DE3816040A1 - Schneidrollenanordnung fuer das drehbohren im erdreich - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Drehbohren im Erdreich. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Schneidrol­ lenanordnung für das Drehbohren im Erdreich, mit einem Bohr­ kopf, mindestens einer umlaufenden Schneidrolle mit einer Welle, deren Endstücke aus den Enden der Schneidrolle vorste­ hen, mit einem in dem Bohrkopf angeordneten, zur Aufnahme der umlaufenden Schneidrolle bestimmten Einbauteil, an dem mit Abstand voneinander zwei Schenkel vorgesehen sind, deren freie Enden gekrümmte Gegenflächen für die Enden der Welle der um­ laufenden Schneidrolle aufweisen, und mit Befestigungsteilen mit einer gekrümmten Gegenfläche, welche Befestigungsteile an den Enden der Schenkel des Einbauteils zum Befestigen der Welle der umlaufenden Schneidrolle an dem Einbauteil angeord­ net sind. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Anord­ nung zum Befestigen einer umlaufenden Schneidrolle an einem Bohrkopf.

Schneidrollenanordnungen dieser Art sind im Zusammenhang mit dem Bohren von Großbohrlöchern, z.B. von Blindschächten oder ähnlichen Tunnelbauwerken, bereits bekannt. Das Bohren von Blindschächten und dergleichen wird beispielsweise prinzipiell folgendermaßen vorgenommen: Zunächst wird z.B. von oben nach unten ein als Vorbohrloch bezeichnetes Loch mit kleinem Durch­ messer gebohrt. Nachdem mit dem Bohren des Vorbohrlochs ein tieferer Horizont erreicht ist, wird ein Bohrkopf mit grösse­ rem Durchmesser an das Bohrgestänge angesetzt. Wenn der Bohr­ kopf angebracht ist, wird er in Drehung versetzt und gleich­ zeitig, z.B. hydraulisch, in Richtung der Vorbohrung nach oben gezogen. Da sich der Bohrkopf während des Heraufziehens dreht, zerkleinern die umlaufenden Schneidrollen in dem Bohrkopf das Erdreich, so daß ein Bohrloch mit größerem Durchmesser ent­ steht.

Wegen dieses Arbeitsprinzips ist der Aufbau der Schneidrollen des Bohrkopfs besonders wichtig. Die Schneidrollen und ihre Halterungen müssen hohe Stoßbeanspruchungen, Druckbeanspruchun­ gen, Axialkräfte und Torsionskräfte aushalten. Außerdem muß der Aufbau dicht sein, damit die Lagerung vor Verunreinigungen geschützt ist. Die Halterung der Schneidrollen muß nicht nur stabil sondern auch so ausgebildet sein, daß die Schneidrollen mit üblichen Werkzeugen demontiert werden können.

Verschiedene Ausführungen für die Befestigung von Schneidrol­ len sind als Stand der Technik bekannt. Bekannte Lösungen sind z.B. in den US-Patentschriften 36 12 196, 37 05 635, 38 63 994, 42 41 799 und 44 48 271 beschrieben.

In manchen Fällen zeigen die bekannten Lösungen einen kompli­ zierten Aufbau, und/oder die Halterung ist verschleißanfällig, d.h. die Halterung gleicht ein durch Verschleiß verursachtes Spiel nicht aus, so daß die Nutzungsdauer der Vorrichtung gering ist. Das hängt mit der Tatsache zusammen, daß das verschleißbedingte Spiel den Abnützungsprozeß stark beschleu­ nigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schneidrollen­ anordnung und eine Anordnung für die Halterung der Schneid­ rollen zu entwickeln, Anordnungen, mit denen die Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden werden können. Das wird er­ reicht mit Hilfe einer Schneidrollenanordnung und einer Hal­ terung gemäß der Erfindung, die dadurch gekennzeichnet sind, daß der Mittelabschnitt der gekrümmten Gegenfläche, die an dem Befestigungsteil um den Endabschnitt der Welle der umlau­ fenden Schneidrolle gelegt ist, so gekrümmt ist, daß ein in Richtung der Umfangsfläche der Welle sich verengender Spalt zwischen dem Ende der Welle und dem Mittelabschnitt der Gegen­ fläche des Befestigungsteils entsteht, und daß die Anordnung ferner ein starres Kupplungsteil aufweist, das am Ende der Welle vorgesehen ist und das aus der Außenfläche der Welle in radialer Richtung vorsteht, welches Kupplungsteil bei Dre­ hung der Welle gegen die Gegenfläche des Befestigungsteils gepreßt wird, wodurch die Drehbewegung der Welle in dieser Richtung verhindert wird.

