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Schneidkopf fiir drehend arbeitende Tiefbohrvorriehtungen.
Die Erfindung betrifft einen Schneidkopf für drehend arbeitende Tiefbohrvorrichtungen, wie sie z. B. in den amerikanischen Patentschriften Nr. 1859948, 1758773 und 1758814 beschrieben sind.
Vorrichtungen dieser Art weisen einen becherförmigen Schneidkopf auf, der drehbar auf dem unteren
Ende des Bohrschaftes gelagert und mit nach aussen vorstehenden Schneidorganen zum Schneiden des Bodens versehen ist. Es ist bekannt, dass zum Bohren in Felsen oder hartem Gestein der Bohrer eine möglichst geringe Kratzbewegung gegenüber diesem Gestein ausführen soll, da eine stossende oder zer- malmende Bewegung dieses Gestein eher zertrümmert. Die Kratzbewegung verursacht eine Abnutzung durch Abschleifen, und da der Felsen ebenso hart oder noch härter sein kann als der Stahlbohrer, kann es vorkommen, dass der Bohrer den Felsen nicht wegarbeiten kann. Derselbe Bohrer wird jedoch nicht in so hohem Masse abgenutzt, wenn er den Felsen zermalmt oder abspaltet.
Es wird daher die richtige
Bewegung der Schneidorgan nicht bloss das Gestein rascher entfernen, sondern auch die Abnutzung des Schneidkopfes vermindern und dessen Lebensdauer verlängern.
Ähnliche Verhältnisse treten beim Zerreiben von Fremdkörpern oder beim Verbohren auf, da die
Körper, mit denen der Bohrer in diesem Fall in Berührung kommt, sehr hart sind ; in diesen Fällen wird jedoch der Bohrer sieh verklemmen und hängen bleiben, wenn die Schneidezähne Ecken aufweisen, die an den Fremdkörpern angreifen können. Es ist daher erforderlich, dass der Bohrer unter verschiedenen
Winkeln am Fremdkörper angreift, damit dieser hinreichend zerkleinert wird. um durch andere Methoden entfernt zu werden. Denn wenn der Bohrer an dem Fremdkörper vorbeigeht oder ihn nur zur Seite schiebt, verbleibt dieser in der Bohrlochwand und kann in das Bohrloeh zurüekfallen und möglicherweise ein
Werkzeugseil in diesem festklemmen.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Sehneidkopfes, dessen Schneidrippen eine derartige
Umrisslinie und Form aufweisen, dass sie bei geringst möglicher Abnutzung wirksam hartes Gestein bohren.
Der Schneidkopf soll ferner für Zerreibe-und Verbohrarbeiten geeignet und nicht der Gefahr ausgesetzt sein, an metallenen Körpern im Bohrloch hängen zu bleiben. Er soll weiters nicht an einer Seite eines
Fremdkörpers abgleiten, sondern diesen mit Sicherheit zerreiben und entfernen.
Zur Erfüllung der genannten Bedingungen ist ein Schneidkopf, der einen auf dem Lager des Bohr- schaftes sitzenden, becherförmigen Körper und eine oder mehrere, von letzterem nach aussen und der
Länge nach verlaufende Schneidrippen, die unten als Grabteile ausgebildet sind, besitzt, gemäss der
Erfindung derart ausgebildet, dass die Grabteile im Wesen dreieckigen Querschnitt aufweisen.
Vorzugsweise sind die Schneidkanten der Grabteile im Wesen konvex gekrümmt und werden durch Kreisbögen gebildet, deren Krümmungsmittelpunkte in der Nähe der Achse des Schneidkopfes liegen. Die Schneidrippen können ferner mit Räumen versehen sein, die in an sich bekannter Weise im Wesen rechteckigen Querschnitt besitzen und gemäss der Erfindung eine Anzahl von Querschneiden aufweisen, die in Abstand längs des Schneidkopfes entlang einer konvex gekrümmten Linie angeordnet sind.
