PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69923116T2 13.04.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000972908
Titel Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften eines Fräsbohrmeissels
Anmelder Camco International (UK) Ltd., Stonehouse, Gloucestershire, GB
Erfinder Jelley, David John, Cheltenham, Gloucestershire, GB;
Wilcox, Nigel Shaun, Downend, Bristol BS16 6AG, GB
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69923116
Vertragsstaaten BE, DE, FR, IE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 02.07.1999
EP-Aktenzeichen 993052588
EP-Offenlegungsdatum 19.01.2000
EP date of grant 12.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse E21B 10/46(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse E21B 10/42(2000.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Rotary-Blattbohrmeißel zur Verwendung beim Bohren von Löchern in unterirdischen Formationen und von der Art, bei der an einem Meißelkörper mit einer Drehachse eine Vielzahl von Schneiden angebracht ist. Eine häufige Meißelform hat einen Schaft zum Verbinden mit einem Bohrstrang, eine Vielzahl von umlaufend mit Zwischenraum auf dem Meißelkörper angeordneten Blättern, die sich von der mittleren Drehachse des Meißels nach außen erstrecken, und eine Vielzahl von längs jedes Blatts angebrachten Schneiden. Ein Durchgang im Meißelkörper führt Düsen in der Oberfläche des Meißels Spülschlamm zum Reinigen und Kühlen der Schneiden zu.

Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf Bohrmeißel anwendbar, bei denen einige oder alle der Schneiden vorgeformte Schneiden sind, die, wenigstens teilweise, aus polykristallinem Diamanten oder einem anderen superharten Material hergestellt werden. Eine verbreitete Form von Schneiden weist eine Tafel, üblicherweise kreisförmig oder teilweise kreisförmig, auf, die aus einer superharten Platte aus polykristallinem Diamanten besteht, welche die vordere Schneidfläche der Schneide bereitstellt, gebunden an ein Substrat, das üblicherweise aus gesintertem Wolframkarbid besteht.

Der Meißelkörper kann spanend aus massivem Metall, üblicherweise Stahl, hergestellt werden oder kann unter Verwendung eines Pulvermetallurgieverfahrens geformt werden, bei dem Wolframkarbidpulver in einem Industrieofen mit einem Metall-Legierungsbindemittel infiltriert wird, so dass es eine harte Matrize bildet.

Die Schneiden auf dem Bohrmeißel haben Schneidkanten, die zusammen ein Gesamt-Schneidprofil definieren, das die Oberflächenform der Sohle des Bohrlochs definiert, das der Meißel bohrt. Vorzugsweise ist das Schneidprofil wesentlich durchgehend über die Vorderfläche des Meißels derart, dass ein vergleichsweise glattes Bohrlochsohlenprofil gebildet wird.

Der Beitrag, den eine einzelne Schneide zur Schneidwirkung des Meißels und insbesondere zu den auf den Meißel wirkenden Kräften leistet, hängt von einer Zahl von Variablen ab. Zum Beispiel werden sich solche Faktoren entsprechend der axialen und radialen Position jeder Schneide im Verhältnis zu den anderen Schneiden verändern. Folglich wird ein Schneidelement, falls es in Radialrichtung so auf dem Meißel angeordnet wird, dass seine Bewegungsbahn teilweise die Bewegungsbahn einer vorangehenden Schneide überlappt, wenn sich der Meißel dreht, niedrigeren Kräften ausgesetzt, als es der Fall wäre, falls es in Radialrichtung so angeordnet würde, dass eine solche Überlappung nicht aufträte oder in einem geringeren Ausmaß aufträte, da die vordere Schneide bereits einiges Material aus der durch die folgende Schneide bestrichene Bahn entfernt haben wird.

Ähnlich kann eine Schneide, die in Axialrichtung so angeordnet wird, dass sie weiter von der Oberfläche des Meißelkörpers vorsteht als eine andere ähnliche Schneide, höheren Kräften ausgesetzt sein als diese Schneide. In der Praxis kann die Wirkung jeder Schneide durch die Wirkung einer Zahl von anderen Schneiden, die sich an in Radial- und Axialrichtung benachbarten relativen Positionen befinden, beeinflusst werden. Es wird zu erkennen sein, dass solche Schneiden auf dem tatsächlichen Meißelkörper nicht notwendigerweise unmittelbar benachbart zueinander liegen müssen, sondern durchaus um einen beträchtlichen Abstand in Winkelrichtung umlaufend voneinander versetzt sein können.

