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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf Erweiterungsbohrer und dabei insbesondere auf Öffner mit einer solchen Gestaltung, mit der man den Durchmesser von Bohrlöchern vergrößern kann.
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Bohrungen besitzen im allgemeinen gebohrte Löcher und anschließend wird das Loch für den gewünschten Anwendungszweck vergrößert, und zwar mit Lochöffnern und Erweiterungsbohrern bzw. Ausräumern, die so gestaltet sind, dass sie den Durchmesser einer ursprünglichen Bohrung oder Führungsbohrung vergrößern können. Die meisten Öffner oder Erweiterungsbohrer bzw. Ausräumer, welche dem Anmelder bekannt sind, sind Vorrichtungen, welche Schneid- oder Ausräumflächen haben, die an am Öffnerkörper montierten Unterstützungsarmen montiert sind und bei denen zur Unterstützung des rotierenden Cutter-Kopfes, Schneid- oder Ausräumwerkzeugs, Bohrmeißels o. dgl. nach innen zu ausgerichtet ist. Während der Öffner sich durch die zu öffnende Formation bewegt, verschleißt der Abrieb und die Belastung, welche derartige Körper erfahren, die Außenflächen der Unterstützungsarme, und das kann schließlich zu einem Ausfall der Unterstützungsarme führen.
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Die normalen Betriebsprobleme konventioneller Lochöffner oder Erweiterungsbohrer bzw. Ausräumer werden beim Bohren von horizontalen oder nahezu horizontalen Anwendungsfällen verschärft. Bei derartigen Situationen können die Belastungs- und Verschleißcharakteristiken in Bezug auf die Unterstützungsarme frühen und katastrophalen Ausfall der Armstrukturen bewirken, und dies resultiert oft in einem Verlust der Cutter u. dgl. im Bohrloch selbst. Bei horizontalen oder nahezu horizontalen Anwendungsfällen üben ferner die Unterstützungsarme konventioneller Öffner zusätzliches Drehmoment auf den rohrförmigen Strang aus, welcher den Körper des Lochöffners trägt. Diese Probleme können sowohl Ausfall der Unterstützungsarme als auch Verlust der Cutter u. dgl. im Loch bewirken, und das erfordert kostspielige Reparatur- und Bergungsarbeiten und verzögert die Fertigstellung des Betriebes.
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Auch verdienen sonstige ökonomische Betrachtungsweisen nähere Überlegung. Bei den konventionellen Lochöffnern ist die Ausgestaltung deren Körpers im Wesentlichen auf nur eine Abmessung des Durchmessers abgestimmt. Die Gestaltung der konventionellen Lochöffner erlaubt es nicht, alternative Abmessungen von Löchern mit demselben Körper herzustellen, da die Spannweite der Unterstützungsarme nur auf eine Abmessung der Cutter o. dgl. passt. Wenn alternative Lochdurchmesser gewünscht werden, muss zum Öffnen des Loches ein ganzer neuer Körper besorgt werden. Dies erfordert zusätzliche Wege in das Loch hinein und aus dem Loch heraus, um den Öffner und den Cutter-Körper zu wechseln. Ferner sind übliche Lochöffner so ausgelegt, dass sie in Führungslöchern arbeiten, die so vorbereitet sein müssen, dass sie an das große Profil des Unterstützungsarmes und des Cutters passen. Das größere Führungsloch erfordert eine größere Abmessung der Bohrerspitze bei der anfänglichen Bohroperation, und das ist kostspieliger als wenn man mit einer schmaleren Bohrerspitze bohrt. Schließlich ist der Wechsel der Cutter o. dgl. an konventionellen Lochöffnern zeitaufwendig, falls überhaupt durchführbar, und erfordert oft Reparaturarbeiten am Öffnerkörper und den Unterstützungsarmen infolge von Beschädigungen, welche durch Stifte und Verriegelungseinrichtungen bewirkt werden, die zur Befestigung der Cutter o. dgl. am konventionellen Öffnerkörper benutzt werden. Konventionelle Öffner haben typischerweise angeschweißte Unterstützungsarme, welche die Cutter o. dgl. tragen, und ein Abbau der Cutter o. dgl. ist dann verbunden mit einem Abbau der Unterstützungsarme und einem Wiederanschweißen neuer Unterstützungsarme nach Ersetzung der Cutter o. dgl. selbst. Ein derartiger außerordentlicher Aufwand an Arbeit führt im Allgemeinen dazu, dass gebrauchte oder beschädigte konventionelle Lochöffner eher als Schrott behandelt als repariert werden.
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Aus der Druckschrift
DD 202620 ist eine Bohrvorrichtung zum Tief- oder Schachtbohren bekannt, die einen Bohrkopf aufweist, welcher mit in radialer Richtung vorspringenden Achszapfen versehen ist, an welchen eine drehbare Schneideinrichtung angebracht ist. Diese Bohrvorrichtung kann zur Erweiterung eines Loches um einen festen Wert dienen. Wenn eine Erweiterung eines Loches um einen anderen Wert gewünscht ist, ist die komplette Bohrvorrichtung zu wechseln.
