DE3516584A1 - Bohrmeissel - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmakn, Dipl. -P-hys. Dx. K, Fincke

Dipl.-Ing. F. A.WeickMann, ÜtplvChe-m. B, Huber Dr.-Ing. H. Liska, . Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel

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Sumitomo Metal Mining Company Limited, 11-3, 5-chome, Shinbashi, Minato-ku, Tokyo, Japan

Bohrmeißel

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bohrmeißel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für ein Bohrgerät für eine Ölbohrung oder eine Erdwärmebohrung oder ähnliches und betrifft insbesondere eine Verbesserung der Bohrkrone, die am vorderen Ende eines Bohrgestänges angeordnet ist und in das Erdreich gedrückt wird, so daß sie sich durch das Erdreich mittels Rollenmeißeln bohrt, die an geneigten Fortsätzen des vorderen Endabschnitts des Bohrgestänges angeordnet sind, wenn das Bohrgestänge gedreht wird.

In den Fig. 6 und 7 ist ein bekannter Bohrmeißel mit Rollenmeißeln dargestellt, der gewöhnlich mit einem Schaft 1 ausgebildet ist, der in das Bohrgestänge eingeschraubt wird und zwei oder drei einstückig mit dem Schaft 1 ausgebildete Arme 2 aufweist.

Jeder der Arme 2 weist einen geneigten Fortsatz 3 auf, de.r- in bezug auf die Mittellinie des Schaftes in Richtung des Erdreichs 3 geneigt ist und sich radial erstreckt. Der geneigte Fortsatz 3 ist mit einem Rollenmeißel 4 überkront, der eine gleiche konische Kontur aufweist und drehbar zu einem eng benachbarten angeordnet ist. Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines der geneigten Fortsätze 3 nach dem Stand der Technik. Die geneigten Fortsätze 3, die von den entsprechenden Armen 2 in Richtung des Erdreichs vorstehen, sind jeweils in einem geraden Zylinder ausgebildet, der einen gleichen Durchmesser aufweist, und dessen bodenseitige Endfläche 5 sich senkrecht zu seiner Achse erstreckt. Die Endfläche 5 ist an ihrer Mitte mit einem Führungsstift 6 versehen, der einen kleineren Durchmesser aufweist. Der gerade zylindrische geneigte Fortsatz 3, der sich von dem Arm 2 erstreckt, ist auf seinem äußeren Umfang in der Nähe der Endfläche 5 mit einer Nut 8 zur Aufnahme mehrerer Lagerkugeln 7 ausgebildet.

Von dem geneigten Fortsatz 5 zum Arm 2 erstreckt sich eine kleine Bohrung 9 zur Zuführung eines Schmiermittels zum Lagerabschnitt. Der geneigte Fortsatz 3 ist mit einer Bohrung 10 versehen, die sich zur Außenfläche des Armes 2 öffnet, um die Kugeln 7 in der Nut 8 zu führen. Die Bohrung 10 steht mit der kleinen Bohrung 9 in Verbindung, so daß ein Schmierkanal ausgebildet wird. Die Bohrung 10 ist mit einem Stopfen 11 versehen, der jedoch einen Schmierkanal freiläßt, so daß ein Austritt der Kugeln 7 verhindert wird, und ist mit dem Arm 2 bei 12 verschweißt.

Der Rollenmeißel 4 hat eine auf den Außenumfang des geneigten Fortsatzes 3 über ein Quergleitlager 13

und die Kugeln 7 aufgepaßte öffnung. Hierdurch kann sich der Rollenmeißel 4 rings um den geneigten Fortsatz 3 drehen. In die Oberfläche des Rollenmeißels 4 sind eine Anzahl von Kanten 14 eingearbeitet, die aus einer Wolframkarbidlegierung bestehen. Ein flexibler Dichtungsring 15 ist auf die Wurzel des geneigten, sich von dem Arm 2 erstreckenden Fortsatzes 3 so aufgepaßt, daß das von der Nut 8 zugeführte Schmiermittel nicht aus dem Quergleitlager 13 fließt.