Um die bei Anwendung auf einen bestimmten Bohrmeißel wirkenden Kräfte, wie beispielsweise die Wirkung der Schneiden auf die Bohrmeißelauflast, das Drehmoment und eine Unwuchtkraft und einen Unwuchtwinkel für den Meißel zu bestimmen, ist es wünschenswert, dazu in der Lage zu sein, eine Analyse des Beitrags einzelner Schneiden zu solchen Kräften vorzunehmen. Dies ermöglicht, dass die Kraftcharakteristika einer bestimmten Meißelauslegung bestimmt und die Wirkung einer Modifikation der Auslegung, zum Beispiel durch Umsetzen von Schneiden, untersucht werden.

Es ist häufige Praxis, Rechner zum Modellieren und Analysieren von Meißelauslegungen zu verwenden, und es ist verschiedene Analyseverfahren vorgeschlagen worden. Es wird zu erkennen sein, dass eine solche Analyse zweckmäßigerweise durch Konstruieren eines Rechnermodells oder einer Darstellung einer bestimmten Meißelauslegung ausgeführt werden kann, wobei dann bestimmte Betriebscharakteristika des Meißels durch ein Rechnerprogramm, das an dem Rechnermodell des Meißels eine Reihe von Schritten ausführt, bestimmt oder geschätzt werden.

EP 384734, US 4475606 und GB 2241266 beschreiben alle Anordnungen, bei denen die Orte von Schneiden, wenn der Meißel gedreht wird, auf eine Ebene projiziert werden, wodurch eine Abbildung des Schneidprofils des Meißels erzeugt wird.

Die vorliegende Erfindung nimmt sich vor, ein neuartiges und verbessertes Verfahren zum Bestimmen von Charakteristika einer Bohrmeißelauslegung und insbesondere zum Schätzen der Wirkung der Schneidenanordnung auf die bei Anwendung auf den Meißel wirkende Kräfte bereitzustellen.

Das Verfahren wird durch eine Reihe von analytischen Schritten definiert, und der Zweckmäßigkeit halber und als Beitrag zum Verständnis werden solche Schritte beschrieben, als würden sie auf physikalische Elemente angewandt. Es wird jedoch zu erkennen sein, dass sich solche Verfahren in der Praxis zur Ausführung unter Verwendung eines Rechners eignen, und die beschriebenen Schritte werden in der Praxis normalerweise in einem Rechnerprogramm umgesetzt.

Nach der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Bestimmen von Charakteristika eines Rotary-Blattbohrmeißels der Art, die eine Vielzahl von Schneiden, angebracht an einem Meißelkörper mit einer Rotationsachse, umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

  • (a) Erzeugen einer Darstellung der Formen der Schneiden und ihrer Orte und Ausrichtungen im Verhältnis zur Meißelachse,
  • (b) Erzeugen einer Ebene, die im Verhältnis zu einer ausgewählten der Schneiden feststehend ist,
  • (c) Projizieren der Form der ausgewählten der Schneiden auf die feststehende Ebene,
  • (d) Überlagern der Projektion der ausgewählten Schneide mit einer zweidimensionalen Anordnung von zweidimensionalen Zellen, die eine kleinere Oberfläche haben als die Projektion,
  • (e) Zuweisen einer ersten Markierung an jene Zellen der Anordnung, welche die Projektion der ausgewählten Schneide überlagern,
  • (f) Drehen der Schneiden um die Meißelachse, bis alle anderen Schneiden wenigstens einmal durch die Ebene hindurchgegangen sind,
  • (g) Bewegen der Schneiden in Axialrichtung, während sie um die Meißelachse gedreht werden, um so die Bewegung des Bohrmeißels in Axialrichtung während des Bohrens darzustellen,
  • (h) Projizieren der Formen der anderen Schneiden auf die Ebene, wenn sie durch die Ebene hindurchgehen,
  • (i) Zuweisen einer zweiten Markierung an jene Zellen der Anordnung, welche sowohl die Projektion der ausgewählten Schneide als auch die Projektionen einer beliebigen der anderen Schneiden überlagern,
  • (j) Bestimmen eines oder mehrerer Parameter des Bereichs der Anordnung, der durch Zellen definiert wird, die nur die erste Markierung haben,
  • (k) Schätzen einer oder mehrerer Kräfte, die bei einem tatsächlichen Bohrmeißel am Ort der ausgewählten Schneide wirken werden, aus dem Parameter oder den Parametern,
  • (l) Wiederholen von Schritt (a) bis (k) für jede Schneide des Bohrmeißels und
  • (m) Kombinieren der geschätzten Kräfte, um die Gesamtwirkung der Schneiden auf die auf den Bohrmeißel wirkenden Kräfte zu bestimmen.

