DE3040840C2

DE3040840C2 - Bohrmeißel

Info

Publication number: DE3040840C2
Application number: DE3040840A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Smith International Inc
Current assignee: Smith International Inc
Priority date: 1979-11-05
Filing date: 1980-10-30
Publication date: 1983-11-03
Also published as: US4253533A; DE3040840A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrmeißel mit diamantbestückten Einsätzen und einem im wesentlichen zylindrischen Kopf, welcher eine im wesentlichen ebene Stirnseite und ein zapfenartig ausgebildetes Ende aufweist wobei mehrere Einsätze in die Stirnseite des Meißels eingesetzt sind, und mit einer im Innern des Kopfes ausgebildeten Kammer, die über wenigstens einen Strömungskanal mit dem mittleren Bereich der Stirnfläche des Kopfes verbunden ist

In der US-PS 40 98 363 ist ein Bohrmeißel dieser Art beschrieben, bei dem diamantene Schneidelemente in Reihen angeordnet und zwischen diesen Reihen Kanäle für eine Spülung vorgesehen sind. Die Kanäle befinden sich im Bohrmeißelkopf. Sie dienen einerseits der Reinigung des Bohrmeißels und andererseits dem Entfernen von Bohrklein. Innerhalb der Kanäle sind mehrere Düsen ungleichmäßig verteilt. Sie verteilen ihrerseits die Spülung bzw. das Bohrklein über das Feld der Schneidelemente. Bohrmeißel dieser Art sind normalerweise aus einem gegenüber der auftretenden Erosion hochfestes Material hergestellt Dies gilt insbesondere für die Fälle, in denen die erwähnten Kanäle in der Stirnseite des Bohrmeißels liegen. Der Bohrmeißelkopf der vorerwähnten Druckschrift ist aus Karbid gegossen, wobei die Kanäle eingegossen sind. Der Kopf des Bohrmeißels hat auf diese Weise eine erosionsfeste Stirnseite.

Ein Nachteil dieses bekannten Bohrmeißelkopfes besteht darin, daß sich die diamantenen Einsätze vergleichsweise schnell abnutzen vei! sie in vollen Kontakt mit der Bohrlochsohle kommen und dadurch schnell abbrechen können. Es leucntet ein. daß unter diesen Umständen sowohl die Schneidelemente als auch ihre Haltestruktur notwendigerweise aus einem hochfesten Material bestehen müssen.

Nachteilig ist beim Stand der Technik weiterhin, daß sich die hydraulische Situation im Bereich der Spülkanäle durch die Abnutzung des Bohrmeißels verändert, so daß si:h sowohl die Reinigungswirkung

se der Spülung als auch das Ausmaß des entfernten Bohrkleins ändern. Dies beeinträchtigt die Lebensdauer des Bohrmeißels zusätzlich.

ber Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Bohrmeißel der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß er eine höhere Standzeit bekommt.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch

wenigstens ein Verschließfutter, dessen stirnseitige

Verschleißfläche über die Stirnseite des Bohrmeißels

hinaus vorsteht und als Dichtung ausgebildet ist, durch die auf der Stirnseite des Bohrmeißels zwischen dem Strömungskanal und der Mantelfläche des Bohrmeißels wenigstens ein sich radial erstreckender, von Axialflächen des Verschleißfutters seitlich begrenzter Spülkanal gebildet ist, wobei einige der Einsätze im Spülkanal angeordnet sind und die Schneidspitzen einiger Einsätze über die stirnseitige Verschleißfläche des Verschleißfutters hinaus vorstehen.
Mit diesem Vorschlag wird die gestellte Aufgabe

einfach und zufriedenstellend gelöst Das Verschleißfutter schützt zunächst die eingesetzten Schneidelemente an der Stirnseite des Bohrmeißels, so daß das Grundmaterial für den Bohrmeißel weniger abriebfest sein kann als beim Stand der Technik. Dies folgt daraus, daß die Stirnseite des Bohrmeißels der Bohrlochsohle nicht mehr direkt ausgesetzt ist, sondern unter Zwischenschaltung des Verschleißfutters. Die Kanäle für die Spülung werden nach außen hin durch das Verschleißfutter begrenzt, so daß die hydraulische Auslegung des Bohrmeißelkopfes auch bei verschleißbedingter Dickenabnahme des Verschleißfutters im wesentlichen konstant bleibt.

