DE3516584A1 - Bohrmeissel - Google Patents
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmakn, Dipl. -P-hys. Dx. K, Fincke
Dipl.-Ing. F. A.WeickMann, ÜtplvChe-m. B, Huber
Dr.-Ing. H. Liska, . Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel
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Sumitomo Metal Mining Company Limited, 11-3, 5-chome, Shinbashi, Minato-ku, Tokyo, Japan
Bohrmeißel
Die Erfindung bezieht sich auf einen Bohrmeißel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für ein Bohrgerät
für eine Ölbohrung oder eine Erdwärmebohrung oder ähnliches und betrifft insbesondere eine Verbesserung
der Bohrkrone, die am vorderen Ende eines Bohrgestänges angeordnet ist und in das Erdreich gedrückt
wird, so daß sie sich durch das Erdreich mittels Rollenmeißeln bohrt, die an geneigten Fortsätzen
des vorderen Endabschnitts des Bohrgestänges angeordnet sind, wenn das Bohrgestänge gedreht wird.
In den Fig. 6 und 7 ist ein bekannter Bohrmeißel mit Rollenmeißeln dargestellt, der gewöhnlich mit einem
Schaft 1 ausgebildet ist, der in das Bohrgestänge eingeschraubt wird und zwei oder drei einstückig
mit dem Schaft 1 ausgebildete Arme 2 aufweist.
Jeder der Arme 2 weist einen geneigten Fortsatz 3 auf, de.r- in bezug auf die Mittellinie des Schaftes
in Richtung des Erdreichs 3 geneigt ist und sich radial erstreckt. Der geneigte Fortsatz 3 ist mit einem
Rollenmeißel 4 überkront, der eine gleiche konische Kontur aufweist und drehbar zu einem eng benachbarten
angeordnet ist. Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines der geneigten Fortsätze 3 nach dem
Stand der Technik. Die geneigten Fortsätze 3, die von den entsprechenden Armen 2 in Richtung des Erdreichs
vorstehen, sind jeweils in einem geraden Zylinder ausgebildet, der einen gleichen Durchmesser
aufweist, und dessen bodenseitige Endfläche 5 sich senkrecht zu seiner Achse erstreckt. Die Endfläche 5
ist an ihrer Mitte mit einem Führungsstift 6 versehen, der einen kleineren Durchmesser aufweist. Der
gerade zylindrische geneigte Fortsatz 3, der sich von dem Arm 2 erstreckt, ist auf seinem äußeren Umfang
in der Nähe der Endfläche 5 mit einer Nut 8 zur Aufnahme mehrerer Lagerkugeln 7 ausgebildet.
Von dem geneigten Fortsatz 5 zum Arm 2 erstreckt sich eine kleine Bohrung 9 zur Zuführung eines
Schmiermittels zum Lagerabschnitt. Der geneigte Fortsatz 3 ist mit einer Bohrung 10 versehen, die sich
zur Außenfläche des Armes 2 öffnet, um die Kugeln 7 in der Nut 8 zu führen. Die Bohrung 10 steht mit der
kleinen Bohrung 9 in Verbindung, so daß ein Schmierkanal ausgebildet wird. Die Bohrung 10 ist mit einem
Stopfen 11 versehen, der jedoch einen Schmierkanal freiläßt, so daß ein Austritt der Kugeln 7 verhindert
wird, und ist mit dem Arm 2 bei 12 verschweißt.
Der Rollenmeißel 4 hat eine auf den Außenumfang des geneigten Fortsatzes 3 über ein Quergleitlager 13
und die Kugeln 7 aufgepaßte öffnung. Hierdurch kann sich der Rollenmeißel 4 rings um den geneigten Fortsatz
3 drehen. In die Oberfläche des Rollenmeißels 4 sind eine Anzahl von Kanten 14 eingearbeitet, die
aus einer Wolframkarbidlegierung bestehen. Ein flexibler Dichtungsring 15 ist auf die Wurzel des geneigten,
sich von dem Arm 2 erstreckenden Fortsatzes 3 so aufgepaßt, daß das von der Nut 8 zugeführte
Schmiermittel nicht aus dem Quergleitlager 13 fließt.
