EP0379584A1

EP0379584A1 - Drehschlagbohrwerkzeug

Info

Publication number: EP0379584A1
Application number: EP19890906303
Authority: EP
Inventors: Yakov Alexandrovich Goikhman; Georgy Mikhailovich Krjukov; Melis Ivanovich Onotsky; Georgy Matveevich Sorokin; Alexei Vladimirovich Filatov; Viktor Vyacheslavovich Tsarapkin; Vadim Petrovich Yakimov; Gennady Alexandrovich Smirnov; Ivan Ivanovich Nikiforov; Alexandr Innokentievich Burdukovsky; Sergei Viktorovich Daibov; Alexandr Safronovich Kurdjukov
Original assignee: KRASNOYARSKY FILIAL VSESOJUZNOGO NAUCHNO-PROIZVODSTVENNOGO OBIEDINENIA STROITELNYKH I DOROZHNYKH MASHIN; VSESOJUZNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY INSTITUT TRANSPORTNOGO STROITELSTVA(TsNIIS)
Current assignee: KRASNOYARSKY FILIAL VSESOJUZNOGO NAUCHNO-PROIZVODSTVENNOGO OBIEDINENIA STROITELNYKH I DOROZHNYKH MASHIN; VSESOJUZNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY INSTITUT TRANSPORTNOGO STROITELSTVA(TsNIIS)
Priority date: 1988-05-23
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-08-01
Also published as: DD287556A5; CN1040845A; JPH04500101A; FI900349A0; AU3688089A; AU612270B2; WO1989011580A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Werkzeug enthält ein zur Zusammenwirkung mit einem Schlag- und Drehgerät dienendes Gehäuse (1) und eine becherförmig ausgebildete Fassung (2). In der Fassung (2) sind in konzentrischen Kränzen gesteinzerstörende Elemente (5, 6) mit Schäften (7, 8) axial verschiebbar angeordnet, die mit dem Gehäuse (1) zusammenwirken. Im Umfangskranz ist jedes gesteinzerstörende Element (6) mit einem Mittel (16) zu seiner Feststellung in der Fassung (2) versehen, die mit einem Mittel (9) zur axialen Verschiebung in bezug auf das Gehäuse (1) versehen ist. Die Länge der axialen Verschiebung der Fassung (2) in bezug auf das Gehäuse (1) ist mindestens gleich der Länge (H) des Verschleißteils des gesteinzerstörenden Elementes (5, 6).