Diese Linie ist vorzugsweise ein Kreisbogen, dessen Krümmungsmittelpunkt auf der Achse des
Schneidkopfes liegt und mit dem Mittelpunkt einer dem Schneidkopf umschriebenen Kugelfläche zu- sammenfällt. Die gekrümmten Schneidkanten der unteren Grabteile liegen vorzugsweise zur Gänze innerhalb dieser Kugelfläche, auf welcher die Querschneiden der Räumer liegen. Die Schneidkanten der Grabteile können auch zu einzelnen Stufen ausgebildet sein, deren Abstände vom Mittelpunkt der
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Die Ausbildung der Räumer zu mehreren Querschneiden kann sich auch auf bloss einige Schneidrippen beschränken, während die übrigen Schneidrippen mit verkürzten Räumern versehen sind, die bloss eine Schneide an ihrem unteren Ende besitzen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstandj beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht des Bohrkopfes mit dem Schneidkopf im Schnitt, Fig. 2 eine Seitenansicht des abgenommenen Schneidkopfes, Fig. 3 eine Untersicht zu Fig. 2 und Fig. 4 einen Schnitt durch eine Hälfte des Schneidkopfes und seiner Lagerung nach der Linie 4-4 in Fig. 1.
Gemäss Fig. 1 ist der Schaft 11 in den Halsteil12 einer den Bohrer in Umdrehung versetzenden Bohrstange eingeschraubt. Der Schaft 11 endigt in ein geneigtes Lager, das in seiner Gesamtheit mit 15 bezeichnet ist und dessen Achse A-A unter einem Winkel 14 zu der in der Regel lotrechten Achse B-B des Schaftes 11 geneigt ist. Unterhalb einer Zylinderfläche 21 ist in den Schaft ein Spurzapfen 22 eingeschraubt, dessen oberer Teil 23 zylindrisch und dessen unterer Teil 24 konisch ist. Der Winkel 26 zwischen der Achse A-A und der Kegelfläche 24 beträgt vorzugsweise 45 .
Der Schaft 11 ist mit einem Kanal 30 versehen, durch den eine Zirkulationsflüssigkeit in das Bohrloch eingeführt wird. Wie in den Fig. 1 und 4 dargestellt ist, steht der Kanal 30 über einen axialen Kanal 31 des Spurzapfens 22 mit einer Bohrung 32 in Verbindung, welche die Zirkulationsflüssigkeit durch die Öffnung am Boden des Schneidkopfkörpers 20 in das Bohrloch eintreten lässt.
Eine oder mehrere Zweigleitungen 34,36 führen vom Kanal 31 unmittelbar zu der konischen Fläche 24 und weiter aufwärts zu einem ringförmigen Kanal 38. Mit Hilfe der Kanäle 34,36 und 38 wird Zirkulationsflüssigkeit zur Schmierung der Lagerflächen zugeführt. Die Kanäle 36 sind als Rinnen in der Oberfläche des Spurstiftes ausgebildet, und an ihnen kann ein Schraubenschlüssel zum Einsetzen und Entfernen des Spurstiftes angreifen.
Eine Bohrung 40 führt vom Kanal 30 weg und ist mit einer Düse 41 versehen, welche einen Strahl der Zirkulationsflüssigkeit gegen die Schneidrippen richtet, um anhaftende Schmutzteilchen wegzuwaschen.
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einem ringförmigen Kanal, der innen durch eine Rinne 46 und aussen durch eine Rinne 47 gebildet ist, sind Kugeln 48 gelagert, die bloss eine geringe axiale Bewegung des Schneidkopfes auf seinem Lager zulassen. Um die Kugeln 48 in den Kanal einzubringen und herauszunehmen, ist im Schaft 11 eine Ausnehmung 52 vorgesehen (Fig. 4), die durch ein Füllstück 53 verschlossen wird, welches durch eine Schraube 55 befestigt wird. Die Schraube ist durch eine Ausnehmung 56 im Schneidkopfkörper 20 zugänglich.
