DE3301671A1

DE3301671A1 - Impact roller drilling bit

Info

Publication number: DE3301671A1
Application number: DE19833301671
Authority: DE
Inventors: Klaus 5800 Hagen Bechem; Ulrich Wilhelm Bechem
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-01-20
Filing date: 1983-01-20
Publication date: 1984-07-26
Also published as: DE3301671C2

Abstract

Published without abstract.

Description

Patentanmeldung "Schlagendes Rollenbohrwerkzeug"Patent application "Percussive roller drilling tool"

Seit Jahren gibt es Entwicklungen, konventionelle Ro@@enbohrwerkzeuge mit Schlaggeräten zu versehen.There have been developments for years, conventional Ro @@ drilling tools to be provided with impact devices.

Insbesondere verwendet man zu diesem sogenannten "Aktivieren" Kolbenschlaggeräte oder umlaufende Unwuchten, die entweder außerhalb der Rollenbohrwerkzeuge angeordnet werden oder aber auch innerhalb entsprechender Bohrwerkzeuge.In particular, piston impact devices are used for this so-called "activation" or circumferential imbalances, which are either arranged outside of the roller drilling tools or within the corresponding drilling tools.

Die insbesondere mit Kreiserregern gemachten Erfahrungen haben gezei6t, daß es u. a. schwierig ist, Schwingungen zu beherrschen und sie so zu dämp£en, daß sie nicht bzw. nur möglichst gering auf den Grundkörper - Bohrkopf oder derg.-übertragen werden.The experience made with circular exciters in particular has shown that there is a. it is difficult to control vibrations and to dampen them so that they are not or only as little as possible transferred to the base body - drill head or the like will.

Um dieses Problem zu umgehen verwendet man erfindungsgemäß nicht mehr zentrisch gelagerte umlaufende Unwuchten, sondern mindestens zwei gegeneinander versetzte Kurbelzapfen, die Rollenbohrwerkzeuge - vorzugsweise Disken, verzahnte Scheiben oder dergl., die auf den Kurbelzapfen zur/gegeneinander ausgewuchtet freidrehend gelagert sind - in die gleichen radialen Schwingungen versetsent wie sie durch Rollenbohrwerkzeuge erzeugt werden die im Inneren mit umlaufenden Unwuchten versehen sind. Auch drei und mehr Bohrdisken oder dergl.In order to circumvent this problem, it is no longer used in accordance with the invention centrically mounted rotating imbalances, but at least two against each other offset crank pins, the roller drilling tools - preferably disks, toothed Discs or the like. Freely rotating on the crank pin to / against each other balanced are stored - offset in the same radial vibrations as they are caused by roller drilling tools which are provided with circumferential imbalances on the inside. Also three and more drilling disks or the like.

können auf einer Kurbelwelle - s. O. - angeordnet werden.can be arranged on a crankshaft - see above.

Die großen Vorteile der erfindungsgemäßen Konstruktion liegen im wesentlichen darin, daß solche Aggregate durch die hierbei möbliche Auswuchtung weitgehendst schwingungsfrei arbeiten, die Amplitude durch eine entsprechende Exzentrizität der Kurbelzapfen im wesentlichen in Abhängigkeit des zu bohrenden Gesteins festgelegt wird und die Amplitude dann immer gleichbleibend ist. Außerdem ist die Baugröße im Vergleich zu anderen bekannten aktivierten Rollenbohrwerkzeugen mit eingebauten uinear- oder Kreiserregern erheblich geringer; auch die erforderliche intriebsenergie ist vergleichsweise gering. bin weiterer erheblicher Vorzug des oben beschriebenen Aggregates ist, daß es im Leerlauf, selbst bei voller Drehzahl, fast keine Antriebsenergie benötigt und diese außerdem in itbhängigkeit des Andruckes auf das Gestein wächst und somit u.a, für die Regulierung des Bohrandruckes vorteilhaft genutzt werden kann. Hierfür wird gesonderter Schutz beantragt.The great advantages of the construction according to the invention are essentially in that such units are largely due to the possible balancing vibration free work, the amplitude by an appropriate Eccentricity of the crank pin depends essentially on the one to be drilled Rock is determined and the amplitude is then always constant. aside from that is the size compared to other known activated roller drilling tools considerably lower with built-in linear or circular exciters; also the required internal energy is comparatively low. am another significant advantage of the The unit described above is that when idling, even at full speed, almost no drive energy is required and this also depends on the pressure grows on the rock and thus, among other things, advantageous for regulating the drilling pressure can be used. Separate protection is requested for this.

