DE1212463B

DE1212463B - Breaking roller for extension drilling tools

Info

Publication number: DE1212463B
Application number: DEG34186A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Albrec Dipl-Berging; Dipl-Ing Willibald Kamm
Original assignee: DIPL BERGING DR ING E H ALBREC; GRETE NUESSE GEB KNUTH
Current assignee: DIPL BERGING DR ING E H ALBREC; GRETE NUESSE GEB KNUTH
Priority date: 1962-02-05
Filing date: 1962-02-05
Publication date: 1966-03-17

Description

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.Breaking roller for extension drilling tools For widening boreholes, In particular in underground operations, boring or extension drilling tools are used used with break rollers. For a long time, expansion drilling had drained the rollers, i.e. the actual drilling process on the bottom of the borehole, are not satisfactory can. The direction of attack of the teeth of the axially toothed rollers seems to be there notch in the direction of rotation of the rollers and that of each tooth when it hits the Notch impact exerted on the bottom of the borehole and its effect on the solid surface of the rock is not going to be very useful. Furthermore, when preparing a hole observe with the expansion stages that the broken rock, and that is This is particularly the case with increasing cuttings, often not quickly enough of the flushing water is flushed away from the wellbore floor and subsequent ones Chisel rolls must be re-shredded. This is particularly subject to abrasive Obviously the chisel teeth sand a substantial, useless, additional one Wear and tear. In addition, there is also a stress on the bearings of the rollers and as a result, the service life of the chisels is reduced, combined with an increase in length the drilling time. Based on these observations, the idea of a different arrangement arose to make teeth with advantage for widening drilling; run with this the teeth ring-shaped on the circumference of the roller. Depending on the type of piercing The teeth have different heights and / or widths of rocks Wedge angles can be designed differently.

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.It has also been tried with success, with just one To widen the tooth drill holes arranged on the circumference of the crushing rollers. It works pressing the smooth surface of the roller between the tooth and the edge of the borehole onto the rock.

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.A drilling tool has become known that, although not for expanding of large boreholes, but simply intended for drilling holes in the rock is. This tool already has an annular tooth shape on the crushing roller with radial teeth combined by: one this combined crushing roller from two individual rollers, namely one with a ring toothing and one with radial toothing, composed.

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.The present invention includes a break roller for boring tools for enlargement drilling, in which the teeth or cutting ribs are ring-shaped on the circumference are arranged, and is characterized in that the breaking roller consists of a cylindrical Base body and crushing rings which can be pushed on and exchangeably arranged consists.

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.Depending on the type of rock to be drilled and the geological conditions accordingly, the breaker rollers of conventional construction receive one or more cutting ribs arranged in a ring on the circumference. These in turn can relate to the height of the cutting rib, its wedge angle or in relation to the material which they are made vary. For the practical drilling operation therefore had to so far a large number of different breaker rollers are manufactured. Stepped If there was damage to only one cutting rib when drilling, that was the case Entire breaker roll unusable and had to be exchanged for a new one.

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.In relation to these known ones, the one designed according to the invention Breaking roller has considerable advantages. By simply sliding rings onto the Roll bodies can now be put together breaker rolls, which the respective Correspond to drilling conditions. For example, you can have multiple rings without a cutting rib combined with a ring with a cutting rib to form a so-called "single-tooth roller" will. The ring with the cutting rib can be arranged in different places so that there are different distances between the cutting rib exerting the wedge effect seen from the edge of the borehole, have it adjusted. But only rings can be used Cutting ribs use find so that a multiple acting Breaking roller is created: From the many possible combinations, for example mentions that the rings placed on a breaker roller are different have high cutting ribs, the height of which is from the center of the borehole to the edge of the borehole considered, gradually increasing; in this way the entire crushing roller has a conical shape.

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.The invention thus shows the way to what is known extremely economical drilling operation. Instead of a large number of different types of crushing rollers are now only required different types of rings, which can be put together in any combination. Most notably this is advantageous when the ribs are damaged; instead of one To have to replace the entire breaker roller, only a single ring needs to be replaced to become.

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.So z. B. the annular cutting rib, which has already been has interruptions distributed over its circumference, a different height exhibit. As a result, when the break roller rolls on the bottom of the borehole once the wedge force gradually increased, on the other hand there is an additional impact effective effect when the highest point of the cutting rib is unrolled and the breaker roller pulled down to the smaller height of the newly following cutting rib part will. Certainly cutting ribs of this kind would also have been found on break rollers in the conventional way made from one piece, can be trained, but. Such a production would have been difficult and expensive.

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.Another, new possibility of cutting rib formation offers the invention in relation to the course of the direction. So far the cutting ribs have In the case of the annularly toothed breaker rollers, a direction that is exactly 90 ° to the breaker roller axis runs.

