DE3516584C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rollenmeißel mit gleitend auf den Fortsätzen gelagerten Meißelrollen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

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 vor­ deren 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, er­ fordert es häufig viel Zeit, z. B. einen Tag, um den Bohrmeißel zu erneuern.

Um die Bohrkosten zu senken, ist es wichtig, die Häufig­ keit der Meißelerneuerung so gering wie möglich 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 haupt­ sächlichen Faktoren für die Lebensdauer der Lager hängt davon ab, wie groß die Gesamtoberflächenzone der Lager oder die projizierte Fläche der Lager auf eine zur Mittel­ linie des Bohrgestänges senkrechten Ebene ist. Die Lebens­ dauer der Lager kann somit durch Verminderung einer Last auf eine Flächeneinheit oder durch Herabsetzen der rela­ tiven Reibgeschwindigkeit der Lager verlängert werden.

Aus der US-PS 18 39 387 ist ein Rollenmeißel bekannt, bei dem jeder der geneigten Fortsätze einen Umfang aufweist, dessen Durchmesser in axialer Richtung ver­ änderlich ist. Hierbei ist jedoch eine scharfe Abstufung vorgesehen, die zu Spannungsspitzen führt. Derartige Spannungsspitzen führen wiederum zu einer frühzeitigen Zerstörung des Bohrmeißels.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rollenmeißel der eingangs genannten Art derart weiterzu­ bilden, daß durch eine konstruktive Neugestaltung des Lagers eine Verlängerung der Lebensdauer des Rollenmeißels erreicht wird.

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit der Erfindung wird die Belastung auf eine Flächenein­ heit durch Vergrößerung der Oberfläche oder der projizier­ ten Fläche des Lagers des Rollenmeißels vermindert, wobei ebenfalls in vorteilhafter Weise Spannungsspitzen vermieden werden.

Grundsätzlich ist die Verwendung von Gleitlagern für Rollenmeißel bekannt (DE-AS 11 41 962), wobei ebenfalls eine Bohrung vorgesehen ist, um das Gleitlager mit einer Schmierflüssigkeit zu versehen. Aus der BE-PS 5 67 567 ist ein Rollenmeißel mit einem Gleitlager bekannt, wobei der Rollenmeißel auf einem Fortsatz mittels eines Zapfens festgelegt ist, der sich in eine Aussparung im Rollen­ meißel erstreckt. Die US-PS 42 23 749 zeigt einen Rollen­ meißel mit einem Gleitlager, bei dem der Fortsatz in axialer Richtung unterschiedliche Durchmesser aufweist. Zur Festlegung des Rollenmeißels auf dem Fortsatz ist es beispielsweise aus der US-PS 41 57 122 bekannt, einen Ring auf dem Fortsatz anzuordnen, der mit einer Ausspa­ rung im Sackloch des Rollenmeißels in Eingriff tritt. Die US-PS 41 56 470 zeigt einen Rollenmeißel, der mittels eines Gleitlagers auf dem Fortsatz gelagert ist, wobei Maßnahmen vorgesehen sind, um ein Eindringen von Erdreich in das Gleitlager zu verhindern. Schließlich ist aus der US-PS 30 47 344 ein Rollenmeißel bekannt, der mittels eines Gleitlagers auf einem Fortsatz gelagert ist, wobei der Fortsatz aus einem zylindrischen und einem kegelför­ migen Abschnitt besteht. Im übrigen ist es ebenfalls bekannt, Gleitlager in Segmentbauweise vorzusehen (The Oil ans Gas Journal, 1. Januar 1968, Seite 32).

Mit dem erfindungsgemäßen Rollenmeißel wird eine völlig neue Lagerkonstruktion vorgeschlagen, um die Lagerkapa­ zität zu vergrößern. Dabei wird zum einen die Belastung pro Flächeneinheit vermindert und zum anderen das Auftre­ ten von Spannunsspitzen verhindert. In dem Fall, in dem 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 zeigt

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

Fig. 2 und 3 Schnittansichten von anderen Aus­ 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.

In der Schnittansicht gemäß Fig. 1 wird ein Teil ei­ nes Schaftes und ein Teil eines entsprechenden geneigten Fortsatzes des Rollenmeißels 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 Grundfläche 5, die in einer Ebene senkrecht zur Mittelli­ nie von ihm verläuft und einer zylindrischen Mantel­ fläche 16, die so gewellt ist, daß ihr Durchmesser von der Grundfläche 5 allmählich zunimmt, abnimmt und dann zunimmt, wenn man in axiale Richtung sieht. Der geneigte Fortsatz 3 ist von einem Gleitlager 17 umschlossen, das eine solche Größe aufweist und so geformt ist, daß es mit dem geneigten Fort­ satz 3 sowohl im wesentlichen über die gesamte Ober­ fläche der zylindrischen Mantelfläche 16 als auch der Endfläche des geneigten Fortsatzes 3 in Berüh­ rung steht, so daß es sich auf seiner Berührungs­ fläche drehen kann. Das Gleitlager 17 ist gewöhnlich in zwei oder drei Teile in axialer Rich­ tung des geneigten Fortsatzes 3 unterteilt.