Wenn der Rollenmeißel 4 durch das Drehen des Bohrgestänges in das Erdreich eingeführt wird, dreht er sich um den geneigten Fortsatz 3, so daß das Erdreich aufgrund der Umdrehungen des Rollenmeißels 4 um seine Achse und um das Bohrgestänge ausgebohrt wird.

Die Kugeln 7 dienen als Quergleitlager und verhindern, daß der Rollenmeißel 4 sich von dem geneigten Fortsatz 3 löst.

Wenn eine öl- oder Erdwärmebohrung eingebracht wird, wird der Meißel beim Drehen des Bohrgestänges in das Erdreich gebohrt. Wenn eine der Kanten des Meißels oder die Lager der Rollenmeißel verschlissen sind, wird das Bohrgestänge aus der Bohrung zur Erneuerung des vorderen Endabschnitts des Bohrgestänges herausgezogen. Nachdem das untere Ende des Bohrgestänges mit einem neuen Bohrmeißel versehen wurde, wird es wieder in die Bohrung eingebracht und der Bohrvorgang fortgeführt. Wenn die Bohrung eine gewisse Tiefe erreicht hat, erfordert es häufig viel Zeit, z. B. einen Tag, um den Bohrmeißel zu erneuern.

Um die Bohrkosten zu senken, ist es wichtig, die Häufigkeit der Meißelerneuerung so gering wie mög-

lieh zu halten, d. h., die Lebensdauer des Meißels zu verlängern. Die Verkürzung der Meißellebensdauer wird meistens durch die Tatsache bewirkt, daß die Kanten so weit verschlissen sind, daß sie nicht länger verwendet werden können, oder daß die Rollenmeißellager so verschlissen sind, daß sie einem weiteren Gebrauch nicht standhalten. Die hauptsächlichen Faktoren für die Lebensdauer der Lager hängen davon ab, wie groß die Gesamtoberflächenzone der Lager oder die projizierte Fläche der Lager auf eine zur Mittellinie des Bohrgestänges senkrechte Ebene ist. Die Lebensdauer der Lager kann somit durch Verminderung einer Last auf eine Flächeneinheit oder durch Herabsetzen der relativen Reibungsgeschwindigkeit der Lager verlängert werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Lager zur Verlängerung der Lebensdauer eines Bohrmeißels insgesamt durch Verlängerung der Lebensdauer der Lagerteile des Bohrmeißels zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Mit der Erfindung wird die Belastung auf eine Flächeneinheit durch Steigerung der Oberfläche oder der projizierten Fläche des Lagers des Meißels vermindert. Der erfindungsgemäße Bohrmeißel umfaßt geneigte Fortsätze, die sich jeweils von einem entsprechenden Arm erstrecken und eine zylindrische Außenfläche aufweisen, deren Durchmesser sich allmählich in einer gewellten Form vom Endabschnitt bis zum Arm vermindert. Weiter sind Querlagerteile vorgesehen, die jeweils in mehrere Teile unterteilt sind und eine Innenwand aufweisen, die mit ihrer gesamten Fläche

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mit der zylindrischen Außenwand des entsprechenden geneigten Fortsatzes drehbar rings um den entsprechenden geneigten Fortsatz so in Eingriff stehen, daß die Querlagerteile in die öffnung eines entsprechenden Rollenmeißels am Außenumfang des Querlagerteils eingepaßt und befestigt werden können oder als sogenannte "schwimmende Lager" wirken, indem der Rollenmeißel mit dem Außenumfang des Querlagerteils relativ drehbar zu dem Querlagerteil in Eingriff steht.

Mit der oben beschriebenen Konstruktion wird erfindungsgemäß sogar der Teil, bei dem die Lagerkapazität vermindert ist, da das bekannte Lager Kugellagerteile aufweist, glatt gelagert, um die Lagerkapazität zu vergrößern, und wodurch eine Konstruktion überflüssig wird, die ein Lösen des Rollenmeißels von dem entsprechenden geneigten Fortsatz mittels der Kugellagerteile verhindert. Da der geneigte Stift einen Durchmesser hat, der sich kontinuierlich ändert, um einen Abschnitt kleineren Durchmessers am mittleren Teil auszubilden, ist es möglich, die Lagerfläche zu steigern und ein Lösen des Rollenmeißels zu verhindern. In dem Fall, wenn weiter ein schwimmendes Lager verwendet wird, ist es weiterhin möglich, die relative Reibungsgeschwindigkeit des Lagers abzusenken.