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Aus der Druckschrift
US 3,016,099 ist ein Erweiterungsbohrer bekannt, der einen rohrförmigen Körper umfasst, an dem mehrere freitragende Achszapfen abstehen. An den Achszapfen ist jeweils eine Schneidrolle befestigt. Die Achszapfen dieses Erweiterungsbohrers sind mit dem rohrförmigen Körper verschweißt, was Nachteile hinsichtlich der Stabilität mit sich bringt. Ferner lehrt diese Druckschrift nicht, einen rohrförmigen Körper eines Erweiterungsbohrers an seinen beiden Enden jeweils mit einem Gewinde zu versehen, so dass der Körper in einen Bohrstrang integriert werden könnte.
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DE 43 04 835 C2 beschreibt ebenfalls einen Erweiterungsbohrer, welcher Lagerzapfen mit austauschbaren Schneidrollen aufweist. Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Erweiterungsbohrer sind die Lagerzapfen lediglich in Öffnungen eingeschoben. Zur Befestigung der Lagerzapfen in den Öffnungen dienen Keile. Die Vorrichtung gemäß dieser Druckschrift ist so ausgelegt, dass die Schneidrollen nach einmaligem Gebrauch verworfen werden. Die abgenutzten Schneidrollen werden durch neue Schneidrollen identischer Größe ersetzt. Die Lagerzapfen der Vorrichtung können nach Abnutzung gegen neue Lagerzapfen gleicher Größe ausgetauscht werden. Allerdings ist es nicht möglich, Lagerzapfen unterschiedlicher Größe in den rohrförmigen Körper zu integrieren, da die Ausmaße durch die Öffnungen im rohrförmigen Körper vorgegeben sind.
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DE 18 17 809 beschreibt einen Rollenmeißel zur Erweiterung von Bohrungen. Die hier beschriebenen Rollenmeißel weisen Lagerzapfen auf, deren Größe durch Bohrungen in Tragarmen an einem Grundkörper vorgegeben ist. Somit ist bei dieser Vorrichtung kein Auswechseln von Lagerzapfen mit Schneidrollen unterschiedlicher Größe möglich.
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DE 11 22 468 beschreibt ein Aufbohrgerät mit Rollen. Diese Druckschrift ist für den Erfindungsgegenstand als nächstliegender Stand der Technik anzusehen. Das in dieser Druckschrift beschriebene Aufbohrgerät unterscheidet sich von dem erfindungsgemäßen Erweiterungsbohrer u. a. dadurch, dass es keine integralen freitragenden stützenden Achszapfen aufweist, die mit einem rohrförmigen Körper einstückig verbunden sind. In der genannten Druckschrift wird lediglich ein Aufbohrgerät mit einem Körper beschrieben, der in voneinander unabhängige Einzelkörper unterteilt ist, die miteinander lösbar verbunden sind. Zwischen jeweils zwei dieser Einzelkörper kann jeweils eine Schneidrolle mit ihrer Achse eingeklemmt werden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin zu sehen, einen Erweiterungsbohrer zur Verfügung zu stellen, der eine höhere Stabilität aufweist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Achszapfen des erfindungsgemäßen Erweiterungsbohrers einstückig mit dem Körper verbunden sind, so dass der gesamte Körper und die Achszapfen aus einem einzigen Stück gefertigt sind. Damit ist der erfindungsgemäße Erweiterungsbohrer wesentlich stabiler und robuster als der in
DE 11 22 468 beschriebene Erweiterungsbohrer.
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Ziele und Vorteile
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Entsprechend kann man verschiedene Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung leicht aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung herleiten.
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Da die vorliegende Erfindung solche Unterstützungsarme, die früher die Cutter o. dgl. unterstützten, eliminiert hat, kann bei Bedarf eine Reparatur der Cutter o. dgl. schnell und kostengünstig erfolgen. Es ist möglich, einen einzigen Cutter-Körper zur Verwendung für viele Lochöffnungen mit verschiedener Abmessung zu benutzen, indem Cutter mit einer vorhandenen Abmessung einfach durch größere oder kleinere Cutter o. dgl. ersetzt werden. Die Kosten bei der Ersetzung beschädigter Cutter o. dgl. sind signifikant kleiner als bei Ersetzung der ganzen Lochöffneranordnung. Die verkleinerte Abmessung des Körpers, welcher die Cutter o. dgl. trägt, vermindert signifikant das Gewicht und begünstigt dadurch die Tragbarkeit des Lochöffners. Konventionelle Lochöffner erfordern nämlich wegen ihrer Masse eine spezielle Handhabung bei ihrer Installation und Ersetzung am Betriebsort. Nach der vorliegenden Erfindung erreicht man demgegenüber eine Kompaktheit und signifikante größere Leichtigkeit als bei konventionellen Vorrichtungen, was einfache Installation, einfachen Abbau und einfache Ersetzung ermöglicht.