Die Ebene schneidet die ausgewählte Schneide und kann durch die Rotationsachse des Meißels hindurchgehen.

In dem Fall, dass die Ebene durch die Rotationsachse des Meißels hindurchgeht, werden die Projektion der Form der ausgewählten Schneide und die Projektionen der Formen der anderen Schneiden üblicherweise senkrecht zu der Ebene liegen. Es sind jedoch Verfahren möglich, bei denen, wie beschrieben wird, die Richtung der Projektion nicht senkrecht zu der Ebene ist.

Die zweidimensionalen Zellen können eine beliebige Form haben, sind aber vorzugsweise rechteckig. Zum Beispiel können die Zellen quadratisch sein.

In Schritt (e) des Verfahrens kann die zweite Markierung den Zellen der Anordnung zugewiesen werden, die nicht die Projektion der ausgewählten Schneide überlagern.

Bei einem beliebigen der Verfahren nach der Erfindung werden die Schneiden in Axialrichtung bewegt, während sie um die Meißelachse gedreht werden, um so die Bewegung des Meißels in Axialrichtung während des Bohrens zu simulieren. Vorzugsweise werden die Schneiden um die Meißelachse in einer Richtung gedreht, die einer Umkehrdrehung des Meißels entspricht, und werden axial in einer Richtung bewegt, die dem Herausziehen des Meißels aus einem gerade gebohrten Bohrloch entspricht.

Vorzugsweise wird die Drehung der Schneiden fortgesetzt, bis keine Projektion der anderen Schneiden die Projektion der ausgewählten Schneide überlagert, wenn die anderen Schneiden durch die Ebene hindurchgehen.

Vorzugsweise werden die Schritte des Verfahrens für alle Schneiden ausgeführt, wobei jede der Reihe nach die ausgewählte Schneide ist.

Die Parameter, die von dem Bereich der Anordnung bestimmt werden, der durch Zellen definiert wird, die nur die erste Markierung haben, können ausgewählt werden aus der Schneidfläche, der Scherlänge, den Flächenmomenten und den zweiten Flächenmomenten, definiert durch die Zellen. Die Berechnung solcher Parameter wird weiter unten detaillierter beschrieben.

Vorzugsweise schließt das Verfahren den weiteren Schritt ein, die an den jeweiligen Schneiden wirkenden Kräfte zu kombinieren, um Kraftparameter für den Bohrmeißel als Ganzes zu schätzen. Zum Beispiel können die Kraftparameter ausgewählt werden aus der Bohrmeißelauflast, dem Drehmoment, der Unwuchtkraft und dem Unwuchtwinkel.

Bei einigen Analyseformen kann angenommen werden, dass sich die Schneiden um die Mittelachse des Meißels drehen. Jedoch sind Meißel, wie gut bekannt ist, manchmal einem „Meißelwirbel" ausgesetzt, wenn der rotierende Meißel eine Präzession um die Wände des Bohrlochs aufweist, wenn sich der Meißel dreht, mit dem Ergebnis, dass sich die Mittelachse des Meißels selbst um die Achse des Bohrlochs dreht. Im Ergebnis dessen mag die Bewegungsrichtung einer bestimmten Schneide in einem beliebigen Augenblick nicht senkrecht zu einer Ebene sein, die durch die Mittelachse des Meißels hindurchgeht. Um den Meißelwirbel zu simulieren, kann das Verfahren nach der Erfindung daher so modifiziert werden, dass die Projektion der Form jeder Schneide im Verhältnis zu der Ebene in einer Richtung liegt, die der Bewegungsrichtung dieser Schneide durch die Ebene entspricht, wie sie durch eine vorgeschriebene Bewegung der Meißelachse modifiziert wird.

Das Verfahren nach der Erfindung kann in Verbindung mit herkömmlichen dynamischen Analysetechniken verwendet werden, um, wie beschrieben wird, eine dynamische Analyse einer Meißelauslegung durchzuführen.