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

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils der Bohrkrone einer ersten Ausführungs

form

- Sr -

Fig. 2 Schnittansichten von anderen Aus- und 3 führungsformen der geneigten Fort

sätze der Bohrkrone;

Fig. 4 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht einer

weiteren Ausführungsform;

Fig. 5 eine Fig. 1 und 4 ähnliche Ansicht

einer weiteren Ausführungsform; 10

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines bekannten Bohrmeißels; und

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Teils des bekannten Bohrmeißels.

In der Schnittansicht gemäß Fig. 1 wird ein Teil eines Arms und ein Teil eines entsprechenden geneigten Fortsatzes des Bohrmeißels dargestellt.

Jeder der geneigten Fortsätze 3, die sich von der Mitte der Bohrkrone mit einer Neigung in Richtung des Erdreiches vom Schaft 1 zu dem entsprechenden Arm 2 des Bohrmeißels erstrecken, besteht aus: einer Endfläche 5, die in einer Ebene senkrecht zur Mittellinie von ihm verläuft und einer zylindrischen Seitenfläche 16, die so gewellt ist, daß ihr Durchmesser von der Endfläche 5 allmählich zunimmt, abnimmt und dann zunimmt, wenn man in axiale Richtung sieht.

Der geneigte Fortsatz 3 ist von einem Quergleitlagerteil 17 umschlossen, das eine solche Größe aufweist und so geformt ist, daß es mit dem geneigten Fortsatz 3 sowohl im wesentlichen über die gesamte Oberfläche der zylindrischen Seitenfläche 16 als auch der Endfläche des geneigten Fortsatzes 3 in Beruh-

AO

rung steht, so daß es sich auf seiner Berührungsfläche drehen kann. Das Quergleitlagerteil 17 ist gewöhnlich in zwei oder drei Teile in axialer Richtung des geneigten Fortsatzes 3 unterteilt. 5

Ein Rollenmeißel 4 ist mit einer Öffnung ausgebildet, deren Innenwand mit der Außenseite des Quergleitlagerteils 17 in Berührung steht, und welches auf dem Quergleitlagerteil 17 aufgepaßt und daran befestigt ist, nachdem die mehreren Teile des Quergleitlagerteils 17 auf dem Außenumfang des geneigten Fortsatzes 3 angeordnet sind. Das Befestigen kann mittels einer Schrumpfpassung oder mittels einer Reibschweißung erfolgen, ist jedoch nicht auf diese Befestigungsarten beschränkt. Die Grenze zwischen der Innenkante der öffnung des Rollenmeißels 4 und der Außenkante des Quergleitlagerteils 17 kann mittels eines Keils 18 festgelegt werden. Von dem Schaft 1 zu jedem der geneigten Fortsätze 3 erstreckt sich eine kleine Bohrung 9 und eine Bohrung 10, um Schmiermittel zu dem Spalt zwischen der Seitenfläche 16 des geneigten Fortsatzes 3 und der Innenfläche des Quergleitlagers 17 zuzuführen, so daß das offene Ende der Bohrung 10 im Arm 2 mittels einer Schweißung 19 verschlossen ist.

Der geneigte Fortsatz 3 hat vorzugsweise aus Gründen der Festigkeit den maximalen Durchmesser oder einen der maximalen Durchmesser an seiner Wurzel, da diese als Drehpunkt dient.

Die Außenseite des Quergleitlagerteils 17 und die Innenwand der öffnung des Rollenmeißels 4 müssen nicht über die gesamte Fläche in Berührung stehen, da es ausreichend ist, eine Reibkraft zu schaffen,

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die für die Befestigung der beiden Teile notwendig ist.