Description

Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft die Bohrtechnik und bezieht sich insbesondere auf ein Drehschlagbohrwerkzeug.
Das erfindungsgemäße Drehschlagbohrwerkzeug wird am zweckmäßigsten zum Niederbringen von Spreng-, Erdölgewinnungs- und geologischen Erkundungsbohrlöchern in stark abrasiven Feldsgesteinen verwendet.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Bekannt ist ein Werkzeug zum Drehschlagbohren (SU, A, 284918), das ein Gehäuse, das zur Zusammenarbeit mit dem Schlag- und Drehgerät dient und eine becherförmig ausgebildete Fassung enthält. In der Fassung sind in konzentrischen Kränzen angeordnete und axial verschiebbare gesteinzerstörende Elemente mit Schäften untergebracht, die mit dem Gehäuse zusammenwirken. Die Fassung ist mit einem Mittel zu ihrer axialen Verschiebung in bezug auf das Gehäuse versehen. Das Gehäuse und die Fassung weisen mindestens je einen Durchgangskanal zum Hindurchleiten eines Spülungsmedium auf, das zur Herausspülung des Bohrschlamms aus dem Bohrloch dient.
Das bekannte Werkzeug kann zum Bohren von Bohrlöchern in schwachen und mittleren Verschleiß verursachenden Gesteinen verwendet werden. Jedoch ist die Anwendung dieses Werkzeugs in stark abnutzenden Gesteinen erschwert, weil die gesteinzerstörenden Elemente infolge be - grenster Länge des Verschleiβteils schnell verschleißen und keine Mittel zur Verfügung stehen, die den Verschleiß der gesteinzerstörenden Elemente zu kompensieren gestatten. Dies bedingt eine geringe Standfestigkeit des Bohrwerkzeuges.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehschlagbohrwerkzeug mit einer solchen konstruktiven Ausführung der gesteinzerstörenden Elemente und mit einer solchen Länge der axialen Verschiebung der Fassung in bezug auf das Gehäuse zu schaffen, welche eine Vergrößerung der Länge des Verschleißteils der gesteinzerstörenden Elemente im Bohrvorgang gewährleisten.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Drehschlagbohrwerkzeug, enthaltend ein Gehäuse, das für die Zusammenwirkung mit einem Schlag- und Drehgerät bestimmt ist und mindestens einen Durchgangskanal zum Hindurchleiten eines dem Herausspülen des Bohr - schlamms aus dem Bohrloch dienenden Spülungsmediums aufweist, und eine becherförmig ausgebildete Fassung mit darin untergebrachten konzentrischen Kränzen und axial verschiebbaren gesteinzerstörenden Elementen mit Schäften, die mit dem Gehäuse zusammenwirken, wobei die Fassung mit einem Mittel zu ihrer axialen Ver - schiebung in bezug auf das Gehäuse versehen ist und mindestens einen Durchgangskanal zum Hindurchleiten des dem Herausspülen des Bohrschlamms aus dem Bohrloch dienenden Spülungsmediums hat, erfindungsgemäß jedes gesteinzerstörende Element im Umfangskranz mit einem Mittel zu seiner Feststellung in der Fassung versehen ist, deren axiale Verschiebungslänge in bezug auf das Gehäuse mindestens gleich der Länge des Verschleißteils des gesteinzerstörenden Elementes ist.
Es ist zweckmäßig, daß an der Seitenfläche des Schaftes jedes gesteinzerstörenden Elementes im Umfangskranz Ringnuten ausgeführt sind und daß das Mittel zur Feststellung des genannten gesteinzerstörenden Elementes als federbelastetes Sperrelement ausgebildet ist, das mit dem zugehörigen Ringdurchlaß in Eingriff kommt und in einem blinden Hohlraum angeordnet ist, der in der Fassung vorgesehen und mit einem Umfangskanal in Verbindung steht, in dem das gesteinzerstörende Element Platz findet.
Dadurch wird es möglich, die gesteinzerstörenden Elemente im Umfangskranz gegen das Herausfallen auf die ganze Länge des Verschlei_ßteils bei der Durchführung der Ein- und Ausbauarbeiten mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug zu sichern und damit eine Ver - klemmung des Werkzeuges im Bohrloch zu vermeiden.
Dazu ist es wünschenswert, daß der Abstand (L) zwischen den an der Seitenfläche des Schaftes des gesteinzerstörenden Elementes vorhandenen benachbarten Ringdurchläaen ausgehend von folgender Beziehung
gewählt ist, wobei R₁ der Halbmesser des Drehschlagbohrwerkzeuges (in m), R₂ der Halbmesser der Fassung (in m) sind und α den Neigungswinkel jedes gesteinzerstörenden Elementes im Umfangskranz zur Stirnfläche der Fassung auf der Seite des zu zerstörenden Gesteins bedeutet, der zwischen 45 und 89° liegt.
