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Brechrolle für Erweiterungsbohrwerkzeuge Für das Erweitern von Bohrlöchern,
insbesondere im Untertagebetrieb, werden Aufbohr- oder Erweiterungsbohrwerkzeuge
mit Brechrollen verwendet. Schon seit langem hatte beim Erweiterungsbohren das Ablaufen
der Rollen, also der eigentliche Bohrvorgang auf der Bohrlochsohle, nicht befriedigen
können. Die Angriffsrichtung der Zähne der axial verzahnten Rollen scheint, da sie
in Umlaufrichtung der Rollen kerben und der von jedem Zahn beim Auftreffen auf die
Bohrlochsohle ausgeübte Kerbschlag und dessen Wirkung in das Volle des Gesteins
geht, nicht sehr sinnvoll zu sein. Weiterhin kann man beim Ansetzen einer Bohrung
mit den Erweiterungsstufen beobachten, daß das losgebrochene Gestein, und das ist
besonders bei zunehmender Stückgröße des Bohrkleins der Fall, vielfach nicht schnell
genug von dem Spülwasser von der Bohrlochsohle weggespült wird und von den nachfolgenden
Meißelrollen nachzerkleinert werden muß. Dadurch unterliegen besonders bei abrasiven
Sanden die Meißelzähne offensichtlich einem erheblichen, unnützen, zusätzlichen
Verschleiß. Hinzu kommt außerdem noch eine Beanspruchung der Lager der Rollen und
als Folge die Herabsetzung der Lebensdauer der Meißel, verbunden mit einer Verlängerung
der Bohrzeit. Auf Grund dieser Beobachtungen entstand der Gedanke, eine andere Anordnung
der Zähne mit Vorteil für das erweiternde Bohren vorzunehmen; bei dieser verlaufen
die Zähne ringförmig auf dem Umfang der Rolle. Je nach der Art des zu durchbohrenden
Gesteins haben die Zähne eine verschiedene Höhe und/ oder Breite, auch kann der
Keilwinkel unterschiedlich ausgebildet sein.
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Es ist auch schon mit Erfolg versucht worden, mit nur einem einzigen
am Umfang der Brechrollen angeordneten Zahn Bohrlöcher zu erweitern. Dabei wirkt
die glatte Fläche der Rolle zwischen Zahn und Bohrlochrand abdrückend auf das Gestein.
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Es ist ein Bohrwerkzeug bekanntgeworden, das zwar nicht für das Erweitern
von Großbohrlöchern, sondern für das Bohren von Löchern im Gestein schlechthin bestimmt
ist. Bei diesem Werkzeug hat man bereits eine ringförmige Zahnform an der Brechrolle
mit radialförmigen Zähnen kombiniert, indem: man diese kombinierte Brechrolle aus
zwei einzelnen Rollen, nämlich einer mit einer Ringverzahnung und einer mit Radialverzahnung,
zusammensetzte.
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Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Brechrolle für Aufbohrwerkzeuge
für das Erweiterungsbohren, bei der die Zähne oder Schneidrippen ringförmig am Umfang
angeordnet sind, und kennzeichnet sich dadurch, daß die Brechrolle aus einem zylindrischen
Grundkörper und auf diesen aufschiebbaren und auswechselbar angeordneten Brechringen
besteht.
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Je nach der Art des zu bohrenden Gesteins und den geologischen Verhältnissen
entsprechend, erhalten die Brechrollen herkömmlicher Bauweise eine oder mehrere
ringförmig auf dem Umfang angeordnete Schneidrippen. Diese wiederum können bezüglich
der Höhe der Schneidrippe, ihres Keilwinkels oder in bezug auf das Material, aus
dem sie gefertigt sind, variieren. Für den praktischen Bohrbetrieb mußten daher
bisher eine große Anzahl der unterschiedlichsten Brechrollen gefertigt werden. Trat
bei der Bohrung auch nur an einer Schneidrippe eine Beschädigung auf, so war die
ganze Brechrolle unbrauchbar und mußte gegen eine neue ausgewechselt werden.