Der geneigte Fortsatz 3 ist an der Mitte seiner Endfläche 5 mit einer Aussparung 20 versehen, in die durch das Quergleitlagerteil 17 drehbar ein Führungsstift 21 eingepaßt ist, von dem ein Teil in die Mitte des Bodens der öffnung des Rollenmeißels 4 mittels Preßsitz eingepaßt ist. Diese Konstruktion ist hilfreich, um einen Sitz für die Befestigungsstabilität des Rollenmeißels 4 und zur Aufnahme der Axialkraft des geneigten Fortsatzes 3 zu schaffen. Der Führungsstift 21 an dem Endabschnitt des geneigten Fortsatzes 3 wirkt weiter gegen das Drehmoment, das sich als Ergebnis des Verschleißes des Fortsatzes ergibt, um den Rollenmeißel 4 in Richtung des Pfeils A in Fig. 1 zu drehen.

Die Formen der Endfläche 5 des geneigten Fortsatzes 3 können in verschiedenster Weise verändert werden, wobei die einfachste Form durch eine flache Endfläche 5 dargestellt wird, die senkrecht zur axialen Richtung verläuft, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Eine weitere Abänderung ist in Fig. 3 dargestellt, bei der die Endfläche an ihrer Mitte wie beim Stand der Technik mit einem Führungsstift 6 versehen ist, der so kurz ausgebildet ist, daß er nur in das Quergleitlagerteil 17 eingepaßt ist, so daß die Grundseitenendfläche des Quergleitlagertexls 17 abgeflacht ist. Wie. in Fig. 4 dargestellt, kann sich andererseits der Führungsstift 21 durch das Quergleitlagerteil 17 in dem Rollenmeißel 4 so erstrecken, daß die Endfläche 22 des Führungsstiftes 21 und die in dem Boden der öffnung des Rollenmeißels 4 ausgebildete Aussparung 23 relativ zueinander drehen

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können.. Damit sich der Führungsstift 21 von dem geneigten Fortsatz 3, wie in Fig. 4 dargestellt, erstreckt, kann der Fortsatz 3 mit einer Aussparung 20 versehen sein, in der der Führungsstift 21 eingepaßt und befestigt ist. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann sich weiter der Führungsstift 21 vom Boden der öffnung des Rollenmeißels 4, mit dem er einstückig ausgebildet ist, erstrecken, oder kann in der Aussparung im Boden des Rollenmeißels 4 eingepaßt und befestigt sein.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Bohrmeißels. Die Konstruktion des geneigten Fortsatzes 3 und des Quergleitlagerteils 17 sind der in Fig. 1 gezeigten ähnlich, jedoch sind die Außenfläche des Quergleitlagerteils 17 und die Innenfläche der Öffnung des Rollenmeißels 4 nicht befestigt, sondern stehen relativ drehbar zueinander in Eingriff. In die Innenkante der öffnung des Rollenmeißels 4 ist ein Ring 24 eingepaßt, dessen Außenumfang an der Innenkante des Rollenmeißels 4 mittels einer Schrumpfpassung so befestigt ist, daß der Rollenmeißel 4 sich nicht von dem Quergleitlagerteil 17 löst, und dessen Innenumfang relativ zur Wurzel des geneigten Fortsatzes 3 gleitbar ist. Die Schmierung der Außenfläche des Quergleitlagerteils 17 und der Innenfläche des Rollenmeißels 4 wird durch Zuführen des Schmiermittels von der kleinen Bohrung 9 und der Bohrung 10 zu einer Nut oder ähnlichem, die in dem Quergleitlagerteil 17 ausgebildet ist, erreicht.

Die Konstruktion der Endfläche 5 des geneigten Fortsatzes 3, die senkrecht zur axialen Richtung verläuft, kann in der gleichen Weise wie im vorher erwähnten Fall durchgeführt werden, bei dem die Außen-

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fläche des Quergleitlagerteils 17 und die Innenfläche "der öffnung des Rollenmeißels 4 befestigt sind.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform stehen die Innen- und Außenflächen des Quergleitlagerteils 17 drehbar in Eingriff, so daß sie ein sogenanntes "schwimmendes Gleitlager" bilden. Hierdurch wird die relative Reibgeschwindigkeit der Lagerflächen vermindert und die Lagerlebensdauer entscheidend verlängert.