Das Folgende ist eine detailliertere Beschreibung eines Verfahrens nach der Erfindung, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:

1 eine Stirnansicht einer Art eines Bohrmeißels des allgemeinen Typs ist, auf den die Erfindung angewendet werden kann,

2 ein schematischer Schnitt durch eine typische, am Bohrmeißel angebrachte, vorgeformte Schneide ist,

3 schematisch die Projektion der Form der Schneide auf eine Ebene zeigt,

4 eine schematische Darstellung der Projektion der Form der Schneide, überlagert mit einer Anordnung von Zellen, ist,

5 die Projektion einer anderen Schneide, überlagert auf der Anordnung, zeigt,

6 die Projektion einer weiteren Schneide auf der Anordnung zeigt und

7 eine schematische Darstellung einer Schneide ist, um bestimmte Parameter der Schneide zu illustrieren.

Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird eine Stirnansicht einer Art eines Vollbohrung-Bohrmeißels des Typs gezeigt, auf den die Erfindung angewendet werden kann. Der Meißelkörper 10 wird typischerweise spanend aus Stahl hergestellt und hat an einem Ende einen Gewindeschaft (nicht gezeigt) zum Verbinden mit einem Bohrstrang. Die Arbeitsstirnfläche des Meißelkörpers wird mit einer Zahl von Blättern 11 hergestellt, die vom mittleren Bereich des Meißels nach außen ausstrahlen, wobei die Blätter Schneiden 12 tragen, die mit Zwischenraum längs der Länge derselben angeordnet werden.

Der Meißelkaliberabschnitt schließt Kicker 13 ein, die bei Anwendung die Wände des Bohrlochs berühren, um den Meißel im Bohrloch zu stabilisieren. Ein Mitteldurchgang (nicht gezeigt) in dem Meißelkörper und dem Schaft führt durch im Meißelkörper angebrachte Düsen 14 auf eine bekannte Weise Spülschlamm zu, um die Schneiden zu reinigen und zu kühlen.

Jede Schneide 12 umfasst ein vorgeformtes Schneidelement 15, angebracht an einem Träger 16 in der Form eines Zapfens, der in einer Fassung im Blatt 11 befestigt wird. Jedes Schneidelement 15 umfasst eine kreisförmige Platte mit einer vorderen Planscheibe 17 aus polykristallinem Diamanten, welche die vordere Schneidfläche des Elements bereitstellt, gebunden an ein Substrat 18 aus gesintertem Wolframkarbid, wobei das Substrat wiederum an den Träger 16 gebunden ist.

Es wird zu erkennen sein, dass dies nur ein Beispiel vieler möglicher Variationen des Typs von Meißel und Schneide ist, auf welche die Erfindung angewendet werden kann.

Die Aufgabe des Verfahrens nach der Erfindung ist es, zu ermöglichen, dass eine statische Analyse einer bestimmten Auslegung eines Bohrmeißels durchgeführt wird, um so den Beitrag zu den auf den Meißel wirkenden Kräften zu bestimmen, der bei Anwendung durch die Schneiden geleistet wird. Dies wird dadurch erreicht, dass zuerst die Form desjenigen Abschnitts jeder Schneide bestimmt wird, der zur Schneidwirkung beiträgt, bestimmte Parameter dieses Abschnitts der Schneide bestimmt werden, diese Parameter in geeigneten Schneidenkraftalgorithmen verwendet werden, um die an jeder Schneide wirkenden Kräfte zu schätzen, und danach die an jeder der Schneiden am Bohrmeißel wirkenden Kräfte kombiniert werden, um die Gesamtwirkung der Schneiden auf die auf den Meißel wirkenden Kräfte zu bestimmen.

Es werden nun die Schritte eines bestimmten Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zum Zweck der Erläuterung und der Klärung werden die Schritte des Verfahrens in physikalischen Begriffen beschrieben, aber in der Praxis wird ein geeignetes Rechnerprogramm geschrieben, um Rechnerversionen der beschriebenen Schritte auszuführen und um die erforderliche Analyse durchzuführen.

BEISPIEL DES VERFAHRENS SCHRITT 1

Es wird eine Rechnerdarstellung der Formen der Schneiden einer vorgeschlagenen oder vorhandenen Auslegung eines Bohrmeißels, einschließlich der Orte der Schneiden und ihrer Ausrichtungen im Verhältnis zur Meißelachse, erzeugt. Es ist eine häufige Praxis, zu verschiedenen Zwecken Rechnerdarstellungen von Bohrmeißelauslegungen zu erzeugen, und es sind Programme zum Erzeugen solcher Darstellungen erhältlich.