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Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß allein die Cutter o. dgl. an der zu schneidenden bzw. abzuräumenden Formation angreifen. Die konventionellen Cutter waren ja durch Unterstützungsarme unterstützt, welche das distale bzw. ferne Ende des Körpers des Cutters o. dgl. stützten. Nach der vorliegenden Erfindung ist der Cutter o. dgl. (Schneidwerkzeug, Ausräumer, Bohrmeißel etc.) durch den frei tragenden bzw. frei auskragenden Achszapfen (Spindel, Welle) unterstützt, und das macht das Profil des Cutters o. dgl. innerhalb der Ringstruktur kompakter, da kein Nachziehen des Unterstützungsarmes hinter der durch den Cutter o. dgl. geöffneten Struktur mehr erfolgt. Dieses Merkmal führt auch zu einer Reduzierung der Nachziehwirkung und des auf den Körper selbst und auf den ganzen Bohrstrang ausgeübten Drehmomentes, was wiederum zur Reduzierung mechanischen Verschleißes an der Bohranordnung infolge der Betriebsweise führt. Das rohrförmige Glied, welches den Lochöffner trägt, erfährt somit weniger Drehmomentrückwirkung als bei konventionellen früheren Lochöffnern und erfordert weniger mechanische Energie zum Öffnen des Loches auf den gewünschten Innendurchmesser.
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Da die Cutter o. dgl. ausgewechselt werden können, um unter Verwendung desselben Öffnerkörpers alternative Schneid- oder Ausräumflächen vorsehen zu können, besteht ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass derselbe Öffnerkörper an zahlreiche Lochabmessungen angepasst werden kann. Dieses Erfindungsmerkmal erlaubt es, einen einzigen Öffnerkörper an einem Betriebsort mitzunehmen und im Verlauf des ganzen Bohrprozesses zu verwenden, wobei lediglich eine Nachrüstung oder Neuanpassung durch Ersetzung von Cutter o. dgl. mit alternativen Schneid- oder Ausräumcharakteristiken oder Schneid- bzw. Ausräumflächen für alternative Durchmesser erfolgt.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Möglichkeit, ein schmaleres Ursprungs- bzw. Führungsloch zu benutzen, um den Anfangsweg für den Bohrer zu schaffen. Da das Profil des gesamthaften Außendurchmessers des Öffnerkörpers schmaler als bei konventionellen Öffnern ist, kann man ein schmaleres und deshalb auch ökonomischeres Anfangs- bzw. Führungsloch bohren. Das Bohren eines schmaleren Anfangs- oder Führungsloches kann schneller durchgeführt werden als das Bohren eines Anfangs- bzw. Führungsloches mit größerem Durchmesser und kann mit einem kleineren Bohrgestänge bzw. Bohrturm durchgeführt werden, was auch zu größerer Wirtschaftlichkeit führt.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt erkennbar darin, dass man abgenutzte Cutter o. dgl. leicht und schnell durch Personal am Bohrgestell durch Abschrauben der abgenutzten Cutter o. dgl. und erneutes Aufschrauben der zur Ersetzung dienenden Cutter o. dgl. ersetzen kann, ohne Spezialwerkzeuge oder Spezialeinrichtungen sonstiger Art zu benötigen. Bei konventionellen Lochöffnern und Ausräumern bzw. Erweiterungsbohrern wurde typischerweise die Gesamtanordnung zu einer zentralen Werkstatt für Reparatur- oder Ersetzungszwecke zurückgegeben, wenn sich die Notwendigkeit ergab, abgenutzte Cutter o. dgl. zu wechseln.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Perspektivzeichnung des Gebrauchs eines Lochöffners zur Vergrößerung des Durchmessers eines Loches, welches unter einem Wasserkörper zuvor gebohrt wurde.
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2 ist eine Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik mit Darstellung der relativen Versetzung des Cutter-Arms, der Führung und des Cutters o. dgl. selbst an der bekannten Vorrichtung.
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3 zeigt einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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4 zeigt einen Querschnitt der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach der Linie 4-4 von 3.
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5 ist eine weitere Stirnansicht der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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5A ist eine Schemazeichnung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Darstellung der Beziehung zwischen der Winkelstellung des Achszapfens (Spindel, Welle) und der Winkelstellung der Stirnfläche des Cutters o. dgl.
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6 zeigt einen Teilquerschnitt einer alternativen Ausführungsform der Erfindung mit Darstellung der Montageweise des Cutters o. dgl. auf einer Führung.
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7 ist eine Ansicht in Axialrichtung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung mit Darstellung einer alternativen Type eines Cutters o. dgl. in Anwendung bei der Erfindung.