Wie im einzelnen in Verbindung mit den beschriebenen Ausführungsformen dargelegt, kann die Lagerlebensdauer entscheidend durch Vergrößern der Lagerfläche verlängert werden, wobei diese Wirkung weiter verbessert wird, da die relative Reibgeschwindigkeit des Lagers vermindert wird, wenn ein schwimmendes Gleitlager verwendet wird.

Claims (10)

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickhawn, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dtpl.-Chei.i. B Huber Dr.-Ing. H. Liska, Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel 3 5 Ί Ό Ο ö 4 8000 MÜNCHEN 86 POSTFACH 860 820 MOHLSTRASSE22 TELEFON (O 89) 98 03 52 TELEX 522621 TELEGRAMM PATENTWEICKMANN MÖNCHEN He Sumitomo Metal Mining Company Limited, 11-3, 5-chome, Shinbashi, Minato-ku, Tokyo, Japan Bohrmeißel Patentansprüche

1. Bohrmeißel mit einem Schaft, der mit einem Ende an ein Bohrgestänge angebracht ist, mehreren geneigten Fortsätzen, die sich vom anderen Ende des Schaftes radial und mit einer Neigung in bezug auf die Mittellinie des Schaftes in Richtung des Erdreichs erstrecken und mit mehreren an den entsprechenden geneigten Fortsätzen befestigten Rollenmeißeln, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der geneigten Fortsätze (3) eine zylindrische Seitenfläche (16) aufweist, deren Durchmesser von ihrem Ende allmählich bis zu ihrer Wurzel abnimmt, daß Quergleitlagerteile (17) vorgesehen sind, von denen jedes in axialer Richtung in mehrere Teile unterteilt ist und das rings um einen der genannten Fortsätze (3) befestigt ist und im wesentlichen mit seiner gesamten Innenfläche drehbar mit der zylindrischen Außenfläche (16) des geneigten Fortsatzes (3) in Eingriff steht, daß

jeder der Rollenmeißel eine öffnung hat, die auf den Außenumfang des zugehörigen Quergleitlagerteils (17) aufgepaßt ist, und daß die entsprechenden Rollenmeißel (4) und Quergleitlagerteile (17) in axialer Richtung mittels der Wirkung von Halterungen (18,24) unbeweglich sind.

2. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (18,24) Einrichtungen aufweisen, um die öffnung des Bohrmeißels (4) auf den äußeren Umfang des Quergleitlagers (17) aufzupassen und zu befestigen.

3. Bohrmeißel nach Anspruch 2, dadurch g e k e η nzeichnet, daß als Befestigungsmittel eine Schrumpfpassung oder eine Reibschweißmittel-Schweißung dient.

4. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, daß der Rollenmeißel (4) die Außenseite

des Quergleitlagerteils (17) drehbar in Eingriff nimmt, und daß die Halterung einen auf der Innenkante der öffnung des Rollenmeißels (4) befestigten Ring (24) umfaßt.
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5. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (24) mittels einer Schrumpfpassung auf der Innenkante der öffnung des Rollenmeißels (4) befestigt ist.

6. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine kleine Bohrung (9,10) zur Zuführung eines Schmiermittels vom Schaft (1) zu den geneigten Fortsätzen (3) und zu den Quergleitlagerteilen (17) vorgesehen ist.

7. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungsstift (21) zwischen der Endfläche (22) des geneigten Fortsatzes (3) und dem Boden der öffnung des Rollenmeißels (4) angeordnet ist.

8. Bohrmeißel nach Anspruch 7, dadurch g e.k e η nz e i c h net, daß sich der Führungsstift (21) durch das Quergleitlagerteil (17) erstreckt und in den Aussparungen (20,23) gehalten wird, die auf der Endfläche (22) und in dem Boden der öffnung ausgebildet sind, so daß er in einer der Aussparungen (20, 23) festgelegt ist, sich jedoch relativ zu der anderen drehen kann.

9. Bohrmeißel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstift (21) sich durch das Quergleitlagerteil (17) erstreckt und einstückig entweder mit der Endfläche oder dem Boden der öffnung ausgebildet ist, jedoch drehbar in die andere Aussparung eingepaßt ist.

10. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Querlagerteile (17) in zwei oder drei Teile unterteilt ist.