SCHRITT 2 (siehe 3)

Für eine ausgewählte Schneide 20 wird eine Ebene 21 erzeugt, die durch die Meißelmittelachse und die Mitte 22 der polykristallinen Diamantschicht der Schneide hindurchgeht.

SCHRITT 3 (3 und 4)

Die Form der Schneide 20 wird, wie es in 3 und 4 bei 23 gezeigt wird, senkrecht auf die Ebene 21 projiziert.

Die Schneide wird normalerweise einen negativen Spitzenanschnittwinkel zeigen, das heißt, sie wird, wie in 2 und 3 gezeigt, in der Rotationsrichtung des Bohrmeißels nach vorn geneigt sein, und die Schneide kann ebenfalls einen Seitenanschnittwinkel zeigen, das heißt, sie wird geneigt sein, so dass sie im Verhältnis zur Rotationsachse des Bohrmeißels nach innen oder nach außen zeigt. Dementsprechend wird die Projektion 23 der Schneide auf die Ebene 21 normalerweise eine Ellipse sein, falls die Schneide kreisförmig ist. Der Einfachheit halber werden die Projektionen der Schneiden in den beigefügten Zeichnungen jedoch als kreisförmig gezeigt.

SCHRITT 4 (4)

Die Projektion 23 der ausgewählten Schneide wird mit einer zweidimensionalen Anordnung 24 überlagert, die eine große Zahl von quadratischen Zellen 25 umfasst, die eine beträchtlich kleinere Oberfläche haben als die Projektion 23 der ausgewählten Schneide. Typischerweise kann jede Zelle eine Seitenlänge haben, die etwa ein Hundertstel des Durchmessers der Schneide beträgt. Der Klarheit wegen werden die Zellen 25 in den Zeichnungen größer gezeigt, als sie es in der Praxis normalerweise wären.

SCHRITT 5

Allen denjenigen Zellen 25, die wenigstens teilweise innerhalb der projizierten Schneidenform 23 liegen, wird ein Wert 1 zugewiesen, und allen denjenigen Zellen 25, die außerhalb der projizierten Schneidenform liegen, wird ein Wert 0 zugewiesen.

SCHRITT 6

Der Meißel wird entgegengesetzt im Verhältnis zur Ebene 21 gedreht, so dass jede Schneide am Meißel nacheinander durch die Ebene 21 hindurchgeht. Die Umkehrdrehung des Meißels wird begleitet von einer Axialbewegung des Meißels in einer Richtung, die dem Herausziehen aus dem Bohrloch entspricht, um so die Umkehr des Eindringens, das während des Bohrens auftritt, zu simulieren. Demzufolge bewegt sich jede Schneide in der Axialrichtung nach oben, wenn sie sich rückwärts durch die Ebene 21 bewegt.

SCHRITT 7 (5)

Wenn jede der anderen Schneiden durch die Ebene 21 hindurchgeht, wird die Form jeder Schneide, wie in 5 bei 26 angezeigt, auf die Anordnung 24 projiziert. 5 zeigt einen Fall, in dem die Projektion 26 der anderen Schneide teilweise die Projektion 23 der ausgewählten Schneide 20 überlagert.

SCHRITT 8

Wie bei 27 angezeigt, werden allen Zellen 25, die sowohl die Projektion 23 der ausgewählten Schneide als auch die Projektion 26 der anderen Schneide überlagern, Werte 0 zugewiesen.

SCHRITT 9 (6)

Der Vorgang wird für jede andere Schneide wiederholt, und 6 zeigt die Projektion 28 einer anderen Schneide, wobei diese Projektion wenigstens teilweise die Projektion 23 der ausgewählten Schneide überlagert. Die Umkehrdrehung und das Herausziehen des Meißels in Axialrichtung im Verhältnis zur Ebene 21 werden fortgesetzt, bis sich die Projektionen keiner weiteren Schneiden mit der Projektion der gerade untersuchten ausgewählten Schneide überschneiden.

Wie in 7 gezeigt, definieren die Zellen 25, die mit dem Wert 1 verbleiben, die wirksame Schneidfläche der Projektion 23 der ausgewählten Schneide 20.