Mit dem erfindungsgemäßen Prinzip kann zum Bohren z.B.With the principle according to the invention, e.g.

härtester Gesteine die Frequenz auch extrem hoch sein - höher als bei allen z.Z. bekannten Systemen - ebenfalls ein wesentlicher Vorteil. Das Gestein im Bereich der Eigenschwingungen erfindungsgemäß zu bearbeiten, vorzugsweise unter Verwendung des Twin gemäß Figur II), - auch hierfür wird gesonderter Schutz beansprucht.hardest rocks the frequency can also be extremely high - higher than at all currently known systems - also a major advantage. The rock to be processed according to the invention in the range of natural vibrations, preferably below Use of the twin according to Figure II), - separate protection is also claimed for this.

Systembedingst - und in Abhängirkeit der gewählten Geometrie, d.h. des Rollendurchmessers, der Exzentrizität, des Abrollradius sowie der drehzahl des/der Exzenter -laufen die Scheiben/Zahnringe/Ringzähne oder dergl.System-related - and depending on the selected geometry, i.e. the roll diameter, the eccentricity, the rolling radius and the speed of the Eccentric-run the disks / toothed rings / ring teeth or the like.

langsamer oder schneller in entgegengesetzter Wichtung, so daß auch ohne Bewegung des Bohrkopfes, - armes oder dergl. die Rollenbohrwerkzeuge vergleichsweise langsam drehen und damit gleichmäßig abgenutzt werden - auch ein erheblicher Vorteil des Systems.slower or faster in opposite weighting, so that too without moving the drill head, arm or the like, the roller drilling tools comparatively turn slowly and thus wear evenly - also a considerable advantage of the system.

Um ein schnelles Mitlaufen der Rollenbohrwerkzeuge in Drehrichtung des Exzenters zu vermeiden, wird erfindungsgemäß eine Ratsche oder dergl. zugeordnet, die die Werkzeuge nur in einer Richtung langsam und entgegengesetzt drehen läßt.To ensure that the roller boring tools run along quickly in the direction of rotation To avoid the eccentric, a ratchet or the like is assigned according to the invention, which only allows the tools to rotate slowly and in opposite directions in one direction.

Beschreibung In der Zeichnung I) einer ÄusfUhrungsmöglichkeit ist die Surbelwelle mit 1) bezeichnet, die beiden Lagerungen der angetriebenen Kurbelwelle mit 2), die exzentrischen Kurbelzapfen mit 3) und 4), die Lagerungen der Scheiben oder Disken mit 5) und 6) sowie die Scheiben und Disken mit 7) und 8) und die vorzugsweise aufgezogenen, vorzugsweise auswechselbaren Verschleißwerkzeuge mit 9) und 10).Description In the drawing I) is an execution option the crankshaft is designated by 1), the two bearings of the driven crankshaft with 2), the eccentric crank pins with 3) and 4), the bearings of the discs or disks with 5) and 6) as well as the disks and disks with 7) and 8) and preferably mounted, preferably replaceable wear tools with 9) and 10).

In der Zeichnung II) ist der Kurbelzapfen mit 1) bezeichnet, die Lagerungen mit 2), die Exzenter mit 3) und 4), die Lagerungen der Scheiben oder dicken mit 5) und 6) sowie die Doppelscheiben bzw. -disken mit 7) und 8).In the drawing II) the crank pin is denoted by 1), the bearings with 2), the eccentrics with 3) and 4), the bearings of the discs or thick with 5) and 6) as well as the double discs or discs with 7) and 8).

Zeichnung III: Ein Ausführungsbeispiel zeigt als 1) den oder die Antriebsmotoren, 2) und 3) die exzentrischen Lagerungen der Disken oder dergl., 4) und 5) die im Gehäuse, Grundkörper oder dergl. stehenden Antriebswellen des oder der Motoren; 6) und 7) sind die Disken bzw. Bohrwerkzeuge. Gesonderter Schutz wird für diese Bauart beantragt.Drawing III: An exemplary embodiment shows as 1) the drive motor (s), 2) and 3) the eccentric bearings of the disks or the like., 4) and 5) the im Housing, base body or the like. Standing drive shafts of the motor or motors; 6) and 7) are the disks or drilling tools. Separate protection is provided for this Type applied for.

