DE2007520A1 - Schlagbohrmeißel - Google Patents

Description

G 46 97ο

MISSION MANIIPACTlTRIIiG COMPANY, 876o Clay Road, Houston, Texas, USA

Schlagbohrmeißel

Die Erfindung betrifft feste bzw« starre Schlagbohrmeißel zum Herstellen von Bohrlöchern in Erdreich und Gestein, welche an ihrem vorderen oder unteren Ende bzw. ihrer Stirnseite Sohneidelemente tragen·

Normalerweise verwendet man zum Abteufen oder Bohren tiefer Bohrlöcher,drehbare konische Bohrmeißel, weil bisher kein vollständig befriedigender Weg zum Aufrechterhalten der Bohrlochgröße bekannt ist, wenn man feste oder starre Bohrmeißel oder Bohrköpfe für diesen Zweck verwendet. Drehbare konische Bohrmeißel oder Bohrköpfe besitzen jedoch nicht die für feste oder starre Bohrmeißel charakteristischen Eigenschaft, so daß man auf derartige Bohrmeißel nicht die gesamte Arbeite- und Schlagenergie bekannter Sohlagbohrvorrichtungen zum Abteufen von Bohrlöchern ausüben kann· Andererseits führt die Verwendung fester oder starrer Bohrmeißel oder Bohrköpfe aufgrund der schnellen Abmutzung am Außenumfang des Meißels oder Bohrkopfes zu unzulässigen Abnahmen des Bohrloohdurchmessers, bevor die Schneideinsatzβ oder Sohneidelemente des Meißels abgenutzt sind. In einigen ?allen lit es bei Ausfall der am Außen-

009837/U3S

umfang arbeitenden Schneidelemente erforderlich, den Bohrmeißel oder Bohrkopf bereits frühzeitig zurückzuziehen, um ein Einklemmen desselben im sich Immer mehr verjüngenden Bohrloch zu verhindern· Außerdem ergeben sich zusätzliche Probleme beim anführen eines neuen, den gewünschten normalen Außendurchmesser aufweisenden Bohrmeißels in das verjüngt gebohrte Bohrlocho

Ss ist Aufgabe der Erfindung,zum Überwinden der geschilderten Nachteile einen starren oder festen Schlagbohrmeißel für Erdreich und Gestein zu schaffen, der genügend robust ist, um an Hochdruck- Schlagbohrvorrichtungen zum Abteufen oder Bohren von Bohrlöchern im Erdreich verwendet zu werden und mit dem man wirksam und sicher Bohrlöcher mit dem gewünsohten Durohmesser herstellen kann· Außerdem soll mit einem derartigen Schlagbohrmeißel eine Bohrung hergestellt werden können, deren Durohmesser etwas größer als der maximale Durchmesser des Bohrmeißels ist, woduroh die Abnutzung des Bohrmeißels verringert und das Einsetzen eines neuen Bohrmeißels in das Bohrloch erleichtert wird·

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird gemäß der Erfindung ein Bohrmeißel vorgeschlagen, der derart ausgebildet ist, daß auf seinen Körper ausgeübte axiale Schläge teilweise in eine seitliche Bewegungekomponente des Bohrmeißele umgesetzt werden, so daß der Bohrmeißel bei jedem Schlag auch seitwärts in die Bohrlochwandung getrieben wird bzw· einschneidet·

Gemäß einem speziellen Ausführungsbeiepiel der Erfindung wird ein starrer oder fester Gesteinseeißel für Sohlagbohrarbeiten vorgeschlagen, der einen im wesentlichen zylinderförmigen Körper mit einer Stirnfläche aufweilt, die Sohneidelemente trägt, wobei dieier Bohrmeißel daduroh gekennzeichnet let, daß wenig·tene einen Teil der Stirnseite des Bohrmeißels,

009837/1435

welcher einige der Schneidelemente trägt, zur Längsachse des Bohrmeißels geneigt verläuft und daß die Schneidelemente in diesem Teil der Stirnseite des Bohrmeißels gegenüber der Längsachse desselben asymmetrisch angeordnet sind, um im Betrieb einen seitlichen Druok auf den Bohrmeißel gegen über der Längsachse desselben auszuüben.