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Beste Art der Ausführung der Erfindung in der Praxis
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Eine Ausführungsform der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird im Einzelnen in der Betriebsweise beschrieben. Die Anwendung des Lochöffners ergibt sich aus der Darstellung in 1, welche eine Betriebsweise mit Unterquerung eines Flusses darstellt; dabei ist vorher ein Anfangs- oder Führungsloch 90 mittels eines Bohrgestelles 91 gebohrt worden und dann ist eine Öffnung des Loches auf einen größeren Durchmesser erwünscht. Der Lochöffner wird dann eingesetzt zur Öffnung des durch das anfängliche Unterführungsloch gebildeten Loches auf den gewünschten Innendurchmesser. Wenn der Betrieb dazu dienen soll, ein Hindernis wie den in 1 dargestellten Fluss zu untergraben, an dessen Stelle auch eine Autobahn oder eine andere Behinderung treten kann, ist der Lochöffner nach der vorliegenden Erfindung schmal und leicht genug, um von Hand angeschraubt werden zu können, und er kann entweder am Eintritt 92 der rohrförmigen Struktur oder an deren Austrittsseite 93 angebracht werden, da das rohrförmige Glied (des Rohröffners) mit dem ursprünglichen oder Führungsloch außer Eingriff bleibt und dadurch zusätzliche Zeit bei der gesamten Bohroperation eingespart wird. Es ergibt sich ferner leicht, dass die hier offenbarte Erfindung auch bei jeder sonstigen Art einer Bohroperation Anwendung finden kann, sei es horizontal oder vertikal, und der Anwendung der Darstellung gemäß 1 liegt nicht die Absicht zugrunde, die Anwendbarkeit der Erfindung auf diese Art des Bohrens allein zu beschränken. Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mehr im Einzelnen anhand der 3, 4 und 5 beschrieben.
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2 beschreibt eine typische Vorrichtung nach dem Stand der Technik, die zum Öffnen eines Bohrloches Anwendung findet. Der Erweiterungsbohrer ist gewindemäßig mit einem Bohrstrang mittels des Zapfens 100 und dem Buchsenende 100' in Eingriff und wird in die brunnenartige Bohrung abgelassen. Die Hilfsführung 94 leitet und zentriert den Erweiterungsbohrer im Loch und der Cutter 95 (das Schneidwerkzeug, der Bohrmeißel u. dgl.) tritt in Eingriff mit der Oberfläche, die vergrößert werden soll. Der Cutter 95 ist auf einem Stift 96' unterstützt, der durch ein Stützarmglied 96 getragen wird. Während der Cutter 95 gedreht wird, um die zu öffnende Oberfläche abzuschneiden, auszubohren oder auszufräsen sowie zu zerschlagen bzw. zu zerbrechen, reinigt die Ausström- bzw. Ausspritzanordnung 97 das zertrümmerte Material um die Stirnfläche des Cutters und der ausgeräumte Abfall wird durch die Fluidströmung im Ringraum nach oben gefördert. Dem Unterstützungsarm folgend ist in einem umfänglichen Abstand ein Schleifring 98 vorgesehen, der kopfseitig bzw. außenseitig mit einer gehärteten Stirnfläche ausgestaltet ist, wie einer aus Carbid, die auf dem vom Cutter geöffneten Ringraum reitet und dafür sorgt, dass der Cutter stabil bleibt und eine seitliche Abstützung des kritischen Stützarms 96 erfolgt.
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Wenn die schleifmittelartig wirkenden Materialien hinter den Stützarm zurückfließen, erleidet dieser Arm selbst Abnutzung und wird manchmal ausfallen, so daß der Cutter sich sogar in dem Loch lösen bzw. in diesem herausgeschlagen werden kann; das erhöht die Zeitspanne zum Wiederfinden und Wiedergewinnen des Körpers und sonstiger verlorener Teile erheblich. Selbst eine Winkelbewegung des Stiftes 96' in dem abgenutzten Stützarm wird den Cutter erheblichen Kräften unterwerfen und zu Ausfall führen können. Die Vorrichtung des Stands der Technik gemäß 2 ist typisch für Erweiterungsbohrer und Lochöffner des Stands der Technik.
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Wie in 3 dargestellt ist, ist die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf einem rohrförmigen Glied oder Körper 1 aufgebaut, der mit einem/einer standardmäßigen Gewindesockel 5 bzw. Gewindebuchse 5 und Gewindezapfen 7 ausgebildet ist, um den Körper 1 in einem Bohrstrang anzubringen und es zu ermöglichen, durch die Gewindebohrung entweder gedrückt oder gezogen zu werden, wie dies erwünscht oder erforderlich ist. Während dieses Betriebes nimmt das rohrförmige Glied 1 durch sich hindurch Bohrfluide auf, um in der Bohrung zirkuliert und dann aus der Bohrung und zurück zur Erdoberfläche herausgepumpt zu werden, und zwar zusammen mit Abräummaterial, welches von der Öffnungsbetriebsweise resultiert. Wie in 3 ferner dargestellt ist, ist der Lochöffnerkörper 1 auf einem rohrartigen Glied aufgebaut und weist eine Mehrzahl oder Vielzahl von Düsenöffnungen 3 und Düsen 4 auf, um eine Ausström- oder Ausspritzzirkulation zu erzeugen und dadurch Abfall aus dem Bohrloch unter dessen Reinigung abzuführen. Die Ausström- oder Ausspritzdüse 4 kann ausgewechselt werden, um sie an eine unterschiedliche Mannigfaltigkeit von Pumpkapazitäten und hydraulische Programme anzupassen. Es versteht sich auch für den Fachmann, dass die Erfindung ebenfalls Anwendung finden kann bei pneumatischen bzw. mit Luft betriebenen Bohroperationen, und dann kann die Ausström- oder Ausspritzdüse so modifiziert werden, dass sie eine Ausbildung als Luftausblasdüsen für die Reinigung von Abfall aus der erzeugten Bohrung bzw. dem Bohrloch erhält.