Eine oberhalb des Füllstückes 53 in die Ausnehmung 52 eingeschraubte Schraube 57 dient als Sicherung gegen Aufwärtsverschiebung des Füllstückes 53, falls die Schraube 55 brechen sollte.
Der Schneidkopf 18 besteht aus einem becherförmigen Körper 20, an dessen Aussenseite eine Anzahl von Schneidrippen 59 vorgesehen ist, die sich vom oberen zum unteren Ende des Bechers erstrecken und unten einen grabend wirkenden Teil 60 aufweisen, der in der Hauptsache am Grunde des Bohrloches arbeitet, sowie oben einen räumend wirkenden Teil 61, der hauptsächlich an den Seiten des Bohrloches arbeitet, um das durch die Teile 60 erzeugte Loch auf seinen vollen Durchmesser aufzuweiten. Die Räumer 61 haben im Wesen rechteckigen Querschnitt und sind zur Bildung mehrerer Schneidkanten 62 gezackt. Der Grabteil 60 hat im Wesen einen Querschnitt in Form eines Dreieckes, dessen Scheitel eine Schneidkante 66 bildet, die sich in der Längsrichtung der Rippen erstreckt.
Auf der Achse A-A liegt der Mittelpunkt D einer Kugelfläche 65, die dem Schneidkopf umschrieben ist bzw. über welche keine Zähne herausragen. Der Durchmesser der Kugel 65 bildet den Nenndurchmesser des Bohrers, d. h. jenen Durchmesser, der die Grösse des Bohrers angibt. Das wirklich gebohrte Loch kann jedoch etwas grösser sein. Der Mittelpunkt D der Kugel 65 liegt auf der Achse .-. i vorzugs- weise unterhalb des Schnittpunktes 0 dieser Achse mit der Achse B-B ; er kann aber unter Umständen auch mit dem Punkt C zusammenfallen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, gehen die Räumer 61 in die Grabteile 60 in der Nähe einer Ebene j ?-H über, die durch den Punkt D geht und zur Achse A-A senkrecht steht.
Die einzelnen Schneidkanten 62 einer Schneidrippe 59 liegen auf einem Kreise der Kugel 65, und diese Kanten sind gekrümmt, so dass sie sich der Kugelfläche anpassen. Die Schneidkanten 66 der Grabteile 60 sind ebenfalls gekrümmt, liegen jedoch zur Gänze innerhalb der Kugel 65, da ihre Krümmungmittelpunkte E oberhalb D, u. zw. seitlich der Achse. LI. -A liegen. Der Abstand zwischen der Schneidkante 66 eines Grabteiles vom Punkt D verringert sich somit in Richtung von oben nach unten. Die Schneidkanten 66 können auch von Spirallinien gebildet sein.
In Fig. 1 ist eine Grundform des beschriebenen Schneidkopfes dargestellt. Eine abgeänderte Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser ist der Grabteil 60 wie in Fig. 1 ausgebildet, der Räumer 61 a ist jedoch dadurch verkürzt, dass die drei obersten Schneidkanten weggenommen sind und nur der unterste Zahn belassen ist. Auf diese Weise ist jeder zweite Räumer ausgebildet.
Der Zweck dieser Abänderung ist die Verkleinerung des Verhältnisses der Räumkanten zu der Gesamtzahl der Schneidkanten. Dieses Verhältnis kann je nach der Beschaffenheit der zu durchbohrenden Schichten verschieden gewählt werden.
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Gemäss Fig. 4 ist der Grabteil 60 durch eine Mehrzahl von Schlitzen 67 unterteilt, so dass einzelne
Zähne 68 gebildet werden. Die Umrisslinie der einzelnen Zähne 68 kann dieselbe sein wie jene des Grab- teiles 60 in Fig. 1. Vorzugsweise verlaufen jedoch die Zähne nach konzentrischen Bögen 69 mit dem
Mittelpunkt D.