In der Zeichnung IV) sind verschiedene technische Möglichkeiten erklärt, für die gesonderter Schutz beantragt wird: Mit 15) ist ein halbkreisförmiger Lagerbock bezeichnet, der auch vollkreisförmig geschlossen sein kann, in dem das radial schwingende Bohrwerkzeug 12) mit Zähnen, Stiften oder dergl. 11) mit seinem größten Radius - der durch die Exzentrizität 21) vorgegeben ist - abläuft, und zwar auf dem exzenter 19) der mit hoher Drehzahl laufenden rurbelwelle 18), Hierbei dreht das eigentliche Bohrwerkzeug, Pfeil 17), erheblich langsamer und gegenläufig zur hurbelzapfen 19). Das Bohrwerkzeug läuft also in der halben Lagerschale mit einer seitlichen Schulter- bzw. Lagerlauffläche ab und kann somit fräsend arbeiten oder auch als Antrieb verwendet werden.In the drawing IV) various technical possibilities are explained, for which separate protection is requested: With 15) is a semicircular bearing block referred to, which can also be closed in a full circle, in which the radially oscillating Drilling tool 12) with teeth, pins or the like 11) with its largest radius - which is given by the eccentricity 21) - runs on the eccentric 19) the crankshaft running at high speed 18), the actual one rotates here Drilling tool, arrow 17), considerably slower and in the opposite direction to the crank pin 19). The drilling tool therefore runs in half the bearing shell with a shoulder or bearing running surface and can therefore work in a milling manner or also be used as a drive will.

Der gepunktete rfeil 16) soll das gegenläufige Abrollen auf dem Gestein 20) - und nicht im Lagerbock 13) - demonstrieren, wobei bei hoher Drehzahl des Exzenters 15) der/die Ringzähne/Zahnringe 12) oder dergl. zwangsweise langsam gegenläufig drehen.The dotted rfeil 16) is intended to prevent rolling on the rock in the opposite direction 20) - and not in the bearing block 13) - demonstrate, with the eccentric rotating at high speed 15) the / the ring teeth / toothed rings 12) or the like. Inevitably slowly in opposite directions turn.

Gesondert er Schutz wird ebenfalls beantragt für eine Ratsche, im Ausführungsbeispiel eine Blattfeder 14), die das ititlaufen der Fräs-/Bohrrollen mit der gleichen hohen Geschwindigkeit des Kurbelzapfens verhindert und die ollen jedoch gegenläufig frei drehen läßt.Separate protection is also requested for a ratchet, im Embodiment a leaf spring 14), the ititlauf the milling / drilling rollers with the same high speed of the crank pin prevents and the ollen but can rotate freely in opposite directions.

Gesonderter Schutz wird ebenfalls beantragt für spezielle 3ohrverfahren, vorzugsweise unter Verwendung des Twin gemäß Zeichnung II), d.h. seitliches, lineares oder radiales Verschieben des erfindungsgemäßen Bohraggregates, um z.B. einen halbkreisförmigen Schlitz ins Gestein zu arbeiten, wobei die Schlitzhöhe dem Durchmesser der Fräs oder Bohrrollen entspricht; auch kann man das komplette Aggregat um die eigene Achse drehen, um eine Pilot- oder Vollbohrung herzustellen, die im Durchmesser ebenfalls dem der Fräs- oder 3ohrrollen entspricht.Separate protection is also requested for special 3-ear procedures, preferably using the twin according to drawing II), i.e. lateral, linear or radial displacement of the drilling unit according to the invention, for example around a semicircular Work a slot in the rock, the slot height being the diameter of the milling cutter or corresponds to drilling rollers; you can also turn the complete unit around its own axis Turn to make a pilot or full bore that is also in diameter corresponds to that of milling or 3-ear rollers.

Getrennter Schutz wird dafür beantragt, das erfindungsgeme System einseitig/fliegena zu lagern.Separate protection is requested for the system according to the invention to store one-sided / flies.

Gesonderter Schutz wird dafür beantragt, daß die freien wellenenden der Kurbelwelle bzw. Kurbelwellenzapfen so bemessen werden, d eintellige Lagerungen über die @ellenenden auf die Kurbelwellen-Exzenter aufgeschoben werden können, die dann ihrerseits die Fräs- oder bohrrollen tragen.Separate protection is requested for the free shaft ends the crankshaft or crankshaft journal are dimensioned in such a way that d single-digit bearings can be pushed onto the crankshaft eccentric via the shaft ends, which then in turn carry the milling or drilling rollers.