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Das Glied oder der Körper 1 ebenso wie die Cutter- Schalen 9 (= Schneidrollen) sind aus jedem geeigneten hoher Beanspruchung gewachsenem Stahl gefertigt, wie dies an sich nach dem Stand der Technik allgemein bekannt ist. Die Cutter o. dgl. Können jede geeignete oder gewünschte Konfiguration haben, um die gewünschten Resultate zu erzeugen; vorzugsweise jedoch weisen sie eine Basis- oder Sohlenfläche auf, wie sie allgemein bei 2 dargestellt ist. Wenn die Cutter-Elemente auf dem dargestellten stützenden Achszapfen 6 positioniert sind, ragt die Sohlen- oder Basisfläche demgegenüber hervor oder erstreckt sich jedenfalls auswärts davon.
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Die Cutter-Elemente, der Cutter-Körper und Last aufnehmende Elemente sind nämlich von einer Mehrzahl oder Vielzahl frei tragender oder frei auskragender bzw. auslegerartiger unterstützender Achszapfen 6 unterstützt oder getragen, die integral auf dem rohrförmigen Körper 1 ausgeformt sind. Die Achszapfen 6 stehen dabei unter einem solchen Winkel, dass die Cutter-Elemente 11 gegenüber der Formation in gewünschter Weise exponiert sind.
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Wie in 3 dargestellt ist, ist der Lochöffner 1 von einem rohrförmigen Rohkörper ausgehend gestaltet, auf dem eine Mehrzahl auslegerartig frei tragender unterstützender Achszapfen 6 mit ausgebildet sind, die maschinell so nachbearbeitet sind, dass sie einzelne zugehörige Lagerzapfen 13 für den Cutter-Körper aufnehmen. Außerhalb der ausgenommenen Oberfläche 10 ist der frei tragende stützende Achszapfen 6 mit einem Gewinde versehen, um den Lagerzapfen 13 des Cutter- Körpers aufzunehmen, und maschinell so bearbeitet, um eine Verriegelungseinrichtung 29 zu schaffen, welche während des Betriebs den Lagerzapfen 13 für den Cutter-Körper daran hindert, außer Eingriff mit dem stützenden Achszapfen 6 zu kommen.
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Der Achszapfen 13 des Cutter-Körpers unterstützt die Cutter-Schale 9, die die Matrix schafft, auf der die gehärteten Cutter-Knöpfe oder Cutter-Warzen 11 fest angebracht sind. Die Cutter-Schale ist so gefertigt, dass sie außenseitig eine Lauffläche 24 für ein Kugellager und dabei eine Mehrzahl oder Vielzahl von Kugellager 26 vorsieht, die sowohl longitudinal als auch seitlich eine Last aufnehmende Lagerkapazität schaffen. Eine zusätzliche Lauffläche 19 eines Kugellagers und eine Mehrzahl oder Vielzahl von Kugellagern 21 schaffen zusätzliche Last aufnehmende Kapazität.
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Wie sich weiter aus 3 ergibt, werden die Cutter-Schale 9 und die zugehörige Schneid- oder Abräumfläche 2 in das ursprüngliche oder Führungsloch mit Hilfsführungen 50 eingeleitet, die den Cutter-Körper innerhalb des ursprünglichen oder Führungsloches, das vergrößert werden soll, zentrieren. Die Schale 9 des Cutter-Körpers wird drehbar an dem frei auskragenden stützenden Achszapfen 6 angebracht und ist auf einem Lagerzapfen 13 des Cutter-Körpers angeordnet, der über Schraubeingriff an dem stützenden Achszapfen 6 fest angebracht ist. Der Lagerzapfen 13 des Cutter-Körpers weist eine Mehrzahl oder Vielzahl von Last aufnehmenden Stützmitteln auf, um eine drehbare Unterstützung für den Cutter-Körper 9 in Form von Laufflächen für Rollen oder Kugellager zu bilden. Der Lagerzapfen 13 des Cutter-Körpers ist bei 15 und 17 durch Dichtungsmittel abgedichtet, um den Lagerflächen Schutz zu geben. Die Abdichtmittel sind standardisierte elastomere O-Ringe oder sonstige aus dem Stand der Technik bekannte Dichtungsmittel.