Das Verschleißfutter paßt sich während des Bohrens der Bohrlochsohle an und schützt die diamantenen Schneidelemente, deren Spitzen die Bohrlochsohle kontaktieren. Ein Verschleiß dieser Spitzen führt zu einem entsprechenden Verschleiß des Verschleißfutters. Demzufolge hat das Verschleißfutter über seine Lebensdauer hinweg die konstante Wirkung einer Abdichtung des Bohrmeißelkopfes gegenüber der Bohrlochsohle mit der oben angesprochenen Folge der Aufrechterhaltung der hydraulischen Situation.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgenvißen Bohrmeißels sind in den Unteransprüchen angegeben.

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen im einzelnen hervor. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines diamantbestückten Bohrmeißels mit einzelnen Diamanteinsätzen in der Stirnseite, wobei ein Paar Verschleißfutter zu beiden Seiten der Stirnseite des Bohrmeißels positioniert sind und einen Hydraulikkanal zwischen den Verschleißfuttern bildet;

F i g. 2 die Seitenansicht eines teilweise aufgeschnittenen Bohrmeißels, aus der die Positionierung der VerschleiBfutter zu beiden Seiten des Bohrmeißels deutlich wird:

F i g. 3 eine Draufsicht auf den teilweise abgeschnittenen Bohrmeißel, aus der die Stelle der Verschleißfutter «0 erkennbar wird, de den Hydraulikkanal bilden, mit dem das Hydraulikmedium über die Vielzahl der Diamanteinsätze gelenkt werden kann; und

Fig.4 eine Seitenansicht längs der Linie 4-4 aus F i g. 3 mit teilweise abgeschnittenem Kopf, aus der ein Paar Hydraulikkanäle zu erkennen sind, die mit einer Mediumkammer in dem Bohrmeißel kommunizieren.

Die perspektivische Darstellung aus F i g. 1 zeigt . einen Bohrmeißel mit diamantbestückten Einsätzen, der ι im ganzen mit 10 bezeichnet ist. Er besteht aus einem j Kopf 12 mit einem Dornende 14 und einem Stirnende : 16; Das Stirnende 16 weist mehrere diamantbestückte ] Fräsereinsätze (8 auf. die in Einsatzlöcher in dem Kopf 12 eingesetzt sind. Die Fräsereinsätze 18 sind beispielsweise aus einem Wolframkarbidträger hergestellt, auf dessen eine Seite eine Diamantschicht aufgesintert ist. weiche aus einem polykristallinen Material besteht. Die ■ Reihe von Einsätzen 18 sind in der Stirnfläche 16 des Bohrmeißelkopfes 12 strategisch plaziert, um den Meißel in ein Bohrloch am besten vortreiben zu können. Eine Reihe von Diamanteinsätzen 20 ist um die periphere Kante 17 des Bohrkopfes 12 positioniert, um ^; die lichte Weite 52 des Bohrloches (Fig.3) zu schneiden. Ein Paar von Verschleißfuttern, die im ganzen mit 26 bezeichnet sind, sind in die Stirnseite 16 des Bohrmeißels 10 eingesetzt. Die Basis 30 der Verschleißfutter 26 ist nach Art von Nut und Feder in einen Schlitz 32 in dem Bohrkopf 12 verankert. Ein Paar Haltebolzen 34 sind in Bolzenlöcher 35 (Fig.3) eingeschraubt und legen die Verschleißfutter 26 an der Stirnseite 16 des Bohrmeißels 10 fest Die Haltebolzen sind in einem Schlitz 27 in den Verschleißfuttern 26 versenkt, so daß nach Festbolzen der Verschleißfutter 26 auf der Stirnseite des Bohrmeißels die Schlitze mit einem Verschleißfuttermateriai 36 ausgefüllt werden können, wodurch der Zusammenbau abgeschlossen ist

