DE838586C

DE838586C - Rotary bits

Info

Publication number: DE838586C
Application number: DEH6871A
Authority: DE
Inventors: Erwin Angle Morlan; Floyd Logan Scott; Henry Barnes Woods
Original assignee: Hughes Tool Co
Current assignee: Hughes Tool Co
Priority date: 1950-12-05
Filing date: 1950-12-05
Publication date: 1952-05-08
Also published as: FR1028209A; NL77228C; BE499617A; CH300472A

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 8. MAI 1952ISSUED MAY 8, 1952

//0,SV-/ lib I 5 u // 0, SV- / lib I 5 u

Houston, Texas (V. St. A.)Houston, Texas (V. St. A.)

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

DrehbohrmeißelRotary drill bit

Die Erfindung betrifft Schneidwerkzeuge für Gesteinsbohrer, die für das Bohren nach Erdöl, Erdgas usw. verwendet werden.The invention relates to cutting tools for rock drills, which are used for drilling for crude oil, natural gas etc. can be used.

Beim Rotarvbohren von Bohrlöchern, die oft große Tiefen (3000 bis 4500 m) erreichen, werden vorzugsweise Drehbohrmeißel benutzt, deren drehbar angeordnete Schneidwerkzeuge im allgemeinen konische Form haben. !Die Drehbohrmeißel werden am unteren Ende des hohlen Bohrgestänges befestigt, das von der Erdoberfläche aus in einer geeigneten Weise gedreht wird. Bei der Drehbewegung des Gestänges rollen die Schneidwerkzeuge auf dem Boden des Bohrlochs und zerkleinern dabei das aus dem Bohrloch zu entfernende Gestein. Bei rollenden Schneidwerkzeugen üblicher Art sind die schneidenden Teile, die im folgenden als Schneidelemente bezeichnet werden, als Zähne ausgeführt. Unter dem Druck des auf ihnen lastenden Gewichts des Gestänges dringen diese Zähne in das Gestein ein, wobei die Größe des zur Belastung des Bohrmeißels benötigten Gewichts vom Bedienungspersonal den Umständen entsprechend geändert werden kann.Rotary drilling of boreholes that often reach great depths (3000 to 4500 m) is used preferably used rotary drill bits, their rotatably arranged cutting tools in general have a conical shape. ! The rotary drill bits are attached to the lower end of the hollow drill pipe, which is rotated in a suitable manner from the surface of the earth. When turning of the rod, the cutting tools roll on the bottom of the borehole and crush them in the process the rock to be removed from the borehole. With rolling cutting tools are common type the cutting parts, which are referred to below as cutting elements, are designed as teeth. Under the pressure of the weight of the linkage on them, these teeth penetrate the Rock, the amount of weight needed to load the drill bit from the operator can be changed according to the circumstances.

Das an den Seiten und am Boden des Bohrlochs zertrümmerte Gestein wird durch eine Spülflüssig- as keit zutage geschafft, die durch das hohle Bohrgestänge von der Erdoberfläche aus in das Bohrloch gepumpt wird. Die Spülflüssigkeit dient außer zum Herausbefördern des Bohrkleins auch zum Kühlen der Schneidwerkzeuge.The rock shattered on the sides and bottom of the borehole is washed by a flushing liquid through the hollow drill pipe from the surface of the earth into the borehole is pumped. In addition to conveying out the drill cuttings, the flushing fluid is also used for cooling of the cutting tools.

Die Form der Schneidelemente und ihre Anordnung auf dem kegeligen Schneidwerkzeug sind von größter Wichtigkeit. Es ist wünschenswert, die Schneidelemente so zu konstruieren und so anzu-The shape of the cutting elements and their arrangement on the tapered cutting tool are from of utmost importance. It is desirable to construct the cutting elements in such a way and to

ordnen, daß ein und dasselbe Schneidwerkzeug für verschiedene Gesteinsformationen verwendet werden kann, um so ein unnötiges Auswechseln von Schneidwerkzeugen zu vermeiden, deren Schneidfähigkeit noch nicht erscnöpft ist.arrange that the same cutting tool is used for different rock formations can, in order to avoid unnecessary replacement of cutting tools, their cutting ability is not yet exhausted.