Ein Vorzug der Erfindung ist ihre Einfachheit, wodurch die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen billig wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet auch sehr vorteil­ haft, denn die Schneidrollen werden, im Gegensatz zu manchen bekannten Ausführungen, nicht blockiert. Die Schneidrollen lassen sich mit gebräuchlichen Werkzeugen auswechseln. Die erfindungsgemäße Lösung verhindert Drehungen der Welle, un­ abhängig von der Drehrichtung des Bohrkopfs. Die erfindungs­ gemäße Lösung gleicht außerdem automatisch jedes durch Ab­ nutzung verursachte Spiel der Halterungsvorrichtungen aus.

Fig. 1 zeigt einen Bohrkopf, der mit einer erfindungsgemäßen Schneidrollenanordnung ausgerüstet werden kann, von der Seite;

Fig. 2 ist ein Zerlegbild eines Schneidrollenaufbaus, wie er bei der Ausführung nach Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 3 zeigt einen Schnitt, gesehen in Richtung der Pfeile III-III nach Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht des Aufbaus, gesehen in Richtung der Welle der Schneidrolle; und

Fig. 5 ist eine Gesamtansicht einer Schneidrollenhalterung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt insgesamt einen Bohrkopf, der zum Drehbohren im Erdreich verwendet wird. Eine in einem früheren Arbeits­ schritt gebohrte Vorbohrung ist mit 1 bezeichnet. Der Bohr­ kopf ist insgesamt mit 2 bezeichnet. Eine Vielzahl umlau­ fender Schneidrollen 4 ist an dem Bohrkopf 2 mit Hilfe von Einbauteilen 3 befestigt. Die Einbauteile 3 sind an der Bohr­ einrichtung z.B. durch Schweißen befestigt.

Der Bohrkopf gemäß Fig. 2 wird an einem (nicht gezeichneten) Bohrgestänge befestigt, nachdem das Vorbohrloch fertigge­ stellt ist. Nach dem Befestigen des Bohrkopfs wird damit be­ gonnen, ihn zu drehen und gleichzeitig aufwärtszuziehen, so daß die Schneidrollen 4 gegen das Erdreich gepreßt werden und es zerkleinern; auf diese Weise entsteht ein Schacht von großem Durchmesser. Der Bohrvorgang ist allgemein zu Be­ ginn dieser Anmeldung beschrieben worden. Die Richtung der Drehung bzw. des Anhebens des Bohrkopfs wird durch die Pfeile M bzw. N angegeben.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen eine Anordnung zum Haltern einer Schneidrolle. In den Fig. 2 bis 4 werden die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1. Eine umlaufende Schneid­ rolle 4 wird an dem Einbauteil 3 befestigt, das z.B. die in den Figuren gezeichnete Sattelform haben kann. Die umlaufende Schneidrolle weist eine Welle 5 auf, deren Endstücke aus den Enden der Schneidrolle 4 hervorstehen. Das Einbauteil 3 sei­ nerseits weist im Abstand voneinander zwei Schenkel 6, 7 auf, deren freie Endstücke mit gekrümmten Gegenflächen 8, 9 für die Enden der Welle 5 versehen sind.

Die Anordnung weist außerdem zwei Befestigungsteile 12, 13 auf, die mit einer gekrümmten Gegenfläche 10, 11 versehen sind. Die Befestigungsteile 12, 13 sind an den Schenkeln 6, 7 durch Gewindebolzen 14, 15 und Gewindeteile 16 befestigt, so daß das von den Schenkeln 6, 7 getragene Schneidrollenteil an dem Einbauelement festgelegt ist.

Die an den Befestigungsteilen 12, 13 vorgesehenen Gegenflächen sind in ihrer Mitte derart gekrümmt, daß ein in Richtung der Umfangsfläche der Welle 5 sich verengender Spalt zwischen dem Ende der Welle 5 und der Mitte der Gegenfläche des Befesti­ gungsteils 12, 13 gebildet wird. Dieser Aufbau kann z.B. in der Weise verwirklicht werden, daß der Krümmungsradius S 1 des Mittelabschnitts der Gegenfläche des Befestigungsteils 12, 13 kleiner ist als der Krümmungsradius S 2 der Gegenfläche 8, 9 des Einbauteils. Außerdem liegt der Krümmungsmittelpunkt A des Mittelabschnitts der Gegenfläche der Befestigungsteile 12, 13 höher als der Krümmungsmittelpunkt B der anderen Ab­ schnitte der Gegenflächen.