Durch die Stirnseite 16 des Bohrmeißels 10 sind ein oder mehrere Hydraulikkan<ile 24 gebohrt Die Hydraulikkanäle 24 kommunizieren mit einer Hydraulikkammer (F i g. 4), die in dem Bohrkopf 12 ausgebildet ist Die Innenkante 29 des Futters 26 bilden Hydraulikkanalwände, welche Schlamm und Schmutz über die Stirnseite des Bohrmeißels lenken und jeden der Diamanteinsätze, die in der Stirnseite 16 des Bohrkopfes 12 strategisch plaziert sind, kühlen und reinigen. Die Stirnseite 28 des Verschleißfutters 26 ist so ausgelegt daß sie sich abnutzt und der Bohrlochsohle angepaßt ist und eine hydra-ilische Dichtung zwischen der Bohrlochsohle und der Stirnseite 16 des Bohrnv- iiels Iß bildet Die Verschleißmuffen sind zweckmäßig ~ws einem Polyäthylen von ultrahohem Molekulargewicht gefertigt Ein anderes geeignetes Verschleißfuttermateriai besteht aus einer Vielzahl von Mischungen. Diese Mischungen bestehen aus Metallteilchen, die mit einem Epoxy-Binder vermischt sind. Beispiele für solche Mischungen sind Bronze, Aluminium. Stahl und Karbid (Wolframkarbid oder Siliciumkarbid). die mit einem Epoxy-Binder vermischt sind.

Ein weiteres geeignetes Verschleißfuttermateriai kann aus der Kunststoff-Familie wie etwa Tetrafluorethylen oder Polyurethan gewählt werden.

Die Spitzen 19 der Diamanteinsätze 18 erstrecken sich gerade über die Räche 28 der VerschleiBfutter 26 hinaus, so daß die Spitzen jedes der strategisch plazierten Einsätze 18 zuerst die Bohrlochsohle kontaktieren. Wenn das Verschleißfutter 26 sich abnutzt, werden die Spitzen 19 der Einsätze vveüerhi; in das Gestein vordringen, und wenn die Diamanteinsätze sich abnutzen, nutzen sich die Futter mit übereinstimmender Geschwindigkeit ab. so daß der Bohrmeißel weiter in das Bohrloch vordringen kann.

Die Stärke der Verschleißfutser 26 verhindert, daß der gesamte Diamanteinsatz sich in die Bohrlochsohle einbettet. Versuche zeigen, daß dann, wenn der gesamte Diamanteinsatz in die Sohle eingedrungen ist. der Einsatz sehr leicht überlastet werden kann und brechen kann. Indem nur gerade die Spitzen der Diamanteinsätze 18 in die Sohle eindringen können, wird der Einsatz daher durch die Verschleißfutter gegenüber Bruch geschützt. Wie bereits oben bemerkt, nutzen sich die Diamanteinsätze und die Verschleißfutter mit der gleichen Geschwindigkeit ab. so daß die Spitzen der Diamanteinsätze der Bohrlochsohle gegenüber dauernd freiliegen, wenn der Meißel weiter in das Loch vordringt.

Der Kopf 12 des Bohrmeißels 10 weist ein Paar von Schlüsselflächen 38 auf. welche d?s Lösen des vom Bohrstrang oder der Schwerstange erleichtern.