Für die Verwendung des erfingsgemäßen Systems auf Tunnelbohrmaschinen des systems Montacié wird gesonderter Schutz beantragt - ebenfalls dafür, erfindungsgemäße vohrrollen mit vor-, zwischen-, oder neben laufendem wasserstrahl höherer Drücke zu kombinieren. -- Zähne, Stifte, z.B. aus Hartmetall, oder sonstige Werkzeuge, Profile oder dergl. können nicht nur radial angeordnet werden - sonaern auch seitlich an den Flanken der z.B. auch halbkugelförmigen Fräs- oder bohrrollen - ins besondere, um beim Einstechen ins Gestein oder seitlichem Verfahren tiefer eindringen zu können bzw. stärkere Such: ten in einem Arbeitsgang abtragen zu können; gesonderter Schutz wird auch hierfür beantragt.For the use of the system according to the invention on tunnel boring machines des systems Montacié separate protection is requested - also for inventive pre-roll with pre-, intermediate or alongside running water jet with higher pressures to combine. - teeth, pins, e.g. made of hard metal, or other tools, Profiles or the like can not only be arranged radially - they can also be arranged laterally on the flanks of the hemispherical milling or drilling rollers, for example - ins special, in order to be able to penetrate deeper when piercing the rock or moving sideways or to be able to remove stronger searches in one work step; separate protection is also requested for this.

Technische Ausführung In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Zeichnung II) beträgt beispielsweise der Disken- oder Ucneibendurchmesser 7) und 8) 300 mm, die Drehzahl der elle 1) oz, der Xxzenter 3) und 4) 5.000 und somit die Schlagfrequenz beider Disken auf dem Gestein zusammen 10.000 pro Minute, wobei die Disken 7) und 8) mit etwa 100 Umdrehungen entgegengesetzt zur Drehrichtung der Exzenter 3) und 4) das Gestein drehend schlagend bearbeiten, mit einer mDlitude von 10 mm.Technical execution In a preferred embodiment according to the drawing II) is, for example, the disc or Ucneib diameter 7) and 8) 300 mm, the speed of the elle 1) oz, the Xxzenter 3) and 4) 5,000 and thus the beat frequency both disks on the rock together 10,000 per minute, with the disks 7) and 8) with about 100 revolutions opposite to the direction of rotation of the eccentrics 3) and 4) work the rock by turning it with a mDlitude of 10 mm.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Zeichnung IV) und dem hblaufen im Lagerbock 13) drehen die Zahnringe 12) mit etwa 200 Umdrehungen entgegengesetzt 16) zur Drehrichtung des Exzenters 15) mit 5,000 Umdrehungen - und können somit das Gestein 20) fräsend bearbeiten - oder als ntrieb dienen. Auch hierfür wird gesonderter Schutz beantragt.In the exemplary embodiment according to drawing IV) and running in the bearing block 13) rotate the toothed rings 12) with about 200 revolutions 16) in the opposite direction to the direction of rotation of the eccentric 15) with 5,000 revolutions - and can thus mill the rock 20) edit - or serve as a drive. For this, too, separate protection is requested.

Bei der beschriebenen Ausführung ist ein nur etwa 3-5 kw starker Motor erforderlich. Trotz dieses geringen Energiebedarfs und eines Andruckes, der nur etwa 1 - 10 % des Andruckes beträgt, den konventionelle Rollenbohrwerkzeuge benötigen, sind die Vortriebsleistungen (Eindringtiefen), insbesondere in hartem und hartestem Gestein, mehrfach höher als beim konventionellen Bohren.In the embodiment described, there is only a 3-5 kW motor necessary. Despite this low energy requirement and a pressure that only is around 1 - 10% of the pressure required by conventional roller drilling tools, are the driving performance (penetration depths), especially in hard and hardest Rock, several times higher than with conventional drilling.

- L e e r s e i t e -- L e r s e i t e -

Claims

Claim 1) Driven, beating, radially oscillating Drilling tool, characterized in that at least two are offset from one another Carrying crank pins with the same eccentricity milling or roller drilling tools - preferably Washers, ring teeth, toothed rings or the like balanced and. are freely rotating.

Patent claim 2) according to 1) characterized in that two disks, Ring teeth, toothed rings or the like. That are on two different, 1800 to / against each other staggered crank pins with the same eccentricity, balanced and are freely rotating, can be combined to form a milling or roller drilling tool.