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4 zeigt die axiale Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung längs der Linie 4-4 von 3 unter Darstellung von drei Cuttern o. dgl. auf dem Glied 1, wobei jedoch diese Anzahl alleine zum Zwecke der Illustration dient. Wenn beispielsweise ein Lochöffner angewandt wird, um ein Bohrloch von sechs Zoll (ca. 15 cm) auf 12 Zoll (ca. 30 cm) zu vergrößern, kann man drei Cutter-Körper 2 einsetzen; wenn aber das Loch von siebzehn 1/2 Zoll (ca. 44 cm) auf zwanzig Zoll (ca. 50 cm) vergrößert werden soll, kann lediglich beispielsweise die Anzahl der Cutter-Körper vier oder fünf sein, wo jede andere Anzahl auch vorkommen kann zum Erreichen der jeweils gewünschten Resultate.
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Die Schneid- oder Abräumflächen 2 sind so angeordnet, um die Vergrößerung des Loches zu schaffen und einen maximalen freien Weg für die Reinigung des Abräumabfalls aus dem Bohrloch vorzusehen.
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Wie in 5 dargestellt ist, sind der Lagerzapfen 13 des Cutter-Körpers und die Cutter-Schale 9 auf dem frei auskragenden stützenden Achszapfen 6 gegeneinander durch verschiedene Last aufnehmende Lagermittel 21 und 26 unterstützt. Der Lagerzapfen 13 des Cutter-Körpers schafft gemäß 5 eine innere Kugellauffläche 19, wobei Kugellager 21 vorgesehen sind, und eine äußere Lauffläche 24 für Kugellager am Lagerzapfen, wobei Kugellager 26 vorgesehen sind. Der frei auskragende stützende Achszapfen 6 kann entweder integral von dem rohrförmigen Glied oder rohrförmigen Körper 1 gestaltet sein oder indem man einen stützenden Achszapfen in den ausgenommenen Bereich des rohrförmigen Körpers 1 durch Techniken einschweißt, die für den Fachmann gut bekannt sind. Nicht dargestellte zusätzliche Rollen- oder Walzenlagerglieder können zwischen der inneren Kugellagerfläche 19 und den Dichtmitteln 15 vorgesehen sein. Die Art und die Anbringungsweise dieser zusätzlichen Lager ist allgemein bei 25 in 6 gezeigt.
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Der in 5 dargestellte frei auskragende stützende Achszapfen 6 ist konisch und mit einem Gewinde zum Eingriff an dem Lagerzapfen 13 des Cutters versehen. Der stützende Achszapfen 6 bei der bevorzugten Ausführungsform sieht ferner eine Ausnehmung 29 vor, die exzentrisch zur Hauptachse des stützenden Achszapfens ist, um einen verriegelnden Eingriff mit einem hexagonalen Verriegelungspflock 36 zu schaffen. Der Verriegelungspflock 36 ist innerhalb des Lagerzapfens 13 mittels eines Halte- oder Sprengrings 33 befestigt, der einschnappend in der ausgenommenen Nut 35 sitzt. Der stützende Achszapfen 6 steht unter einem Winkel zu einer Linie rechtwinklig zum Cutter-Körper 1 im Bereich von 15° zu 25°. Bei dem Achszapfen der bevorzugten Ausführungsform ist dieser Winkel 20° unter Bezug auf eine Linie rechtwinklig zur zentralen Längsachse des Werkzeugkörpers 1. Der Lagerzapfen 13 weist ferner eine exzentrische hexagonale Ausnehmung 34 auf, in der nach Zusammenbau ein Verriegelungspflock 36 zu sitzen kommt. Die Ausnehmung 29 bietet dabei einen Sitz für den Verriegelungspflock 36 derart dar, dass er sich durch den Lagerzapfen 13 unter exzentrischem Eingriff in dem stützenden Achszapfen 6 erstreckt, um eine Rückwärtsbewegung oder einen Rücklauf des Cutters 9 o. dgl. beim Betrieb zu verhindern.