Eine Meißelrolle 4 ist mit einem Sackloch ausgebildet, dessen Innenwand mit der Außenseite des Gleitla­ gers 17 in Berührung steht, und welches auf dem Gleitlager 17 aufgepaßt und daran befestigt ist, nachdem die mehreren Teile des Gleitlagers 17 auf dem Außenumfang des geneigten Fortsatzes 3 angeordnet sind. Das Befestigen kann mittels einer Schrumpfpassung oder mittels einer Reibschweißung er­ folgen, ist jedoch nicht auf diese Befestigungsarten beschränkt. Die Grenze zwischen der Innenkante des Sackloches der Meißelrolle 4 und der Außenkante des Gleitlagers 17 kann mittels einer Halterung 18 z. B. in Form eines Keils festgelegt werden. Von dem Schaft 1 zu jedem der ge­ neigten Fortsätze 3 erstreckt sich eine kleine Boh­ rung 9 und eine Bohrung 10, um Schmiermittel zu dem Spalt zwischen der Mantelfläche 16 des geneigten Fortsatzes 3 und der Innenfläche des Gleitlagers 17 zuzuführen, so daß das offene Ende der Bohrung 10 im Arm 2 mittels einer Schweißung 19 verschlos­ sen ist.

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

Die Außenseite des Gleitlagers 17 und die Innenwand der Öffnung der Meißelrolle 4 müssen nicht über die gesamte Fläche in Berührung stehen, da es ausreichend ist, eine Reibkraft zu schaffen, die für die Befestigung der beiden Teile notwendig ist.

Der geneigte Fortsatz 3 ist an der Mitte seiner Grund­ fläche 5 mit einer Aussparung 20 versehen, in die durch das Gleitlager 17 drehbar ein Führungs­ stift 21 eingepaßt ist, von dem ein Teil in die Mittel des Bodens des Sacklochs der Meißelrolle 4 mittels Preßsitz eingepaßt ist. Diese Konstruktion ist hilf­ reich, um einen Sitz für die Befestigungsstabilität der Meißelrolle 4 und zur Aufnahme der Axialkraft des geneigten Fortsatzes 3 zu schaffen. Der Führungs­ stift 21 an der Grundfläche des geneigten Fortsatzes 3 wirkt weiter gegen das Drehmoment, das sich als Er­ gebnis des Verschleißes des Fortsatzes ergibt, um die Meißelrolle 4 in Richtung des Pfeils A in Fig. 1 zu drehen.

Die Formen der Grundfläche 5 des geneigten Fortsatzes 3 können in verschiedenster Weise verändert werden, wobei die einfachste Form durch eine flache Grundfläche 5 dargestellt wird, die senkrecht zur axialen Rich­ tung verläuft, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Eine weitere Abänderung ist in Fig. 3 dargestellt, bei der die Grundfläche an ihrer Mitte mit einem Führungsstift 6 versehen ist, der so kurz ausgebildet ist, daß er nur in das Gleitlager 17 eingepaßt ist, so daß die Grund­ fläche des Gleitlagers 17 abge­ flacht ist. Wie in Fig. 4 dargestellt, kann sich andererseits der Führungsstift 21 durch das Gleit­ lager 17 in der Meißelrolle 4 so erstrecken, daß sich die Endfläche 22 des Führungsstiftes 21 und die in dem Boden des Sacklochs der Meißelrolle 4 ausge­ bildete Aussparung 23 relativ zueinander drehen können. Damit sich der Führungsstift 21 von dem ge­ neigten Fortsatz 3, wie in Fig. 4 dargestellt, er­ streckt, 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 des Sack­ lochs des Rollenmeißels 4, mit dem er einstückig aus­ gebildet ist, erstrecken, oder kann in der Aussparung in der Grundfläche der Meißelrolle 4 eingepaßt und befestigt sein.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Rollen­ meißels. Die Konstruktion des geneigten Fortsatzes 3 und des Gleitlagers 17 sind der in Fig. 1 ge­ zeigten ähnlich, jedoch sind die Außenfläche des Gleitlagers 17 und die Innenfläche des Sack­ lochs der Meißelrolle 4 nicht befestigt, sondern stehen relativ drehbar zueinander in Eingriff. In die Innenkante des Sacklochs der Meißelrolle 4 ist eine Halterung 24 in Form eines Rings eingepaßt, dessen Außenumfang an der Innenkante der Meißelrolle 4 mittels einer Schrumpf­ passung so befestigt ist, daß die Meißelrolle 4 sich nicht von dem Gleitlager 17 löst, und dessen Innenumfang relativ zur Wurzel des geneigten Fort­ satzes 3 gleitbar ist. Die Schmierung der Außen­ fläche des Gleitlagers 17 und der Innenflä­ che der Meißelrolle 4 wird durch Zuführen des Schmiermittels von der kleinen Bohrung 9 und der Bohrung 10 zu einer Nut oder ähnlichem, die in dem Gleitlager 17 ausgebildet ist, erreicht.

