least a bearing block supported journal held roller bits with each of the downhole facing surface lines on a common to them, are located from the outside inwards recessed conical surface, characterized overall is ke η η ζ calibration η et that the conical surface (44) throughout a cone angle (a) of at least approximately 140 ° has that the roller bits (24.2 to 24.9) lying on the conical surface (44) are arranged at regular circumferential intervals, one

have a slightly conical shape, each from

a single bearing block (48.2 to 48.9) arranged radially inward of them

a frustoconical bearing pin (46) supported The invention relates to a drill head according to the

th, whose the borehole bottom (20) facing 25 preamble of claim 1.

Surface line (50) to the bearing block (48.2 to 48.9) in a drilling known from US-PS 8 39 837

- ■ - ·· - ■ '- "' ^: - ^ - ^ - head of this type, the conical surface rises from the outside

inside in successive conical ring areas increasingly stronger, the radial width of this : 30 ring areas decreasing from the outside to the inside. The on The roller bits lying on the conical surface must therefore have a very different one depending on their radial position Have shape, which is disadvantageous in terms of the cost of manufacture and storage. Further the roller bits lying on the conical surface cannot machine overlapping ring areas, which is un favorable in terms of the achievable drilling performance. Overlapping would be possible at most,