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Der Lagerzapfen 13 gemäß 5 weist ausgenommene Nuten 15 und 17 zur Aufnahme von elastomeren O-Ringen 15' und 17' auf, um den Eintritt von schleiffähigen Materialien aus der Umgebung des Ausräumvorgangs zu verhindern und Schmiermittel zurückzuhalten, die rund um den Lagerzapfen nach Zusammenbau packungsartig angeordnet sind. Der Lagerzapfen 13 weist ferner eine äußere Kugellagerlauffläche 24 auf, welche Last aufnehmende Lagerflächen sowohl für Längskräfte als auch Querkräfte aufweist, denen der Cutter beim Betrieb ausgesetzt ist. Eine Mehrzahl oder Vielzahl äußerer Kugellager 26 sind in den Körper des Lagerzapfens bei Zusammenbau und vor Eingriff mit dem frei auskragenden stützenden Achszapfen 6 einbezogen. Eine innere Kugellagerlauffläche 19 und eine Mehrzahl oder Vielzahl von Kugellagern 21 schaffen weitere Last aufnehmende Kapazität für den Cutter-Körper. Die inneren Kugellager 21 sind in der Lauffläche des Lagerzapfens durch den Haltepflock 23 festgehalten und werden ähnlich in den Körper 13 des Achslagers vor Eingriff mit den frei auskragenden stützenden Achszapfen 6 einbezogen oder eingebracht. Ein zusätzliches Rollen- oder Walzenlager (nicht dargestellt) kann in einem anderen Lagerlaufflächenbereich zwischen der inneren Kugellagerlauffläche und der unteren O-Ring-Nut 15 vorgesehen und zusammengebaut sein vor Eingriff des Cutter-Körpers auf dem unterstützenden Achszapfen in einer Art und Weise, die ähnlich ist zu den schon beschriebenen Kugellagern, wie es allgemein in 6 bei 25 dargestellt ist.
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Um zu ermöglichen, dass der Lochöffner in jeder Richtung in Gebrauch genommen werden kann, kann man den auskragenden stützenden Achszapfen 6 so mit einem Gewinde versehen, dass er sowohl rechtsgängige als auch linksgängige Gewinde oder auch beide Arten annimmt oder aufweist. Dadurch wird eine Benutzung des Lochöffners sowohl in einlaufender Weise als auch in auslaufender Weise möglich.
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Die zweiflächige bzw. einen Winkel zwischen zwei Flächen bildende Stirnfläche 2 der Cutter-Schale 9 gemäß 5, die zum Schneiden oder Ausräumen dient, ist mit einer Mehrzahl oder Vielzahl von aus Hartmetall oder speziell Wolframcarbid bestehenden Knöpfen oder Warzen 11 rings um die Peripherie der Schale versehen. Aus Carbid bestehende Verschleißknöpfe oder -warzen 12 sind an den fernen oder äußeren Ecken oder Kanten der Schale so ringsum angeordnet, dass sie unerwünschte Abnutzung an den Seitenflächen der Bohrlochwand vermeiden. Der Winkel zwischen den beiden Stirnflächen liegt zwischen 10° und 25° in Bezug auf die Tangente auf den äußersten Punkt an der Stirnfläche 2' des Cutters, welche parallel zur Rotationsachse des stützenden Achszapfens 6 ist. Wenn auch die bevorzugte Ausführungsform dargestellt ist mit einer zweiflächigen Stirnfläche unter einem Winkel von 15° gegenüber der Tangente an den äußersten Punkt der Cutter-Stirnfläche 2', können andere Winkel und allgemein auch gekrümmte Formen vorgesehen sein, um eine vergleichbare Wirkung der Stirnfläche des Cutters zu schaffen.
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Gemäß der Darstellung in 5A ist der Winkel A zwischen den beiden Flächen der Schneidstirnfläche mit dem Winkel B des Achszapfens so koordiniert, dass ein maximaler Betrag der Schneid- oder Abräumfläche, ein maximal geeigneter Kontaktwinkel mit der zu schneidenden bzw. auszuräumenden Formation und Freiraum der distalen bzw. fernen Ecke oder Kante des Cutters 9 mit dem Bohrloch WB geschaffen wird. Der Durchmesser des Cutters o. dgl. 9 muss so eingestellt werden, dass die Möglichkeit besteht, dass der Cutter o. dgl. zum Rollen kommt, ohne dass es an der äußeren Bohrungswand WB zum Scheuern oder Festfressen und zum Reinigungsverschleiß kommt, Abnutzung an der distalen oder fernen Ecke oder Kante minimal gehalten wird und unerwünschte Drehmomenteinwirkung vom Cutter ferngehalten wird, wenn dieser längs der außerhalb des Cutters liegenden Stirnfläche der Gewindebohrung geschleppt wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Winkel A zwischen den beiden Flächen 15° und der Winkel B des frei auskragenden stützenden Achszapfens 20°.
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Wie schon früher erwähnt, sind die Schneid- oder Abräumelemente gemäß den 3, 4 und 5 als Hartmetall- oder Wolframcarbidknöpfe bzw. -warzen dargestellt. Auf Wunsch kann die Cutter-Schale jede geeignete Konfiguration mit gehärteter Oberfläche haben, so, nur beispielsweise, einen Mahlzahn gemäß 11' in 7, wie sie im Stand der Technik allgemein bekannt sind. Cutter mit großem Mahlzahn werden typischerweise für weiche oder mittlere Formationen angewendet, während Anordnungen gemäß 5 mit harten Carbidknöpfen oder -warzen für härtere Felsenformationen Anwendung finden. Die Schneid- oder Abräumstirnflächen dieser Schalen sind aus jedem geeigneten und im Stand der Technik bekannten Hartmaterial gebildet, wie nur beispielsweise mit Stirnflächen aus gesintertem Hartmetall bzw. Wolframcarbid oder polykristallinem Diamant. Die Auswahl und Eignung solcher Materialien ist dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.