Der obere Grenzwert des Neigungswinkel α des gesteinzerstörenden Elementes im Umfangskranz (α = 89° C) ist durch die Notwendigkeit bedingt, einen Spielraum zwischen der Bohrlochwandung und dem Bohrwerkzeug zu bilden, um eventuelle Verklemmungen des Bohrwerkzeuges im Bohrloch zu vermeiden. Der untere Grenzwert (α = 45⁰) ist durch konstruktive Überlegungen bedingt und ausgehend von der Bedingung der maximalen Übertragung der Schlagenergie über das gesteinzerstörende Element zum Gebirgsgestein gewählt.
Ferner ist es wünschenswert, daß die Länge (H) des Verschleißteils jedes gesteinzerstörenden Elementes ausgehend von der Beziehung
gewählt ist, wobei L der Abstand zwischen den benachbarten Ringnuten - an der Seitenfläche des Schaftes des gesteinzerstörenden Elementes (in m) und n ≥2 die Anzahl der Ringnuten an der Seitenfläche des gesteinzerstörenden Elementes sind.
Das Mittel zur Feststellung jedes gesteinzerstörenden Elementes im Umfangskranz in bezug auf die Fassung kann als Buchse aus federndem Werkstoff ausge - führt werden, die das genannte gesteinzerstörende Element umschließt und in einem in der Fassung vorgesehenen blinden Hohlraum angeordnet ist, der mit dem Raum zwischen der Fassung und dem Gehäuse in Verbindung steht.
Eine solche konstruktive Ausführung des erwähnten Mittels vereinfacht die Bauart des Bohrwerkzeuges und gibt auch die Möglichkeit, dessen Verklemmungen im Bohrloch bei den Ein- und Ausbauarbeiten zu vermeiden.
Beim Niederbringen von tiefen Bohrlöchern in stark abnutzenden Gebirgsgesteinen ist es zweckmäßig, ein Werkzeug anzuwenden, bei dem an der Stirnfläche der Fassung auf der Seite des zu zerstörenden Gesteins Stützelemente befestigt sind, deren Höhe dem überstand der gesteinzerstörenden Elemente über die genannte Stirnfläche hinaus gleich ist, wobei das Mittel zur axialen Verschiebung der Fassung in bezug auf das Gehäuse eine Schlitzverbindung darstellt.
Dadurch ist die Möglichkeit geboten, die Fassung unter der Wirkung der Reaktion der Bohrlochsohle auf die Stützelemente je nach dem Verschleiß der gesteinzerstörenden Elemente aufwärtszubewegen und diese freizulegen, d. h. den Verschleiß der gesteinzerstörenden Elemente im Bohrvorgang automatisch zu kompensieren.
Es ist vorteilhaft, daß ein jeder Abschnitt der Stirnfläche des Gehäuses, mit dem beim Bohren der Schaft des gesteinzerstörenden Elementes im Umfangskranz zusammenwirkt, geradlinig ausgeführt ist und zur Längsachse des genannten gesteinzerstörenden Elementes senkrecht verläuft.
Dadurch wird der höchste Wirkungsgrad der Übertragung der Schlagenergie vom Gehäuse dieses Bohr - werkzeuges auf die gesteinzerstörenden Elemente und über diese auf das Gestein erzielt.
Dabei muß die Länge des Abschnittes der Stirnfläche des Gehäuses, mit der beim Bohren das gesteinzerstörende Element des Umfangskranzes zusammenarbeitet, größer als die Länge des Abschnittes der Stirnfläche des Schaftes des genannten gesteinzerstörenden Elementes sein, die mit dem erwähnten Abschnitt des Gehäuses zusammenwirkt.
Dies erlaubt den gesteinzerstörenden Elementen im Umfangskranz, sich zur Peripherie des Werkzeuges bei einer Aufwärtsverschiebung der Fassung je nach dem Verschleiß des gesteinzerstörenden Elemente frei zu verschieben, was seinerseits die Konstanz des Durchmessers des Werkzeuges und somit des Durchmessers der niederzubringenden Bohrung gewährleistet.
Es ist von Vorteil, daß die gesamte Fläche des Durchgangsquerschnittes der in der Fassung ausgeführten genannten Durchgangskanäle zum Hindurch leiten des Spülungsmediums geringer als die gesamte Fläche des Durchgangsquerschnittes der im Gehäuse vorgesehenen Durchgangskanäle zum Hindurchleiten des Spülungsmediums ist.
Durch Verminderung der gesamten Fläche der erwähnten Kanäle der Fassung im Vergleich zu den genannten Kanälen des Gehäuses wird beim Hindurchleiten des Spülungsmediums im Raum zwischen dem Gehäuse und der Fassung ein Überdruck aufgebaut. Dieser Überdruck trägt zu einem Herausschieben der Fassung aus dem Gehäuse bei und verhindert ein willkürliches Zusammenklappen des Werkzeugs beim Auftreten einer Reibung zwischen der Bohrlochwandung und der Fassung während der Durchführung von Ein- und Ausbauarbeiten.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Im weiteren wird die Erfindung an Hand von konkreten Ausführungsformen eines Drehschlagbohrwerkzeuges unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Drehschlagbohrwerkzeug;
Fig. 2 die Ansicht A in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Drehschlagbohrwerkzeug mit einer Variante der Schlitzverbindung der Fassung mit dem Gehäuse;
