DE3310807A1 - Rotierender erdbohrmeissel und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing:*H. Weickmann,"D'ipl:-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska , Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel

8000 MÜNCHEN 86 £^· Γΐ8ΓΖ ISÖJ

8000 MÜNCHEN POSTFACH 860

MÖHLSTRASSE

TELEFON (089) 9S03S2

TELEX 522621

TELEGRAMM PATENTWEICKMANN MÜNCHEN

Engl.

Trend Rock Bit Alberta, Ltd. Fort Street, Suite 201

Victoria, British Columbia Canada

Rotierender Erdbohrmeißel und Verfahren zu seiner Herstellung

66 IUbU/

Trend Rock Bit Alberta, Ltd.

895 Fort Street,

Suite 201

Victoria, British Columbia,

Canada

Rotierender Erdbohrmeißel und Verfahren zu seiner

Herstellung

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Erdbohrmeißel,
insbesondere einen Erdbohrmeißel mit rotierenden Schneidwerkzeugen zur Durchführung von Erdbohrarbeiten in relativ harte, feste Erdformationen, sowie ein Verfahren zur Montage der erfindungsgemäßen Erdbohrmeißel.

Beim Bohren von tiefen Bohrungen in die Erde trifft man auf viele unterschiedliche Arten von Erdformationen;
Bohrungen in jeder dieser Erdformationen erfordern unterschiedliche Bohrwerkzeuge. Für lose oder unverfestigte
Erdformationen, wie Kiesschichten, sind z.B. integrierte Bohrmeißel mit mehreren Schneidblättern zum Ausschneiden

des Materials erwünscht. Wenn verfestigte, sehr harte Erdschichten angetroffen werden, z.B. bei tiefliegenden Erdformationen, ist es typisch, Bohrmeißel mit mehreren rotierenden, mit Schneidzähnen besetzten Schneidwerkzeugen zu verwenden. Die Zähne der rotierenden Schneidwerkzeuge sind so angeordnet, daß sie zusammenwirken, so daß die Erdformation ausgeschnitten wird, wenn der Bohrkopf am Ende der beispielsweise rohrförmigen Bohrstange gedreht wird, welche vom Bohrgeschirr in die zu bohrende Formation gesenkt wird. Der typische rotierende Erdbohrmeißel oder "rock bit" (Felsmeißel) umfaßt einen Bohrkopfkörper, an welchem drei nach unten ragende Arme angeordnet sind. Von jedem der drei Arme ragt jeweils eine Achse bzw. ein Werkzeugträger nach innen in Richtung auf die Symmetrieachse des Bohrmeißels zu. Auf jeder Achse ist im allgemeinen ein rotierendes, etwa konisches Schneidwerkzeug mit daran ausgebildeten Zähnen drehbar gelagert und so ausgerichtet, daß die Zähne in die Erdformation einschneiden und das Erdmaterial ausschneiden, wenn der Bohrkopf durch die Bohrstange gedreht wird.

Einer der größten Nachteile der Bohrmeißel mit rotierenden Schneidwerkzeugen ist die Unfähigkeit der Schneidwerkzeuglager, die schwere Verschleißbeanspruchung auszuhalten, der der Bohrkopf typischerweise ausgesetzt ist. Während der Bohrarbeiten werden die Bohrköpfe schweren Schlägen und Vibrationen sowie anderen den Verschleiß fördernden Beanspruchungen ausgesetzt, welche für die Standzeit der Schneidwerkzeuglager und anderer Bauteile der Bohrmeißel sehr schädlich sind. Manchmal lastet ein großer Teil des Bohrstangengewichtes, an welchem der Bohrkopf befestigt ist, auf dem Schneidwerkzeug, wodurch die Schneidwerkzeuge und ihre Lager großen mechanischen Belastungen unterworfen

t ' O O

JJ1UÖUV

sind. Es ist deshalb erwünscht, daß rotierende Bohreinrichtungen mit gekapselten Lagern versehen sind, welche die Fähigkeit haben, extrem hohe Kräfte, starke Vibrationen sowie hohe Arbeitstemperaturen auszuhalten.

Typischerweise sind die Bohrmeißelkörper von rotierenden Bohrköpfen als integrale Guß- oder Schmiedestücke ausgebilet, welche wegen ihrer komplizierten Form sehr teuer in der Herstellung sind. Es ist deshalb auch erwünscht, einen Erdbohrmeißel bzw. Erdbohrkopf zu schaffen, dessen Aufbau bei äußerst großer Festigkeit und Standfestigkeit dennoch relativ billig ist. Die Bohrerkosten werden ebenso dadurch nachteilige beeinflußt, daß im allgemeinen für die meisten Strukturkomponenten derartige Bohrer die Forderung nach teuren Materialien erhoben wird. So wird beispielsweise gefordert, daß für die Schneidwerkzeuge oder die gesamte Bohrerstruktur teuerstes Material mit höchsten Lagereigenschaften verwendet wird, wenn diese Teile verschleißfeste Lagerflächen bilden sollen.

Es ist deshalb eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen Erdbohrmeißel vom rotierenden Typ zu schaffen, welcher eine optimale Ausnutzung des Materials der verschiedenen Bauteile gewährleistet und damit optimale BohrIeistungen und eine hohe Standzeit sicherstellt; dabei wird auch eine Lösung angestrebt, bei der eine mit dem Traglager für das Schneidwerkzeug zusammengefaßte Achse als ganzes durch Schweißen mit dem Bohrkopfkörper verbunden werden kann.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die neue Konstruktion Lager- und Achsenanordnungen umfaßt, die infolge optimaler Materialausnutzung extrem hohe Arbeitsbelastungen aushalten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Bohrkopfkörper durch Zusammenbau von mehreren billigen Körpersektionen gebildet/ wodurch die Kostengünstigkeit der Konstruktion weiter gefördert wird.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung wird auch darin gesehen, daß die rotierenden Schneidwerkzeuge mit den zugeordneten Achsen und Lagern zusammenmontiert werden unter Anwendung kontrollierter Dimensionsänderungen durch Erhitzen und Abkühlen verschiedener Komponenten des Bohrmeißels.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß durch mechanische Sicherungsmittel eine formschlüssige Verbindung zwischen den rotierenden Schneidwerkzeugen und der Achse bzw. dem Lager hergestellt wird, so daß die Schneidwerkzeuge gegen ein Lösen infolge von Vibrationen und anderer Arbeitsbelastungen gesichert sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, ein Verfahren zur Herstellung eines Erdbohrmeißels anzugeben, welches es ermöglicht, die Schneidwerkzeuge, die Lager sowie die Achsanordnung fertigzustellen, bevor diese mit dem Bohrkopfkörper verbunden werden.

In anderer Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens werden die Schneidwerkzeuge, die Lager und die Achseanordnungen mit Bohrkopfkörpersegmenten zusammenmontiert, bevor diese zu seinem integrierten Bohrkopfkörper verbunden werden.

Andere Merkmale sowie Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus den dargestellten, weiter unten beschriebenen Äusführungsbeispielen, während wieder andere, hier nicht näher beschriebene Vorteile

\ KJ KJ \J I

ft * * * it. *

- 19 -

sich für den Fachmann auch bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung in der Praxis ergeben. Rotierende Erdbohrköpfe sind seit geraumer Zeit im Handel erhältlich (US-PS 1 325 086). In einigen Fällen war die Struktur des Bohrkopfkörpers so ausgeführt, daß sie als Lager dienen konnte (US-PS 2 620 686 und 3 361 494) . Es wurden auch schon unterschiedliche Lagerarten für die Lagerung der rotierenden Schneidwerkzeuge verwendet (US-PS 1 839 589, 2 004 012 und 2 126 041). Es sind auch schon Erdbohrköpfe bekannt, bei denen die Achsanordnungen mit dem Bohrkopfkörper mechanisch verbunden sind, z.B. durch Schweißen, Verbolzen oder ähnliches (US-PS 1 839 589, 2 004 012 und -1 957 532). In jüngerer Zeit ist es bekannt geworden, die rotierenden Schneidwerkzeuge über Schrumpflager oder geteilte Lager zu halten (US-PS 4 157 122).