Wenn der Rollenmeißel 4 durch das Drehen des Bohrgestänges in das Erdreich eingeführt wird, dreht er
sich um den geneigten Fortsatz 3, so daß das Erdreich aufgrund der Umdrehungen des Rollenmeißels 4 um seine
Achse und um das Bohrgestänge ausgebohrt wird.
Die Kugeln 7 dienen als Quergleitlager und verhindern, daß der Rollenmeißel 4 sich von dem geneigten
Fortsatz 3 löst.
Wenn eine öl- oder Erdwärmebohrung eingebracht wird,
wird der Meißel beim Drehen des Bohrgestänges in das Erdreich gebohrt. Wenn eine der Kanten des Meißels
oder die Lager der Rollenmeißel verschlissen sind, wird das Bohrgestänge aus der Bohrung zur Erneuerung
des vorderen Endabschnitts des Bohrgestänges herausgezogen. Nachdem das untere Ende des Bohrgestänges
mit einem neuen Bohrmeißel versehen wurde, wird es wieder in die Bohrung eingebracht und der Bohrvorgang
fortgeführt. Wenn die Bohrung eine gewisse Tiefe erreicht hat, erfordert es häufig viel Zeit, z. B.
einen Tag, um den Bohrmeißel zu erneuern.
Um die Bohrkosten zu senken, ist es wichtig, die Häufigkeit der Meißelerneuerung so gering wie mög-
lieh zu halten, d. h., die Lebensdauer des Meißels zu verlängern. Die Verkürzung der Meißellebensdauer
wird meistens durch die Tatsache bewirkt, daß die Kanten so weit verschlissen sind, daß sie nicht länger
verwendet werden können, oder daß die Rollenmeißellager so verschlissen sind, daß sie einem weiteren
Gebrauch nicht standhalten. Die hauptsächlichen Faktoren für die Lebensdauer der Lager hängen davon
ab, wie groß die Gesamtoberflächenzone der Lager oder die projizierte Fläche der Lager auf eine zur
Mittellinie des Bohrgestänges senkrechte Ebene ist. Die Lebensdauer der Lager kann somit durch Verminderung
einer Last auf eine Flächeneinheit oder durch Herabsetzen der relativen Reibungsgeschwindigkeit
der Lager verlängert werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
neues Lager zur Verlängerung der Lebensdauer eines Bohrmeißels insgesamt durch Verlängerung der Lebensdauer
der Lagerteile des Bohrmeißels zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Mit der Erfindung wird die Belastung auf eine Flächeneinheit durch Steigerung der Oberfläche oder der
projizierten Fläche des Lagers des Meißels vermindert. Der erfindungsgemäße Bohrmeißel umfaßt geneigte
Fortsätze, die sich jeweils von einem entsprechenden Arm erstrecken und eine zylindrische Außenfläche
aufweisen, deren Durchmesser sich allmählich in einer gewellten Form vom Endabschnitt bis zum Arm vermindert.
Weiter sind Querlagerteile vorgesehen, die jeweils in mehrere Teile unterteilt sind und eine
Innenwand aufweisen, die mit ihrer gesamten Fläche
_B_
mit der zylindrischen Außenwand des entsprechenden geneigten Fortsatzes drehbar rings um den entsprechenden
geneigten Fortsatz so in Eingriff stehen, daß die Querlagerteile in die öffnung eines entsprechenden
Rollenmeißels am Außenumfang des Querlagerteils eingepaßt und befestigt werden können
oder als sogenannte "schwimmende Lager" wirken, indem der Rollenmeißel mit dem Außenumfang des Querlagerteils
relativ drehbar zu dem Querlagerteil in Eingriff steht.
Mit der oben beschriebenen Konstruktion wird erfindungsgemäß sogar der Teil, bei dem die Lagerkapazität
vermindert ist, da das bekannte Lager Kugellagerteile aufweist, glatt gelagert, um die Lagerkapazität
zu vergrößern, und wodurch eine Konstruktion überflüssig wird, die ein Lösen des Rollenmeißels von
dem entsprechenden geneigten Fortsatz mittels der Kugellagerteile verhindert. Da der geneigte Stift
einen Durchmesser hat, der sich kontinuierlich ändert, um einen Abschnitt kleineren Durchmessers am
mittleren Teil auszubilden, ist es möglich, die Lagerfläche zu steigern und ein Lösen des Rollenmeißels
zu verhindern. In dem Fall, wenn weiter ein schwimmendes Lager verwendet wird, ist es weiterhin
möglich, die relative Reibungsgeschwindigkeit des Lagers abzusenken.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben.