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Gegenüber diesen bekannten weist die der Erfindung entsprechend ausgebildete
Brechrolle erhebliche Vorteile auf. Durch einfaches Aufschieben von Ringen auf den
Rollenkörper lassen sich nunmehr Brechrollen zusammenstellen, die den jeweiligen
Bohrbedingungen entsprechen. So können beispielsweise mehrere Ringe ohne eine Schneidrippe
mit einem Ring mit einer Schneidrippe zu einer sogenannten »Einzahnrolle« kombiniert
werden. Dabei kann der Ring mit der Schneidrippe an verschiedenen Stellen angeordnet
werden, so daß sich verschiedene Abstände der die Keilwirkung ausübenden Schneidrippe
vom Bohrlochrand her gesehen, einstellen lassen. Es können aber auch nur Ringe mit
Schneidrippen Verwendung
finden, so daß eine vielfach wirkende
Brechrolle entsteht: Aus den mannigfachen Kombinationsmöglichkeiten sei beispielsweise
erwähnt, daß die Ringe, die auf einer Brechrolle angeordnet werden, verschieden
hohe Schneidrippen besitzen, wobei deren Höhe von der Bohrlochmitte nach dem Bohrlochrand
hin betrachtet, allmählich ansteigend ausgebildet sei; auf diese Art erhält die
gesamte Brechrolle eine konische Form.
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Die Erfindung .weist damit den Weg zu einem gegenüber dem Bekannten
außerordentlich wirtschaftlichen Bohrbetrieb. An Stelle einer großen Anzahl von
verschiedenartigen Brechrollen werden jetzt nur noch verschiedenartige Ringe benötigt,
die zu jeder beliebigen Kombination zusammengestellt werden können. Ganz besonders
vorteilhaft tritt dies bei Beschädigungen von Schmeidrippen zutage; anstatt eine
ganze Brechrolle austauschen zu müssen, braucht lediglich ein einzelner Ring ausgewechselt
zu werden.
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So kann z. B. die ringförmige Schneidrippe, die bisher zwar schon
über ihren Umfang verteilte Unterbrechungen aufweist, eine unterschiedliche Höhe
aufweisen. Dadurch wird beim Abrollen der Brechrolle auf der Bohrlochsohle einmal
die Keilkraft allmählich gesteigert, zum anderen tritt zusätzlich ein schlagend
wirkender Effekt auf, wenn die höchste Stelle der Schneidrippe abgerollt ist und
die Brechrolle auf die kleinere Höhe des neu folgenden Schneidrippenteils heruntergezogen
wird. Gewiß hätten sich Schneidrippen dieser Art auch an Brechrollen die in der
herkömmlichen Weise aus einem Stück hergestellt wurden, ausbilden lassen, doch.
wäre eine -solche Fertigung schwierig und teuer gewesen.
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Eine weitere, neuartige Möglichkeit der Schneidrippenausbildung bietet
die Erfindung in bezug auf deren Richtungsverlauf. Bisher haben die Schneidrippen
bei den ringförmig verzahnten Brechrollen eine Richtung, die um genau 90° zur Brechrollenachse
verläuft.
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Bei Gesteinsarten, die einen kristallinen oder geschichteten Aufbau
besitzen und die zu leichterem Absplittern unter einer Keilwirkung neigen, ist es
wichtig, daß die Keilwirkung in der günstigsten Angriffsebene ausgeübt. wird. Beim
Erweitern eines Bohrloches in einem solchen Gestein wird die optimale Keilwirkung
von einer Brechrolle mit einer oder mehreren ringförmig angeordneten Schneidrippen
jedoch fast nur an zwei nahezu punktförmigen Stellen, die sich im Bohrloch genau
gegenüberliegen, ausgeübt. Die Erfindung sieht nun vor, Brechrollen aus Ringelementen
zusammenzustellen, auf denen die Schneidrippen nicht genau senkrecht zur Achse,
sondern unter einem Winkel hierzu verlaufen. Dabei kann sich dieser Winkel auch
über den Bereich der Schneidrippe verändern, so daß die Schneidrippe einen gekrümmten
Verlauf erhält. Durch eine solche Ausgestaltung wird der Bereich der Keileinwirkung
bei gerichteter Splitterbarkeit eines Gesteins beim Abwälzen der Brechrolle erweitert.
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Es ist an und für sich bekannt, der Verzahnung von Rollen der Rollenmeißel
unterschiedlichste Form und Richtung zu verleihen. So sind die Zähne bisweilen nicht
nur genau axial oder senkrecht hierzu, sondern unter jeden beliebigen Winkel gestellt;
auch bogenförmige Zahnformen sind bekannt. Die Herstellung solcher kompliziert verzahnter
Rollen ist außerordentlich schwierig und damit teuer. Durch die vorliegende Erfindung
wird die Herstellung solcher Zahnformen wesentlich vereinfacht; weil sich--die Zähne
nur auf einzelnen Ringen befinden.