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Konstruktion für einen rotierenden Erdbohrmeißel mit rotierenden Schneidwerkzeugen vorgesehen, welche auf neuartige Weise mit dem Körper des Bohrmeißels verbindbar sind und welche wirkungsvoll den schädlichen Kräften hoher Belastungen und Vibrationen während des.Bohreinsatzes widerstehen. An nach unten stehenden Armen des Bohrmeißelkörpers sind mit diesen integrierte Achsen angeordnet, welche in passenden Winkeln von diesen Armen so abstehen, daß eine abgestimmte Schneidbewegung möglich ist. Typischerweise weisen derartige Felsmeißel drei nach unten stehende Arme und drei aufeinander abgestimmte rotierende Schneidwerkzeuge mit Schneidzähnen auf, welche so zusammenwirkend angeordnet sind, daß ein Bohren mit hohem Wirkungsgrad erfolgt, wenn der Felsmeißel relativ zu der zu bohrenden Formation in Drehung versetzt wird. Der Bohrmeißelkörper kann in der Weise gefertigt sein, daß drei zusammenpassende Körpersektionen durch Schweißen zu einem integrierten Körper verbunden werden. Jede KörperSektion

kann ein Gußteil sein, wodurch die Herstellung eines Meißelkörpers bei vom metallurgischen Standpunkt aus äußerst hoher Festigkeit und Standfestigkeit sehr vereinfacht wird.

In jedem Fall haben die rotierenden Schneidwerkzeuge im wesentlichen eine konische Form mit einer Reihe von außen angeordneten und angeformten Schneidzähnen zum Einschneiden in das zu bohrende Erdmaterial. Jedes der Schneidwerkzeuge weist eine Ausnehmung von bestimmter Größe und Form zur Aufnahme einer Achse des Bohrmeißelkörpers auf, sowie ein geeignetes Lager bzw. eine Lagerbuchse, mittels derer das Schneidwerkzeug drehbar mit dieser Achse verbunden ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Achse, welche mit dem zugeordneten Arm eine Einheit bildet, einen Teil mit verringertem Durchmesser zur Aufnahme einer Lagerbuchse sowie einen damit zusammenwirkenden Haltekopf auf, welcher sicherstellt, daß die Lagerbuchse in ihrer korrekten Lage drehbar gehalten wird und daß dadurch der rotierende Schneidkonus in seiner korrekten Lage zum Arm des Bohrmeißels gehalten wird. Eine geteilte Lagerbuchse ist auf dem Lageraufnahmeteil der Achse angeordnet und ist auf diesem mittels eines Sicherungsringes gesichert, welcher zwischen sich ergänzenden Nuten in der äußeren Peripherie der Lagerbuchse einerseits und der inneren Peripherie der Ausnehmung des rotierenden Schneidkonus andererseits angeordnet ist. Der innere Endbereich der geteilten Lagerbuchse ragt über das axiale Ende des Schneidkonus hinaus und kommt so zu einer drehenden, dichtenden Anlage an eine Gegenfläche des Armes; dadurch wird verhindert, daß Staub, Sand, Bohrgut und anderer Steinschutt eintritt und die ordentliche Funktion der Lager und Lagerbuchsen in Frage stellt. Eine radial wei-

OO IUOU/

9 * ♦ O *

* 4

- 21 -

ter außen angeordnete elastische Dichtung kann am Schneidkonus angeordnet sein und eine zusätzliche Abdichtung zum Arm des Meißels herstellen.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind an den nach unten stehenden Armen des Bohrmeißels damit integrierte Achsen ausgebildet mit jeweils einem daran nur zu einem Teil ausgebildeten Haltekopf zum Halten der Schneidwerkzeuge. Im Arm und in der Achse ist eine zusammenhängende Nut ausgebildet, welche einen Keil o.dgl. aufnehmen kann. Der Keil hat die Aufgabe, einen rotierenden Schneidkonus auf der Achse zu sichern; er ermöglicht es, daß der Haltekopf der Achse den rotierenden Schneidkonus gegen ein versehentliches Lösen von der Achse sichert.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist an dem nach unten stehenden Arm des Bohrmeißels eine damit integrierte Achse ausgebildet, wobei Achse und Arm so aufgebaut sind, daß sie eine öffnung zur Einführung von Lagermitteln bilden. Der drehbare Schneidkonus und die Achse sind in ihrer Form so aufeinander abgestimmt, daß sie Lagerkammern zur Aufnahme mehrerer Lagerrollen bilden. Ein Sicherungsteil zum Sichern der Lagerrollen wird in die Lagereinführöffnung eingesetzt, so daß diese verschlossen wird und dadurch sichergestellt wird, daß die Lagerrollen in den Lageraufnahmekammern gehalten werden. Die Lagerrollen haben sowohl die Aufgabe, die Drehlagerung des Schneidkonus auf der Achse zu bilden, als auch die Funktion, den Schneidkonus auf der Achse zu halten.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung haben die Lagerrollen, die durch die Lagereinführöffnung in eine durch den Schneidkonus und die Achse gemeinsam gebildete Lageraufnahmekammer eingeführt worden sind, auch die

Aufgabe, mit einer geteilten Lagerbuchse zusammenzuwirken, um einerseits zusätzliche Lagerung zu gewährleisten und um andererseits den Schneidkonus auf der mit dem Bohrmeißelkörper integrierten Achse zu sichern.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist ein Bohrmeißel an einem Bohrmeißelkörper angeordnete, nach unten gerichtete Arme auf, wobei an jedem jeweils ein mit diesem integrierter Achsenfortsatz ausgebilet ist. Eine Achse, welche den äußeren Teil der gesamten Achsenanordnung darstellt, wird in einer Achsendurchtrittsöffnung aufgenommen, die in dem Achsenfortsatz ausgebildet ist. Am äußeren Ende dieser Achse ist ein Kopfteil ausgebildet; die Achse wird durch Schweißen mit dem nach unten gerichteten Arm des Bohrmeißels verbunden. Eine geteilte Lagerbuchsenanordnung findet Verwendung, um den rotierenden Schneidkonus auf der Achse des Bohrmeißels zu sichern.

Eine einfache und billige Bohrmeißelkörper-Strpktur kann nach einem Merkmal der Erfindung hergestellt werden, in dem mehrere Körpersegmente vorgesehen und in einer geeigneten Weise miteinander verbunden werden. Jedes dieser Körpersegmente kann als billiges Schmiede- oder Gußteil aus einem Material mit ausreichender Festigkeit hergestellt sein, um den Belastungen gewachsen zu sein, welcher die Struktur während des Bohrvorganges ausgesetzt ist, wobei es dennoch relativ geringe Materialkosten aufweist. Der einfache Aufbau jedes Körpersegmentes ermöglicht es, daß jedes dieser Segmente zu geringen Kosten durch Schmieden oder Gießen herstellbar ist. Zusätzlich können alle Körpersegmente eine im wesentlichen gleiche Konfiguration aufweisen, wodurch auch die Formkosten gering gehalten werden, welche für die Herstellung der Bohrmeißelkörper erfor-

ο ο iuyu/

*. * te

- 23 -

derlich sind. Die gesamte Bohrmeißelkörper-Struktur kann z.B. aus drei Segmenten zusammengesetzt sein, welche fest miteinander verbunden werden. Die Segmente können durch Schweißen zu einem integrierten Bohrmeißelkörper mit drei Armen für die Halterung von drei Schneidwerkzeugen verbunden werden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtdarstellung eines rotierenden Bohrmeißelkörpers mit drei daran angeordneten rotierenden Schneidwerkzeugen;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Anordnung gemäß Fig. 1 entsprechend der Linie 2-2 aus welchem der Aufbau als geschweißte Konstruktion ersichtlich ist;

Fig. 3 in vergrößerter teilweiser Darstellung einen Längsschnitt durch einen Bohrmeißel gemäß Fig. 1, insbesondere durch einen nach unten gerichteten Arm zur Halterung eines Schneidwerkzeuges, aus welchem die Drehlagerung eines Schneidkonus mittels einer geteilten Lagerbuchse zu erkennen ist;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Anordnung gemäß Fig. 3 entsprechend der Linie 4-4 und läßt die Anordnung der geteilten Lagerbuchse sowie den Einführvorgang des Sicherungsringes in die Ringnut zur Sicherung des Schneidwerkzeuges auf der Achse erkennen;

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung einen teilweisen Längsschnitt einer Bohrmeißelkonstruktion gemäß den Fig. 1 und 3, aus welchen die gegenseitige Anordnung von Achse, geteilter Lagerbuchse und rotierendem Schneidkonus erkennbar ist;

Fig. 6 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Bohrmeißel in anderer Ausgestaltung, mit einem auf einer integrierten Achse drehbar gelagerten Schneidkonus und mit einem Sicherungskeil, welcher in einer den Arm, die Achse sowie den Schneidkonus durchsetzenden Keilnut angeordnet ist;

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 6 entlang der Linie 7-7;

Fig. 8 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Bohrmeißel gemäß Fig. 6 mit einer Darstellung der Montage des Schneidkonus auf der teilweise integrierten Achse;

Fig. 9 einen teilweisen Lngsschnitt durch einen Bohrmeißel gemäß Fig. 6 und einer Darstellung der Einführung des Keils in die Keilnut, welche den Schneidkonus auf der Achse sichert;

Fig. 10 einen teilweisen Längsschnitt durch einen der Arme eines Bohrmeißels in anderer Ausgestaltung mit einem mittels Wälzlager auf einer integrierten Achse gelagerten Schneidkonus;

IUUU/

Fig. 11 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Arm eines Bohrmeißels, wobei ein Schneidkonus über zusammenwirkende Wälzlager und Lagerbuchsen auf einer integrierten Achse gelagert ist;

Fig. 12 in einem teilweisen Längsschnitt in Explosionsdarstellung eine Lageranordnung gemäß Fig. 11;

Fig. 13 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Bohrmeißel in einer anderen Ausgestaltung, mit einem teilweise integrierten Achsenfortsatz zur Lagerung eines rotierenden Schneidwerkzeuges;

Fig. 14 eine Explosionsdarstellung einer Bohrmeißelkonstruktion gemäß Fig. 13, aus welcher der Montagevorgang der Achse sowie der Haltemittel für die Lager ersichtlich ist.

Fig. 1 zeigt einen rotierenden, mit Schneidwerkzeugen ausgestatteten Bohrmeißel 10, von welchem ein Viertel ausgeschnitten ist. Er ist von dem Typ, welcher in der Industrie typischerweise als "rock bit". (Felsmeißel) bezeichnet wird. Der rotierende Bohrmeißel 10 umfaßt einen Bohrmeißelkörper 12, dessen oberer Endbereich 14 mit einem Gewinde zur Befestigung des Bohrmeißels an dem unteren Ende einer aus einzelnen Gliedern zusammengesetzten, nicht dargestellten rohrförmigen Bohrstange versehen ist. Der Bohrmeißelkörper 12 umfaßt auch mehrere nach unten gerichtete Schneidwerkzeugträger-Arme 16, von denen jeder ein rotierendes Schneidwerkzeug 18 bzw. 20 trägt. Jedes dieser Schneidwerkzeuge ist mit mehreren Zähnen 22 versehen, welche so angeordnet sind, daß ein otpimaler Eingriff zwischen den Zähnen jedes Schneidwerkzeuges und der zu bohrenden Erdformation gewährleistet ist. Die Schneidelemente eines Bohrmeißels

4 W * + ι

haben jeweils geringfügig unterschiedliche Form, wodurch die Zähne eines jeden Schneidwerkzeuges mit den Zähnen der anderen Schneidwerkzeuge so zusammenarbeiten, daß ein wirkungsvoller Schneideingriff mit der Erdformation gewäherleistet ist, wenn der Felsmeißel relativ dazu in Umdrehung versetzt wird.

Es wird als wünschenswert angesehen, einen Bohrmeißelkörper zu schaffen, welcher billig ist, jedoch ohne Zugeständnisse im Hinblick auf Festigkeit und erreichbare Standzeit. Dieses Merkmal kann einfach erreicht werden auf eine insbesondere in Fig. 2 dargestellte Art und Weise, Mehrere Körpersegmente 24, 26 und 28 von im wesentlichen identischem Aufbau sind vorgesehen. Diese Körpersegmente können durch Schmieden, Gießen oder auf jede andere passende Weise hergestellt sein. Da die Form des Gußoder Schmiedestückes von jedem der Körpersegmente sehr einfach ist, sind auch die Gieß- bzw. Schmiedekosten ziemlich niedrig. Dennoch ist die erzielte Körperstruktur von erheblicher Festigkeit und Standfestigkeit, wenn die Körpersegmente zusammengesetzt werden. Wie dargestellt, bildet jedes der Körpersegmente ein Drittel der gesamten Körperstruktur des Bohrmeißels. Die Außenseitender Körpersegmente sind so geformt, daß beim Zusammensetzen der Körpersegmente mehrere Schweißkehlen 30, 32 und 34 gebildet werden, in die Schweißmaterial 36, 38 und 40 eingebracht wird, um die Körpersegmente zu einem integrierten Bauteil zu verbinden. Jedes der Körpersegmente bildet eine teilzylindrische, innere Oberfläche 42, 44 und 46, welche zusammen einen im wesentlichen zylindrischen Durchgang 48 bilden, wenn die Segmente zusammengefügt werden. Der Durchgang 48 dient als Strömungskanal für eine Bohrflüssigkeit, welche zur Kühlung der

* 9

* Λ

- 27 -

rotierenden Schneidelemente sowie zum Ausschwemmen des Bohrgutes dient und damit ein wirkungsvolles Bohren sicherstellt. Wie dargestellt, ist jedes der Körpersegmente so geformt, daß es jeweils in einem Winkel von 120° zueinander stehende Anlageflächen für die jeweils benachbarten Segmente bildet. Wenn die Körpersegmente zusammengesetzt werden, kommen die Anlageflächen zur gegenseitigen Anlage, wodurch die rotierenden Schneidwerkzeuge der einzelnen Körpersegmente in die vorgeschriebene relative Lage zueinander kommen, welche eine optimale Schneidleistung gewährleisten.

Fig. 3 zeigt einen teilweisen Querschnitt und stellt den unteren Bereich eines der nach unten gerichteten Arme 16 des in Fig. 1 dargestellten Felsmeißels 10 dar. Insbesondere zeigt sie den unteren Teil in einer detaillierten Darstellung. Mit dem nach unten gerichteten Arm 16 ist eine davon quer abstehende Schneidwerkzeugachse 50 integriert. Sie weist einen mittleren Bereich 52 mit verringertem Durchmesser zur Aufnahme einer . Lagerbuchse auf. Dieser Bereich bildet eine zylindrische Lagerfläche 54. Der einen verminderten Durchmesser aufweisende Lageraufnahmebereich der Achse" geht in einen integrierten Haltekopf 56 für die Lagerbuchse am freien Ende der Achse über, und bildet gleichzeitig eine Ringschulter 58 zur Abstützung der Lagerbuchse. Eine zweite Schulter 60 zur Abstützung der Lagerbuchse ist an der entgegengesetzten Seite des Lageraufnahmebereichs der Achse ausgebildet, welche mit der Schulter 58 zusammen die eigentliche Lagerbuchsenaufnahme bildet. Eine geteilte Lagerbuchse 62, die aus zwei oder mehr Lagersegmenten besteht, ist in dieser Lagerbuchsenaufnahme angeordnet. Die axiale Länge der Lagerbuchse ist derart, daß sie mit den Anlageflächen 58 und 60 ein leichtes Spiel aufweist.

Wenn die Lagerbuchse beispielsweise an einer der Schultern anliegt, ist das Spiel zur anderen Schulter etwa 0/25 mm (0,01 inches). Die geteilte Lagerbuchse 62 bildet weiterhin einen ringförmigen Randfortsatz 63, welcher die Schulter 60 umgibt und eine Stirnfläche 65 bildet, die gegen eine ebene Fläche 67 des Arms 16 anliegt. Die axiale Länge des Randfortsatzes 63 ist so, daß die Stirnfläche 65 über die ebene Stirnfläche 69 des Schneidwerkzeuges hinausragt und direkt gegen die ebene Fläche 67 anliegt. Dieses Merkmal bewirkt, daß das Schneidwerkzeug von der Fläche 67 einen Abstand behält und daß die Lagerbuchse sich direkt auf der Fläche 67 dreht, wodurch ein Dichteffekt erzielt wird. Der Endbereich des Randfortsatzes 63 arbeitet im Laufe der Zeit eine leichte ringförmige Nut in der Fläche 67 des Armes aus, wodurch die Ausbildung einer Dichtung weiter gefördert wird. Diese verhindert, daß Bohrgut, Staub und anderer Steinschutt in das Lager eindringt. In der äußeren Peripherie der geteilten Lagerbuchse 62 ist eine Ringnut 64 ausgebildet. Die Ringnute aller Lagerbuchsensegmente bilden eine Nut, welche die äußere Peripherie der Lagerbuchse vollständig umgibt.

Die Lagerbuchse 62 und der Schneidkonus 66 sind so geformt, daß sie im zusammengebauten Zustand mit zusammenwirkenden Paßflächen aufeinander sitzen. Die Achsenaufnahme 70 im Schneidkonus weist eine innere, im Durchmesser veränderliche Fläche 73 auf, welche innerhalb des Schneidkonus einen größeren Durchmesser aufweist als an der öffnung der Achsenaufnahme. Die Lagerbuchse 62 weist entsprechend eine äußere, im Durchmesser veränderliche Oberfläche 75 auf, welche in die innere Fläche 73 des Schneidkonus hineinpaßt. Die Maße dieser im Durchmesser veränderlichen, ineinanderpassen-

den Flächen sind derart, daß sie bei Umgebungstemperatur aneinanderliegen. Diese Maße sind so gewählt, daß bei einer Durchkühlung der Spindel und der Lagerbuchse bewirkten Schrumpfung und bei einer durch Erhitzen des Schneidkonus bewirkten Wärmedehnung die Lagerbuchse in die Achsenaufnahme eingeführt werden kann, wodurch die durchmesserveränderlichen Flächen des Schneidkonus und der Lagerbuchse zusammengefügt werden können. Wenn der Schneidkonus und die Lagerbuchse ihre Umgebungstemperatur wieder erreichen, haben sich die Abmessungen der durchmesserveränderlichen Flächen 73 und 75 so weit geändert, daß sich ein Reibschluß einstellt. Die durchmesserverändernde Zuspitzung der Flächen 73 und 75 ist in der Explosionsdarstellung gemäß Fig. 5 durch die den Zuspitzungswinkel andeutenden Pfeile dargestellt.

Die Buchse und die Lagerfläche wird gegen weitere Verschmutzung durch Bohrgut, Staub und anderen Steinschutt durch eine ringförmige Elastomer-Dichtung 71 geschützt, welche am Schneidwerkzeug so angeordnet ist, daß sie in drehendem Dichteingriff mit der ebenen Fläche 67 des Armes 16 steht.

Der Schneidkonus 66 hat mehrere Schneidzähne 68, welche davon abstehen und für den Schneideingriff mit der zu bohrenden Erdformation bestimmt sind. Der Schneidkonus 66 weist eine zentrale Achsenaufnahme 70 auf, deren Form und Größe ausreichend ist, die Achse 50 und die Lagerbuchse 62 darin aufzunehmen. In der Achsenaufnahme des Schneidkonus 66 ist weiterhin eine Ringnut 72 ausgebildet, deren halbkreisförmiger Querschnitt sich mit der Ringnut in der äußeren Peripherie der geteilten Lagerbuchse ergänzt. Wenn der Schneidkonus 66 korrekt

auf der Achse und dem Lager sitzt, fluchten die Nute des Schneidkonus und der Lagerbuchse miteinander und bilden eine Ringnut von kreisförmigem Querschnitt. In dieser Ringnut ist ein Sicherungsring 74 angeordnet, welcher dazu dient, den Schneidkonus auf der Lagerbuchse 62 zu sichern. Wie in Fig. 4 im Querschnitt gezeigt, umfaßt die Lagerbuchse 62 zwei Lagersegmente 76 und 78, welche jeweils einen Umfassungswinkel von 180° aufweisen und sich zu einer kompletten Lagerbuchse von 360° ergänzen. Diese Lagerbuchsensegmente bilden zusammen auch die Ringnut 64 zur Aufnahme des Sicherungsrings. Wie ebenfalls aus Fig. 4 erkennbar ist, weist der Schneidkonus 66 eine tangentiale Einführöffnung 80 auf, durch welche das Sicherungselement 74 in die Ringnut eingeführt wird, welche im Zusammenwirken durch die Buchsensegmente und die innere Ringnut des Schneidkonus gebildet wird. Nachdem das Sicherungselement 74 in die zusammenwirkenden Nute 64 und 72 eingeführt worden ist, ist der Schneidkonus auf der Lagerbuchse 62 gesichert. Der Schneidkonus und die Lagerbuchse drehen sich deshalb auf der Achse 50, werden jedoch auf dieser durch den Paßsitz zwischen dem Schneidkonus und den Lagersegmenten sowie infolge der Sicherung durch das Sicherungselement 74 gehalten. Das Sicherungselement bildet einen Sicherungsring, nachdem er vollständig in die Ringnut eingeführt worden ist.

Es kann erwünscht sein, eine Achsenanordnung sowie ein drehbares Schneidwerkzeug dazu zu schaffen,bei welcher das Schneidwerkzeug direkt auf einer Lagerfläche drehbar angeordnet ist, die durch die Achse selbst gebildet wird. Eine Bohrmeißel-Konstruktion dieser Art kann vorzugsweise die in Fig. 6 dargestellte Ausbildung haben, wo ein nach unten gerichteter Arm 82 gezeigt ist, an welchem eine mit diesem integrierte Achsanordnung 84 ausgebildet ist.

4 * ♦ · ( «IC««·

- 31 -

Die Achse 84 besitzt einen Haltekopfteil 86, wie er in Fig. 7 dargestellt ist. Der Haltekopfteil 86 der Achse erstreckt sich am freien Ende der Achsanordnung 84 nur nach einer Seite. Der Haltekopf 86 bildet eine in Querrichtung abstehende Halteschulter 88, welche in Eingriff mit einer ringförmigen Schulter 90 steht, die im Schneidkonus ausgebildet ist, wie Fig. 6 zeigt. Der obere Teil der Achse ist entfernt und bildet auf diese Weise eine langgestreckte ebene Fläche 92, welche mit der inneren zylindrischen Fläche 94 des Schneidkonus zusammen eine langgestreckte Nur bildet. Auch in dem nach unten gerichteten Arm 82 des Bohrmeißels ist eine Nut 96 ausgebildet, deren äußerer Bereich innen mit einem Gewinde 98 versehen ist. Ein langgestreckter Keil 100 kann in der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Weise innerhalb der Nut aufgenommen werden, wodurch das rotierende Schneidwerkzeug gegen eine Querbewegung relativ zur Achse 84 gesichert ist. Eine Sicherungsschraube 102 kann in das Gewinde eingeschraubt werden, wo sie den Keil 100 innerhalb der Keilnut sichert, die gemeinsam durch das Schneidwerkzeug, die Achse und den Arm des Bohrmeißels gebildet wird. Wie Fig. 8 zeigt, kann bei aus der Keilnut entferntem Keil 100 der Schneidkonus in gekippter Lage'mit der Achse zusammen montiert werden. Der Schneidkonus wird dann in die in Fig. 9 dargestellte Position gebracht, wobei die Schultern 88 bzw. 90 der Achse bzw. des Schneidkonus zu gegenseitiger, den Schneidkonus haltender Anlage gebracht werden. Danach wird der gestreckte Keil 100 durch die Keilnutöffnung des Armes 82 eingeführt, und durch die damit fluchtende, gemeinsam durch die ebene Fläche 96 der Achse und die zylindrische Fläche 94 des Schneidkonus gebildete Keilnut vorgeschoben. Der Keil 100 wird dann in der zusammengebauten Lage durch die

Sicherungsschraube 102 gesichert. Der gestreckte Keil verhindert/ daß sich das Schneidelement in die in Fig. dargestellte Position verschiebt, welche die einzige Position ist, welche eine Demontage des Schneidwerkzeuges von der integrierten Achse 84 erlaubt. Der Keil

100 weist eine teilzylindrische äußere Fläche 101 auf, mit dem gleichen Krümmungsradius wie der der zylindrischen Lagerfläche 104 der Achse 84. Wenn der Keil in der in Fig. 7 dargestellten Art in die Keilnut eingeführt worden ist, ergänzt die zylindrische Teilfläche

101 des Keils die zylindrische Teilfläche 104 der Achse zu einer vollkommenen zylindrischen Lagerfläche für einen Lagereingriff mit der inneren zylindrischen Lagerfläche 94 des rotierenden Schneidkonus. Außerdem sichert der Keil die relative Lage des Schneidkonus und der Achse, wie in Fig. 6 gezeigt, wodurch der Schneidkonus mit Hilfe der Schulter 88 des Kopfteils 86 gehalten wird. Der Schneidkonus dreht sich demnach direkt auf der Achse und wird durch den Haltekopf 86 daran gehindert, sich von dieser zu lösen.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist ein Felsmeißel vorgesehen, bei welchem die Drehlagerung des Schneidkonus durch Wälzlager bewerkstelligt wird. Um dieses Merkmal zu verwirklichen, wird eine Bohrmeißelkonstruktion etwa entsprechend der in Fig. 10 im Schnitt dargestellten Einzelheit vorgeschlagen. In diesem Fall ist eine Meißelkonstruktion vorgesehen, mit nach unten gerichteten Armen 106, von denen einer in Fig. 10 dargestellt ist. Am Arm 106 ist eine damit integrierte, für die Aufnahme eines Schneidwerkzeuges bestimmte Achse 108 ausgebildet, mit einem im wesentlichen ringförmigen Kopfbereich 110. Auch dieser Achsen-

- 33 -

aufbau weist eine Lageraufnahme mit verringertem Durchmesser auf, welche eine im wesentlichen zylindrische Lagerfläche 112 sowie rechtwinklig dazu angeordnete Anlageschultern 114 und 116 zur Axialkraftaufnahme bildet.