Diese Konstruktion der Grundfläche 5 des geneigten Fort­ satzes 3, die senkrecht zur axialen Richtung ver­ läuft, kann in der gleichen Weise wie im vorher er­ wähnten Fall durchgeführt werden, bei dem die Außen­ fläche des Gleitlagers 17 und die Innen­ fläche des Sacklochs der Meißelrolle 4 befestigt sind.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform stehen die Innen- und Außenflächen des Gleit­ lagers 17 drehbar in Eingriff, so daß sie ein sogenanntes "schwimmendes Gleitlager" bilden. Hier­ durch wird die relative Reibgeschwindigkeit der La­ gerflächen vermindert und die Lagerlebensdauer ent­ scheidend verlängert.

Claims (10)

1. Rollenmeißel mit gleitend auf den Fortsätzen ge­ lagerten Meißelrollen mit einem Schaft, dessen eines Ende mit einem Bohrgestänge verbindbar ist und dessen anderes Ende mehrere bezüglich der Meißelachse nach vorwärts geneigte Fortsätze trägt, die eine sich von ihrer Grundfläche axial nach rückwärts hin zunächst radial nach außen, dann radial nach innen zu und an­ schließend wieder radial nach außen verlaufende Mantel­ fläche aufweisen, mit mehreren Meißelrollen, die jeweils mittels eines Sackloches auf einem der Fortsätze gehal­ ten sind, und mit jeweils einem als Gleitlager ausge­ bildeten Radiallager zwischen Meißelrolle und Fortsatz, das um den Fortsatz herum angeordnet ist und im wesent­ lichen mit seiner gesamten Innenfläche an der Mantel­ fläche des Fortsatzes anliegt, wobei die durch das Sackloch gebildete Innenfläche der Meißelrolle an die Mantelfläche des Gleitlagers angepaßt ist, sowie die Meißelrollen und die Gleitlager mittels Halterungen axial unbeweglich auf den Fortsätzen festzulegen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (16) der Fortsätze (3) wellenförmig ausgebildet und dabei mit einem konvexen und einem konkaven Kulminations­ punkt versehen ist, und daß das radiale Gleitlager (17) axial in mehrere Teile aufgeteilt ist, die mittels der Halterungen (18, 24) axial unbeweglich auf dem Fortsatz (3) festgelegt sind.

2. Rollenmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halterungen (18, 24) Einrichtungen auf­ weisen, um das Sackloch der Meißelrollen (4) auf den äußeren Umfang des Gleitlagers (17) aufzupassen und zu befestigen.

3. Rollenmeißel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß als Befestigungsmittel eine Schrumpfpassung oder eine Reibschweißmittel-Schweißung dient.

4. Rollenmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rollenmeißel (4) die Außenseite der Gleit­ lager (17) drehbar in Eingriff nehmen, und daß die Halterung (24) einen auf der Innenkante des Sackloches der Meißelrollen (4) befestigten Ring umfaßt.

5. Rollenmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ring mittels einer Schrumpfpassung auf der Innenkante des Sackloches der Meißelrolle (4) be­ festigt ist.

6. Rollenmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine kleine Bohrung (9, 19) zur Zuführung eines Schmiermittels vom Schaft (1) zu den geneigten Fortsätzen (3) und zu den Gleitlagern (17) vorgesehen ist.

7. Rollenmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Führungsstift (21) zwischen der Grund­ fläche (22) des geneigten Fortsatzes (3) und dem Boden des Sackloches der Meißelrolle (4) angeordnet ist.

8. Rollenmeißel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß sich der Führungsstift (21) durch das Gleit­ lager (17) erstreckt und in den Aussparungen (20, 23) gehalten wird, die auf der Grundfläche (22) und in dem Boden des Sackloches ausgebildet sind, so daß er in einer der Aussparungen (20, 23) festgelegt ist, sich jedoch relativ zu der anderen drehen kann.

9. Rollenmeißel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Führungsstift (21) sich durch das Gleit­ lager (17) erstreckt und einstückig entweder mit der Grundfläche (22) oder dem Boden des Sackloches ausge­ bildet ist, jedoch drehbar in die andere Aussparung eingepaßt ist.

10. Rollenmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder der Gleitlager (17) in zwei oder drei Teile unterteilt ist.