Es zeigen:
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils der Bohrkrone einer ersten Ausführungs
form
- Sr -
Fig. 2 Schnittansichten von anderen Aus-
und 3 führungsformen der geneigten Fort
sätze der Bohrkrone;
Fig. 4 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht einer
weiteren Ausführungsform;
Fig. 5 eine Fig. 1 und 4 ähnliche Ansicht
einer weiteren Ausführungsform;
10
Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines bekannten Bohrmeißels; und
Fig. 7 eine Schnittansicht eines Teils des bekannten Bohrmeißels.
In der Schnittansicht gemäß Fig. 1 wird ein Teil eines
Arms und ein Teil eines entsprechenden geneigten Fortsatzes des Bohrmeißels dargestellt.
Jeder der geneigten Fortsätze 3, die sich von der Mitte der Bohrkrone mit einer Neigung in Richtung
des Erdreiches vom Schaft 1 zu dem entsprechenden Arm 2 des Bohrmeißels erstrecken, besteht aus: einer
Endfläche 5, die in einer Ebene senkrecht zur Mittellinie
von ihm verläuft und einer zylindrischen Seitenfläche 16, die so gewellt ist, daß ihr Durchmesser
von der Endfläche 5 allmählich zunimmt, abnimmt und dann zunimmt, wenn man in axiale Richtung sieht.
Der geneigte Fortsatz 3 ist von einem Quergleitlagerteil 17 umschlossen, das eine solche Größe aufweist
und so geformt ist, daß es mit dem geneigten Fortsatz 3 sowohl im wesentlichen über die gesamte Oberfläche
der zylindrischen Seitenfläche 16 als auch der Endfläche des geneigten Fortsatzes 3 in Beruh-
AO
rung steht, so daß es sich auf seiner Berührungsfläche drehen kann. Das Quergleitlagerteil 17 ist
gewöhnlich in zwei oder drei Teile in axialer Richtung des geneigten Fortsatzes 3 unterteilt.
5
Ein Rollenmeißel 4 ist mit einer Öffnung ausgebildet,
deren Innenwand mit der Außenseite des Quergleitlagerteils 17 in Berührung steht, und welches auf dem
Quergleitlagerteil 17 aufgepaßt und daran befestigt ist, nachdem die mehreren Teile des Quergleitlagerteils
17 auf dem Außenumfang des geneigten Fortsatzes 3 angeordnet sind. Das Befestigen kann mittels einer
Schrumpfpassung oder mittels einer Reibschweißung erfolgen, ist jedoch nicht auf diese Befestigungsarten
beschränkt. Die Grenze zwischen der Innenkante der öffnung des Rollenmeißels 4 und der Außenkante des
Quergleitlagerteils 17 kann mittels eines Keils 18 festgelegt werden. Von dem Schaft 1 zu jedem der geneigten
Fortsätze 3 erstreckt sich eine kleine Bohrung 9 und eine Bohrung 10, um Schmiermittel zu dem
Spalt zwischen der Seitenfläche 16 des geneigten Fortsatzes 3 und der Innenfläche des Quergleitlagers
17 zuzuführen, so daß das offene Ende der Bohrung 10 im Arm 2 mittels einer Schweißung 19 verschlossen
ist.
Der geneigte Fortsatz 3 hat vorzugsweise aus Gründen der Festigkeit den maximalen Durchmesser oder einen
der maximalen Durchmesser an seiner Wurzel, da diese als Drehpunkt dient.
Die Außenseite des Quergleitlagerteils 17 und die Innenwand der öffnung des Rollenmeißels 4 müssen
nicht über die gesamte Fläche in Berührung stehen, da es ausreichend ist, eine Reibkraft zu schaffen,
- ßr -
4t
die für die Befestigung der beiden Teile notwendig ist.