In dem Arm 106 des Bohrmeißels ist eine Lagereinführöffnung 118 vorgesehen, welche sich entlang dem oberen, äußeren Peripheriebereich der Achse 108 erstreckt. Im äußeren Bereich dieser Lagereinführöffnung 118 ist der obere Teil der Achse ausgeschnitten derart, daß sich eine quer gerichtete Lageröffnung 120 bildet. Die Meißelkonstruktion ist mit mehreren Lagerrollen 122 ausgestattet, welche eine Drehlagerung für den Schneidkonus 124 gewährleisten. Der Schneidkonus ist hohl und mit einer Achsenaufnahme 126 versehen, die einen erweiterten mittleren Bereich aufweist. Dieser bildet eine zylindrische Lagerfläche 128. Der Schneidkonus weist ebenfalls zwei kreisringförmige Anlageschultern 130, 132 für die Axialkraftaufnahme auf, deren Abstand geringfügig größer als die Länge der Lagerrollen 122 ist. Durch die gegenseitige Lage der zylindrischen Lagefläche 128 und der Anlageschultern 130, 132 wird innerhalb des Schneidwerkzeuges 124 eine ringförmige Lageraufnahme gebildet, in welcher die Lagerrollen 122 angeordnet sind. Die Lagerfläche 112 der Achse mit den zugeordneten Anlageschultern 114 und 116 bildet zusammen mit der Lagerfläche 128 und den dieser zugeordneten Anlageschultern eine ringförmige Lagerkammer für die Aufnahme der Lagerrollen 122. Die Lagerrollen werden in diese Lagerkammer eingeführt, indem sie einfach nacheinander längs durch die Lager-

einführöffnung geschoben werden. Nachdem sie das Ausgangsende der Lagereinführöffnung erreicht haben, werden die Lagerrollen quer durch die Lageröffnung 120 in die Lagerrollenaufnahme bewegt, welche gemeinsam durch die Lagerflächen 112 und 128 begrenzt wird. Nachdem eine ausreichende Anzahl von Lagerrollen eingeführt wurde, so daß die Lagerkammer gefüllt ist, wird durch die Lagereinführöffnung 118 ein Lagerabschlußstück 134 eingeführt. Dieses Lagerabschlußstück ist so angeordnet, daß eine daran ausgebildete Lagerfläche 136 die Lagerfläche 112 der Achse zu einer vollständigen Lagerfläche ergänzt. Wenn es erwünscht ist, kann das Lagerabschlußstück innerhalb der Lagereinführöffnung 118 mit einem Preßsitz angeordnet sein, um sicherzustellen, daß seine Lagerfläche 136 sich nicht gegenüber der Lagerfläche 112 verschiebt. Das Lagerabschlußstück kann auch mit beliebigen anderen, mit der Achse zusammenwirkenden Sicherungsmitteln versehen sein, um das Lagerabschlußstück in der Lagereinführöffnung unbeweglich festzuhalten. Das Lagerabschluß- · stück 134 kann auch durch eine Kühlmittelverteilerhülse 138 und eine Sicherungsschraube 140 in ihrer Lage gehalten werden. Die Sicherungsschraube ist mit einem Gewinde in den mit einem Innengewinde versehenen äußeren Bereich der Lagereinführöffnung 118 eingeschraubt.

Um die Bohrmeißelstruktur gemäß Fig, 4 mit Kühlmittel oder Schmiermittel zu versorgen, kann in der Achse 108 eine als Zuführkanal 142 für Schmier- oder Kühlmittel dienende Bohrung ausgebildet sein, welche einen Kanal 144 schneidet, welcher sich durch den Arm 106 erstreckt. Die Hülse 138 weist öffnungen 146 auf, welche sich mit dem Kanal 144 decken, so daß die Zuführung von Schmier- oder Kühlmittel durch den Kanal 144 und durch die Hülse

• if O *

zum Zuführkanal 142 ermöglicht wird. Schmiermittel/ beispielsweise Fett, oder Kühlmittel, beispielsweise Luft oder Wasser, wird auf diese Weise in die Achsenaufnahme 126 des Schneidkonus eingeführt und dann nach außen um die Achse herum zu den Lagerrollen 122 geleitet,

Wenn es erwünscht ist, eine Bohrmeißelkonstruktion sowohl mit Wälzlagern als auch mit Lagerbuchsen zu versehen, um die Drehlagerung für den Schneidkonus zu bilden, kann eine Konstruktion entsprechend der in den Fig. 11 und 12 dargestellten Ausgestaltung Verwendung finden. Wie diese Figuren zeigen, weist die Bohrmeißelkonstruktion einen nach unten gerichteten Arm sowie eine damit integrierte Achse 152 auf. Die Achse 152 ist mit einer zylindrischen Lageraufnahme 154 mit verringertem Durchmesser sowie an ihrem äußeren Ende mit einem Haltekopf 156 zur Lagerfixierung versehen. Die Lageraufnahme 154 bildet eine zylindrische Lagerfläche, die durch Anlageschultern 158 und 160 zur Axialschubaufnahme begrenzt ist. In der Lageraufnahme sind Lagerrollen 162 so eingeschlossen, daß sie darin umlaufen können. Ein rotierender Schneidkonus 164 ist mit einer Achsenaufnahme 166 versehen. Der Schneidkonus 164 bildet eine innere, ringförmige Lageraufnahme, die durch eine zylindrische Lagerfläche 168 und ringförmige Anlageschultern 170 und 172 begrenzt wird. Der Schneidkonus ist in seinem Inneren mit einer konischen Aufnahmefläche 174 zur Aufnahme einer Lagerbuchse versehen, die von einer ringförmigen Anlageschulter an einem Ende begrenzt wird. Entsprechend weist die Achse 152 eine zylindrische Lagerfläche 178 auf, die an ihren axialen Enden jeweils durch Anlageschultern 180, 182 begrenzt wird. Eine ringförmige, geteilte Lagerbuchse 184 ist in der gemeinsam durch die Lager-

flächen 174 und 178 definierten Aufnahme angeordnet. Die Lagerbuchse 184 kann aus zwei oder mehr Lagersegmenten aufgebaut sein/ wie in Fiq. 4 dargestellt ist. Die Konizität der Aufnahmefläche 174 ist so, daß sich im Bereich der Anlageschulter 176 ein größerer Durchmesser ergibt als am entgegengesetzten Ende. Die damit zusammenwirkende Fläche 175 der Lagerbuchse ist entsprechend konisch geformt und bildet bei Erwärmung eine reibschlüssige Passung zwischen den Flächen 174 und 175 in der weiter oben im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 5 beschriebenen Weise.

Der nach unten gerichtete Arm 150 zur Aufnahme des Schneidwerkzeuges und die damit integrierte Achse sind mit Bohrungen versehen oder in anderer Weise so ausgebildet, daß eine gestreckte Lagereinführöffnung 186 entsteht, durch welche die Lagerrollen 162 eingeführt werden. Eine quer dazu gerichtete Lageröffnung 188 ist an einem Ende der Lagereinführöffnung 186 ausgebildet, welche eine Querbewegung der Lagerrollen 162 in den Raum ermöglicht, welcher gemeinsam durch die Achse und den Schneidkonus gebildet wird. Ein Lagerabschlußstück 190 wird in die Einführöffnung 186 eingesetzt. Dieses weist eine gebogene Fläche 192 auf, welche jeweils mit den zylindrischen Lagerflächen 154 und 178 der Lageraufnahme bzw. Lagerbuchsenaufnahme fluchtet. Das Lagerabschlußstück 190 wird wiederum durch eine Kühlmittelverteilerhülse 194 in ihrer Position festgehalten, die ihrerseits durch eine Sicherungsschraube 196 gesichert wird. Die Verteilerhülse 194 ist mit Schmier- oder Kühlmittelöffnungen versehen, welche mit Kanälen 197 und 199 fluchten. Die Kanäle 197 und 199 sind jeweils in der Achse bzw. dem Arm des Bohrmeißels ausgebildet und erlauben die Zuführung von Kühlmittel, beispielsweise Luft, Wasser etc. oder Schmiermittel, beispielsweise Fett, zur

Achsenaufnahme sowie die Verteilung zu den Lagern und Lagerbuchsen.

Fig. 12 zeigt in einer Explosionsdarstellung den Aufbau des Schneidkonus sowie des nach unten gerichteten Armes 150 mit der integrierten Achse 152. Der erste Montageschritt umfaßt das Aufliegen der geteilten Lagerbuchse 184 auf die Lagerfläche 178 der Achse. Danach wird die Achse mit der Lagerbuchse in die Achsaufnahme 166 des Schneidkonus eingeführt. Die Lagerrollen 162 werden sodann durch die Lagereinführöffnung 186 eingebracht und quer dazu durch die Lageröffnung 188 in den Raum geleitet, welcher durch die Flächen 168 und 192 begrenzt wird. Nachdem die Lagerrollen an Ort und Stelle sind, wird das Lagerabschlußstück 190 durch die Lagereinführöffnung 186 eingeführt und in die in Fig. 11 gezeigte Stellung gebracht. Sodann wird die Hülse 194 eingeführt und durch die Sicherungsschraube 196 gesichert.

Der Schneidkonus einerseits und der Arm andererseits weisen gegeneinander gerichtete, im wesentlichen ebene Flächen 185 und 182 auf. Die Lagerbuchse steht über die Fläche 185 über und hat eine drehende, abdichtende Berührung mit der Fläche 182, um einen Schutz gegen Verschmutzung der Lagerbuchse und des Lagers durch Staub und anderen Steinschutt zu gewährleisten. Zusätzlich kann eine diese Dichtfläche umgebende Elastomer-Dichtung am Schneidwerkzeug angeordnet sein, etwa entsprechend der Dichtung 71 in Fig. 3. Diese gewährleistet eine zusätzliche Abdichtung dadurch, daß sie an der Fläche 182 dichtend anliegt.

Es kann erwünscht sein, eine Bohrmeißelkonstruktion mit einer Achsenanordnung zu schaffen, bei der die Achse

eine mit der Bohrmeißelstruktur verbunden=Lagerbuchse festhält. Ein Bohrmeißel mit diesen Merkmalen könnte die in den Fig. 13 und 14 gezeigte Ausbildung aufweisen. In der Zusammenstellungszeichnung gemäß Fig. 13 weist die Meißelstruktur einen nach unten gerichteten Arm mit einerm davon quer abstehenden Achsenfortsatz 202 auf. Der Achsenfortsatz 202 und der Arm 200 sind mit einer Achsendurchtrittsöffnung 204 versehen/ welche von dem Verbindungsschaft 206 einer Achse 208 durchsetzt ist. Am äußeren Ende der Achse 208 ist ein erweiterter Haltekopf 210 ausgebildet, welcher eine ringförmige Anlageschulter 212 sowie eine ringförmige Anschlagfläche 214 bildet. Der Verbindungsschaft 206 der Achse wird soweit in die Achsendurchtrittsöffnung 204 eingeführt, daß die Anschlagfläche 214 gegen eine ringförmige Stirnfläche 216 anstößt, die am freien Ende des integrierten Achsenfortsatzes 202 des Armes ausgebildet ist. Wenn die Achse 208 diese Lage einnimmt, wird sie mittels einer ringförmigen Schweißnaht 217 mit dem nach unten gerichteten Arm verschweißt. Auf diese Weise erhält man eine Achse mit einer äußeren zylindrischen Lagerfläche 220, welche durch die äußere Peripherie des integrierten Achsenfortsatzes 102 und eine zylindrische Fläche 221 der Achse 208 gebildet wird. Eine ringförmige Lagerbuchse 218, welche als geteilte Lagerbuchse entsprechend der in Fig. 4 gezeigten Art ausgebildet ist, sitzt auf der zylindrischen Lagerfläche 220, 221 der Achsenanordnung. Die ringförmige Anlageschulter 212 der Achse bildet einen Anschlag für eine ringförmige Stirnfläche 222 der Lagerbuchse 218. An der Lagerbuchse ist weiterhin eine äußere Ringnut 224 ausgebildet, welche sich mit einer am Schneidwerkzeug 228 ausgebildeten Ringnut 226 zu einer Ringnut ergänzt, in welche ein Sicherungs-

element in der in Fig. 4 dargestellten Art einführbar ist (siehe 74 bis 80). Der Schneidkonus 228 ist mit einer Achsenaufnahme 230 versehen, welche eine innere zylindrische Fläche 232 bildet, welche zur Anlage gegen die äußere Peripherie der Lagerbuchse 218 bestimmt ist.

Die Achse 208 ist mit einem Schmiermittelkanal 234 ausgestattet, dessen äußeres Ende ein Innengewinde 236 aufweist. Der Schmiermittelkanal 236 wird durch einen Verschlußstopfen 238 verschlossen, nachdem Schmiermittel für den Schneidkonus, die Achse und die Lageranordnung eingeführt wurde. Falls erwünscht, kann der Verschlußstopfen auch in beliebiger Weise als Schmiernippel ausgebildet sein, beispielsweise als herkömmlicher Zerk-Nippel, so daß eine Schmierung des Bohrmeißels möglich ist, wenn dieser zeitweise zu Wartungszwecken von der Bohrstange abgenommen wird.

Es wurde gezeigt, daß eine Bohrmeißel- oder Felsmeißelkonstruktion geschaffen wurde, welche die verschiedenen weiter vorne genannten Merkmale aufweist sowie weitere, aus der Konstruktion resultierende Merkmale. Es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung einen rotierenden Bohrmeißel zur Verfügung stellt, dessen Bohrmeißelkörper von extremer Festigkeit sowie Standfestigkeit ist und dabei im Verhältnis zu als Ganzes gegossene oder geschmiedete Bohrmeißel wesentlich geringere Kosten aufweist. Die KörperSegmente, die als billige geschmiedete oder gegossene Metallstrukturen hergestellt werden, können in einfacher und wirkungsvoller Weise durch billige Schweißverfahren zu einer integrierten Körperstruktur von großer Festigkeit und Standfestigkeit verbunden werden. Die Erfindung gewährleistet auch eine optimale Ausnutzung der für die verschiedenen Komponen-

ten der Bohrmeißelkonstruktion verwendeten Materialien und damit eine optimale Bohrleistung sowie eine lange Verwendungsdauer. Die Achsenanordnung des Bohrmeißels kann mit dem nach unten gerichteten Arm integriert sein oder, in anderer Ausgestaltung, als zusammengesetzte Struktur aufgebaut sein mit einem integrierten Achsenfortsatz und einer Achse, die damit durch Schweißen verbunden wird. Die rotierenden Schneidwerkzeuge des Bohrmeißels können mit den Armen des Bohrmeißelkörpers durch einfache und wirkungsvolle Verbindungstechniken verbunden werden, wobei geteilte Lager mit Paßsitz im Schneidkonus, Wälzlager oder eine Kombination beider Verwendung finden können. Die vorliegende Erfindung stellt auch Schmier- und Kühlsysteme vor, welche es erlauben, die Bohrmeißelstruktur regelmäßig zu schmieren und auf diese Weise die Einsatzdauer noch weiter zu verbesern. Die Erfindung zeigt auch eine wirkungsvolle Abdichtung der Lagerbuchsen und Lager über gegeneinanderliegende Flächen und elastische Dichtungen auf, um auch auf diese Weise die Einsatzdauer des Bohrmeißels zu verlängern. Es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung geeignet ist, alle oben aufgezeigten Merkmale und Aufgaben zu erfüllen und daß sie darüber hinaus noch andere Vorteile aufweist, welche sich aus der Beschreibung der Einrichtung selbst ergeben. Es versteht sich von selbst, daß auch bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dieser Merkmale von Nutzen sein können und ohne Bezug zu anderen Merkmalen und Unterkombinationen verwendet werden können. Da mehrere Ausgestaltungen der Erfindung möglich sind, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen, ist es selbstverständlich, daß die hier aufgeführten oder in der Zeichnung dargestellten Merkmale nur beispielhaft und in keiner Weise eingrenzend zu verstehen sind.

Claims (30)

-y- Patentansprüche;

1. Rotierender Erdbohrmeißel, gekennzeichnet durch

- einen Bohrmeißelkörper (12) mit einem Gewinde (14) zum Anschrauben desselben an eine Bohrstange, wobei am Bohrmeißelkörper (12) mehrere nach unten gerichtete Arme (16) zur Halterung von Schneidwerkzeugen (18, 66) ausgebildet sind,

- jeweils eine mit jedem Arm (16) integrierte, von diesem quer abstehende Achse (50) , an deren freiem Ende ein Haltekopf (56) zur Fixierung eines Lagers angeordnet und an deren an den Haltekopf (56) anschließenden Bereich Lagerflächen (54) mit verringertem Durchmesser ausgebildet sind,

,. rotierende Schneidwerkzeuge (18, 66) mit auf ihrer Außenseite angeordneten Schneidzähnen (22) und mit einer Ausnehmung als Achsenaufnahme (70),

- in Segmente geteilte Lagerbuchsen (62) , welche einerseits auf den Lagerflächen (54) der Achsen (50) und andererseits in den Achsenaufnahmen (70) der Schneidwerkzeuge (18, 66) angeordnet sind, und

- Sicherungsmittel (74) , welche die Lagerbuchse (62) umgeben und die rotierenden Schneidwerkzeuge (66) mit den Lagerbuchsen (62) so verbinden, daß sich die Schneidwerkzeuge (66) mit den Lagerbuchsen (62) gegenüber den Achsen (50) drehen können.

-A-

2. Erdbohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Bohrmeißelkörper (12) aus mehreren Körpersegmenten (24, 26, 28) aufgebaut ist, welche durch Schweißen miteinander verbunden sind.