F i g, 2 zeigt die Schlüsselfläche 38 auf einer Seite des Bohrmeißelkopfes 12. Natürlich ist eine ähnliche Fläche um 180° versetzt gegenüber der in F i g. 2 dargestellten Fläche vorgesehen. Der Bohrkopf 12 kann weiter eine Anzahl von bündigen Wolframkarbid-Einsätzen oder ,Knöpfen« 40 haben, die in der Mantelfläche zur Reduzierung der Abnutzung des Bohrkopfes plaziert sind. Diese Ansicht zeiet ferner eine Einrichtune. in der

die Verschleißfutter 26 mit dem Nut- und Federschlitz 32 verankert sind, wodurch die Verschleißfutter am Bohrkopf 12 mittels Haltebolzen 34 (Fig. 1) gesichert sind.

Fig.3 zeigt als Draufsicht die strategische Anordnung der Diamanteinsätze 18 in den Maßreiheneinsätzen 20, die um die Oberfläche 17 des Bohrkopfes 12 positioniert sind und das Maß des Bohrloches bzw. dessen lichte Weite einhalten. Diese Darstellung zeigt ein Paar hydraulischer öffnungen oder Düsen 24 in der Stirnfläche 16 des Bohrkopfes 12. Die Innenfläche 29, die durch die Innenkante der Verschleißfutter 26 gebildet werden, bilden die Wände für den Hydraulikkanal quer über die Stirnfläche des Bohrmeißels. Hydraulikmedium oder Spülung kommt aus der Düse 24 hervor und strömt quer über die Stirnfläche 16 des Bohrmeißelkopfes 12 und kühlt und säubert und nimmt außerdem Bohrklein von der Bohrlochsohle mit weg. Das das Bohrklein mitfahrende Medium str&m! an d?m Bohrkopf 12 durch Kanäle 50 vorbei, die zwischen der Mantelfläche des Bohrkopfes 12 und den Wänden des Bohrloches 52 gebildet sind.

Aus F i g. 4 sieht man, daß die Düsen oder Kanäle 24 mit einer Hydraulikkammer 25 im Bohrkopf 12 kommunizieren. Man sieht auch, wie die Verschleißfutter 26 an ihren Basen 30 am Bohrkopf 12 in den Nut- und Federschlitz 32 im Bohrkopf 12 gesichert sind. Die Fläche 28 des Verschleißfutters 26 nutzt sich ab und hält eine Dichtung zwischen der Bohrlochsohle und der Stirnfläche 16 des Bohrkopfes und bewirkt eine hydraulische Dichtung, die sicherstellt, daß das Hydraulikmedium durch den Kanal gelenkt wird, der von den Verschleißfutterwänden 29 gebildet wird, und die Diamanteinsätze in der Stirnseite 16 des Bohrkopfes 12 kühlt und säubert.
Gemäß Fig. I, 2 und 3 bildet der Kopf 12 ein Paar

s langgestreckter Axialkanäle 49 an gegenüberliegenden Seiten in der Mantelfläche des Bohrmeißels 10, welche mit dem Querstromkanal zwischen den Verschleißfuttern 26 kommunizieren. Die Axialkanäle 49 dienen dazu, Bohrklein von der Bohrlochsohle den Bohrstrang

ίο entlang aus dem Bohrloch zu fördern. Ein Abschnitt 47 des Kopfes 12 kontaktiert die Bohrlochwand und bildet eine Dichtung, die sich von der die Bohrlochsohle kontaktierenden Oberfläche der Verschleißfutter axial im wesentlichen über die gesamte Länge des Bohrmeißels erstreckt. Indem ein Teil des Bohrloches abgedichtet wird, spült die Hydraulikwirkung des Bohrklein effektiver von der Bohrlochsohle und reinigt und kühlt die Diamanteinsätze 18 und 20.