SCHRITT 10

Die Schneidflächen, die Scherlänge, die Flächenmomente und die zweiten Flächenmomente für die Zellen mit einem Wert 1 werden für die ausgewählte Schneide berechnet. Dies sind die Parameter, welche die an der Schneide wirkenden Kräfte beeinflussen. Die Schneidfläche ist die Gesamtfläche der Zellen mit einem Wert 1, die Scherlänge ist die Länge der freigelegten gekrümmten Schneidkante 29 der Projektion der Schneide, wobei die Enden der Schneidkante bei 30 und 31 angezeigt werden. Die Flächenmomente der Zellen sind die Produkte der Flächen der Zellen und ihrer Abstände von der vertikalen und der horizontalen Achse 32, 33 der Projektion 23. Die zweiten Flächenmomente sind die Flächen der Zellen, multipliziert mit den Quadraten der Abstände von diesen Achsen.

SCHRITT 11

Die Schritte 1 bis 10 werden für jede Schneide am Meißel wiederholt, wobei jede der Reihe nach die ausgewählte Schneide ist.

Diese Schritte liefern die Schneidflächeneigenschaften (Fläche, Scherlänge usw., wie erforderlich) für jede Schneide am Meißel.

SCHRITT 12

Die Schneidflächeneigenschaften der Schneiden werden in entsprechende Schneidenkraftalgorithmen eingesetzt, um die an jeder Schneide wirkenden Kräfte zu schätzen. Fachleute auf dem Gebiet werden die geeigneten Algorithmen für diesen Zweck kennen.

SCHRITT 13

Danach werden, unter Verwendung herkömmlicher Techniken, die Schneidenkräfte aller Schneiden kombiniert, um für den Meißel die Bohrmeißelauflast, das Drehmoment, die Unwuchtkraft und den Unwuchtwinkel, die auf die Schneiden zurückzuführen sind, zu bestimmen.

Wie zuvor erläutert, werden die obigen Schritte normalerweise durch ein geeignetes Rechnerprogramm ausgeführt, und das Programm wird dafür ausgelegt, eine Ausgabe der erforderlichen Informationen in einer beliebigen geeigneten Form bereitzustellen. Das Programm kann ebenfalls dafür ausgelegt werden, eine bildliche Darstellung der durch die Schneiden bereitgestellten Schnittformen und des Schneidprofils des Bohrmeißels bereitzustellen.

Es wird zu erkennen sein, dass das Verfahren, wenn es in ein Rechnerprogramm eingebaut wird, eine schnelle Analyse von Modifikationen an einer Meißelauslegung ermöglichen kann, und es leicht zu sehen sein kann, wie Modifikationen bei Schneidenort und -ausrichtung die auf den Meißel wirkenden Kräfte beeinflussen werden. Es stellt folglich ein Werkzeug bereit, mit dem für eine bestimmte Auslegung eines Bohrmeißels zum Beispiel Unwuchtkräfte und ein Unwuchtwinkel vorher bestimmt werden können, wobei diese Informationen zum Kontrollieren des Meißelwirbels verwendet werden.

Wie zuvor erwähnt, kann das Verfahren, um die Wirkung eines Meißelwirbels auf eine bestimmte Meißelauslegung zu simulieren, durch Simulieren einer Rotationspräzession der Meißelachse, während die Schritte des Verfahrens vor sich gehen, modifiziert werden. Dies kann durch Verändern der Richtung der Projektion jeder Schneide auf die Anordnung 25 erreicht werden, so dass im Ergebnis einer Drehung der Meißelachse, wenn sie durch die Ebene der Anordnung hindurchgeht, die Projektion nicht senkrecht zu der Anordnung erfolgt, sondern in der tatsächlichen Richtung der Bewegung jeder Schneide erfolgt.

Es besteht ebenfalls die Wahlmöglichkeit, unter Verwendung des obigen Verfahrens in Verbindung mit herkömmlichen dynamischen Analysetechniken dynamische Analysen durchzuführen. In diesem Fall ist es erforderlich, das obige Verfahren geringfügig zu modifizieren, weil die Bewegung der Schneiden bei einer dynamischen Analyse nicht vorher definiert ist und so die Schneidenpositionen zur Verwendung beim anschließenden „Zurückspulen" des Meißels zum Bestimmen der Schneidenüberlagerung gespeichert werden müssen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Bestimmen von Charakteristika eines Rotary-Blattbohrmeißels der Art, die eine Vielzahl von Schneiden (12), angebracht an einem Meißelkörper (10) mit einer Rotationsachse, umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