Der geneigte Fortsatz 3 ist an der Mitte seiner Endfläche 5 mit einer Aussparung 20 versehen, in die
durch das Quergleitlagerteil 17 drehbar ein Führungsstift 21 eingepaßt ist, von dem ein Teil in die Mitte
des Bodens der öffnung des Rollenmeißels 4 mittels Preßsitz eingepaßt ist. Diese Konstruktion ist hilfreich,
um einen Sitz für die Befestigungsstabilität des Rollenmeißels 4 und zur Aufnahme der Axialkraft
des geneigten Fortsatzes 3 zu schaffen. Der Führungsstift 21 an dem Endabschnitt des geneigten Fortsatzes
3 wirkt weiter gegen das Drehmoment, das sich als Ergebnis des Verschleißes des Fortsatzes ergibt, um den
Rollenmeißel 4 in Richtung des Pfeils A in Fig. 1 zu drehen.
Die Formen der Endfläche 5 des geneigten Fortsatzes 3 können in verschiedenster Weise verändert werden,
wobei die einfachste Form durch eine flache Endfläche 5 dargestellt wird, die senkrecht zur axialen Richtung
verläuft, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Eine weitere Abänderung ist in Fig. 3 dargestellt,
bei der die Endfläche an ihrer Mitte wie beim Stand der Technik mit einem Führungsstift 6 versehen ist,
der so kurz ausgebildet ist, daß er nur in das Quergleitlagerteil 17 eingepaßt ist, so daß die Grundseitenendfläche
des Quergleitlagertexls 17 abgeflacht ist. Wie. in Fig. 4 dargestellt, kann sich
andererseits der Führungsstift 21 durch das Quergleitlagerteil 17 in dem Rollenmeißel 4 so erstrecken,
daß die Endfläche 22 des Führungsstiftes 21 und die in dem Boden der öffnung des Rollenmeißels 4 ausgebildete
Aussparung 23 relativ zueinander drehen
-X-
können.. Damit sich der Führungsstift 21 von dem geneigten Fortsatz 3, wie in Fig. 4 dargestellt, erstreckt,
kann der Fortsatz 3 mit einer Aussparung 20 versehen sein, in der der Führungsstift 21 eingepaßt
und befestigt ist. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann sich weiter der Führungsstift 21 vom Boden der öffnung
des Rollenmeißels 4, mit dem er einstückig ausgebildet ist, erstrecken, oder kann in der Aussparung
im Boden des Rollenmeißels 4 eingepaßt und befestigt sein.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Bohrmeißels.
Die Konstruktion des geneigten Fortsatzes 3 und des Quergleitlagerteils 17 sind der in Fig. 1 gezeigten
ähnlich, jedoch sind die Außenfläche des Quergleitlagerteils 17 und die Innenfläche der Öffnung
des Rollenmeißels 4 nicht befestigt, sondern stehen relativ drehbar zueinander in Eingriff. In
die Innenkante der öffnung des Rollenmeißels 4 ist ein Ring 24 eingepaßt, dessen Außenumfang an der
Innenkante des Rollenmeißels 4 mittels einer Schrumpfpassung so befestigt ist, daß der Rollenmeißel 4 sich
nicht von dem Quergleitlagerteil 17 löst, und dessen Innenumfang relativ zur Wurzel des geneigten Fortsatzes
3 gleitbar ist. Die Schmierung der Außenfläche des Quergleitlagerteils 17 und der Innenfläche
des Rollenmeißels 4 wird durch Zuführen des Schmiermittels von der kleinen Bohrung 9 und der
Bohrung 10 zu einer Nut oder ähnlichem, die in dem Quergleitlagerteil 17 ausgebildet ist, erreicht.
Die Konstruktion der Endfläche 5 des geneigten Fortsatzes 3, die senkrecht zur axialen Richtung verläuft,
kann in der gleichen Weise wie im vorher erwähnten Fall durchgeführt werden, bei dem die Außen-
Al
fläche des Quergleitlagerteils 17 und die Innenfläche
"der öffnung des Rollenmeißels 4 befestigt
sind.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform
stehen die Innen- und Außenflächen des Quergleitlagerteils 17 drehbar in Eingriff, so daß sie ein
sogenanntes "schwimmendes Gleitlager" bilden. Hierdurch wird die relative Reibgeschwindigkeit der Lagerflächen
vermindert und die Lagerlebensdauer entscheidend verlängert.
