DE2339855B2 - Gesteinsbohrkopf - Google Patents
GesteinsbohrkopfInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Gesteinsbohrkopf ist beispielsweise aus der US-PS 36 38 740 bekannt Die Schürfkraft wird
bei diesem Bohrkopf auf mehrere nebeneinanderlaufende Rollenmeißel verteilt Dabei sind die äußeren
Rollenmeißel etwas geneigt so daß sie die Bohrlochsohle und die Bohrlochwandung herausarbeiten können.
Auch die Mantelflächen innerer Rollenmeißel können gegen die Normale zur Bohrachse geneigt sein. Daraus
ergibt sich aber, daß die axialen Enden der äußeren und gegebenenfalls der inneren Rollenmeißel als auch die
der dazwischenliegenden Meißel Vorspränge im Erdreich bzw. Gestein überwinden müssen, um die
verschiedenen Schnittwinkel einander anzugleichen. Hierdurch sind sie hohen Belastungen ausgesetzt
Vom Tiefbohren her ist es z.B. gemäß DT-PS
6 64 574, DT-PS 5 98 309 oder GB-PS 4 56 129 bekannt Rollenmeißel an Bohrköpfen vorzusehen, deren Achsen
in einer einer Gabellagerung äquivalenten zweiseitigen Lagerung senkrecht bzw. verschieden geneigt zur
Bohrkopflängsachse verlaufen. Dabei bilden die Rollenmeißel eine Schneidfläche, die nach rückwärts gekrümmt
ist Eine nach rückwärts gekrümmte Schneid fläche eines Meißels für Großlochbohrungen ist in dei
US-PS 29 49 281 gezeigt während US-PS 36 75 729 eint der schon eingangs erwähnten US-PS 36 38 740 in
Prinzip ähnliche Anordnung der Schneidflächen für da: Erweitern von Bohrlöchern zum Gegenstand hat AIU
diese älteren Schriften zeigen in einem Winke aneinanderstoßende Schnittflächen der einzelnen RoI
len, so daß auch hier der schon eingangs erwähnt' Nachteil auftritt daß an den Übergangsstellen zwischei
den verschieden geneigten Schneidflächen besonder hohe Belastungen der Rollenmeißel auftreten.
Eine auf einem konvex verlaufenden Bogen liegend Schneidfläche bei einer Diamantbohrkrone ist au
US-PS 32 83 836 bekanntgeworden, während eine ai
:inein konvex verlaufenden Bogen liegende Schnittfläche
bei einem Rollenmeißel gemäß US-PS 35 70 613 FQr die Bearbeitung des Übergangs zwischen Bohrlochsohle
und Bohrlochwand bestimmt ist Beide Spezialausführungen lassen nicht erkennen, wie die Belastungen s
beim Obergang zwischen verschieden geneigten Schneidflächen mehrerer Rollenmeißel eines Bohrkopfs
vermieden werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden
und einen Gesteinsbohrkopf mit gekrümmter Schneidfiäche zu schaffen, bei dem die Lagerung der
beweglichen Teile geringeren Belastungen ausgesetzt ist und der deshalb bei gleicher Schnittleistung einen
einfacheren und preisgünstigeren Aufbau haben kann. ι s
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe in erster Linie durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen.
In der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen
erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf den Bohrkopf mit mehreren Bohrmeißeln,
F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen Bohrkopf mit beidseitig jeweils drei sichtbaren, hinter- bzw. nebeneinander
angeordneten Rollenmeißeln,
Fig.3 eine, teilweise geschnittene, Ansicht eines
Rollenmeißels,
Fig.4 einen einzelnen Rollenmeißel in Arbeitsstellung,
F i g. 5 eine Teilansicht eines weiteren Rollenmeißels, ebenfalls in Arbeitsstellung,
Ein Bohrwerkzeug 10 (Fig. 1, 2) umfaßt im
wesentlichen <;inen Bohrkopf 12 mit zwei Platten 14,16.
Auf der Platte 14 sind Rollenmeißel 18, 20 gelagert Jeder Rollenmeißel 18, 20 läuft auf einer Achse 22
(F i g. 3), die jeweils in einer Gabel 24, 26, 28 gehalten
wird; letztere sind auswechselbar auf der Platte 14 des Bohrkopfes 12 befestigt Beide Platten 14, 16 des
Bohrkopfes 12 weisen Bohrungen 40, 42 (F i g. 2) zur Aufnahme eines Schaftes 44 auf, über den die drehende
Bewegung und die vom Bohrkopf 12 auf die Bohrlochsohle »F« auszuübende Andruckkraft auf den
Bohrkopf 12 übertragen wird.
Die Achsen 22 der Inneren, eine »Position 1« einnehmenden Rollenmeißel 18 stehen senkrecht zu der
Rotationsachse 46 (F i g. 2), wohingegen die Achsen 22 der Äußeren, eine »Position 8« einnehmenden Rollenmeißel
20 gegenüber der Senkrechten zu der Rotations- so achse 46 bzw. gegenüber der Horizontalen um 45,5°
geneigt sind.
Die Rollenmeißel 18, 20 (Fig.2) am Bohrkopf 12
bilden eine kreisförmige, konvexe Schneidfläche 48, die bei Drehung des Schaftes 44 wirksam wird. Hierdurch
kommt keiner der Meißel mit einem winkligen Vorsprung oder mit einer Unebenheit im Erdreich bzw.
Gestein in Berührung. Das Zusammenwirken der äußeren und inneren Meißel bewirkt einen weichen,
radialen Obergang der Bohrlochsohle. Beim Rotieren des Bohrkopfes 12 bestreichen die Rollenmeißel 18 und
20 sich gegenseitig überlappende Bahnen, so daß symmetrisch zum Bohrwerkzeug 10 eine konvexe
Bohrlochsohle entsprechend der Schneidfläche 48 entsteht. &j
Jeder Rollenmeißel 18 (F i g. 3) besteht aus einer Rolle 52 mit einem geraden Teil 54 und einem konischen Teil
56. die beide jeweils an ihre Oberfläche Reihen von Sackbohrungen 58 aufweisen, in die Nocken 30
eingesetzt sind. Zur Bildung eines bogenförmigen Schneidprofils entlang der Oberfläche der Rollenmeißel
ist jede Rolle 52 mit einer konischen, ringförmigen Fläche 57 (F i g. 4) und jedes gerade Teil 54 mit einer
zylindrischen, ringförmigen Fläche 57' versehen. Da alle
Einsätze 50 die gleiche Länge haben und in gleich tiefen Sackbohrungen 58 sitzen, sind jeweils die freien Enden
der Einsätze verschiedener Reihen verschieden weit von der Rotationsachse einer jeden Rolle 52 entfernt
Jeder Rollenmeißel 20 (Fig.4) hat ebenfalls ringförmige
Flächen, die Einsätze 50 tragen; deren freie Enden weisen ebenfalls — von Reihe zu Reihe — verschiedene
Abstände von der Rotationsachse auf. Die Rollenmeißel 20 tragen jeweils zwei konische, ringförmige Flächen 57
und eine zylindrische, ringförmige Fläche 57'. Die Fläche 57' bildet jeweils den ersten Teil der Rollenmeißel
mit gleichmäßigem Außendurchmesser, die Flächen 57 bilden die zweiten Teile mit konischer
Gestalt
Die symmetrische, konvexe Schneidfläche 48 (F i g. 2), welche die Rotationsachse 46 umschließt, wird durch
Rotation der Rollenmeißel 18, 20 gebildet, wodurch dann eine entsprechend konkav ausgebildete Bohrlochsohle
entsteht
Dazu arbeiten alle Rollenmeißel am Bohrkopf 12 so zusammen, daß bei Drehung des Bohrkopfes 12 die
ringförmig konkave Bohrlochsohle im Erdreich bzw. im Gestein entsteht Jeder Rollenmeißel 18, 20 trägt
Nocken 50 gemäß der oben beschriebenen Anordnung, wodurch die bogenförmige Schneidfläche mit konkavem
Querschnitt in der Bohrlochsohle »F« (Fig.2) entsteht
Die Schneidfläche 48 ist bogenförmig symmetrisch gestaltet; der Radius des Kreisbogens ist somit überall
gleich und hat seinen Ursprung auf einem imaginären Kreis »Ck, der konzentrisch zur Rotationsachse 46 liegt
(Fig.6A, 6B). Deshalb geht der Bogenradius der
Schneidflächen 48 immer von einem Punkt aus, der sich auf die Achse 46 bezieht
Obwohl die Rollenmeißel 18, 20 acht verschiedene Stellungen am Bohrkopf 12 einnehmen, sind lediglich
sechs Gabeln 24, 26, 28, 30, 32, 34 mit verschiedenem Neigungswinke) notwendig. Die Gabeln 24, 26, 28, 30
tragen die Rollenmeißel 18 in Positionen 1 bis 4 und damit die Achsen 22 mit einem Neigungswinkel
gegenüber der Horizontalen von 0°, ZU20, 21° sowie
24,5°. Die Gabeln 32 tragen die Rollenmeißel 20 in Positionen 5 und 7 bei 42°, und die Gabeln 34 tragen
ebenfalls Meißel 20 in Positionen 6 und 8 bei 45,5° gegenüber der Horizontalen.
Sowohl die sechs Reihen mit Nocken 50 tragenden Rollenmeißel 18 als auch die drei Reihen mit Nocken 50
tragenden Rollenmeißel 20 weisen die gleichen axialen Längen sowie gleiche Durchmesser auf und sind auf
einander identischen Achsen 22 gelagert. Deshalb können beispielsweise sechsreihige Rollenmeißel 18 in
Positionen 1 bis Positionen 4 durch dreireihige Rollenmeißel 20 ersetzt werden, ohne daß sich die
Schneidfläche 48 ändert Die Nocken 50 werden von den Rollenmeißeln 18 und 20 mit geringfügig verschiedenen
Winkeln zwischen einer bestimmten Reihe auf einem zylindrischen Teil 54 und einer benachbarten Reihe aul
einem konischen Teil 56 gehalten. Dies macht man, um die Wirksamkeit der Nocken 50 auf allen Rollenmeißeln
zu optimieren, unabhängig von der Positionierung dei Rollenmeißel in einer bestimmten Anordnung auf derr
Bohrkopf 12. Demgemäß ergibt sich eine gewisse
IO
Winkelabweichung »Φ« zwischen den Reihen der Nocken 50 auf dem geraden Teil und denjenigen auf
dem konischen Teil 56 (F i g. 3}
Die Rollenmeißel, beispielsweise der Rollenmeißel 18 (F i g. 3), kufen mit ihren Rollen 52 auf Wälzlagern 60,
62, die sich ihrerseits auf der Achse 22 abstützen. Die Achse 22 wird an beiden Enden in Buchsen (nicht
dargestellt) gehalten und ist mit Befestigungsmitteln 36 (F ig.'l) gesichert
Per SchafHM ist in den Bohrungen 40 und 42 durch
geeignete Mittel, z. B: durch* Schweißen oder durch die
Anwendung Von BeleStigüngsmitteln in an sich bekannter
WeisebeTestigtOfeideni vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Schaft 44 einen hinterdrehten Bereich
64 gegenüber der Gabel 24 auf, um eine möglichst nahe Unterbringung des Rollenmeißels 18 (Stellung 1) neben
einer ÖerFührungdienenden Bohrung 66 zu gewährleisten,
in welcherderSchaft44 läuft ^Fig.2). :■
" An Irland' der -FIgM- wird ein Bohrkopf mit acht Rollenmeißeln in Arbeitsstellung beschrieben. Die Rollenmeißel 20 in-den Positionen 1 bis 4 laufen unabhängig voneinander, wohingegen die Rollenmeißel "20 in den Stellungen 5 bis 8 jeweils paarweise in gleichen Bahnen'idufenV'Dädurch'wirken Nocken 50 in der zuletzt genannten Stellung in Reihen, die ebenfalls von 2s anderen Noclden'50 betirbeltei'werden.
!""l>as 'Aüsführurigsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 umfaßt Rollenmeißel 18 in Stellungen 1 bis 4 und -Rollenmeißel 20In" Stellungen 5 bis 8. Hiervon ist die gitterartige Anordnung der F i g. 4 abgeleitetfbei der die Röllennieiße1<48inr<den Stellungen' V bis 4 Nocken 50 "fragen,' die je"weils ndch durch -andere Nocken unterstützt werden. '
" An Irland' der -FIgM- wird ein Bohrkopf mit acht Rollenmeißeln in Arbeitsstellung beschrieben. Die Rollenmeißel 20 in-den Positionen 1 bis 4 laufen unabhängig voneinander, wohingegen die Rollenmeißel "20 in den Stellungen 5 bis 8 jeweils paarweise in gleichen Bahnen'idufenV'Dädurch'wirken Nocken 50 in der zuletzt genannten Stellung in Reihen, die ebenfalls von 2s anderen Noclden'50 betirbeltei'werden.
!""l>as 'Aüsführurigsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 umfaßt Rollenmeißel 18 in Stellungen 1 bis 4 und -Rollenmeißel 20In" Stellungen 5 bis 8. Hiervon ist die gitterartige Anordnung der F i g. 4 abgeleitetfbei der die Röllennieiße1<48inr<den Stellungen' V bis 4 Nocken 50 "fragen,' die je"weils ndch durch -andere Nocken unterstützt werden. '
> Eine »Mittellinie« (Fig.4) verläuft parallel mit der
Rotationsachse 46 (Fig.2) und geht von einem Punkt
auf dem Kreis >>O< (Fig. 2) aus'. Auf beiden Seiten der
<»Mifteljinie« sind daneben jenseits zur Reihe Nr. 18 und
diesseits zur Reihe Nr. Γ hin weiteresSchheidreihen in
progressiv und exponentiell sich vermindernden Abständen angeordnet. Dementsprechend haben die Reihe
NrJeÜind'die Keihe'Nr1.7 eineffgegenseitigen'Abstand
von -»X«: Die "Reihen Nr.' 12 und 13 weisen einen gegenseitigen Abstand von »X-6« und die Reihen Nr. 1
und 2 einen Abstand von »iJf-3« auf.
Der sich zur Reihe Nn 18 hin verringernde Abstand
stellt einen geeigneten Ausgleich für die Umfangswege
der äußeren Reihen dar, die bei Rotation des
Bohrkopfes 12 durchlaufen werden müssen.
In den Fig.6A und 6B sind andere Ausführungsbeispiele
von Schneidflächen 48' (und 48") dargestellt, die von dem beschriebenen Ausfünrungsbeispielabgeleitet
werden können. Die Schneidfläche 48' umfaßt zwei konvexe Abschnitte von 'Schneidflächen 70, welche
jeweils einen Radius aufweisen, derseinen Ursprung bei dem Punkt auf dem Kreis »G<
bzw. bfei einem weiteren Punkt auf dem' Kreis »C-1«· hat Bei diesem Ausführungsbeispiel
steht die Verbindungslinie' zwischen den beiden' Punkten ■ auf den Kreisen »Q<
und »C-1« senkrecht auf der Rotationsachse 46. Ferner ist eine flache Schnittfläche 72 zwischen den beiden Abschnitten
70 angeordnet ' > ■'■
Die Schnittfläche 48" (Fig.6B) umfaßt auch zwei
konvexe Abschnitte 74 von Schnittflächen mit einem dazwischenliegenden Abschnitt 76. Der Abschnitt 74 ist
durch einen Radius bestimmt, der-im Punkt auf dem
Kreis »C-2« seinen Ursprung hat-, die Verbindungslinie
zwischen den beiden Punkten auf den Kreisen »C-2« und »Q<
liegt schräg zur Rotationsachse 46.
An Hand der Fig. 7 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des Bohrwerkzeugs für die Ausbildung einei
weiteren Schnittfläche beschrieben. Die Schnittfläche 78
ist gewellt; sie weist zwei konvexe Abschnitte 74 auf welche einen konkaven Abschnitt 80 zwischen sich
einschließen; der letztere wird durch einen Radius definiert' der von einem Punkt auf dem Kreis »C-3<
ausgeht Um den Abschnitt 80 zu erhalten, werder Rollenmeißel 18' (oder 20') verwendet die, in
Gegensatz zu den weiter oben beschriebenen Rollen meißeln 18,20 mit Nocken SO in einer konvexen Gestalt
Rollen mit Nocken meinem konkaven Profil aufweisen. In den vorstehend* beschriebenen Ausführungsbei
spielen werden symmetrische Schnittflächen beschrie ben, die andererseits — sofern dies" gewünscht ist natürlich
auch unsymmetrisch ausgebildet werder können.