3. Erdbohrmeißel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Körpersegmente (24, 26, 28) Strömungskanäle (48) zur Leitung einer Bohrflüssigkeit von der Bohrstange zu den rotierenden Schneidwerkzeugen (18, 20) bilden.

4. Erdbohrmeißel nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß an jedem der Körpersegmente (24, 26, 28) jeweils einer der Arme (16) ausgebildet ist.

5. Erdbohrmeißel nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet ,

- daß die Lagerbuchsen (62) eine konische Außenfläche (75) aufweisen, wobei sie in ihrem äußeren Endbereich einen größeren Durchmesser aufweisen als in ihrem inneren Endbereich, und

- daß die Schneidwerkzeuge (66) eine entsprechende konische, jeweils einen Teil der Achsenaufnahme (70) bildende Innenfläche (73) aufweisen, deren innerer Endbereich einen größeren Durchmesser aufweist als ihr äußerer Endbereich, wobei der äußere Endbereich der Lagerbuchsen (62) vom inneren Endbereich der Außenaufnahmen (70) aufgenommen wird und wobei sowohl in die Lagerbuchsen (62) als auch in die Schneidwerkzeuge

(66) eingreifende Sicherungsmittel (74) zur gegenseitigen Fixierung derselben vorgesehen sind.

6. Erdbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet/

- daß an den Achsen (50) im Bereich ihres Anschlusses an die nach unten gerichteten Arme (16) jeweils eine umlaufende Schulter (60) abgesetzt ist, und

- daß an den Lagerbuchsen (62) jeweils ein umlaufender, diese Schulter umgebender Randfortsatz (63) ausgebildet ist.

7. Erdbohrmeißel nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet ,

- daß an den Innenflächen (73) der rotierenden Schneidwerkzeuge (66) eine umlaufende Ringnut (72) für die Aufnahme der Sicherungsmittel (74) sowie eine vom Außenbereich der Achsenaufnahme zu dieser Ringnut (72) geführte und tangential in diese einmündende Einführungsöffnung (80) für die Zuführung der Sicherungsmittel (74) ausgebildet sind,

- daß an der Außenfläche (75) der Lagerbuchse (62) eine umlaufende, mit der Ringnut (72) der Schneidwerkzeuge (66) sich deckende Ringnut (64) ausgebildet ist, und

- daß durch die Einführungsöffnung (80) die Sicherungsmittel (74) in die Ringnuten (64, 72) der Schneidwerkzeuge (66) bzw. der Lagerbuchsen (62) einführbar sind, so daß sie die Lagerbuchse (62) und Schneidwerkzeuge (66) miteinander verbinden.

-Y-

-If-

8. Erdbohrmeißel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet ,

- daß die Ringnuten (64, 72) der Lagerbüchsen (62) sowie der Schneidwerkzeuge (66) jeweils halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen und zusammen eine umlaufende Aufnahme mit kreisförmigem Querschnitt bilden, und

- daß die Sicherungsmittel (74) etwa die Form von Metallstäben mit Kreisquerschnitt aufweisen.

9. Erdbohrmeißel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet ,

- daß die Arme (16) und die Schneidwerkzeuge (66) einander zugewandte Flächen (67, 69) aufweisen, und

- daß die Lagerbuchsen (62) jeweils über die dem Arm (16) zugewandte Fläche (69) des Schneidwerkzeuges (66) hinausragt und an der dem Schneidwerkzeug (66) zugewandten Fläche (67) des Armes (16) in abdichtender, drehender Berührung steht. · .·

10. Erdbohrmeißel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß an den Schneidwerkzeugen (66) jeweils elastische Ringdichtungen (71) angeordnet sind, die mit der dem Schneidwerkzeug (66) zugewandten Fläche (67) des Armes (16) in abdichtender, drehender Berührung stehen, wobei die Ringdichtungen (71) jeweils radial außerhalb der Lagerbuchsen (62) angeordnet sind.

11. Erdbohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet ,

- ζ-

- daß die Achsenaufnahmen (70) der Schneidwerkzeuge (66) eine konische Innenfläche (73) aufweisen, wobei der vom Arm (16) abgewandte Endbereich einen größeren Durchmesser aufweist,

- daß die Lagerbuchsen (62) eine konische Außenfläche

(75) aufweisen, welche zur Innenfläche (73) der Schneidwerkzeuge (66) komplementär ist, und

- daß die Innenflächen (73) der Schneidwerkzeuge (66) und die Außenflächen (75) der Lagerbuchsen (62) reibschlüssig miteinander verbunden sind.

12. Rotierender Erdbohrmeißel, gekennzeichnet durch

- einen Bohrmeißelkorper mit einem Gewinde zum Aufschrauben desselben an eine gliederweise zusammengesetzte Bohrstange, wobei am Bohrmeißelkorper mehrere nach unten gerichtete Arme (82) zur Halterung von Schneidwerkzeugen ausgebildet sind,

- jeweils eine mit jedem Arm (82) integrierte, etwa quer davon abstehende Achse (84), an deren freiem Ende ein Haltekopf (86) und an deren an das freie Ende anschließendem Teil Lagerflächen (104) ausgebildet sind,

- rotierende Schneidwerkzeuge mit auf ihrer Außenseite angeordneten Schneidezähnen und einer Ausnehmung als Achsaufnahme, deren Innenfläche als zylindrische Lagerfläche (94) für die Lagerung auf der äußeren Lagerfläche (104) der Achsen (84) ausgebildet ist, wobei in den Armen (82) sowie den damit verbundenen Achsen (84) jeweils eine Längskeilnut (96) ausgebildet ist,

""'•Χϊ "*

- einen in der Längskeilnut (96) angeordneten Keil (100) zur drehbaren Befestigung der Schneidwerkzeuge auf der Achse (84) , und

- Mittel zur Sicherung des Keils (100) in der Längskeilnut (96) .

13. Erdbohrmeißel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet/ daß der Keil (96) eine teilweise zylyndrische Oberfläche (101) aufweist, welche als Lagerfläche gegen die innere zylindrische Lagerfläche (94) der Schneidwerkzeuge anliegt.

14. Erdbohrmeißel· nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Halte— kopf (86) der Achsen (84) durch einen quer zur Achsenausrichtung nach einer Seite abstehenden Vorsprung gebiidet ist, derart, daß er zur Montage des Schneidwerkzeuges durch die durch die innere zylindrische Lagerfläche (94) begrenzte Ausnehmung hindurchsteckbar ist.

15. Verfahren zur Montage von rotierenden'Schneidwerkzeugen an einen Bohrmeißelkörper mit daran ausgebildeten, nach unten gerichteten Armen zur Halterung der Schneidwerkzeuge, dadurch gekennzeichnet , daß die Schneidwerkzeuge mit jeweils einer einen erweiterten Bereich aufweisenden inneren Achsenaufnahme für die Achsen (84) eines rotierenden Bohrmeißels versehen sind, wobei an den Armen (82) jeweils eine quer abstehende, mit einem Haltekopf (86) versehene Achse

(84) angeordnet ist, wobei die Achsen (84) und die rotierenden Schneidwerkzeuge jeweils zusammenpassende

- τ-

Lagerflächen (94, 104) aufweisen und wobei an den Achsen (84) und den Armen (82) jeweils Keilnuten (96) ausgebildet sind,

- wobei die Schneidwerkzeuge relativ zur Achse (84) so ausgebildet werden, daß ihre Symmetrieachsen in einem Winkel zueinander stehen,

- daß die Achse (84) in dieser Lage in den erweiterten Bereich der Achsaufnahme geführt wird,

- daß Schneidwerkzeug und Achse (84) koaxial zueinander ausgerichtet werden, und

- daß ein Keil (100) in die Keilnut (96) eingeführt wird derart, daß dieser das Schneidwerkzeug und die Achse (84) in ihrer koaxialen Lage fixiert.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß der Keil (100) so ausgerichtet wird, daß einer seiner Flächenbereiche (101) an die Lagerfläche (104) der Achse (84) angrenzt.