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In den Zeichnungen sind beispielhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt; sie seien an ihnen nachstehend näher erläutert.
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F i g. 1 stellt einen Längsschnitt durch eine Brechrolle eines Erweiterungsbohrwerkzeuges
dar. Auf einem zylindrischen Körper 1 sind vier Ringe 2, 3, 4
und.
5 aufgeschoben, -die je mit einer um den ganzen Umfang mit Unterbrechungen versehenen
Schneidrippe 6 ausgebildet sind. Mit 7 ist eine Abdeckplatte, mit 8 die Innenbohrung
der Brechrolle bezeichnet, in welche die Kugel- bzw. Rollenlager und der Achsbolzen
angeordnet werden. Dabei haben die Schneidrippen der Ringe 2, 3,4 und
5 einen immer kleiner werdenden Durchmesser, so daß die Brechrolle eine konische
Form erhält.
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F i g. 2 stellt gleichfalls einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß
ausgestaltete Brechrolle dar. Die aufschiebbaren Ringe 2 und 4 besitzen
wiederum eine um den Umfang mit Unterbrechungen versehene Schneidrippe, während
die Ringe 9 und 10
lediglich Distanzringe darstellen. Auf diese Weise ist
eine Brechrolle mit zwei Schneidrippen gebildet worden. Wäre an Stelle des Ringes
4 ein weiterer Distanzring angeordnet worden, so hätte man eine Brechrolle gestaltet,
die nur eine Schneidrippe besitzt.
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F i g. 3 stellt die Ansicht eines Ringes, in Richtung der Brechrollenachse
gesehen, dar, und zwar mit einer um den Umfang mit Unterbrechungen 11, 12,13,14
und 15 versehenen Schneidrippe. Dabei steigt die Höhe jedes der durch die Unterbrechungen
gebildeten Teilstücke 16,17,18,19 und 20 der Schneidrippe von einem
Mindestwert a zu einem Höchstwert b an. Unter dem von der Bohrmaschine
ausgeübten Andruck wird daher jedesmal auf das Gestein ein Schlag ausgeübt, wenn
beim Abrollen der Übergang von der höchsten Stelle b des im Angriff befindlichen
auf die niedrigste Stelle a des nächsten Teilstückes erfolgt.
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Mit 21 und 22 sind Keilnuten bezeichnet, welche eine Keilverbindung
mit dem zylindrischen Körper 1 (F i g.1 und 2) ermöglichen. An Stelle einer solchen
Keilverbindung könnte natürlich zwischen Rollenkörper 1 und den Ringen auch jede
andere Steckverbindung, die ein Mitnehmen bei der Drehbewegung sicherstellt, Anwendung
finden.
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Eine Ansicht von oben auf eine aus einzelnen, verschiedenen Ringelementen
23, 24, 25 und 26 zusammengesetzte Brechrolle stellt F i g. 4 dar.
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Ring 23 ist mit einer genau senkrecht zur Rollenachse auf dem Umfang
verlaufenden Schneidrippe versehen, die durch die Unterbrechungen 11 und 15 in die
Teilstücke 16,19 und 20 untergliedert ist.
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Bei dem Ring 24 sind die Teilstücke 27,28 und 29 zur Rollenachse
etwas schräg gestellt, während bei dem Ring 25 die Teilstücke 30, 31 und
32 neben der Schrägstellung noch zusätzlich einen in sich gekrümmten Verlauf besitzen.
Rolle 26 trägt keine Schneidrippe, sie ist entweder lediglich als Distanzstück eingesetzt,
oder kann aber auch als auf die Bohrlochkante wirkende Druckrolle ausgebildet sein,
zu weichem Zweck sie einen größeren Durchmesser besitzen sollte.
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Mit der vorliegenden Erfindung ist die Anfertigung von Brechrollen
für Erweiterungsbohrwerkzeuge gegenüber den -bisher gebräuchlichen Brechrollen stark
vereinfacht und damit billiger geworden; der Bohrbetrieb kann, insbesondere auch
hinsichtlich
der Reparaturen, erheblich wirtschaftlicher gestaltet
werden.