Während des Bohrrorganges werden auf den Bohrmeißel axiale Schläge ausgeübt, die durch einen Schlagbohrmotor erzeugt werden, wobei außerdem vorbestimmte Winkelverdrehungen durch das Bohrgestänge und den drehbaren Tisch auf des Bohrmeißel übertragen werden· Während des Bohrvorganges liegen die asymmetrisch angeordneten Schneideinsätze an geneigten Abschnitten des Bohrloohbodens an, so daß sie eine seitliche Komponente der Bohrmeißelbewegung wegen der gleitenden Bewegung und der Keilwirkung des Bohrlochbodens erzeug·*· Daher schneiden am Außenumfang oder der Seite des Bohrmeißelkörpers angeordnete Schneideinsätze seitlich in die Seitenwand des Bohrloches bei jedem auf den Meißel ausgeübten vertikalen Schlag ein, so daß ein Bohrloch mit einem etwas größeren Durohmesser als der maximale Durchmesser des Bohrmeißels hergestellt wird·

In der Zeichnung sind einige Ausführungebeispiele eines Sohlagbohrmeißele gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Pig· 1 einen senkrechten Schnitt durch das untere Ende •ines Sohlagbohrmeißels nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Pig. 2 eine Ansicht des unteren Endes des Bohrmeißels aus

Pig· 3 «inen Schnitt durch das untere Ende eines abge-

009837/1435

wandelten Bohrmeißels gemäß der Erfindung und

Pig. 4 einen ähnlichen Schnitt wie in Pig· I und 3 durch noch eine andere Ausführungsform eines Bohrmeißels gemäß der Erfindung.

Der in Pig. 1 und 2 dargestellte Bohrmeißel besitzt einen im wesentlichen zylinderförmigen Körper A mit einer Seitenwand B und einer Stirnseite C. Die Seitenwand B verjüngt sich etwas nach oben und innen und enthält Nuten 6,7 und 8, die symmetrisch über die Seitenwand B verteilt sind. Die Stirnseite C weist einen äußeren ringförmigen Teil 9 auf, der über eine umlaufende Pase Io in die Seitenwand B übergeht. Die Stirnseite C besitzt in der Mitte des ringförmigen Teiles 9 eine konische Vertiefung 11.

In den ringförmigen Teil 9 sind denselben spiralförmig durchsetzende Abflußnuten 12,13 und 14 eingearbeitet, welche die Vertiefung 11 mit den Nuten 6, 7 und θ verbinden. In die Vertiefung 11 münden außerdem Kanäle 15, 16 , 17 und 18, die eine Verbindung zu einer zentralen Bohrung 19 des Bohrmeißels herstellen, so daß der Schneidfläche des Bohrmeißele zum Kühlen, Schmieren und Entfernen von Bohrsohlamm u.dgl. dienendes Strömungsmittel, das flüssig oder gasförmig sein kann, zugeführt werden kann, das durch die Abflußnuten 12, 13 und 14 nach außen und dann nach oben duroh die Nuten 6,7 und 8 in den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Schlagbohrmeißel, dem Bohrgestänge usw. in bekannter Weise weitergeleitet und aus dem Bohrlooh entfernt wird.

In der Vertiefung 11 sind an einer Seite derselben, d»h. asymmetrisch zur Stirnseite 0 und zur Längeachse des Sohlag-

-5-

009837/1435

bohrmeißels, gehärtete knopfartige Schneideinsätze angeordnet· Außerdem ist der ringförmige Teil 9 des Schlagbohrmeißels mit satzweise angeordneten gehärteten knopfartigen Schneideinsätzen 21, 22 und 23 versehen, die über den senkrecht zur Längsachse des Bohrmeißels verlaufenden ringförmigen Teil 9 der Stirnseite C vorstehen. Im Bereich oder nahe der umlaufenden Pase Io sind weitere gehärtete Einsätze 25, 26 und 27 angebracht, die vorzugsweise sowohl nach unten als auch seitlich/den Schlagbohrmeißel vorstehen. Wie Pig. 2 zeigt, sind diese geneigt angeordneten, die untere Kante des Bohrloches herstellenden Schneideinsätze vornehmlich an der selben Seite des Bohrmeißels wie die asymmetrisch angeordneten Schneideinsätze 2o angeordnet.

Im Betrieb wird der Körper A des in Fig. 1 und 2 dargestellten Bohrmeißels am unteren Ende eines Bohrgestänges mit einem eingebauten Schlagbohrmotor und Schwerstangen oder anderen Gewichten angebracht. Dann wird Bohrflüssigkeit od.dgl. unter Druck durch den Bohrstrang zugeführt, um den Sohlagbohrmotor zu betätigen und den Bohrmeißel zu kühlen und zu schmieren und um gleichseitig den Bohrschlamm od. dgl. durch den um das Bohrgestänge befindlichen ringförmigen Hohlraum naoh oben wegzuwaschen. Bei jedem nach unten gerichteten,auf den Körper A ausgeübten Schlag, wird die Bodenfläche 3o des Bohrloches durch die Schneideinsätze 21, 22 und 23 abgemeißelt. Gleichzeitig wird ein flaoher Kern oder Vorpfrung 31 in der Mitte dei Bohrloches hergestellt und besitzt wegen der Sohneideinsätze 2o und der Drehbewegung des Bohrmeißels schließlich eine konische Form, wie Pig. 1 zeigt. Da die Sohneideinsätze 2o asymmetrisch in der konischen Tertitfung 11 angebracht sind, treffen ei· nur an einer Seite auf den konischen Vosgrung auf, so daß auf den Bohrmeißel tine seitliche Bewegungekom-

