WO1989000235A1 - Cutting or roller bit - Google Patents

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Ulrich Bechem
Klaus Bechem
Philip Bechem
Dieter Lenzen
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Bechem, Hannelore
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    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/24—Drilling using vibrating or oscillating means, e.g. out-of-balance masses

Definitions

  • Figure 1 is -1- the drive motor, which is flanged directly to the housing with the two imbalances driven in opposite directions via ring gears -2-.
  • -3- is a shaft which is carried out in a special embodiment for driving the drilling tool and for which separate protection is requested.
  • -4- is the drive and the bearing of an impacting / milling toothed roller chisel with this type of construction, which strikes even more via an eccentric activation and is driven extremely reduced by an intermeshing inner and outer ring gear - in a manner known per se.
  • the drive shaft (for example 3) run with a 3 mm eccentric and the counterbalance imbalance with 3,000 rpm.
  • FIG 3 -13- is the drive motor lying again in the pivot point -14- with the unbalance impact system -15- arranged on one side of the pivot point.
  • a driven, snow-running cutting or slow-turning milling tool possibly additionally activated -16-, is arranged in a displacement piece -17- so that the impact force and the respective amplitude can be selected or adjusted depending on the requirements, for which purpose as well separate protection is requested; - If the distance of the striking unit from the fulcrum is equal to that of the drilling tool, the amplitude and impact force of the striking unit and the drilling tool are identical, if you reduce the distance between the drilling tool and the fulcrum, the amplitude is reduced and the impact force is increased - vice versa.
  • FIG. 4 shows a drilling unit with a hemispherical drilling head which corresponds to that of FIG. 1 in the system - and can also be variably adjusted in all directions in the field - by adjusting / adjusting the opposing imbalances (2) and / or by rotating the housing -19-.
  • the disc drilling / ablation undercutting tool in FIG. 1 is the storage / suspension for the entire unit.
  • the suspension / buffering is not shown here - it can also be installed in the pivot, for example.
  • the striking unit can of course also be variable in distance from the drilling tool and / or from the fulcrum in order to allow a cutting / rolling or other drilling tool to work with variable forces and variable amplitudes.
  • FIG. 4 shows a drilling unit with a hemispherical drilling head which corresponds to that of FIG. 1 in the system - and can also be variably adjusted in all directions in the field - by adjusting / adjusting the opposing imbalances (2) and / or by rotating the housing -19-
  • a hemispherical boring head -20- is provided, which according to the invention is additionally activated via the eccentric in the direction -21- and can be driven slowly rotating via the declared gearwheels inside - and over the stronger linear unbalance stroke in the direction -22- - the direction of advance during full hole drilling - is superimposed; Separate protection is requested for this combination, but in particular to be able to control a pilot hole with a standing rod by rotating the housing -19- with a slightly eccentric linear stroke -23-.
  • this version can of course also be used / removed in both directions -21- - preferably when used on partial cuts / jib drilling machines, especially for plunge-cutting in direction 22 and removal-21.
  • roller-shaped or hemispherical hammering / milling drilling tools can also be installed - special protection is also requested for this - in particular for use on part-cutting / cantilever machines which, with this technology, use the hardest and most abrasive rocks - but also Can remove road surfaces / coverings.
  • the pressure forces required with these systems are a fraction of those required for conventional roller drilling tools; the pressures are also incomparably lower than with conventional milling.
  • the drilling progress / removal rates are multiple - especially in hard rock or the like.

Abstract

Linear activation of one or more rotatably mounted or, if necessary, driven cutting, milling, or roller bits (5) by means of two synchronously counterdriven high-speed flyweights, masses or similar mutually offset at 180° in/on a housing or carrier mounted on a cushioning spring. The drilling tools can additionally be activated and/or driven. The relevant directions of impact can be determined by adjusting/resetting the counterdriven flyweights and/or twisting the housing/assembly.

Description

"Schneid- / Rollenmeißel" "Cutting / roller chisels"
Beim Aktivieren von Rollenbohrwerkzeugen hat sich gezeigt, daß die erforderlichen Andruckkäfte weniger als 10 % des normalen - und andererseits die Bohr f ortschritte besonders in hartem Gestein ein mehrfaches betragen. Es ist aber auch bekannt, daß z.B. durch Kreiserreger radial aktivierte Bohrwerkzeuge wegen großer Schwingungsprobleme schwer beherrschbar sind. Erfindungsgemäß wird hiermit die Verwendung eines u.a. besonders kompakten linear schwingend schlagenden Unwuchtsystems beansprucht - das sich durch zwei in/an einem Gehäuse oder dgl. 180° gegeneinander versetzte - synchron gegenläufig angetriebene schnellaufende Unwuchten, Gewichte oder dgl. auszeichnet, - mit einem oder mehreren Bohrwerkzeugen versehen ist und gepuffert/gefedert gehalten wird und noch zusätzlich aktiviert werden -und auch fräsend arbeiten kann.When activating roller drilling tools, it has been shown that the required pressure forces are less than 10% of the normal - and on the other hand the drilling progress, especially in hard rock, is multiple. However, it is also known that e.g. drilling tools that are activated radially by rotary exciters are difficult to control due to large vibration problems. According to the invention, the use of a. particularly compact linear swinging unbalance system claimed - which is distinguished by two 180 ° offset in / on a housing or the like - synchronously counter-rotating high-speed imbalances, weights or the like - is provided with one or more drilling tools and is buffered / spring-loaded will be activated and can also work milling.
In Figur 1 ist -1- der Antriebsmotor, der in dieser Bauart direkt an das Gehäuse mit den beiden über Tellerräder gegenläufig angetriebenen Unwuchten -2- angeflauscht ist. -3- ist eine in einer besonderen Ausführungsform zum Antreiben des Bohrwerkzeuges durchgeführte Welle für die gesonderter Schutz beantragt wird. -4- ist bei dieser Bauart der Antrieb und die Lagerung eines schlagend/fräsenden verzahnten Rollenmeißels, der über eine Exzenteraktivierung noch zusätzlich schlägt und durch einen ineinander ablaufenden Innen- und Außenzahnkranz extrem untersetzt angetrieben wird - in an sich bekannter Weise. Bei dieser erfindungsgemäßen und dargestellten Kombination laufen die Antriebswelle (z.B. 3) mit einem 3 mm Exzenter und die gegenläufigen Unwuchten mit 3.000 U/min. - und das Bohrwerkzeug fräst schlagend durch o.a. Getriebe untersetzt, mit nur 100 U/min. Pur diese Kombination wird gesonderter Schutz beantragt. Aber auch ohne Präsantrieb rotiert ein in einer anderen erfindungsgemäßen Bauart auf einem Exzenter frei drehend gelagertes Bohrwerkzeug selbständig, langsam und gegenläufig - es verschleißt hierdurch gleichmäßig. Für beide Systeme wird in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Schlaggerät gesonderter Schutz beantrat. In beiden Fällen ist das durch einen Exzenter radial schlagende Bohrwerkzeug -5- über das dargestellte Gegengewicht im Gehäuse oder dgl. ausgewuchtet.In Figure 1 is -1- the drive motor, which is flanged directly to the housing with the two imbalances driven in opposite directions via ring gears -2-. -3- is a shaft which is carried out in a special embodiment for driving the drilling tool and for which separate protection is requested. -4- is the drive and the bearing of an impacting / milling toothed roller chisel with this type of construction, which strikes even more via an eccentric activation and is driven extremely reduced by an intermeshing inner and outer ring gear - in a manner known per se. In this combination according to the invention and shown, the drive shaft (for example 3) run with a 3 mm eccentric and the counterbalance imbalance with 3,000 rpm. - and the drilling tool cuts through the above-mentioned gear, with only 100 rpm. Separate protection is requested for this combination. But even without a pre-drive, a drilling tool, which is freely rotatably mounted on an eccentric in another design according to the invention, rotates independently, slowly and in the opposite direction - as a result, it wears evenly. For both systems in combination with the impact device according to the invention applied for separate protection. In both cases, the drilling tool -5-, which strikes radially by an eccentric, is balanced by means of the counterweight shown in the housing or the like.
In Figur 2 ist -6- der Drehpunkt mit dem fast nicht mitschwingenden Motor.-7-. -8- ist die Antriebswelle, -9- ist das linear schlagende Unwuchtaggregat und -10- ist ein einseitig konisches Disken- Rollenbohrwerkzeug zum Hinterschneiden und -11- eine von diversen möglichen Abfederungen/Pufferungen - z.B. ein Gummipuffer - zur Aufnahme des vergleichsweise geringen Gegenmomentes beim Bohren. -12- ist der Lagerbock/-halter. Der Pfeil zeigt die Abtragrichtung.In Figure 2 -6- is the fulcrum with the motor almost not resonating.-7-. -8- is the drive shaft, -9- is the linearly impacting unbalance unit and -10- is a one-sided conical disc roller drilling tool for undercutting and -11- one of various possible cushioning / buffering - e.g. a rubber buffer - to absorb the comparatively low counter torque when drilling. -12- is the bearing block / holder. The arrow shows the direction of removal.
In Figur 3 ist -13- der wieder im Drehpunkt -14- liegende Antriebsmotor mit dem auf der einen Seite des Drehpunktes angeordneten Unwuchtschlagsystem -15-. Auf der anderen Seite ist ein angetriebenes schneilaufendes Schneid- oder langsamdrehendes Fräswerkzeug ggf. noch zusätzlich aktiviertes -16- in einem Verschiebestück -17- abStandsveränderlich angeordnet, damit die Schlagkraft sowie die jeweilige Amplitude in Abhängigkeit der Erfordernisse gewählt bzw. eingestellt werden können, wofür ebenfalls gesonderter Schutz beantragt wird; - ist der Abstand des Schlagaggregates vom Drehpunkt gleich dem des Bohrwerkzeuges, sind Amplitude und Schlagkraft des Schlagaggregates und des Bohrwerkzeuges identisch, verringert man den Abstand des Bohrwerkzeuges vom Drehpunkt, wird die Amplitude reduziert und die Schlagkraft erhöht - umgekehrt entsprechend. -18- ist die Lagerung/Haiterung für das gesamte Aggregat. Die Federung/Pufferung ist hierbei nicht dargestellt - sie ist z.B. auch im Drehpunt installierbar. Es wird beansprucht, daß natürlich auch das Schlagaggregat vom Bohrwerkzeug und/oder vom Drehpunkt abstandsveränderlich sein kann, um ein Schneid-/Rollen- oder sonstiges Bohrwerkzeug mit variablen Kräften und variablen Amplituden arbeiten lassen zu können. In Figur 4 ist ein Bohraggregat mit einem halbkugeligen Bohrkopf dargestellt, das im System dem der Figur 1 entspricht - und im Schlag ebenfalls in allen Richtungen variabel einstellbar ist - durch Ver-/Einstellung der gegenläufigen Unwuchten (2) und/oder durch Drehen des Gehäuses -19-. Statt des Diskenbohr-/Abtraghinterschneid- werkzeuges in Figur 1 ist ein halbkugeliger mit Schrämpicken versehener Bohrkopf -20- installiert, der erfindungsgemäß über den Exzenter in Richtung -21- zusätzlich aktiviert und über die erklärten Zahnräder im Inneren langsam drehend angetrieben werden kann - und über den stärkeren linearen Unwuchtschlag in der Richtung -22- - der Vortriebsrichtung beim Vollochbohren - überlagert wird; für diese Kombination wird gesonderter Schutz beantragt, insbesondere aber dafür, über Verdrehen des Gehäuses -19- bei leicht außermittigem linearen Schlag -23- eine Pilotbohrung mit stehendem Gestänge beliebig steuern zu können. Wie in Figur 1 beschrieben, kann natürlich auch mit dieser Version in den beiden Richtungen -21- gearbeitet/abgetragen werden - vorzugsweise bei der Verwendung auf Teilschnitt/Auslegerbohrmaschinen,-besonders, zum Einstechen in Richtung 22 und Abtragen-21.In Figure 3 -13- is the drive motor lying again in the pivot point -14- with the unbalance impact system -15- arranged on one side of the pivot point. On the other hand, a driven, snow-running cutting or slow-turning milling tool, possibly additionally activated -16-, is arranged in a displacement piece -17- so that the impact force and the respective amplitude can be selected or adjusted depending on the requirements, for which purpose as well separate protection is requested; - If the distance of the striking unit from the fulcrum is equal to that of the drilling tool, the amplitude and impact force of the striking unit and the drilling tool are identical, if you reduce the distance between the drilling tool and the fulcrum, the amplitude is reduced and the impact force is increased - vice versa. -18- is the storage / suspension for the entire unit. The suspension / buffering is not shown here - it can also be installed in the pivot, for example. It is claimed that the striking unit can of course also be variable in distance from the drilling tool and / or from the fulcrum in order to allow a cutting / rolling or other drilling tool to work with variable forces and variable amplitudes. FIG. 4 shows a drilling unit with a hemispherical drilling head which corresponds to that of FIG. 1 in the system - and can also be variably adjusted in all directions in the field - by adjusting / adjusting the opposing imbalances (2) and / or by rotating the housing -19-. Instead of the disc drilling / ablation undercutting tool in FIG. 1, a hemispherical boring head -20- is provided, which according to the invention is additionally activated via the eccentric in the direction -21- and can be driven slowly rotating via the declared gearwheels inside - and over the stronger linear unbalance stroke in the direction -22- - the direction of advance during full hole drilling - is superimposed; Separate protection is requested for this combination, but in particular to be able to control a pilot hole with a standing rod by rotating the housing -19- with a slightly eccentric linear stroke -23-. As described in FIG. 1, this version can of course also be used / removed in both directions -21- - preferably when used on partial cuts / jib drilling machines, especially for plunge-cutting in direction 22 and removal-21.
In Figur 5 - für diese Bauart wird gesonderter Schutz beantragt - ist -24- wieder der Antrieb und -25- sind die antreibenden Tellerzahnräder. -26- sind die in der Schlagrichtung ein-/verstellbaren schnell umlaufenden Unwuchten. -27- sind die Bohrwerkzeuge, die in -28- angetrieben oder frei drehend gelagert sein können - aber auch über Exzenter zusätzlich aktiviert werden können und noch dazu langsam drehend angetrieben sein können - in bekannter Weise. Für oaa. Kombination der Systeme wird gesonderter Schutz beantragt. Zum schlagend fräsenden Abtragen, insbesondere Schlitzen bestehen die Bohrwerkzeuge aus Scheiben mit Verzahnungen, Picken, Stiften oder dgl. Für die Anwendung dieses Systems mit 2 seitlich angeordneten Bohr-/FräsScheiben d.h. zum gleichzeitigen zweifachen Schlitzen wird gesonder- ter Schutz beantragt; ein Verfahrensanspruch wird dafür beantragt, dieses Aggregat handgeführt gefedert / gepuffert kleinere Doppelschlitze erstellen zu lassen - z.B. im Mauerwerk 30 mm breit und 30 mm tief - zum anschließenden Verlegen von Kabeln und dgl. Hierbei wiegt das komplette Aggregat inkl. schneilaufendem Motor 5 - 8 kg. Bei Verwendung nur einer Scheibe oder dgl. wird die Gegenseite ausgewuchtet. Aber auch für die Anwendung der erfindungsgemäßen Systeme zum handgeführten Schlitzen mit einer aktiviert / schrämend schlagenden Kugel gemäß Figur 4 wird gesonderter Schutz beansprucht. Anstatt der in Figur 5 dargestellten scheibenartigen Werkzeuge können auch walzen- oder halbkugelförmige schlagend/fräsende Bohrwerkzeuge installiert werden - hierfür wird ebenfalls gesonderter Schutz beantragt - insbesondere zur Verwendung auf Teilschnitt-/Ausleger- maschinen, die mit dieser Technik härteste und abrasivste Gesteine - aber auch Straßendecken / -beläge abtragen können.-Die bei diesen Systemen erforderlichen Andruck- kräfte liegen bei einem Bruchteil der für konventionelle Rollenbohrwerkzeuge erforderlichen; die Andrücke sind auch unvergleichlich niedriger als beim konventionellen Fräsen. Die Bohrfortschritte / Abtragleistungen betragen ein mehrfaches - besonders im harten Gestein oder dgl. In Figure 5 - separate protection is requested for this type of construction - the drive is again -24- and -25- are the driving disk gears. -26- are the fast rotating imbalances that can be adjusted / adjusted in the direction of impact. -27- are the drilling tools, which can be driven or freely rotating in -28- - but can also be activated via eccentrics and can also be driven slowly rotating - in a known manner. For oaaa. Combination of the systems, separate protection is requested. For striking milling removal, in particular slots, the drilling tools consist of disks with toothing, picks, pins or the like. For the use of this system with 2 laterally arranged drilling / milling disks, ie for simultaneous double slitting, separate protection requested; A process claim is requested to have this unit hand-sprung / buffered to create smaller double slots - e.g. in masonry 30 mm wide and 30 mm deep - for the subsequent laying of cables and the like. The complete unit including the snow-running motor weighs 5 - 8 kg . If only one disc or the like is used, the opposite side is balanced. However, separate protection is also claimed for the use of the systems according to the invention for hand-guided slitting with an activated / shattering ball according to FIG. 4. Instead of the disk-like tools shown in FIG. 5, roller-shaped or hemispherical hammering / milling drilling tools can also be installed - special protection is also requested for this - in particular for use on part-cutting / cantilever machines which, with this technology, use the hardest and most abrasive rocks - but also Can remove road surfaces / coverings. - The pressure forces required with these systems are a fraction of those required for conventional roller drilling tools; the pressures are also incomparably lower than with conventional milling. The drilling progress / removal rates are multiple - especially in hard rock or the like.

Claims

Anspruch 1Claim 1
Schneid-/Rollenmeißel, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch zwei in-/an einem Gehäuse 180° gegeneinander versetzt - synchron gegenläufig angetriebene - schnellaufende Unwuchten linear schlagend aktiviert werden.Cutting / roller chisels, characterized in that they are linearly activated by two in / on a housing 180 ° offset from one another - synchronously driven in opposite directions - high-speed imbalances.
Anspruch 2 nach 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat mit dem oder den Bohrwerkzeugen gefedert/gepuffert gehalten ist.Claim 2 to 1, characterized in that the unit is spring-loaded / buffered with the drilling tool or tools.
Anspruch 3 nach 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat und Bohrwerkzeug auf einem Träger im Abstand vom - und um einen Drehpunkt radial schlagend auf- und ab schwingt.Claim 3 according to 1 and 2, characterized in that the unit and drilling tool on a carrier at a distance from - and about a pivot point swings radially up and down.
Anspruch 4 nach 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung auf der einen - und das Bohrwerkzeug auf der anderen Seite des Drehpunktes angeordnet ist.Claim 4 to 3, characterized in that the activation is arranged on one - and the drilling tool on the other side of the pivot point.
Anspruch 5 nach 1 - 3 insbesondere 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Bohrwerkzeuges und/oder des Aggregates vom Drehpunkt veränderbar ist.Claim 5 according to 1-3, in particular 4, characterized in that the distance of the drilling tool and / or the unit from the pivot point is variable.
Anspruch 6 nach 3 - 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor im Bereich des Drehpunktes angeordnet wird.Claim 6 according to 3-5, characterized in that the drive motor is arranged in the region of the fulcrum.
Anspruch 7 nach 1 - 6 dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Bohrwerkzeuge über einen oder mehrere Exzenter zusätzlich aktiviert werden - als Verfahrensanspruch.Claim 7 according to 1-6, characterized in that the drilling tool or tools are additionally activated via one or more eccentrics - as a method claim.
Anspruch 8 nach 1 - 6 - insbesondere in Kombination mit 7 dadurch gekennzeichnet, daß das oder die mit Picken, Stiften, Zähnen oder dgl. versehenen Bohrwerkzeuge zusätzlich angetrieben werden und fräsend arbeiten - als Verfahrens- anspruch. Anspruch 9 nach 1 - 8 dadurch gekennzeichnet, daß die im Gehäuse synchron gegenläufig umlaufenden Unwuchten (2) in der Scbtlagrichtung ver-/einstellbar sind.Claim 8 according to 1-6 - in particular in combination with 7, characterized in that the one or more drilling tools provided with picks, pins, teeth or the like are additionally driven and work in a milling manner - as a method claim. Claim 9 according to 1-8, characterized in that the unbalances (2) rotating in opposite directions synchronously in the housing can be adjusted / adjusted in the direction of the bearing.
Anspruch 10 nach 1 -9 dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit den umlaufenden Unwuchten (2) zur Änderung der Schlagrichtung schwenk-/drehbar ist. Claim 10 according to 1-9, characterized in that the housing with the rotating unbalance (2) for changing the direction of impact is pivotable / rotatable.
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