Claims (17)
1. Gesteinsbohrkopf, der mehrere in axial und schräg verlaufenden Gabeln zweiseitig gelagerte s
Rollenmeißel aufweist, wobei eine gekrümmte Schneidfläche um die Drehachse des Bohrkopfes
gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg verlaufenden Gabeln (28, 30, 32, 34)
verschieden geneigt angeordnet sind, wobei die gekrümmte Schneidfläche (48) mindestens einen
konvex verlaufenden Bogen aufweist
2. Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schneidfläche (48) in einem konvex verlaufenden, symmetrischen Bogen ausgeführt ist,
dessen Krümmungsmittelpunkt auf einem Kreis (»Ca) neben der Rotationsachse (46) liegt
3. Bohrkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt auf einem gedachten Kreis
(» Cu) konzentrisch zu der Rotationsachse liegt
4. Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gabeln (24, 26, 28,30,32,34) auf
einer Platte (14) am Bohrkopf (12) befestigt sind.
5. Bohrkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) zentrale Bohrungen (40,
42) für die Befestigung eines Schaftes (44) des Bohrkopfes (12) aufweist
6. Bohrkopf nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rollenmeißel (18,
20) verschiedene Abstände von der Rotationsachse (46) aufweisen.
7. Bohrkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Achsen einiger Rollenmeißel senkrecht zu der Rotationsachse (46) liegen und die
Achsen anderer Meißel mit der Senkrechten zu der 3$ Rotationsachse (46) einen Winkel von 45,5° einschließen.
8. Bohrkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der Rollenmeißel (18, 20) einen bestimmten Abschnitt der Schneidfläche (48) bildet
9. Bohrkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenmeißel (18, 20) in zwei
Gruppen angeordnet sind, wobei sämtliche Rollenmeißel (18, 20) gleiche Gestalt und Abmessung
aufweisen.
10. Bohrkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rollenmeißel (18, 20) Nocken (50) tragen, die ringförmig auf den Meißeln angeordnet
sind, wobei die Schneidfläche (48) zum Teil konkav so
ausgebildet ist
11. Bohrkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet
daß die Nocken (50) in mehreren Reihen Sackbohrungen (58) befestigt sind, die jeweils auf
geraden Teilen (54) und auf konischen Teilen (55) der Rollenmeißel (18,20) angebracht sind.
12. Bohrkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet
daß die Sackbohrungen (58) gleiche Tiefe und die Nocken (50) gleiche Länge aufweisen.
13. Bohrkopf nach den Ansprüchen 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet daß jede Meißelrolle (52) mindestens drei Reihen Sackbohrungen (58) aufweist
wobei die Sackbohrungen (58) mindestens einer Reihe senkrecht zu der Roilenachse stehen und
die Sackbohrungen (58) mindestens einer anderen Reihe schräg zu der Rollenachse angeordnet sind.
14. Bohrkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das konische Teil (56) der Meißelrolle
(52) mindestens eine Reihe Nocken (50) trägt die schräg zu der Rollenachse angeordnet sind, und daß
das gerade Teil (54) der MeiOelrolle (52) mindestens
eine weitere Reihe Nocken (50) trägt, die senkrecht zu der Rollenachse angeordnet sind.
15. Bohrkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Schneidelemente der Rollenmeißel
(18, 20) bei Rotation des Bohrkopfes (12) eine Mehrzahl von konzentrischen Reihen (Nr. 1,2,3...
18) bilden, von denen eine eine Kalibrierreihe (Nr. 18) ist wobei die Reihen von der Mittellinie durch
den Punkt auf dem Kreis (»C«), die parallel zu der
Rotationsachse (46) verläuft zu der Kalibrierreihe hin mit gegeneinander exponentiell abnehmenden
Abständen (X, XA, X-2... X-6...) verlaufen.
16. Bohrkopf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet
daß die zwischen der innersten Reihe (Nr. 1) und der Mittellinie verlaufenden Reihen zu der
innersten Reihe hin mit exponentiell kleiner werdenden Abständen verlaufen.
17. Bohrkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet
daß die Rollenmeißel (18, 20) an ihrem Umfang Nocken (50) tragen, die bei Rotation des
Bohrkopfes (12) in konzentrischen Reihen (Nr. 1,2,3 ... 18) um die Rotationsachse (46) verlaufen, wobei
eine Überlappung der Rollenmeißel vorgesehen ist
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