Einige sehr harte Gesteinsformationen, wie z. B. Quarzit, harter sandiger Dolomit, mit Flint durchsetzter Dolomit usw., haben eine hohe Druckfestigkeit und wirken außerdem stark abschleifend. Das ίο Bohren' in harten und abschleifend wirkenden Gesteinsformationen erfordert eine hohe gewichtsmäßige Belastung des Bohrwerkzeugs, falls eine genügend große Eindringtiefe und eine größtmögliche Bohrleistung des Werkzeugs erzielt werden sollen. Bei fortschreitendem Verschleiß der an Schneidwerkzeugen üblicher Bauart befindlichen Zähne vergrößert sich die Berührungsfläche der abstumpfenden Zähne' mit der Gesteinsformation in einem solchen Maße, daß die dadurch erforderliche, größere Gewichtsbelastung des Bohrwerkzeugs leicht eine Höhe erreichen kann, der die heutigen Bohrwerkzeuge nicht gewachsen sind. Es sind Fälle bekannt, in denen stumpf gewordene Bohrmeißel von 22 cm Dicke mit einem Gewicht von 22 t belastet werden mußten, um eine angemessene Bohrleistung zu erzielen. Da der Festigkeit der Bohrgestängeteile offensichtlich eine Grenze gesetzt ist, besteht deshalb ein Bedarf für Schneidwerkzeuge von im wesentlichen konischer Form, mit denen eine befriedigende Bohrleistung bei einer mittleren Gewichtsbelastung von 10 bis 14 t erreicht werden kann und die dabei so lange benutzbar sind, bis ihre Schneidelemente gänzlich verschlissen sind. Um dies zu erreichen, werden Schneidwerkzeuge von großer Festigkeit benötigt, bei denen nur eine geringe Gewichtsbelastung erforderlich ist und deren Berührungsfläche mit dem Bohrlochboden klein genug ist, um so lange unter normaler Gewichtsbelastung eine gute Schneidleistung zuzulassen, bis die Schneidelemente im wesentlichen bis zur Rumpffläche des Schneidwerkzeugs abgeschlissen sind. Der Hauptgegenstand der Erfindung ist deshalb eine Schneidwerkzeugkonstruktion, die diesen hier beschriebenen Zweck erfüllt.Some very hard rock formations, such as B. Quartzite, hard sandy dolomite, interspersed with flint Dolomite, etc., have a high compressive strength and also have a strong abrasive effect. That ίο Drilling 'in hard and abrasive rock formations requires a high weight load on the drilling tool, if enough large penetration depth and the greatest possible drilling performance of the tool are to be achieved. Increased as the wear and tear of the teeth on conventional cutting tools increases the contact surface of the blunting teeth 'with the rock formation in one to such an extent that the greater weight load required thereby on the drilling tool is easy can reach a height that today's drilling tools cannot cope with. There are known cases in which blunt drill bits 22 cm thick are loaded with a weight of 22 t had to be in order to achieve adequate drilling performance. Because of the strength of the drill pipe parts obviously there is a limit, there is therefore a need for im cutting tools essentially conical shape, with which a satisfactory drilling performance with a medium weight load from 10 to 14 t can be achieved and can be used until their Cutting elements are completely worn out. To achieve this, cutting tools are used by great strength required, where only a low weight load is required and their Contact area with the bottom of the borehole is small enough to allow good cutting performance under normal weight loading until the cutting elements are torn off essentially to the body surface of the cutting tool are. The main object of the invention, therefore, is a cutting tool construction that incorporates this purpose described here fulfilled.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Schneidwerkzeug, im folgenden auch Bohrkrone genannt, das an seinem äußeren Ende, d. h. an dem Ende, an dem es den größten Umfang hat, einen Kranz von Zähnen besitzt, die mit einer Anzahl von ebenfalls um den Umfang des Kegels herumlaufenden Reihen von Schneidelementen zusammenarbeiten und außerdem zur Erzielung einer Drehbewegung des Schneidwerkzeugs beitragen.Another object of the invention is a cutting tool, also referred to below as a drill bit, that at its outer end, d. H. at the end where it has the greatest girth, one Has ring of teeth, which also run around the circumference of the cone with a number of Rows of cutting elements work together and also to achieve rotary motion of the cutting tool.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind kreisbogenförmige, in Umfangsrichtung des Kegels verlaufende Schneidelemente, die in längs des Kegels mit Abstand voneinander verteilten Reihen angeordnet -sind. Die kreisbogenförmigen Elemente benachbarter Reihen sind dabei untereinander so gestaffelt, daß beim Rotieren der Bohrkrone die Belastung über den Umfang der einzelnen Bohrkronen besser verteilt und außerdem auch gleichmäßiger auf die verschiedenen miteinander zusammenarbeitenden Bohrkronen aufgeteilt wird. Die Schneidelemente kommen bei dieser Anordnung auf dem Boden des Bohrlochs besser zum Eingriff und eine intermittierende Überbelastung einzelner Schneidelemente wird bei dieser Anordnung weitgehend vermieden.Another object of the invention are circular arcs in the circumferential direction of the cone extending cutting elements arranged in rows spaced from one another along the cone arranged -are. The circular arc-shaped elements of adjacent rows are like this with one another staggered that when rotating the drill bit the load on the circumference of the individual drill bits better distributed and also more evenly among the various collaborating Drill bit is split. The cutting elements come into engagement better with this arrangement on the bottom of the borehole and an intermittent overloading of individual cutting elements is largely in this arrangement avoided.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind miteinander zusammenarbeitende Bohrkronen, deren kreisbogenförmige Schneidelemente in Umfangsrichtung und in Längsrichtung der Bohrkrone so angeordnet und gestaffelt sind, daß die Schneidelemente der einzelnen Bohrkronen ineinanderfassen. Another object of the invention are cooperating drill bits, whose circular arc-shaped cutting elements in the circumferential direction and in the longitudinal direction of the drill bit like this are arranged and staggered so that the cutting elements of the individual drill bits fit into one another.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind ringförmige, an ihrem Kopfende abgeflachte Schneidelemente für kegelige Bohrkronen vorgesehen, bei denen die abgeflachte Schneidfläche beim Verschleiß der Schneidelemente nur langsam zunimmt, so daß der Bohrmeißel während der ganzen Lebensdauer der Bohrkronen ohne unzulässige Steigerung der Belastung zufriedenstellend arbeitet.In a particular embodiment of the invention, they are ring-shaped and flattened at their head end Cutting elements intended for tapered drill bits, in which the flattened cutting surface increases slowly with wear of the cutting elements, so that the drill bit during the the entire service life of the drill bits is satisfactory without an unacceptable increase in the load is working.

Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, von denenFurther features of the invention emerge from the following description and the attached Drawings of which

Fig. ι eine perspektivische Ansicht eines Bohrwerkzeugs mit drei Bohrkronen zeigt, die erfindungsgemäß mit ringförmigen, am Kopfende abgeflachten Schneidelementen versehen sind,Fig. Ι a perspective view of a drilling tool with three drill bits shows, according to the invention with annular, flattened at the head end Cutting elements are provided,

Fig. 2, 3 und 4 die Grundrisse von drei miteinander zusammenarbeitenden kegeligen Bohrkronen zeigen, die mit am Kopfende abgeflachten, in Kreisbogenstücke unterteilten Schneidelementen versehen sind,Fig. 2, 3 and 4 the plan of three cooperating conical drill bits show that are provided with cutting elements that are flattened at the head end and divided into circular arc pieces are,

Fig. 5, 6 und 7 die Grundrisse von drei miteinander zusammenarbeitenden Bohrkronen zeigen, die den in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigten Bohrkronen ähnlich sind, bei denen aber am Kopfende der Kreisbogenstücke Zähne angeordnet sind,Figures 5, 6 and 7 show the plan views of three cooperating drill bits which the drill bits shown in Figs. 2, 3 and 4 are similar, but in which at the head end of the Pieces of circular arc teeth are arranged,

Fig. 8, 9 und 10 eine weitere Ausführungsform von drei miteinander zusammenarbeitenden Bohrkronen zeigen, die mit kreisbogenförmig angeordneten Zahngruppen versehen sind.8, 9 and 10 show a further embodiment of three drill bits working together show, which are provided with groups of teeth arranged in a circular arc.

In der Fig. 1 bezeichnet 1 den Bohrmeißelkopf, der zu seiner Befestigung am Bohrgestänge mit dem üblichen Gewindezapfen 2 versehen ist. Der Bohrmeißelkopf besitzt drei Vorsprünge 3, in denen die no drei kegeligen Bohrkronen 4 drehbar gelagert sind. Von diesen drei kegeligen, im folgenden kurz als Kronen !bezeichneten Bohrkronen ist es üblich, die Krone 5 als Krone Nr. 1, die Krone 6 als Krone Nr. 2 und die Krone 7 als Krone Nr. 3 zu bezeichnen. Die Krone Nr. 1 erstreckt sich am weitesten nach innen-, d.h. nach der Bohrlochmitte zu. Der Durchmesser des aim weitesten nach innen liegenden Schneidelement« ist in der Krone Nr. 2 größer als in der Krone Nr. 1 und in der Krone Nr. 3 größer als in der Krone Nr. 2. Bei dieser Bauweise kommen die Sohneidelemente jeder Krone beim Zusammenbau zwischen den Scfoneidelementen der beiden anderen Kronen zu liegen, so daß alle zusammen den Boden des Bohrlochs bearbeiten können.In Fig. 1, 1 denotes the drill bit head, which is provided with the usual threaded pin 2 for its attachment to the drill pipe. The drill bit head has three projections 3 in which the three conical drill bits 4 are rotatably mounted. Of these three conical drill bits, hereinafter referred to as “Kronen!” For short, it is common to use the Crown 5 can be designated as crown no. 1, crown 6 as crown no. 2 and crown 7 as crown no. 3. Crown No. 1 extends the furthest inwards, i.e. towards the center of the borehole. Of the The diameter of the cutting element which is furthest inwards is greater than in crown No. 2 in the crown no. 1 and in the crown no. 3 larger than in the crown no the sonic elements of each crown when assembled between the scfoneid elements of the two other crowns to lie so that all together work the bottom of the borehole can.