Fig. 4 einen Teil des erfindungsgemäßen Werkzeugs zum Drehschlagbohren unter Anwendung einer Buchse aus federndem Werkstoff als Mittel zur Feststellung des gesteinzerstörenden Elementes im Umfangskranz.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Das erfindungsgemäße Drehschlagbohrwerkzeug enthält ein Gehäuse 1 (Fig. 1), das zur Zusammenarbeit mit einem Schlag- und Drehgerät (nicht gezeigt) dient, und eine becherförmig ausgebildete Fassung 2. In der Fassung 2 sind Zentral- und Umfangskanäle 3 bzw. 4 ausgeführt, die in konzentrischen Kränzen angeordnet sind. In diesen Kanälen 3, 4 sind gesteinzerstörende Elemente 5 bzw. 6. Alle gesteinzerstörenden Elemente 5, 6 weisen Schäfte 7 bzw. 8 auf, die mit der Stirnfläche des Gehäuses 1 zusammenwirken. Die Fassung 2 ist mit einem Mittel 9 zu ihrer axialen Verschiebung in bezug auf das Gehäuse 1 versehen. Beim Niederbringen von nicht tiefen Bohrlöchern führt man das genannte Mittel 9 als Gewindeverbindung aus, wobei ein Gewinde 10 an der äußeren Seitenfläche des Gehäuses geschnitten ist, während ein anderes Gewinde 11 an der Innenfläche der Wandung der Fassung 2 ausgeführt wird.
Im Gehäuse 1 ist zum Hindurchleiten eines Spülungsmediums mindenstens ein Durchgangskanal 12 vorgesehen, dessen eines Ende mit einer (hicht gezeigten) Spülungsmediumsquelle und dessen anderes Ende mit dem Raum 13 zwischen der Stirnfläche des Gehäuses 1 und der Innenfläche der Fassung 2 in Verbindung steht.
In der Fassung ist ebenfalls mindestens ein Durchgangskanal 14 zum Hindurchleiten des Spülungsmediums vom Raum 13 ins Bohrloch 15 ausgeführt.
Um die gesteinzerstörenden Elemente 6 im Umfangskranz gegen das Herausfallen auf die ganze Länge des Verscheißteils bei Ein- und Ausbauarbeiten mit dem Werkzeug . _ abzusichern und damit Verklemmungen im Bohrloch 15 zu vermeiden, ist jedes gesteinzerstörende Element 6 im Umfangskranz mit einem Mittel 16 (Fig. 2) zu seiner Feststellung in der Fassung 2 versehen. Dieses Mittel ist als Sperrelement 17 mit einer Feder 18 ausgebildet, das in einem blinden Hohlraum 19 angeordnet ist, der in der Fassung 2 ausgeführt ist und mit dem Umfangskanal 4 in Verbindung steht. Das Sperrelement 17 wirkt mit einer zugehörigen Ringnut 20 zusammen, die an der Seitenfläche des Schaftes 8 vorgesehen ist.
Der Abstand L zwischen den benachbarten Ringnuten 20 ist wie folgt bemessen:
wobei R₁ der Halbmesser des Drehschlagbohrwerkzeuges (in m) (unter R₁ versteht man den Abstand zwischen der Werkzeugachse und dem Berührungspunkt des gesteinzerstörenden Elementes des Umfangskranzes mit der Bohrlochwandung), R₂ der Halbmesser der Fassung (in m) sind und α den Neigungswinkel jedes gesteinzerstörenden Elementes 6 im Umfangskranz zur Stirnfläche 21 der Fassung 2 auf der Seite des zu zerstörenden Gesteins bedeutet.
Um Verklemmungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs im Bohrloch 14 zu vermeiden, d. h. einen Spielraum zwischen der Wandung des Bohrloches 14 und diesem Werkzeug zu gewährleisten, liegt der Winkel α in einem Bereich von 45 bis 89°. Der untere Grenzwert des Winkels (α = 45⁰) ist ausgehend von der Bedingung der maximalen Übertragung der Schlagenergie über das gesteinzerstörende Element 8 auf das Gebirgsgestein gewählt.
Das Intervall(0,8 - 1,0) in der obenangeführten Beziehung ist aus folgenden Überlegungen gewählt. Der obere Grenzwert (1,0) gewährleistet die Beschränkung des maximalen Durchmessers des Bohrloches auf den Durchmesser des erfindungsgemäßen Werkzeuges beim Bohren von darauffolgenden Bohrlöchern nach der Kompensierung des Verschleisses der gesteinzerstörenden Elemente 6. Die Wahl des unteren Grenzwertes (0,8) ist dadurch bedingt, daß die Kompensierung des Verschleisses mit der Überführung des Sperrelementes ^*richtig: Bohrloch 15 17 (Fig. 2) in die benachbarten Ringnut 20 zu oft vorgenommen werden muß, wenn dieser Wert geringer als 0,8 ist.
Beim Vorhandensein von Sperrelementen 17 im Werkzeug wählt man die Länge H (Fig. 1) des Verschleißteils der gesteinzerstörenden Elemente 5, 6 aus folgender Beziehung
wobei n ≥ 2 die Anzahl der Ringnuten 20 an der Seitenfläche des Schaftes 8 ist.
Also ist die Länge H des Verschleißteils der gesteinzerstörenden Elemente 5,6 proportional dem Ab - stand L zwischen den benachbarten Ringnuten 20 und wird durch die Anzahl dieser Ringnuten 20 bestimmt, während bei Fehlen von Sperrelementen 17 (Fig. 2) die größte Länge H (Fig. 1) des Verschleißteils der gesteinzerstörenden Elemente 5,6 durch einen Wert begrenzt ist, der sich aus folgender Beziehung ermittelt:
Diese Begrenzung folgt daraus, daß Verklemmungen des Werkzeuges bei der Durchführung der Ein- und Ausbauarbeiten vermieden werden müssen.
Die Länge H des Verschleißteils der gesteinzerstörenden Elemente 5,6 stimmt zwecks vollständigerer Ausnutzung des Werkzeuges hinsichtlich der Standfestigkeit der gesteinzerstörenden Elemente 5,6 mit dem Betrag der axialen Verschiebung der Fassung 2 in bezug auf das Gehäuse 1 überein.
Das erfindungsgemäße Drehschlagbohrwerkzeug arbeitet wie folgt.
Man stellt das Werkzeug an der Stelle auf, wo das Bohrloch 15 zu bohren ist. Ein über dem Werkzeug angeordneter Druckluft- oder Hydraulikbohrhammer (nicht gezeigt) überträgt auf das Werkzeug eine Drehung und Schlagimpulse. Die in Axialrichtung wirkende Kraft wird über das Gehäuse 1 auf die gesteinzerstörende Elemente 5,6 übertragen, die sich auf die Sohle des Bohrloches 15 abstützen, während die Schäfte 7 bzw. 8 gegen die Stirnfläche des Gehäuses 1 gestützt sind. Nach der Beendigung des Bohrens des Bohrlochs wird das Werkzeug gehoben. Dabei werden die gesteinzerstörenden Elemente 6, die in den Umfangskanälen 4 untergebracht sind, gegen das Herausfallen auf die ganze Länge des Verschleißteils durch die Sperrelemente 17 abgesichert, wodurch die Möglichkeit einer Verklemmung des Werkzeuges im Bohrloch 15 bei den Ein- und Ausbauarbeiten verhindert wird. Die Größe des Verschleisses der gesteinzerstörenden Elemente 5,6, der beim Bohren des Bohrlochs 15 zustandegekommen ist, kompensiert man durch Verschiebung der Fassung 2 in bezug auf das Gehäuse 1, indem man die Fassung 2 ins Gehäuse 1 über dessen Gewinde 10 einschraubt. Hierbei werden die Sperrelemente 17 (Fig. 2) in die benachbarten Ringnuten 20 an der Seitenfläche der Schäfte 8 der gesteinzerstörenden Elemente 6 übergeführt, so daß der Verschleiß kompensiert und ein bestimmter überstand der gesteinzerstörenden Elemente 6 (Fig. 1) in bezug auf die Fassung 2 wiederhergestellt wird. Dadurch, daß der Abstand L (Fig. 2) zwischen benachbarten Ringnuten 20 ausgehend von der obenangeführten Beziehung gewählt ist, wird die Konstanz des Durchmessers jedes nachfolgenden Bohrlochs gewährleistet, das mit dem erfindungsgemäßen V'erkzeug gebohrt wird, und die Möglichkeit einer Verklemmung des Werkzeuges im Bohrloch 15 (Fig. 1) bei der Durchführung der Ein- und Ausbauarbeiten bei einer beliebigen Länge H des Verschleißteils der gesteinzerstörenden Elemente 6 ausgeschlossen.
Ist das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug für das Niederbringen von tiefen Bohrlöchern in stark abnutzenden Felsgesteinen bestimmt, so befestigt man an der Stirnfläche 21 der Fassung die Stützelemente 22 (Fig. 3), deren Höhe dem überstand der gesteinzerstörenden Elemente 5,6 über die genannte Stirnfläche 21
gleich ist. Zur Gewährleistung von Aufwärtverschiebungen der Fassung 2 unter der Wirkung der Reaktion der Bohrlochsohle auf die Stützelemente 22 je nach dem Verschleiß der gesteinzerstörenden Elemente 5,6 verwendet man ein Mittel 9 zur axialen Verschiebung der Fassung 2 in bezug auf das Gehäuse 1, das eine Schlitzverbindung darstellt, die durch Nuten 23 an der äußeren Seitenfläche des Gehäuses und durch Vorsprünge 24 gebildet ist, die an der Innenfläche der Wände der Fassung 2 ausgeführt sind.
Ein jeder Abschnitt 25 der Stirnfläche des Gehäuses 1, mit dem beim Bohren der Schaft 8 des zugehörigen gesteinzerstörenden Elementes 6 im Umfangskranz zusammenwirkt, ist geradlinig gestaltet und verläuft senkrecht zur Längsachse des genannten gesteinzerstörenden Elementes 6. Eine solche Ausführung der Stirnfläche des Gehäuses 1 ermöglicht die Erreichung des maximalen Wirkungsgrades bei der Übertragung der Schlagenergie vom Gehäuse 1 auf die gesteinzerstörenden Elemente 5 und 6 und über diese auf das Gestein. Jeder Abschnitt 25 weist eine Länge e auf, die grö-βer als die Länge d des Abschnittes der Stirnfläche des Schaftes 8 des genannten gesteinzerstörenden Elementes 6 ist. Dies erlaubt den gesteinzerstörenden Elementen 6 im Umfangskranz, sich zur Peripherie des Werkzeuges bei der Aufwärtsverschiebung der Fassung 2 je nach dem Verschleiß der gesteinzerstörenden Elemente 5, 6 ungehindert zu verschieben, wodurch der Durchmesser des Werkzeuges und folglich der Durchmesser des zu bohrenden Bohrloches 15 konstant gehalten