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.For rock types that have a crystalline or stratified structure and who are prone to chipping more easily under a wedge effect, it is It is important that the wedge effect is exerted in the most favorable plane of attack. will. At the Widening a borehole in such rock will create the optimal wedge effect from a crushing roller with one or more annularly arranged cutting ribs but almost only at two almost punctiform points that are exactly in the borehole opposite, exercised. The invention now provides for breaking rollers made of ring elements put together on which the cutting ribs are not exactly perpendicular to the axis, but run at an angle to this. This angle can also be Change over the area of the cutting rib so that the cutting rib is a curved one Course receives. Such a configuration makes the area of the wedge action expanded in the case of directed splinterability of a rock when rolling the crushing roller.

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.It is known in and of itself, the toothing of rollers of the roller bit to give a wide variety of shapes and directions. Sometimes the teeth are not like that only exactly axially or perpendicular to it, but placed at any angle; Arched tooth shapes are also known. The production of such complicated interlocking Rolling is extremely difficult and therefore expensive. Through the present invention the production of such tooth shapes is significantly simplified; because - the teeth are only on individual rings.

In den Zeichnungen sind beispielhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes dargestellt; sie seien an ihnen nachstehend näher erläutert.The drawings show exemplary configurations of the subject matter of the invention shown; they are explained in more detail on them below.

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.F i g. 1 shows a longitudinal section through a breaking roller of an expansion drilling tool. On a cylindrical body 1 there are four rings 2, 3, 4 and. 5 pushed on, -which are each formed with a cutting rib 6 provided with interruptions around the entire circumference. 7 with a cover plate, with 8 denotes the inner bore of the breaker roller, in which the ball or roller bearings and the axle bolt are arranged. The cutting ribs of the rings 2, 3, 4 and 5 have an ever smaller diameter, so that the breaking roller is given a conical shape.

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.F i g. 2 also shows a longitudinal section through a breaker roller designed according to the invention. The push-on rings 2 and 4 again have a cutting rib provided with interruptions around the circumference, while the rings 9 and 10 merely represent spacer rings. In this way a break roller with two cutting ribs has been formed. If a further spacer ring had been arranged in place of the ring 4, a breaking roller would have been designed which has only one cutting rib.

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.F i g. 3 shows the view of a ring, seen in the direction of the breaking roller axis, with a cutting rib provided around the circumference with interruptions 11, 12, 13, 14 and 15. The height of each of the sections 16, 17, 18, 19 and 20 of the cutting rib formed by the interruptions increases from a minimum value a to a maximum value b . Under the pressure exerted by the drilling machine, a blow is therefore exerted on the rock every time when the transition from the highest point b of the section under attack to the lowest point a of the next section occurs during rolling.

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.With 21 and 22 keyways are designated which have a key connection with the cylindrical body 1 (F i g.1 and 2) allow. Instead of one Wedge connection could of course also any between the roller body 1 and the rings other plug-in connection, which ensures that it is carried along during the rotary movement, application Find.

Eine Ansicht von oben auf eine aus einzelnen, verschiedenen Ringelementen 23, 24, 25 und 26 zusammengesetzte Brechrolle stellt F i g. 4 dar.A top view of one of several individual ring elements 23, 24, 25 and 26 composite breaker roller represents F i g. 4 represents.

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.Ring 23 is exactly perpendicular to the roller axis on the circumference extending cutting rib provided through the interruptions 11 and 15 in the Sections 16, 19 and 20 is subdivided.

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.In the case of the ring 24, the sections 27, 28 and 29 are slightly inclined to the roller axis, while in the case of the ring 25, the sections 30, 31 and 32, in addition to the inclination, also have a curved course. Roller 26 does not have a cutting rib, it is either used only as a spacer, or it can also be designed as a pressure roller acting on the edge of the borehole, for which purpose it should have a larger diameter.

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.With the present invention is the manufacture of breaker rolls for extension drilling tools compared to the previously used breaker rollers simplified and thus cheaper; the drilling operation can, in particular, too regarding of repairs, made much more economical will.

Claims

Claims: 1. Breaking roller for extension drilling device with one or more cutting ribs running in a ring around the circumference of the breaking roller and having a wedge-shaped profile, characterized in that the breaking roller consists of a cylindrical base body (1) and breaker rings (2 , 3, 4, 5, 23, 24, 25). z. Breaking roller according to Claim 1, characterized by spacer rings (9, 10, 26) optionally arranged between the breaking rings. 3. breaking roller according to claim 1, characterized in that the breaking rings in per se. known manner are divided into sections and that the height of each section (16, 17, 18, 19, 20) increases from a minimum value (a) to a maximum value (b). 4. breaking roller according to claims 1 to 3, characterized in that the sections are inclined in a known manner (27, 28, 29) or slightly arcuate (30, 31, 32) are formed. References considered: U.S. Patent No. 2,998,857; "Glückauf", 1961, pp. 830 to 833.