Außerdem ist an den Enden der Welle 5 ein starres Kupplungs­ teil vorgesehen, das radial aus der Außenfläche der Welle hervorsteht. Wird die Welle gedreht, so wird das Kupplungsteil gegen die Gegenfläche des Befestigungsteils 12, 13 gepreßt und verhindert auf diese Weise die Drehung der Welle in dieser Richtung. Dieser Aufbau läßt sich z.B. in der Weise verwirkli­ chen, daß das Kupplungsteil als zylindrischer Stift 17 aus­ gebildet wird, der in eine Axialnut 18 eingelegt ist, die am Ende der Welle 5 ausgebildet ist. Man kann das Kupplungs­ teil auch als vorstehendes Teil 19 ausbilden, das in die Welle (Fig. 5) eingesetzt ist; bei diesem Teil 19 ist der Krümmungs­ radius S 3 seiner der Gegenfläche des Befestigungsteils gegen­ überstehenden Fläche 20 kleiner als der Krümmungsradius S 1 des Mittelabschnitts der Gegenfläche des Befestigungsteils. Im übrigen entspricht die Ausführung nach Fig. 5 der Ausfüh­ rung nach den Fig. 2 bis 4, weshalb in Fig. 5 für einan­ der entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden wie in den Fig. 2 bis 4.

Um die Axialbewegung der Schneidrolle 4 zu verhindern, sind die Enden der Welle 5 mit radial vorspringenden Flanschen 21 ver­ sehen, die an Gegenflächen 22 anliegen, welche an den Schen­ keln 6, 7 des Befestigungsteils ausgebildet sind.

Im Prinzip arbeitet die erfindungsgemäße Anordnung folgender­ maßen: Zunächst, d.h. wenn kein Bohren erfolgt, liegt die in den Fig. 4 oder 5 gezeigte Situation vor. Beim Beginn des Bohrens eines Schachts von großem Durchmesser berühren die Schneidrollen das Erdreich und beginnen, sich um die Wellen 5 zu drehen. Infolge dieser Drehbewegung und des Anhebens des Bohrkopfs wirken auf die Wellen Kräfte ein, die die Welle je nach der Drehrichtung in Richtung der Pfeile K, R zu drehen suchen. Durch dieses Drehen werden die Kupplungsteile 17 oder 19 gegen die Gegenfläche des Befestigungsteils 12, 13 gepreßt, so daß eine Drehung der Welle in dieser Richtung verhindert wird. Es ist zu beachten, daß die Anordnung unabhängig von der Drehrichtung der Welle und der Drehrichtung des Bohrkopfs wirksam wird, d.h. die Drehung der Welle wird in allen Fällen verhindert. Ferner ist zu beachten, daß die Anordnung auch jedes durch Abnützung verursachte Spiel ausgleicht, weil die Drehung der Welle in jedem Falle verhindert wird, wenn das Kupplungsteil gegen die Gegenfläche des Befestigungsteils ge­ preßt wird. Natürlich nimmt das Ausmaß der Drehbewegung vor dem Anhalten der Welle infolge von Abnützung zu, aber das Anhalten der Drehbewegung der Welle wird immer absolut sicher herbeigeführt.

Durch das obige Beispiel soll die Erfindung in keiner Weise eingeschränkt werden, denn natürlich braucht die Erfindung oder brauchen Teile der Erfindung nicht genau so ausgeführt zu werden, wie in den Figuren gezeichnet, vielmehr sind auch andere Lösungen denkbar. Demzufolge können natürlich die Schneidrollen einem anderen als dem gezeichneten Typ angehören. Außerdem kann die Lagerung der Schneidrollen auf der Welle in jeder geeigneten Weise ausgeführt werden. Die Zahl der Schneidrollen wird jeweils den Erfordernissen angepaßt. Die Erfindung ist nicht auf den gezeichneten und beschriebenen Bohrkopf beschränkt.

Claims (8)

1. Schneidrollenanordnung für das Drehbohren im Erd­ reich, mit einem Bohrkopf, mindestens einer umlaufenden Schneidrolle mit einer Welle, deren Endstücke aus den Enden der Schneidrolle vorstehen, mit einem in dem Bohrkopf ange­ ordneten, zur Aufnahme der umlaufenden Schneidrolle bestimmten Einbauteil, an dem mit Abstand voneinander zwei Schenkel vor­ gesehen sind, deren freie Enden gekrümmte Gegenflächen für die Enden der Welle der umlaufenden Schneidrolle aufweisen, und mit Befestigungsteilen mit einer gekrümmten Gegenfläche, welche Befestigungsteile an den Enden der Schenkel des Einbau­ teils zum Befestigen der Welle der umlaufenden Schneidrolle an dem Einbauteil angeordnet sind, wobei der Mittelabschnitt der gekrümmten Gegenfläche, die an dem Befestigungsteil um den Endabschnitt der Welle der umlaufenden Schneidrolle ge­ legt ist, so gekrümmt ist, daß ein in Richtung der Umfangs­ fläche der Welle sich verengender Spalt zwischen dem Ende der Welle und dem Mittelabschnitt der Gegenfläche des Befestigungs­ teils entsteht, und wobei die Anordnung ferner ein starres Kupplungsteil aufweist, das am Ende der Welle vorgesehen ist und das aus der Außenfläche der Welle in radialer Richtung vorsteht, welches Kupplungsteil bei Drehung der Welle gegen die Gegenfläche des Befestigungsteils gepreßt wird, wodurch die Drehbewegung der Welle in dieser Richtung verhindert wird.