wird. Zur gleichmäßigen Zufuhr des Spülungsmediums in den Raum 13 zwischen dem Gehäuse 1 und der Fassung 2 sind im Gehäuse 1 mehrere Umfangskanäle 26 ausgeführt, deren eines Ende über einen Kanal 27 mit einer Spülungsquelle (nicht gezeigt) und deren anderes Ende mit dem Raum 13 zwischen Gehäuse 1 und Fassung 2 in Verbindung steht. Zur Erzeugung eines Überdrucks im Raum 13, der zu einem Herausschieben der Fassung 2 aus dem Gehäuse 1 beiträgt, ist hierbei die gesamte Fläche des Durchgangsquerschnittes der genannten Kanäle 26 größer als die gesamte Fläche des Durchgangsquerschnittes der Durchgangskanäle 14, die in der Fassung 2 vorgesehen sind. Durch den vorhandenen Überdruck wird ein selbsttätiges Zusammenklappen des Werkzeuges bei Auftreten einer Reibung zwischen der Wandung des Bohrloches 15 und der Fassung 2 verhindert, wenn die Ein- und Ausbauarbeiten durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Drehschlagbohrwerkzeug funktioniert wie folgt.
Vor Beginn des Bohrens wird die Fassung 2 unter der Wirkung des Eigengewichtes oder des Überdrucks des Spülungsmediums aus dem Gehäuse bis auf die größte Länge herausgeschoben. Dabei werden die gesteinzerstörenden Elemente 5 im Zentralkranz, welche keine Mittel 16 zur Feststellung in der Fassung 2 haben, ebenfalls aus der letzteren bis auf die ganze Länge des Verschleißteils herausgeschoben. Bei der Auf - stellung des Werkzeuges auf die Sohle werden die gesteinzerstörenden Elemente 5 in die Fassung 2 eingeschoben, bis die Schäfte 7 mit der Stirnfläche des Gehäuses 1 in Berührung kommen und die Fassung mit ihren Stützelementen 22 gegen die Sohle gestützt wird. In dieser Lage haben alle gesteinzerstörenden Elemente 5, 6 einen Überstand,der der Höhe der Stützelemente 22 gleich ist. Auf das Werkzeug werden eine axiale Belastung, ein Drehmoment und Schlagimpulse von dem über dem Werkzeug angeordneten Druckluft-oder Hydraulikbohrhammer (nicht gezeigt) übertragen.
Unter der Wirkung der obenaufgezählten Belastungen dringen die gesteinzerstörenden Elemente 5, 6 ins Gestein ein und zertrümmern dieses, so daß das Bohren des Bohrlochs stattfindet. Beim Bohren geschieht ein Verschleiß der gesteinzerstörenden Elemente 5, 6 nach
deren Höhe. Daher wirkt auf die Stützelemente 22 der Fassung 2 eine erhöhte Kraft auf der Seite der Bohrlochsohle, und die Fassung 2 beginnt sich aufwärtszubewegen, wodurch die gesteinzerstörenden Elemente 5, 6 freigelegt werden. Bei einer Aufwärtsverschiebung der Fassung 2 erhalten die gesteinzerstörenden Elemente eine Verschiebung zur Peripherie des Werkzeuges hin, was die Konstanz seines Durchmessers und damit des Durchmessers des niederzubringenden Bohrloches 15 sichert. Somit gibt die Schlitzverbindung der Fassung 2 mit dem Gehäuse die Möglichkeit, das Bohren mit automatischer Kompensierung des Verschleisses der gesteinzerstörenden Elemente 5, 6 durchzuführen, was die Arbeitseffektivität des Bohrwerkzeuges erhöht.
Um die Bauart des erfindungsgemäßen Werkzeuges zu vereinfachen und Verklemmungen desselben im Bohrloch 15 bei aer Durchführung von Ein- und Ausbauarbeiten zu vermeiden, kann man ein Mittel 16 zur Festellung jedes gesteinzerstörenden Elementes 6 des Umfangskranzes in bezug auf die Fassung 2 verwenden, das als Buchse 28 (Fig. 4) aus federndem Werkstoff gefertigt ist. Die das genannte gesteinzerstörende Element 6 um - schließende Buchse 28 ist in der Fassung 2 in einem ringförmigen Hohlraum 29 untergebracht, der mit dem Raum 13 zwischen der Fassung 2 und dem Gehäuse 1 in Verbindung steht. Die Wirkungsweise des Werkzeuges mit Verwendung der genannten Buchsen 28 ist analog der obenbeschriebenen.
Somit ermöglicht das erfindungsgemäß ausgeführte Drehschlagbohrwerkzeug durch mögliche axiale Verschiebung der Fassung in bezug auf das Gehäuse auf die Länge des abnutzbaren Teils der gesteinzerstörenden Elemente eine Vergrößerung dieser Länge und damit eine Erhöhung der Standfestigkeit.
Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Werkzeug durch die bewegliche Verbindung der Fassung mit dem Gehäuse das Bohren mit automatischer Kompensie - rung des Verschleisses der gesteinzerstörenden Ele - mente, was die Arbeitseffektivität beträchtlich erhöht.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Das erfindungsgemäße Werkzeug kann am zweckmäßigsten zum Bohren von Spreng-, Erdölgewinnungs- und geologischen Erkundungsbohrlöchern in stark abnutzenden Felsgesteinen verwendet werden.