Wie im einzelnen in Verbindung mit den beschriebenen Ausführungsformen dargelegt, kann die Lagerlebensdauer
entscheidend durch Vergrößern der Lagerfläche verlängert werden, wobei diese Wirkung weiter verbessert
wird, da die relative Reibgeschwindigkeit des Lagers vermindert wird, wenn ein schwimmendes
Gleitlager verwendet wird.
Claims (10)
1. Bohrmeißel mit einem Schaft, der mit einem Ende an ein Bohrgestänge angebracht ist, mehreren geneigten
Fortsätzen, die sich vom anderen Ende des Schaftes radial und mit einer Neigung in bezug auf die
Mittellinie des Schaftes in Richtung des Erdreichs erstrecken und mit mehreren an den entsprechenden geneigten
Fortsätzen befestigten Rollenmeißeln, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der geneigten
Fortsätze (3) eine zylindrische Seitenfläche (16) aufweist, deren Durchmesser von ihrem Ende allmählich
bis zu ihrer Wurzel abnimmt, daß Quergleitlagerteile (17) vorgesehen sind, von denen jedes in axialer
Richtung in mehrere Teile unterteilt ist und das rings um einen der genannten Fortsätze (3) befestigt
ist und im wesentlichen mit seiner gesamten Innenfläche drehbar mit der zylindrischen Außenfläche (16)
des geneigten Fortsatzes (3) in Eingriff steht, daß
jeder der Rollenmeißel eine öffnung hat, die auf den
Außenumfang des zugehörigen Quergleitlagerteils (17) aufgepaßt ist, und daß die entsprechenden Rollenmeißel
(4) und Quergleitlagerteile (17) in axialer Richtung mittels der Wirkung von Halterungen (18,24)
unbeweglich sind.
2. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halterungen (18,24) Einrichtungen aufweisen, um die öffnung des Bohrmeißels (4) auf
den äußeren Umfang des Quergleitlagers (17) aufzupassen und zu befestigen.
3. Bohrmeißel nach Anspruch 2, dadurch g e k e η nzeichnet,
daß als Befestigungsmittel eine Schrumpfpassung oder eine Reibschweißmittel-Schweißung
dient.
4. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet,
daß der Rollenmeißel (4) die Außenseite
des Quergleitlagerteils (17) drehbar in Eingriff nimmt, und daß die Halterung einen auf der Innenkante
der öffnung des Rollenmeißels (4) befestigten Ring (24) umfaßt.
25
25
5. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ring (24) mittels einer Schrumpfpassung auf der Innenkante der öffnung des
Rollenmeißels (4) befestigt ist.
6. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine kleine Bohrung (9,10) zur Zuführung eines Schmiermittels vom Schaft (1) zu den
geneigten Fortsätzen (3) und zu den Quergleitlagerteilen (17) vorgesehen ist.
7. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Führungsstift (21) zwischen der Endfläche (22) des geneigten Fortsatzes (3) und
dem Boden der öffnung des Rollenmeißels (4) angeordnet ist.
8. Bohrmeißel nach Anspruch 7, dadurch g e.k e η nz e i c h net, daß sich der Führungsstift (21)
durch das Quergleitlagerteil (17) erstreckt und in den Aussparungen (20,23) gehalten wird, die auf der
Endfläche (22) und in dem Boden der öffnung ausgebildet sind, so daß er in einer der Aussparungen (20,
23) festgelegt ist, sich jedoch relativ zu der anderen drehen kann.
9. Bohrmeißel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstift (21) sich durch
das Quergleitlagerteil (17) erstreckt und einstückig
entweder mit der Endfläche oder dem Boden der öffnung ausgebildet ist, jedoch drehbar in die andere
Aussparung eingepaßt ist.
10. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes der Querlagerteile (17) in zwei oder drei Teile unterteilt ist.
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