2. Schneidrollenanordnung nach Anspruch 1, worin der Krümmungsradius des Mittelabschnitts der Gegenfläche des Be­ festigungsteils kleiner ist als der Krümmungsradius der Gegen­ fläche des Einbauteils, und worin der Krümmungsmittelpunkt des Mittelabschnitts der Gegenfläche des Befestigungsteils sich an einem Ort befindet, der von dem Ort des Krümmungsmittel­ punkts der anderen Teile der Gegenflächen abweicht.

3. Schneidrollenanordnung nach Anspruch 1, worin das starre Kupplungsteil als zylindrischer Stift ausgebildet ist, der in eine Axialnut eingelegt ist, welche am Ende der Welle der umlaufenden Schneidrolle vorgesehen ist.

4. Schneidrollenanordnung nach Anspruch 1, worin das starre Kupplungsteil ein in der Welle angeordnetes, vorste­ hendes Teil ist, bei welchem der Krümmungsradius einer der Gegenfläche des Befestigungsteils gegenüberstehenden Fläche kleiner ist als der Krümmungsradius des Mittelabschnitts der Gegenfläche des Befestigungsteils.

5. Anordnung zum Befestigen einer umlaufenden Schneid­ rolle an den Schenkeln eines Einbauteils, das an dem Bohrkopf einer Bohrvorrichtung für Erdreich angebracht werden soll, welche Anordnung Seiten-, Torsions- und Druckbelastungen auf­ zunehmen vermag und die eine umlaufende Schneidrolle mit einer Welle umfaßt, deren Endstücke aus den Enden der Schneidrolle vorstehen, ferner gekrümmte Gegenflächen an den freien End­ stücken von Schenkeln eines Einbauteils für die Enden der Welle der umlaufenden Schneidrolle und außerdem Befestigungs­ teile mit einer gekrümmten Fläche, welche Befestigungsteile an den Enden der Schenkel des Einbauteils zum Befestigen der Welle der umlaufenden Schneidrolle an dem Einbauteil angeord­ net sind, wobei der Mittelabschnitt der gekrümmten Gegenfläche, die an dem Befestigungsteil um den Endabschnitt der Welle der umlaufenden Schneidrolle gelegt ist, so gekrümmt ist, daß ein in Richtung der Umfangsfläche der Welle sich verengender Spalt zwischen dem Ende der Welle und dem Mittelabschnitt der Gegenfläche des Befestigungsteils entsteht, und wobei die Vorrichtung ferner ein starres Kupplungsteil aufweist, das am Ende der Welle vorgesehen ist und das aus der Außenfläche der Welle in radialer Richtung vorsteht, welches Kupplungs­ teil bei Drehung der Welle gegen die Gegenfläche des Befesti­ gungsteils gepreßt wird, wodurch die Drehbewegung der Welle in dieser Richtung verhindert wird, und wobei die Enden der Welle mit radial vorspringenden Flanschen versehen sind, die an den Schenkeln des Einbauteils anliegen und die Bewegung der Schneidrolle in Richtung der Welle verhindern.

6. Anordnung nach Anspruch 5, worin der Krümmungsra­ dius des Mittelabschnitts der Gegenfläche des Befestigungs­ teils kleiner ist als der Krümmungsradius der Gegenfläche des Einbauteils und worin der Krümmungsmittelpunkt des Mittelab­ schnitts der Gegenfläche des Befestigungsteils sich an einem Ort befindet, der von dem Ort des Krümmungsmittelpunkts der anderen Teile der Gegenflächen abweicht.

7. Anordnung nach Anspruch 5, worin das starre Kupp­ lungsteil als zylindrischer Stift ausgebildet ist, der in eine Axialnut eingelegt ist, welche am Ende der Welle der umlaufenden Schneidrolle vorgesehen ist.

8. Anordnung nach Anspruch 5, worin das starre Kupp­ lungsteil ein in der Welle angeordnetes, vorstehendes Teil ist, bei welchem der Krümmungsradius einer der Gegenfläche des Befestigungsteils gegenüberstehenden Fläche kleiner ist als der Krümmungsradius des Mittelabschnitts der Gegenfläche des Befestigungsteils.