Claims

1. Drehschlagbohrwerkzeug, enthaltend ein Gehäuse (1), das zur Zusammenwirkung mit einem Schlag-und Drehgerät bestimmt ist und mindestens einen Durchgangskanal (12) zum Hindurchleiten eines dem Herausspülen des Bohrschlamms aus dem Bohrloch (15) dienenden Spülungsmediums aufweist, und eine becherförmig ausgebildete Fassung (2) mit darin untergebrachten konzentrischen Kränzen und axial verschiebbaren gesteinzerstörenden Elementen (5, 6) mit Schäften (8, 7), die mit dem Gehäuse (1) zusammenwirken, wobei die Fassung mit einem Mittel (9) zu ihrer axialen Ver - schiebung in bezug auf das Gehäuse (1),versehen ist und mindestens einen Durchgangskanal (14) zum Hindurchleiten des dem Herausspülen des Bohrschlamms aus dem Bohrloch (15) dienenden Spülungsmediums hat, d a-durch gekennzeichnet, daß jedes gesteinzerstörende Element (6) im Umfangskranz mit einem Mittel (16) zu seiner Feststellung in der Fassum sung (2) versehen ist, deren axiale Verschiebungslänge in bezug auf das Gehäuse (1) mindestens gleich der Länge (H) des Verschleißteils des gesteinzerstörenden Elementes (5, 6) ist.