009837/U35

ponente ausgeübt wird, die durch den Pfeil 32 angedeutet ist, während außerdem eine durch den Pfeil 33 angedeutete senkrechte BewegungskompoBnte vorhanden ist·

Duroh die senkrechte Bewegungskomponente des Bohrmeißels wird mit Hilfe der Schneideinsätze 2o bis 23 der Boden des Bohrloches aufgrund der Winkelverdrehung des Bohrmeißels derart abgearbeitet, daß der gesamte Bohrlochboden schließlich gleichmäßig abgetragen ist. Gleich» itig bewirkt die seitliche Bewegungskomponente , daß die außen liegenden Schneideinsätze 27 auf die untere umlaufende Bohrlochecke 34 mit sowohl naoh außen als auoh nach unten gerichteter Bewegung auftreffen, wodurch das Bohrloch seitlich mehr als dem Radius des Bohrmeißelkörpers entsprechend abgearbeitet wird. DadurcliySine Abnutzung der Seitenwand B des Bohrmeißels reduziert und das Bohrloch mit einem Durchmesser gebohrt, der etwas größer als der Durchmesser der Bohrmeißels ist, wodurch das Zurückziehen des Bohrmeißels und das Einsetzen eines neuen Bohrmeißels erleichtert wird·

Suroh die Bewegungen des Schlagbohrmeißels treffen die Sohneid einsätze 21, 22 und 23 aohräg auf den Bohrlochboden auf, woduroh das Abmeißeln oder Abtragen desselben erleiohtert wird· Andererseits können die in der kon uchen Vertiefung 11 angeordneten knopfartigen Sohneideinsätze 2o auch so angeordnet sein, daß die Sohneideinsätze 21 bis 23 auf den Bohrloohboden nur nahe dem Ende der einzelnen Bewegungen des Schlagbohrmeißels auftreffen, woduroh der Kontakt zwisohen den Sohneideineätzen 2o und dem konischen Vorsprung 31 verstärkt wird.

Beim in Fig. 3 dargestellten abgewandelten Aueführungebeieplel eiuas Schlagbohrmeißel« gemäß der Erfindung ist statt

0Q9837/U35

der konischen Vertiefung 11 gemäö Fig· 1 und 2 an der Stirnseite des Sohlagbohrmeißels ein konischer Ansatz 36 vorgesehen· Die äußere ringförmige Teilfläohe 38 der Stirnseite, die praktisch senkrecht zur Längsachse des Bohrmeißels verläuft, trägt gehärtete Schneideinsätze 37. Im Bereich dner umlaufenden äußeren Fase 39 sind weitere gehärtete Sohneideinsätze 4o vorgesehen· An einer Seite des konischen Ansatzes 36 sind über denselben vorstehende weitere Schneideinsätze 4-1 vorgesehen. Bei dieser Ausfiihrungsform gemäß der Erfindung tritt bei Jedem Schlag eine nach links gerichtete Seitenbewegung des Schlagbohrmeißels auf, die durch den Pfeil 42 angedeutet ist, so daß die in Fig. 3 dargestellten ,links an der Außenseite angeordneten Schneideinsätze 4o zum Aufrechterhalten des gewünschtes Bohrlochdurchmessers dienen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die Stirnseite des Sohlagbohrmeißels wiederum anders ausgebildet. Die Stirnseite besitzt einen flachen mittleren Abschnitt 45, der praktisch senkrecht zur Längsachse des Schlagbohrmeißels liegt, und einen kegelstumpfförmigen Ansatz 46. Am mittleren Abschnitt 45 angebrachte vorstehende Schneideinsätze 47 schneiden den zentralen Bohrlochteil 48. Bei dieser Ausführungsform heFschen am kegelstumpfförmigen Ansatz 46 an der linken Seite angeordnete Sohneideinsätze vor, jedoch sind auch entgegengesetzt hierzu weitere Schneideinsätze 5o angebracht. Bei dieser Ausführungsform ist die von den zahlreichen an der linken Seite des Bohrmeißels angeordneten Sohneideinsätzen 49 hervorgerufene tatsächliche Sohneidwirkung geringer ale im Falle der weniger zahlreichen Sohneideinsätze 5o an der gegenüberliegenden Seite. Die Schneit einsätze 49 sind bestrebt,an der konischen Bohrlochwand nach unten zu gleiten, woduroh die weniger zahlreichen Schneid-

-8-

009837/1435

einsätze 5o an der gegenüberliegenden Seite in die konische oder geneigte Bohrlochwand 52 einschneiden, während an der Außenkante angeadnete knopfartige Schneideinsätze 53 in die Seitenwand des Bohrloches aufgrund der durch einen Pfeil 54 angedeuteten seitlichen Bewegungen des Schlagbohrmeißels einschneiden.