17. Rotierender Erdbohrmeißel, gekennzeichnet durch

- einen Bohrmeißelkörper mit einem Gewinde zum Anschrauben derselben an eine gliederweise zusammengesetzte Bohrstange sowie mit daran ausgebildeten, nach unten gerichteten Armen (106, 150) zur Halterung von Schneidwerkzeugen (124, 164),

- mit den Armen (106, 150) integrierte, jeweils quer davon abstehende Achsen (108, 152) , an deren freien Enden jeweils ein Haltekopf (110, 156) und an denen jeweils

• · * 4

-■er -

eine äußere Lgeraufnähme ausgebildet ist, mit Lagerflächen (112, 154) von geringerem Durchmesser als dem des Haltekopfes (110, 156), wobei die Lageraufnahme zwischen den Endbereichen der Achse angeordnet ist und durch· Anlageschultern (114, 116; 158, 160) an ihren Enden begrenzt ist,

Schneidwerkzeuge (124, 164) mit daran angeordneten äußeren Schneidzähnen und einer inneren Achsenaufnahme (126, 166), wobei in die jeweils eine innere Lageraufnahme (128, 168) mit an ihren Enden ausgebildeten Anlageschultern (130, 132; 170,-172) ausgebildet ist, wobei die äußere (112, 154) und die innere (128, 168) Lageraufnahme sich zu einer ringförmigen Lagerkammer mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt ergänzen,

eine im Arm (106, 150) sowie der Achse (108, 152) ausgebildete Lagereinführöffnung (118, 186), welche im wesentlichen rechtwinklig zur ringförmigen Lagerkammer ausgerichtet ist, wobei die Lagereinführöffnung (118, 186) mit dieser Lagerkammer in Verbindung steht,

mehrere in der Lagerkammer angeordnete Lagerrollen (122, 162), wobei die Lagerrollen (122, 162) durch die Lagereinführöffnung (118, 186) in diese Lagerkammer eingeführt werden, nachdem die Schneidwerkzeuge auf die Achsen (108, 152) montiert sind,·

ein Lagerabschlußstück (134, 190), welches in der Lagereinführöffnung (118, 186) angeordnet ist und die Lagerrollen (122, 162) in der ringförmigen Lagerkammer hält.

κγ --S-

18. Erdbohrmeißel nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß das Lagerabschlußstück (134, 190) eine teilweise zylindrische Oberfläche (136, 192) aufweist, welche an die Lagerfläche (112, 154) der Achse (108, 152) anschließt.

19. Erdbohrmeißel nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet ,

- daß in der Achse eine quergerichtete Lageröffnung (120, 188) ausgebildet ist, welche die Lagereinführöffnung (118, 186) mit der ringförmigen Lagerkammer verbindet und

- daß das Lagerabschlußstück (134, 190) einen Verschluß für die quergerichtete Lageröffnung (120, 188) bildet.

20. Erdbohrmeißel nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß im Arm (106, 150) und in der Achse (108, 152) Kühlmittelkanäle (142, 144; 197, 199) ausgebildet sind, welche am freien Ende der Achse (108, 152) ausmünden, wobei die Kühlmittelkanäle Kühlmittel zum Ende der Achse und in die Achsenaufnahme (126, 166) führen.

21. Erdbohrmeißel nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelkanäle (144, 199) die Lgereinführöffnung (118, 186) kreuzen.

22. Erdbohrmeißel nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet ,

- daß in der Lagereinführöffnung (118, 156) im Bereich der Kreizung mit den Kühlmittelkanälen (144, 199) eine Kühlmittelverteilerhülse (138, 194) angeordnet ist und

- daß eine Sicherungsschraube (140, 196) o.dgl. in der im Arm (106, 150) ausgebildeten Einführöffnung (118, 186) angeorndet ist, welche gegen die Kühlmittelverteilerhülse (138, 194) anliegt und diese sowie das Lagerabschlußstück (134, 190) in der Lagereinführungsöffnung festhält.

23. Erdbohrmeißel nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet ,

- daß in der Achse (152) sowie im Schneidwerkzeug (164) jeweils eine ringförmige Lagerhülsenaufnähme (178,

174) ausgebildet ist, wobei die Aufnahmen sich miteinander decken und eine ringförmige Kammer zur Aufnahme einer Lagerbuchse (184) bilden,

- daß die Schneidwerkzeuge (164) und die Arme (150) jeweils gegeneinandergerichtete Flächen (185, 182) aufweisen und

- daß in der Kammer eine in Segmente aufgeteilte Lagerbuchse (184) angeordnetist, welche über die Fläche (185) des Schneidwerkzeuges (164) hinausreagt, wobei die Lagerbuchse (184) drqhend und dichtend an der Fläche (182) des Arms (150) anliegt.

24. Erdbohrmeißel nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß die Schneidwerkzeuge (164) ringförmige elastische Dichtungen tragen, welche teilweise über die Fläche (185) des Schneidwerkzeuges überstehen

JJ IUbU /

und in dichtender Berührung mit der gegenüberliegenden Fläche (182) des Armes (150) steht, wobei diese Dichtungen die Lagerbüchse (184) umgeben.

25. Rotierender Erdbohrmeißel, gekennzeichnet durch

- eine Bohrmeißelkörper mit einem Gewinde zum Anschrauben desselben an eine Bohrstange, wobei am Bohrmeißelkörper nach unten gerichtete Arme (200) zur Halterung von Schneidwerkzeugen (228) ausgebildet sind,

- jeweils ein mit jedem Arm (200) integrierter Achsenfortsatz (202) mit daran ausgebildeten zylindrischen Lagerflächen (220), wobei in den Achsenfortsätzen (202) und im Arm (200) eine diese durchsetzende Achsendurchtrittsöffnung (204) ausgebildet ist,

- Lagerbuchsen (218), welche drehbar auf den Lagerflächen (220) angeordnet sind,

- eine Halteeinrichtung (208) zum Halten der Lagerbuchsen (218), welche zum Teil in die Achsendurchtrittsöffnung (204) ragt und mit dem Arm (200) verbunden ist, wobei die Haltemittel einen vergrößerten Haltekopf (210) umfassen, welcher eine Anlageschulter (212) bildet, gegen die die Lagerbuchse (218) in einer Axialschub übertragenden Weise anliegt,

- rotierende Schneidwerkzeuge (228) mit daran ausgebildeten äußeren Schneidzähnen und einer inneren Achsenaufnahme (230) udn

- Sicherungsmittel zur Sicherung der Schneidwerkzeuge (228) auf den Lagerbuchsen (218), wobei die Schneidwerkzeuge (228) mit den Lagerbuchsen (218) drehbar auf den Lagerflächen (220, 221) der Achse angeordnet sind.

26. Erdbohrmeißel nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet /

- daß die Lagerbuchsen (218) jeweils eine äußere konische Fläche mit einem am äußeren Ende größeren Durchmesser als am inneren Ende aufweist, und

- daß die Schneidwerkzeuge eine innere konische Fläche (232) aufweisen, welche einen Teil der Achsenaufnahme (230) bildet und deren Durchmesser am inneren Ende größer ist als am äußeren Ende, wobei das äußere Ende der Lagerbuchse (218) im inneren Ende der Achsenaufnahme (230) aufgenommen ist und wobei die Lagerbuchse (218) und das Schneidwerkzeug (228) jeweils reibschlüssig miteinander verbunden sind.

27. Erdbohrmeißel nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet ,

- daß in den Schneidwerkzeugen (228) innere Ringnuten (226) zur Aufnahme sowie ein Einführkanal zur Einführung von Sicherungsmitteln ausgebildet sind, wobei der Einführkanal von der Außenseite des Schneidwerkzeuges ausgeht und tangential in die Ringnut (226) mündet,

- daß die in Segmente aufgeteilte Lagerbuchse (218) eine äußere Ringnut (224) aufweist, welche mit der inneren Ringnut (226) der Schneidwerkzeuge fluchtet, und

- daß Sicherungsmittel durch den Einführkanal einführbar und von den Ringnuten (224, 226) der Schneidwerkzeuge (228) und der Lagerbuchsen (218) aufnehmbar sind, wobei die Sicherungsmittel die Schneidwerkzeuge und die Lagerbuchsen miteinander verbinden.

28. Erdbohrmeißel nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet ,

- daß die Ringnuten (224, 226) der Schneidwerkzeuge (228) und Lagerbuchsen (218) jeweils halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen und sich zu einer Ringnut mit Kreisquerschnitt ergänzen, und

- daß die Sicherungsmittel aus Metallstäben o.dgl. mit Kreisquerschnitt bestehen.

29. Erdbohrmeißel nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet , daß in den Schneidwerkzeugen (228) jeweils ein Einführkanal für die Sicherungsmittel ausgebildet ist, welcher von der Außenseite des Schneidwerkzeuges (228) ausgeht und zu der Ringnut (224, 226) geführt ist, wobei der Einführkanal tangential in das Schneidwerkzeug eintritt.

30. Erbohrmeißel nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet ,

- daß die Haltemittel zum Halten der'Lagerbuchsen (218) eine zylindrische Lagerfläche (221) aufweisen, welche an die Lagerfläche (220) der integrierten Achsenfortsätze (202) angrenzen und

- daß die Lagerbuchsen (218) eine innere, im wesentlichen zylindrische Lagerfläche aufweisen, welche drehend auf der zylindrischen Lagerfläche (221) der Haltemittel sowie der Lagerfläche (220) der Achsenfortsätze (202) gelagert ist.