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Die 6 und 7 zeigen eine nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform zur Anwendung in Löchern mit großem Durchmesser und mit einer alternativen Form des Cutter-Körpers. 6 zeigt einen Lochöffner mit frei auskragendem oder frei kragendem Achszapfen 6a, der durch Schweißen an dem rohrförmigen Glied oder rohrförmigen Körper 1 fest angebracht ist. Der stützende Achszapfen 6a ist auf dem Körper ferner abgestützt durch die Hilfsführung 50 und den Keil 52, die sowohl mit dem Glied 1 als auch dem stützenden Achszapfen 6a verschweißt sind. 6 zeigt ferner eine alternative Anordnung, bei der der Lagerzapfen 13 des Cutters eine Mehrzahl oder Vielzahl von Last aufnehmenden Lagern aufweist, wie sie allgemein beispielsweise unter Einschluss von wenigstens einer Reihe von Rollenlagern 25 und zwei Kugellageranordnungen 21 und 26 dargestellt sind.
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6 zeigt ferner eine alternative Form der Ausström- bzw. Ausspritzdüse und der Öffnungsanordnung 4a. Diese ist geschaffen durch Anbringen dieser Düsen an den distalen oder fernen Enden der hohlen Glieder 5, die an dem Körper 1 angeschweißt sind und in beidseitiger Richtung Auslass des Fluids von dem Ringraum des Körpers 1 durch die Öffnung 3' und die Düse 4' in Richtung auf den benachbarten Cutter schaffen. Die Mehrzahl oder Vielzahl von zum Ausströmen oder Ausspritzen dienenden Düsengliedern ist zusätzlich auf dem Körper 1 abgestützt durch feste Anbringung an der Führung 50', die eine harte Stirnfläche 51' zur Vermeidung übermäßiger Abnutzung hat. Jedes Düsenglied schafft zwei separate Fluidwege, die auf die benachbarten Cutter gerichtet sind, um Schmierung und Entfernung von Abfall des Schneid- oder Ausräumprozesses zu bewirken. 6 zeigt eine Querschnittansicht längs der Linie 6'-6' in Bezug auf die Achse des Düsengliedes und längs der Linie 6''-6'' in Bezug auf die Cutter-Achse.
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7 zeigt eine Profildarstellung der alternativen Ausführungsform gemäß 6 aus axialer Perspektive und verdeutlicht eine räumliche Anordnung einer Mehrzahl oder Vielzahl von cutterunterstützenden Achszapfen 6a in Gestalt von vier gesonderten Achszapfen, die an dem rohrförmigen Glied oder rohrförmigen Körper 1 fest angebracht sind. 7 zeigt ferner einen Cutter 11' mit Mahlzahn als alternative Cutter-Anordnung in Bezug auf die, die bezüglich der 3, 4 und 5 beschrieben ist. Die in 7 dargestellten Cutter sind austauschbar mit den Cuttern, die in den 3, 4 und 5 dargestellt sind. Diese Austauschbarkeit erlaubt ökonomische Anwendung des rohrförmigen Körpers für vielfache Anwendungen. Der Mahlzahn-Cutter bricht und zerkleinert insbesondere mit Meißelung nach Hohlmeißelart die Formation, wobei Abfall nach Ausräumen durch Fluid weggetragen wird, welches durch die Ausström- oder Ausspritzdüsenanordnung in der Darstellung bei 3' und 4' ausgerichtet ist, welche eine gleichartige Abfallentfernungskraft des ausgesprühten Fluids erzeugt, wie dies beschrieben und dargestellt ist im Zusammenhang mit 3.
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Das Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass der stützende Achszapfen frei auskragt, frei tragend ist oder frei hervorsteht, ermöglicht die Anwendung einer Varietät von zur Verfügung stehenden Cutter-Schalen, die alle auf dem gleichen rohrförmigen Glied oder rohrförmigen Körper 1 zur Anwendung kommen können. Wenn die Weite oder Breite der Cutter-Schale erhöht wird, erhält man dabei einen größeren Schneid- oder Abräumdurchmesser des Lochöffners. Alternative Last aufnehmende Kapazitäten und Modalitäten kann man erreichen, indem man den Lagerzapfen 13 modifiziert oder auswechselt, um eine größere oder kleinere Zahl von Kugellagerflächen sowie eine größere oder kleinere Zahl von Rollen- oder Walzenlagerflächen zu erhalten.
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Die vorbeschriebene Offenbarung und Beschreibung der Erfindung sind illustrativ und dienen zur Erläuterung, und verschiedene Wechsel in Bezug auf Abmessung, Form und Materialien ebenso wie in der detailhaften Ausgestaltung in Bezug auf die dargestellte Konstruktion können durchgeführt werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Obwohl die obige Beschreibung viele spezifische Merkmale enthält, sind diese doch nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung misszuverstehen, sondern lediglich als Offenbarungen verschiedener momentan bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.