2. Drehschlagsbohrwerkzeug nach Anspruch 1, d a-durchgekennzeine t, daß an der Seitenfläche des Schaftes (8) jedes gesteinzerstörenden Elementes (6) im Umfangskranz Ringnuten (20) ausgeführt sind und daß das Mittel (16) zur Feststellung des genannten gesteinzerstörenden Elementes (6) als federbelastetes Sperrelement (17) ausgebildet ist, das mit der zugehörigen Ringnut - (20) in Eingriff kommt und in einem blinden Hohlraum (19) angeordnet ist, der in der Fassung (2) vorgesehen und mit dem Umfangskanal (4) in Verbindung steht, in dem das gesteinzerstörende Element (6) Platz findet.

3. Drehschlagbohrwerkzeug nach Anspruch 2, d a-durch gekennzeichnet, daß der Abstand (L) zwischen den an der Seitenfläche des Schaftes (8) des gesteinzerstörenden Elementes (6) vorhandenen benachbarten Ringnuten (20) ausgehend von folgender Beziehung

gewählt ist, wobei R₁ der Halbmesser des Drehschlagbohrwerkzeuges (in m), R₂ der Halbmesser der Fassung (in m) sind und α den Neigungswinkel jedes ge - steinzerstörenden Elementes im Umfangskranz zur Stirnfläche der Fassung auf der Seite des zu zerstörenden Gesteins bedeutet, der zwischen 45 und 89° liegt.

4. Drehschlagbohrwerkzeug nach Anspruch 3, da - durch gekennzeichnet, daß die Länge (H) des Verschleißteils jedes gesteinzerstörenden Elementes (5, 6) ausgehend von der Beziehung

gewählt ist, wobei L der Abstand zwischen den benachbarten Ringnuten _ an der Seitenfläche des Schaftes des gesteinzerstörenden Elementes (in m) und 0 ≥ 2 die Anzahl der Ringdurchläße an der Seitenfläche des gesteinzerstörenden Elementes sind.

5. Drehschlagbohrwerkzeug nach Anspruch 1, d a-durch gekennzeichnet, daß das Mittel (16) zur Feststellung jedes gesteinzerstörenden Elementes (6) im Umfangskranz in bezug auf die Fas - sung (2) als Buchse (28) aus federndem Werkstoff ausgeführt ist, die das genannte gesteinzerstörende Element (6) umschließt und in einem in der Fassung (2) ausgeführten blinden ringförmigen Hohlraum (29) angeordnet ist, der mit dem Raum (13) zwischen der Fassung (2) und dem Gehäuse (1) in Verbindung steht.

6. Drehschlagbohrwerkzeug nach Anspruch 1, d a-durch gekennzeichnet, daß an der Stirnfläche (21) der Fassung (2) auf der Seite des zu zerstörenden Gesteins Stützelemente (22) befestigt sind, deren Höhe dem überstand der gesteinzerstören - den Elemente (5, 6) über die genannte Stirnfläche (21) hinaus gleich ist, wobei das Mittel (9) zur axialen Verschiebung der Fassung (9) in bezug auf das Gehäuse (1) eine Schlitzverbinaang darstellt.

7. Drehschlagbohrwerkzeug nach Anspruch 1, d a - durch gekennzeichnet, daß ein jeder Abschnitt (25) der Stirnfläche des Gehäuses (1), mit dem beim Bohren der Schaft (8) des gesteinstörenden Elementes (6) im Umfangskranz zusammenwirkt, geradlinig ausgeführt ist und zur Längsachse des genannten gesteinzerstörenden Elementes (6) senkrecht verläuft.

8. Drehschlagbohrwerkzeug nach Anspruch 1, d a-durch gekennzeichnet, daß die Länge des Abschnittes (25) der Stirnfläche des Gehäuses (1), mit der beim Bohren das gesteinzerstörende Element (6) im Umfangskranz zusammenarbeitet, grö- _ßer ist als die Länge (d) des Abschnittes der Stirnfläche des Schaftes (8) des genannten gesteinzerstörenden Elementes (6), die mit dem erwähnten Abschnitt (25) des Gehäuses (1) zusammenwirkt.

9. Drehschlagbohrwerkzeug nach Anspruch 6, d a-durch gekennzeichnet, daß die gesamte Fläche des Durchgangsquerschnittes der in der Fassung (2) ausgeführten genannten Durchgangskanäle (14) zum Hindurchleiten des Spülungsmediums kleiner als die gesamte Fläche des Durchgangsquerschnittes der im Gehäuse (1) vorgesehenen Durchgangskanäle (12) zum Hindurchschleiten des Spülungsmediums ist.