Insgesamt wurde ein diamantbestückter Bohrmeißel

beschrieben, der eine Vielzahl von einzelnd mit Diamant bestückten Fräsereinsätzen in der Stirnfläche aufweist. Die Diamanteinsätze sind so positioniert, daß die Penetration des Bohrmeißels in ein Bohrloch maximal wird. Der Bohrmeißel weist ferner ein oder mehrere Verschleißfutter in der Nähe der Vielzahl der diamantbestückten Fräsereinsätze auf, die dazu dienen, die Strömung von Bohrschlamm aus den Mediumkanälen in de·' Stirnseite des Bohrers zu kanalisieren. Die Verschleiüfutter dichten einen Teil der Bohrlochsohle

ro ab und richten dadurch das Hydraulikmedium quer über die Stirnseite und über jeden der strategisch positionierten Diamant-Fräsereinsätze.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bohrmeißel mit diamantbestückten Einsätzen und einem im wesentlichen zylindrischen Kopf, welcher eine im wesentlichen ebene Stirnseite und ein zapfenartig ausgebildetes Ende aufweist, wobei mehrere Einsätze in die Stirnseite des Meißels eingesetzt sind, und mit einer im Inneren des Kopfes ausgebildeten Kammer, die über wenigstens einen Strömungskanal mit dem mittleren Bereich der Stirnfläche des Kopfes verbunden ist gekennzeichnet durch wenigstens ein Verschleißfutter (26), dessen stirnseitige Verschleißfläche (28) über die Stirnseite (16) des Bohrmeißels hinaus vorsteht und als Dichtung ausgebildet ist, durch die auf der Stirnseite (16) des Bohrmeißels zwischen dem Strömungskanal (24) und der Mantelfläche des Bohrmeißels wenigstens ein sich radial erstreckender, von Axialflächen (29) des Verschleißfutters (26) seitlich begrenzter Spülkanal gebildet ist, wobei einige der Easätze (20) im Spülkanal angeordnet sind und die Schneidspitzen (90) einiger Einsätze (18) Ober die stirnseitige Verschleißfläche (28) des Verschleißfutters (26) hinaus vorstehen.

2. Bohrmeißel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet daß die Einsätze einen Wolframkarbid-Träger und eine Diamantschicfc: auf der Fläche des Trägers aufweisen, wobei nur die Spitzen der Diamantschicht über die Fläche des Verschleißfutters hinaus vorstehen.

3. Bohrmeißel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß ein Paar Verschleißfutter auf dir Sti; \seite des Meißels vorgesehen ist. welchen ein Paar Spülkanäle zwischen sich begrenzt, wobei * nigstens ein Teil der Einsätze in den Spülkanälen angeordnet ist

4. Bohrmeißel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Verschleißfutter an der Stirnseite des Meißels lösbar befestigt ist und aus einem anderen Material als der Kopf des Meißels besteht.

5. Bohrmeißel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Meißel eine Mantelfläche aufweist die als axiale Dichtungsfläche ausgebildet ist. wobei wenigstens ein sich axial erstreckender Spülkanal in der Mantelfläche vorgesehen ist. der mit dem Spülkanal auf der Stirnfläche des Meißelkopfes in Verbindung steht.

6. Bohrmeißel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß eine äußere periphere Kante jedes Verschleißfutters sich radial nach außen erstreckt und an eine als axiale Dichtungsfläche ausgebildete Mantelfläche des Meißclkopfes anschließt.

7. Bohrmeißel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verschlcißfutter aus einer durch ein Epoxidharz gebundenen metallischen Substanz hergestellt ist.

8. Bohrmeißel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Substanz von Teilchen aus Bronze und/oder Kupfer und/öder Aluminium und/oder Stahl und/oder Wolframkarbid und/oder Siliciumkarbid gebildet ist.

9. Bohrmeißel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschleißfutter aus einem Kunststoff hergestellt ist, der ein ein ultrahohes Molekulargewicht besitzendes Polyäthylen und/oder ein Polyurethan und/oder ein Polytetrafluorethylen und/oder ein fluoriniertes Äthylen-Propylen sein kann.

10. Bohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß das Verschleißfutter aus Aluminium und/oder Kupfer und/oder Bronze und/oder Flußstahl hergestellt ist