Es ist also lediglich notwendig, Schneidelemente an einem geneigten Abschnitt an der Stirn- oder Bodenseite des Bohrmeißels asymmetrisch anzuordnen, um eine zur Seite gerichtete Bewegungskomponente des Bohrmeißels zu erzeugen, so daß die am Außenumfang des Bohrmeißelkörpers angeordneten Schneideinsätze oder Schneidelemente eine seitliche Schneidbewegung auf die Bohrlochwand ausüben· Hierdurch wird ein Bohrloch mit einem größeren Durchmesser als der Bohrmeißel selbst hergestellt, wodurch der Verschleiß an der Seitenwand des Bohrmeißels verringert und das Zurückziehen des Bohrmeißels aus dem Bohrloch und das Einsetzen eines neuen Bohrmeißels in das Bohrloch sehr erleichtert wird.

Der Bohrmeißel kann auswechselbar am Bohrgestänge oder Schlagmotor oder Schlagwerkzeug angeordnet sein oder mit dem Amboß des Schlagwerkzeuges aus einem Stück bestehen· Sie besondere Form und Abmessung des Schlagbohrmeißels wie auch die Art der verwendeten Schneidelemente kann ohne weiteres in einer für den Fachmann übliohen Weise verändert werden.

Patentansprüche t

009837/U35

Claims (1)

1. Patentansprüche;

   1.) Fester oder starrer Schlagbohrmeißel, der einen im wesentlichen zylinderförmigen Körper mit an seinem vorderen Ende oder seiner Stirnseite angebrachten Schneidelementen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Stirnseite (C) des Bohrmeißelkörpers (A), welcher einige der Schneidelementen (2o,41,49,5ο) trägt, zur Längsachse des zylindrischen Körpers (A) geneigt ist und daß die Sohneidelemente in diesen Teil asymmetrisch oder einseitig zur Längsachse des zylindrischen Körpers (A) angeordnet sind, um im Bereich auf den Schlagbohrmeißel einen gegenüber seiner Längsachse seitlichen Druck auszuüben.

   2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper (A) des Bohrmeißels an seiner Vorderkante seitlich überstehende Schneidelemente (27,4o,53) aufweist, welche die Seitenwandung des Bohrloches bohren oder bearbeiten·

   3·) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite (C) des zylindrischen Körpers (A) eine konzentrisch zur Längsachse des Bohrmeißels angeordnete ringförmige Fläche (9,38) aufweist und die Schneidelemente asymmetrisch zu dieser Fläche angeordnet sind·

   4·) Vorrichtung nach Anspruch 3» daduroh gekennzeichnet, daß in der Mitte der ringförmigen Fläche (9»38) eine

   009837/1436

   -Χ*⁰

   gegenüber der Längsachse des Bohrmeißels konische Fläche (11,36) angeordnet ist.

   5·) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Fläche durch eine Vertiefung (11) in der Stirnseite (C) des zylindrischen Körpers (A) des Bohrmeißels gebildet ist.

   6.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Fläche durch einen über die Stirnseite (C) des Bohrmeißels vorstehenden Ansatz (36) gebildet ist.

   7.) Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auch die senkrecht zur Längsachse des Bohrmeißels verlaufende ringförmige Fläche (9,38) Schneidelemente (21,22,23, 37) trägt, die nach vorne über den Bohrmeißel vorstehen«

   8.) Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Fläche der Stirnseite (C) des Bohrmeißels an der Außenseite seines zylindrischen Körpers (A) angeordnet ist.

   9·) Vorrichtung nach Anspruoh 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende (46) des zylindrischen Körpers (A) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

   Io.) Vorriohtung naoh Anspruch 9» daduroh gekennzeichnet, daß die ebene Stirnfläche (45) des Kegelstumpfes (46)

   009837/1436

   weitere Schneiclelemente (47) trägt.

   11.) Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß am zylindrischer Körper (A) am Übergang von der Stirnseite (C) zur Seitenwand (B) Schneidelemente (27,4o,53) angeordnet sind, die sowohl über die Stirnseite als auch über die Seitenwand des Bohrmeißels vorstehen.

   12.) Vonichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidelemente einzelne gehärtete Schneideinsätze ( 2o bis 27, 37, 4-0, 41, 47, 49, 5o, 53) sind.

   009837/H3S