    (a) Erzeugen einer Darstellung der Formen der Schneiden (12) und ihrer Orte und Ausrichtungen im Verhältnis zur Meißelachse,

    (b) Erzeugen einer Ebene (21), die im Verhältnis zu einer ausgewählten der Schneiden (20) feststehend ist,

    (c) Projizieren der Form der ausgewählten der Schneiden auf die feststehende Ebene (21), und gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

    (d) Überlagern der Projektion (23) der ausgewählten Schneide (20) mit einer zweidimensionalen Anordnung (24) von zweidimensionalen Zellen, die eine kleinere Oberfläche haben als die Projektion (23),

    (e) Zuweisen einer ersten Markierung an jene Zellen der Anordnung (24), welche die Projektion (23) der ausgewählten Schneide (20) überlagern,

    (f) Drehen der Schneiden (12) um die Meißelachse, bis alle anderen Schneiden (12) wenigstens einmal durch die Ebene (21) hindurchgegangen sind,

    (g) Bewegen der Schneiden (12) in Axialrichtung, während sie um die Meißelachse gedreht werden, um so die Bewegung des Bohrmeißels in Axialrichtung während des Bohrens darzustellen,

    (h) Projizieren der Formen der anderen Schneiden (12) auf die Ebene (21), wenn sie durch die Ebene (21) hindurchgehen,

    (i) Zuweisen einer zweiten Markierung an jene Zellen der Anordnung (24), welche sowohl die Projektion (23) der ausgewählten Schneide (20) als auch die Projektionen einer beliebigen der anderen Schneiden (12) überlagern,

    (j) Bestimmen eines oder mehrerer Parameter des Bereichs der Anordnung (24), der durch Zellen definiert wird, die nur die erste Markierung haben,

    (k) Schätzen einer oder mehrerer Kräfte, die bei einem tatsächlichen Bohrmeißel am Ort der ausgewählten Schneide (20) wirken werden, aus dem Parameter oder den Parametern,

    (l) Wiederholen von Schritt (a) bis (k) für jede Schneide (12) des Bohrmeißels und

    (m) Kombinieren der geschätzten Kräfte, um die Gesamtwirkung der Schneiden auf die auf den Bohrmeißel wirkenden Kräfte zu bestimmen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ebene (21) durch die Rotationsachse des Bohrmeißels hindurchgeht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Ebene (21) die ausgewählte Schneide (20) schneidet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Mitte der ausgewählten Schneide (20) auf der Ebene (21) liegt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Projektionen der Formen der Schneiden (12) senkrecht zu der Ebene (21) sind.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweidimensionalen Zellen der Anordnung (24) rechteckig sind.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt (e) des Verfahrens die zweite Markierung den Zellen der Anordnung (24) zugewiesen wird, die nicht die Projektion (23) der ausgewählten Schneide (20) überlagern.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schneiden (12) axial in einer Richtung bewegt werden, die dem Herausziehen des Meißels aus einem gerade gebohrten Bohrloch entspricht.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schneiden (12) um die Meißelachse in einer Richtung gedreht werden, die einer Umkehrdrehung des Meißels entspricht.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Drehung der Schneiden (12) fortgesetzt wird, bis keine Projektion der anderen Schneiden (12) die Projektion (23) der ausgewählten Schneide (20) überlagert, wenn die anderen Schneiden (12) durch die Ebene (21) hindurchgehen.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schritte des Verfahrens für alle Schneiden (12) ausgeführt werden, wobei jede der Reihe nach die ausgewählte Schneide ist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Parameter, die von dem Bereich der Anordnung (24) bestimmt werden, der durch Zellen definiert wird, die nur die erste Markierung haben, ausgewählt werden aus der Schneidfläche, der Scherlänge, den Flächenmomenten und den zweiten Flächenmomenten, definiert durch die Zellen.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das den weiteren Schritt einschließt, die an den jeweiligen Schneiden wirkenden Kräfte zu kombinieren, um Kraftparameter für den Bohrmeißel als Ganzes zu schätzen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Kraftparameter ausgewählt werden aus der Bohrmeißelauflast, dem Drehmoment, der Unwuchtkraft und dem Unwuchtwinkel.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Projektion der Form jeder Schneide (12) im Verhältnis zu der Ebene in einer Richtung liegt, die der Bewegungsrichtung dieser Schneide (12) durch die Ebene entspricht, wie sie durch eine vorgeschriebene Bewegung der Meißelachse modifiziert wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com