Die mit 5 bezeichnete Krone Nr. ι hat kegelige Form und besitzt einen äußeren Kranz von Zähnen 8, deren Schneidkanten in Längsrichtung des Kegels, el. h. nach der Spitze des Kegels zu verlaufen. An ihren äußeren Enden 9 sind immer zwei dieser Zähne durch eine Führungsleiste 10 miteinander verbunden. Die Führungsleisten 10 haben die Aufgabe, es zu verhindern, daß sich am äußeren Rand des Bohrlochbodens im Gestein Zähne bilden. Durch das Abschleifen dieser Gesteinszähne durch die Führungsleisten wird der Verschleiß an den äußeren Enden der Zähne 8 verringert. Ebenfalls wird hierdurch ein gleichbleibender Bohrlochdurchmesser gewährleistet. l!ei einer ungeraden Anzahl von Zähnen 8 wird einer der Zähne mit einer Führungsleiste 11 versehen (s. Krone Nr. 2).The crown no. Ι marked with 5 has a conical shape and has an outer ring of teeth 8, the cutting edges of which in the longitudinal direction of the cone, el. H. to run towards the apex of the cone. At their outer ends 9, two of these teeth are always connected to one another by a guide bar 10 tied together. The guide strips 10 have the task of preventing it from being on the outside Teeth form at the edge of the bottom of the borehole in the rock. By grinding these rock teeth through the guide strips, the wear on the outer ends of the teeth 8 is reduced. Likewise this ensures a constant borehole diameter. l! ei an odd number of teeth 8, one of the teeth is provided with a guide bar 11 (see crown no. 2).

Zwischen der Kegelspitzc und den Zähnen befindet sich eine Anzahl von ringförmigen aus der Kugelfläche hervorstehenden Schneidelementen mit abgeflachtem Kopfteil. Abgesehen von drei derartigen Schueidelementen 15, 16 und 17 hat die Krone 5 noch ein Schneidelement 18 an ihrer Spitze. Die Schneidelemente der einzelnen Kronen sind so gegeneinander versetzt, daß nach dem Einbau der Kronen im Bohrmeißel die Schneidelemente einer Krone zwischen die Schneidelemente der anderen beiden Kronen hineinragen, wodurch ein Selbstreinigen der Kronen eintritt und das Zustopfen der Zwischenräume zwischen den Schneidelementen durch Bohrklein verhindert wird.Between the cone point and the teeth there are a number of annular ones from the Spherical surface protruding cutting elements with a flattened head part. Except for three such Schueidelemente 15, 16 and 17 has the Crown 5 has a cutting element 18 at its tip. The cutting elements of the individual crowns are offset from one another in such a way that after the bits have been installed in the drill bit, the cutting elements a crown protrude between the cutting elements of the other two crowns, whereby a Self-cleaning of the crowns occurs and the clogging of the spaces between the cutting elements is prevented by cuttings.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Kopfteil der Schneidelemente 15, 16 und 17 abgeflacht ist und daß die Seitenwände 19 und 20 dieser Schneidelemente im wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur kegeligen Unifangsfläche der Kronen verlaufen. Auf diese Weise befindet sich immer eine bestimmte Fläche der Schneidelemente in Berührung mit dem Boden des Bohrlochs, so daß ohne zu große Gewichtsbelastung eine gute Bohrleistung erzielt werden kann. Dies ist selbst dann der Fall, wenn die Schneidelemente Verschleiß /.eigen, so daß es möglich ist, mit gutem Ergebnis weiter zu bohren, bis die Schneidelemente 15, 16 und 17 fast bis auf die kegelige Mantelfläche der Krone herunter verschlissen sind. Wenn hier auch die obere Kopffläche der Schneidelemente als flach bezeichnet ist, so können die Kanten doch etwas abgerundet sein.It should be noted that the head part of the cutting elements 15, 16 and 17 is flattened and that the side walls 19 and 20 of these cutting elements essentially parallel to one another and perpendicular to the conical uni-peripheral surface of the crowns get lost. In this way there is always a certain area of the cutting elements in Contact with the bottom of the borehole so that good drilling performance without excessive weight loading can be achieved. This is the case even if the cutting elements wear out /. own so that it is possible with good result continue to drill until the cutting elements 15, 16 and 17 almost to the conical surface of the Crown are worn down. If here also the upper head surface of the cutting elements as flat is designated, the edges can be somewhat rounded.

Die mit 6 und 7 bezeichneten Bohrkronen Nr. 2 und Nr. 3 haben eine ähnliche Form wie die Krone Xr. i, aber keine speerförmige Spitze. Die entsprechenden Schneidelemente 15, 16 und 17 dieser Kronen sind wie in der Krone Nr. 1 angeordnet und ragen jeweils in dieser Reihenfolge zwischen die Schneidelemente der beiden anderen Kronen hinein. Die äußeren Zahnkränze dieser beiden Kronen unterscheiden sich von dem äußeren Zahnkranz der Krone 5 durch das Vorhandensein der an der Innenseite des Kranzes liegenden Führungsleisten 21, die jeweils zwei Zähne in ähnlicher Weise miteinander verbinden wie die Führungsleisten 10 auf der Außenseite des Kranzes. Auf diese Weise werden in dem äußeren Zahnkranz dieser Kronen nach innen offene Taschen 23 und nach außen offene Taschen 24 gebildet. In dem nach innen liegenden Teil der Zahnköpfe der Krone Nr. 2 befinden sich Einschnitte 25, in die die Innenseite des Zahnkranzes der Krone Nr. 3 eingreift.The 6 and 7 designated drill bits No. 2 and No. 3 have a similar shape to the bit Xr. i, but not a spear-shaped tip. The corresponding cutting elements 15, 16 and 17 of these crowns are arranged as in crown no. 1 and protrude in this order between the Cutting elements of the other two crowns into it. The outer cogs of these two crowns differ from the outer ring gear of the crown 5 by the presence of those on the inside of the wreath lying guide strips 21, each having two teeth in a similar manner to one another connect like the guide strips 10 on the outside of the rim. Be that way in the outer ring gear of these crowns inwardly open pockets 23 and outwardly open Bags 24 formed. In the inward part of the crowns of the crown No. 2 there are Incisions 25 in which the inside of the ring gear of crown no. 3 engages.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen einen zusammengehörenden Satz von Bohrkronen einer etwas abgeänderten Bauart. Diese Kronen sind ebenfalls mit 5, 6 und 7 und ihre Rumpffläche mit 4 bezeichnet. Bei dieser Hauart sind die abgeflachten Schneidelemente nicht ringförmig, sondern als einzelne Kreisl)ogenstücke oder Segmente ausgeführt. Die Zähne des äußeren Zahnkranzes gleichen den in Fig. 1 dargestellten Zähnen 8 und sind wiederum paarweise durch äußere Führungsleisten 10 verbunden. Da jeder der Zahnkränze eine ungerade Anzahl von Zähnen hat, ist jeweils einer der Zähne mit einer Führungsleiste 11 versehen, um dadurch ebenfalls mit den anderen Führungsleisten zusammen zur Einhaltung des Bohrlochdurchmessers und zum Verhindern einer Zahnbildung im Gestein beizutragen. 2, 3 and 4 show an associated set of drill bits of a slightly modified one Design type. These crowns are also designated with 5, 6 and 7 and their trunk surface with 4. at In this type of construction, the flattened cutting elements are not ring-shaped, but as individual circular pieces or segments executed. The teeth of the outer ring gear are similar to those shown in FIG. 1 Teeth 8 and 8 are in turn connected in pairs by outer guide strips 10. There each of the ring gears has an odd number of teeth, each one of the teeth is one with one Provided guide bar 11 to thereby also with the other guide bars together to Compliance with the borehole diameter and contributing to the prevention of tooth formation in the rock.

Vom Zahnkranz 8 aus nach innen zu liegen drei Reihen von Schneidelementen 26, 27 und 28, von denen jede gleichartige, symmetrisch auf der Kegelfläche angeordnete Segmente enthält, die alle am Kopfende abgeflacht sind. Beim Verschleiß dieser Schneidelemente tritt kaum eine Vergrößerung ihrer Berührungsflächen am Bohrlochboden ein. Aus diesem Grunde ist es möglich, diese Art Schneidwerkzeuge so lange zu benutzen, bis die Schneidelemente nahezu bis zur Mantelfläche 4 der Kronen verschlissen sind.From the ring gear 8 to lie inwardly three rows of cutting elements 26, 27 and 28, of each of which contains similar segments arranged symmetrically on the conical surface, all of which are at Head ends are flattened. When these cutting elements wear, there is hardly any enlargement their contact surfaces at the bottom of the borehole. Because of this, it is possible to use this species To use cutting tools until the cutting elements almost up to the lateral surface 4 of the Crowns are worn out.

Die Schneidelemente sind wiederum an den Kegelflächen 4 so angeordnet, daß sie jeweils zwischen die entsprechenden Reihen der Schneidelemente der anderen beiden Kronen eingreifen, und damit alle gemeinsam den ganzen Boden des Bohrlochs bearbeiten können. Zu diesem Zweck hat die mit 6 bezeichnete Krone Nr. 2 zusätzlich die am weitesten nach innen liegende Reihe von Schneidelementen 29 und die mit 5 bezeichnete Krone Nr. 1 eine speerförmige Spitze 18 mit den Schneidkanten 30 und 31. Die Schneidelemente aller Kronen sind mit Ausnahme der Speerspitze gleichartig ausgebildet und symmetrisch um den Kegelmantel herum verteilt. Jedes der Elemente hat ungefähr die gleiche Höhe, gemessen zwischen Kegelfläche und Sohneidfläche. Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß alle Schneidelemente Berührung mit dem Gestein haben müssen und daß bei eintretendem Verschleiß die Berührungsfläche sich nicht wesentlich vergrößern wird.The cutting elements are in turn arranged on the conical surfaces 4 so that they each between engage the corresponding rows of cutting elements of the other two crowns, and so that everyone can work the entire bottom of the borehole together. To this end, the with 6 designated crown No. 2 additionally the furthest inward lying row of cutting elements 29 and the number 1 crown, denoted by 5, has a spear-shaped point 18 with the cutting edges 30 and 31. The cutting elements of all crowns are designed in the same way with the exception of the spearhead and distributed symmetrically around the surface of the cone. Each of the elements is roughly the same Height, measured between the conical surface and the rear surface. From the foregoing it can be seen that all cutting elements must have contact with the rock and that when wear occurs the contact area will not increase significantly.

In den Fig. 5, 6 und 7 ist eine weitere Ausführung der Kronen Nr. 1, 2 und 3 dargestellt. Die Kronen sind hier ebenfalls mit 5, 6 und 7 und ihre kegelige Rumpffläohe mit 4 bezeichnet. Die äußeren Zahnkränze haben Führungsleisten 10 und 11 der oben beschriebenen Art. Nach innen zu schließen sich die Schneidelemente 32, 33 und 34 an, die sich in radialer Richtung vom Kegelmantel aus nach außen erstrecken und deren Seiten im wesentlichen parallel sind.In Figs. 5, 6 and 7, another embodiment of the crowns No. 1, 2 and 3 is shown. the Crowns are also designated here with 5, 6 and 7 and their conical trunk surface with 4. The outer ones Sprockets have guide strips 10 and 11 of the type described above. To close inwards the cutting elements 32, 33 and 34, which extend in the radial direction from the cone surface after extend outward and the sides of which are substantially parallel.

Jedes dieser Schneidelemente ist als ein Kreis- ' bogenstück von weniger als i8o° ßogenwinkel ausgebildet, wobei alle Kreisbogenstiicke zusammen aber mohr als 360⁰ Bogemvinkel haben. Vorzugsweise erstrecken sie sich über 120" oder mehr als 120' und sind so verteilt, daß die auf den Boden des Bohrlochs wirkenden Bohrkräfte an jeder Stelle im wesentlichen gleich sind. Die Krone Nr. τ (Fig. 5) hat eine speerförmige Spitze 18, die" der in Fig. 2 gezeigten Spitze ähnlich ist. Das am weitesten nach innen liegende Schneidelement der Krone Xr. 2 (Fig. 6) ist mit 35 bezeichnet. Alle Schneidelemente sind so verteilt, daß der ganze Bohrlochboden von ihnen bearbeitet werden kann, ohne daß zwei Schneidelemente nacheinander dieselbe Stelle bearbeiten. Each of these cutting elements is arcuate piece as a circular 'of less than i8o ° ßogenwinkel formed, but wherein all Kreisbogenstiicke together have Mohr than 360 ⁰ Bogemvinkel. Preferably they extend 120 "or more than 120 'and are distributed so that the drilling forces acting on the bottom of the borehole are substantially equal at each point. Bit number τ (Fig. 5) has a spear-shaped point 18, which is similar to the tip shown in FIG. The most inward cutting element of Crown Xr. 2 (Fig. 6) is denoted by 35. All cutting elements are distributed so that the entire bottom of the borehole can be worked by them without two cutting elements working on the same place one after the other.

Am Kopfteil der Schneidelemente 32, 33, 34 und 35 befinden sich die Zahnelemente 36 mit den Schneidkanten 37, die sich in Längsrichtung des Kegels erstrecken. Der Ausdruck Zahnelement ist hier gebraucht, da diese Zähne nur den oberen Teil der Schneidelemente bilden. Die Zahnhöhe dieser Zahnelemente beträgt ungefähr ein bis zwei Drittel der gesamten Höhe der Schneidelemente.On the head part of the cutting elements 32, 33, 34 and 35 are the tooth elements 36 with the Cutting edges 37 which extend in the longitudinal direction of the cone. The term tooth element is used here because these teeth only form the upper part of the cutting elements. The tooth height of this Tooth elements is approximately one to two thirds of the total height of the cutting elements.

Fin mit Bohrkronen der in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigten Art ausgerüsteter Bohrmeißel ist zum Bohren von verhältnismäßig harten Gesteinsformationen geeignet, hat aber auch in weicheren oder zähen Formationen einen Wirkungsgrad, der dem von Spezialwerkzeug«! für derartige Formationen vergleichbar ist. im Anfangsstadium ihrer Benutzung ist J>ei diesen Schneidwerkzeugen der Verschleiß der Zahnelemente dem Verschleiß gewöhnlicher Schneidzähne gleich, und die beim Bohren vorhandene Berührungsfläche nimmt zu, so daß der Gestängedruck dementsprechend erhöht werden muß. Nachdem die Zahnelemente 36 vollkommen glatt geschlissen sind, bleibt jedoch die Berührungsfläche konstant, da dann im Fußteil der Schneidelemente noch beträchtliches, abnützbares Material vorhanden ist. Die Kronen können deshalb so lange weiter benützt werden, bis auch die Fußteile der Schneidelemente vollkommen verschlissen sind.A bit equipped with drill bits of the type shown in Figures 5, 6 and 7 is for drilling suitable for relatively hard rock formations, but also has in softer or tough formations an efficiency that is that of special tools «! for such formations is comparable. In the initial stage of their use, these cutting tools are subject to wear and tear the tooth elements equal to the wear and tear of ordinary cutting teeth, and those during drilling existing contact area increases, so that the boom pressure can be increased accordingly got to. After the tooth elements 36 are worn completely smooth, however, the contact surface remains constant, as there is still considerable wearable material in the foot part of the cutting elements is available. The crowns can therefore continue to be used until the foot parts of the Cutting elements are completely worn out.

Die in den Fig. 8, 9 und 10 dargestellten, miteinander zusammenarbeitenden Bohrkronen veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In diesen Abbildungen sind die Bohrkronen Nr. i, Nr. 2 und Nr. 3 wiederum mit 5, 6 und 7 l>ezeichnet. Die Zähne 8 des äußeren Zahnkranzes sind auch hier an ihren äußeren Enden paarweise durch Führungsleisten 10 verbunden.Those shown in Figs. 8, 9 and 10, together cooperating drill bits illustrate another embodiment of the invention. In these figures, the drill bits No. i, No. 2 and No. 3 are again with 5, 6 and 7 l> e drawn. The teeth 8 of the outer ring gear are also here at their outer ends connected in pairs by guide strips 10.

Vom Zahnkranz 8 aus nach den Spitzen der Kronen zu sind mehrere Gruppen von Zähnen in Abstand voneinander habenden Reihen auf der Kegelfläche angeordnet. In der Krone Nr. 1 (Fig. 8) sind dies die Reihen 40 und 41. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Zahngruppen sich nicht ganz um den Kegelmantel herum erstrecken, sondern nur um einen Teil desselben, und zwar etwas weniger oder etwas mehr als halbwegs um den Kegel herum. Bei dieser "Bauart sind die Zähne 40 während de*r einen Hälfte einer Umdrehung mit dem Boden des Bohrlochs in Berührung, und während der anderen Hälfte dieser Umdrehung lastet das Gestängegewicht auf den Zähnen 41.Several groups of teeth are spaced apart from the ring gear 8 towards the tips of the crowns from each other having rows arranged on the conical surface. In the crown No. 1 (Fig. 8) are this is the rows 40 and 41. It should be noted that these groups of teeth are not entirely around the cone shell extend around, but only around a part of the same, and a little less or a little more than halfway around the cone. In this "design, the teeth 40 are during one Half of one turn in contact with the bottom of the borehole, and during the other Half of this rotation, the weight of the linkage rests on the teeth 41.

Die Krone 5 ist so angeordnet, daß sie die Mitte des Bohrlochbodens bearbeitet, und sie besitzt zu diesem Zweck die speerförmige Spitze 18 mit den beiden Lappen 43 und 44.The bit 5 is arranged to work the center of the borehole bottom, and it has to for this purpose the spear-shaped tip 18 with the two lobes 43 and 44.

Die Krone 6 in Fig. 9 ähnelt der Krone 5 abgesehen davon, daß die Zähne 45 eines Teils des äußeren Zahnkranzes 8 nach innen verlängert sind und mit den Zahngruppen 46 und 47 zusammenarbeiten. Die Zähne 45 liegen an der der Zahngruppe 46 entgegengesetzten Seite des Kegelmantels. In ähnlicher Weise besitzt die in Abb. 10 gezeigte Krone 7 die kreisbogenförmig angeordneten Zahngruppen 48 und 49. Die kreisbogenförmigen Zahngruppen 40, 41, 46, 47, 48 und 49 sind in Längsrichtung des Kegels so angeordnet, daß nach ' Einbau der Kronen am Bohrmeißel jede Zahngruppe zwischen zwei Zahngruppen der anderen beiden Kronen zu liegen kommt.The crown 6 in Fig. 9 is similar to the crown 5 except that the teeth 45 of a portion of the outer ring gear 8 are extended inward and cooperate with the groups of teeth 46 and 47. The teeth 45 are located on the side of the cone jacket opposite the group of teeth 46. Similarly, the crown 7 shown in Fig. 10 has the ones arranged in a circular arc Tooth groups 48 and 49. The arcuate tooth groups 40, 41, 46, 47, 48 and 49 are in In the longitudinal direction of the cone arranged so that after 'installation of the crowns on the drill bit, each group of teeth comes to lie between two groups of teeth of the other two crowns.

Angesichts der Tatsache, daß jede Zahngruppe nur halbwegs um den Kegelmantel herumgeht, ist es offensichtlich, daß, wenn der freie Raum zwischen den Enden einer Zahngruppe dem Boden des Bohrlochs gegenüberliegt, das Gewicht des Bohrgestänges von einer anderen Zahngruppe aufgenommen werden muß. Die Gewichtsbelastung verlagert sich also laufend von einer Zahngruppe auf eine andere und ist immer nur auf einer begrenzten Anzahl von Zähnen konzentriert, die gerade Bodenberührung im Bohrloch haben.In view of the fact that each group of teeth only goes halfway around the surface of the cone, is it is evident that when the free space between the ends of a group of teeth reaches the bottom of the borehole opposite, the weight of the drill pipe taken up by a different group of teeth must become. The weight load is constantly shifting from one group of teeth to another and is only ever focused on a limited number of teeth that just touch the ground have in the borehole.

Obgleich sich die Beschreibung insbesondere mit kegelförmigen Bohrkronen befaßt, beschränkt sich die Erfindung nicht auf diese, sondern betrifft alle Bohrmeißel mit am Bohrlochboden abrollenden' Schneidwerkzeugen, die so konstruiert und arir geordnet sind, daß die zum Bohren benötigte Gestängebelastung so konzentriert ist, daß eine gute Bohrleistung erzielt wird und diese Bohrleistung so lange geleistet werden kann, bis die Schneidelemente völlig verschlissen sind.Although the description deals in particular with conical drill bits, it is limited the invention does not apply to this, but rather relates to all drill bits with rolling ' Cutting tools designed and arranged in such a way that those required for drilling Rod load is so concentrated that a good drilling performance is achieved and this drilling performance can be done until the cutting elements are completely worn out.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Tapered rock drill, characterized by a rotatably mounted, conical cutting tool (5) having an outer rim of \ ^r orsprüngen (8) which are arranged so that they intersect in the longitudinal direction of the cone, and also a plurality of internal Has wreaths of projections (15, 16, 17, etc.) which run in the circumferential direction of the cone.

2. Conical rock drill according to claim 1, characterized in that the drill bit head (1) next to the conical cutting tool

(5) a number of other tapered cutting tools (6, 7) are rotatably mounted, the crush the rock all over the bottom of the borehole.

3. Conical rock drill according to claim 2, characterized by a number of circular, cutting elements (15, 16, 17), which at a distance from each other

at least one of the conical cutting tools are arranged, the body part of each of these cutting elements (15, 16, 17) protruding essentially at right angles from the conical surface and slightly inclined side surfaces (19, 20), the outer linden with the head surface forming a closed ring are connected.

4. Conical rock drill according to claim 3, characterized in that the drill bit head (ι) three conical cutting tools (5, 6, 7) attached the circular cutting elements (15, 16, 17) of each of these cutting tools offset in relation to the cutting elements of the other two cutting tools are and are arranged on the outer surfaces of their cones that each of these cutting elements protrudes between cutting elements of the adjacent cutting tools, and that all Cutting elements are arranged so that they jointly process the entire borehole bottom can.

5. Conical rock drill according to claim 2, characterized in that the inner rings consist of projections from individual cutting elements, which are spaced longitudinally of the conical jacket at least one of the conical cutting tools are arranged, each these wreaths of three individual circular arc-shaped, wall-shaped cutting elements (26, 27, 28).

(>. Conical rock drill according to claim 5, characterized in that each of the conical Cutting tools at its wide, outer end have a head, with guide strips ver j seen teeth (8, 9, 10), the inner consisting of individual cutting elements Wreaths are arranged on the inside of this outer ring gear and the three segment-shaped Cutting elements of each ring on the circumference of the cone with the same distance from each other are arranged.

7. Conical rock drill according to claim 2, characterized in that the inner rings consist of projections from individual cutting elements, which are spaced longitudinally of the conical jacket at least one of the conical cutting tools on the inside of a wide end of the cone of teeth provided with guide strips (8, 9, 10) are arranged, each of these rings of three in the circumferential direction of the cone extending, spaced apart rib-like cutting elements (26; 27, 28) consists.

8. Conical rock drill according to claim 2, characterized in that the inner rings consist of projections of circular arc-shaped cutting elements, which are spaced from each other along the cone jacket on at least one of the cutting tools on the inside an outer ring of interconnected with guide strips (10, 11) Cutting teeth (8) are arranged, each of these cutting elements consisting of a rib-like, There is a circular arc-shaped projection (32, 33, 34, 35), on the head part of which son's rear teeth (36) are arranged.

9. Conical rock drill according to claim 8, characterized in that the cutting edges of the teeth (36) of each of these rib-like projections to run substantially after the apex of the cone.

10. Conical rock drill according to claim 2, characterized in that the inner rings of projections from groups (40, 41, 46, 47, 48, 49) of There are cutting teeth spaced from one another on the conical surface of each of the cutting tools on the inside of an outer rim located at the wide end of each cone of teeth are arranged, with adjacent groups of teeth of each cutting tool against each other are offset.

For this purpose 2 sheets of drawings

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