Wenn solche Schneidköpfe für Zerkleinerungsarbeiten und in hartem Gestein verwendet werden, ist es vorteilhaft, dass die Schneidrippen nicht zu weit voneinander abstehen. Gute Ergebnisse wurden bei Verwendung von zehn Rippen gemäss Fig. 3 erzielt. Wenn aber alle Rippen ganz bis zum Boden des Bechers geführt werden, würden sie zu nahe zusammenlaufen und beim Schneiden leicht verlegt werden. Die Grabteile 60 jeder zweiten Rippe sind daher etwas verkürzt, so dass grössere Zwischen- räume zwischen den zusammenlaufenden Rippen verbleiben. Fig. 2 zeigt Rippen mit langen Räumern und kurzen Grabteilen, die mit Rippen mit kurzen Räumern und langen Grabteilen abwechseln.
Für Zerkleinerungsarbeiten oder Verbohren und in gewissen Schichten wird ein Schneidkopf ver- wendet, dessen sämtliche Rippen voll sind (wie in Fig. 1 dargestellt). Der Bohrer greift, dank seiner eigenartigen Umlaufbewegung, wie in den eingangs genannten Patentschriften beschrieben, am Fremd- körper unter mehreren verschiedenen Winkeln an und arbeitet auf ihm, um zuerst seine höchsten Stellen abzubrechen. Wenn der Fremdkörper von sehr unregelmässiger Gestalt ist, kann es vorkommen, dass der Schneidkopf nicht relativ zum Bohrloch rotiert, sondern schwingt und die Schneidrippen lotrecht hin-und herbewegt. Diese Bewegung bricht die höchsten Stellen des Fremdkörpers ab, bis der Bohrer schliesslich rotieren kann.
Er wird dann durch seine Drehung den Fremdkörper sanft und rasch bis zum gewünschten Feinheitsgrad zerbröckeln, ohne die Neigung zu zeigen, den Fremdkörper bloss zur Seite zu schieben und weiterzuarbeiten. Der Schneidkopf füllt stets das Bohrloch aus und verhindert, dass der Fremdkörper, ausser in kleinen Stücken, neben dem Schneidkopf aufsteigen kann. Die grosse Anzahl von Rippen und die Geschlossenheit der Kanten 66 ergibt einen gleichmässigen Lauf und vermeidet jede
Gefahr des Hängenbleibens oder Verklemmens an einem Fremdkörper.
Die tatsächliche Bewegung der Schneidrippen wechselt zwischen einem hammerartigen Hin-und
Hergehen, wenn der Schneidkopf nicht rotiert, und einer Abroll- und Zerquetschbewegung, wenn der
Schneidkopf sich frei im Bohrloch dreht. Diese Kombination der Rippenumrissform und Bewegung- art ist sehr wirksam beim Zerreiben und Entfernen von Fremdkörpern, ohne Rücksicht auf deren Grösse.
Bei den meisten Gesteinen ist es erfahrungsgemäss erwünscht, die räumende Wirkung zu vermindern.
Es werden dann die kürzeren Räumer gemäss Fig. 2 angewendet. Im allgemeinen haben sich beim Arbeiten in Felsschichten die gezahnten Rippen nach Fig. 4 als vorteilhaft erwiesen. Allen Formen der Zahn- begrenzungslinie ist, wenn der Schaft sich in dem Bohrloch dreht, die gleiche abrollende Bewegung ge- meinsam, wodurch der Schneidkopf auf seinem Lager verdreht wird und die Rippen nacheinander in die Grabstellung gebracht werden. Diese Abrollbewegung bewirkt, dass die Rippen das Gestein hauptsächlich mit einer abspaltenden und zermalmenden Wirkung zerteilen, die ein rasehes, wirksames Bohren und eine lange Lebensdauer des Schneidkopfes gewährleistet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schneidkopf für drehend arbeitende Tiefbohrvorriehtungen, mit einem auf dem Lager des Bohrschaftes sitzenden, becherförmigen Körper und einem oder mehreren, von letzterem nach aussen und der Länge nach verlaufenden Schneidrippen, die unten als Grabteile ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabteile (60) im wesentlichen einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen.