DE102015203389A1 - Drill motor bearing assembly - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrmotor-Lageranordnung zur Lagerung eines sich drehenden Bauteils, wobei die Lageranordnung mindestens ein Lager (1) umfasst, das mindestens einen ersten Lagerring (2) und mindestens einen zweiten Lagerring (3) aufweist. Um in kostengünstiger Weise eine hohe Gebrauchsdauer der Lagerringe zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass der erste Lagerring (2) und/oder der zweite Lagerring (3) aus Hartmetall oder aus einer Hartlegierung besteht.The invention relates to a drill motor bearing arrangement for supporting a rotating component, wherein the bearing arrangement comprises at least one bearing (1) which has at least one first bearing ring (2) and at least one second bearing ring (3). In order to achieve a high service life of the bearing rings in a cost effective manner, the invention provides that the first bearing ring (2) and / or the second bearing ring (3) consists of hard metal or a hard alloy.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrmotor-Lageranordnung zur Lagerung eines sich drehenden Bauteils, wobei die Lageranordnung mindestens ein Lager umfasst, das mindestens einen ersten Lagerring und mindestens einen zweiten Lagerring aufweist. The invention relates to a drill motor bearing arrangement for supporting a rotating component, wherein the bearing arrangement comprises at least one bearing which has at least one first bearing ring and at least one second bearing ring.

Die Bohrmotor-Lageranordnung ist üblicherweise zwischen einem Bohrkopf und einer Antriebseinheit angeordnet. The drill motor bearing arrangement is usually arranged between a drill head and a drive unit.

Die vorliegende Erfindung betrifft dabei Lagerstellen für Bohrmotoren, die hautsächlich Axiallasten, aber auch Radiallasten aufnehmen können bzw. müssen, wobei eine besonders verschleißbeständige, aber auch korrosionsbeständige Ausgestaltung angestrebt wird. The present invention relates to bearing points for drilling motors, which can or must absorb axial load, but also radial loads mainly, with a particularly wear-resistant, but also corrosion-resistant design is sought.

Bohrmotoren der gattungsgemäßen Art sind Bestandteil von Bohranlagen, mit denen Bohrungen in das Erdreich eingebracht werden, wofür sich drehende Komponenten benötigt werden. Der Rotor des Bohrmotors muss dementsprechend drehbar gelagert sein. Die benötigte Lagerung ist dabei einer besonders hohen aggressiven und abrasiven Belastung ausgesetzt, weil zumeist Bohrschlamm unter anderem zur Kühlung und Schmierung der Lagerstelle eingesetzt wird. Weiterhin werden die Lagerringe der Lagerung hohen Lasten, insbesondere Stoßbelastungen, ausgesetzt. Drilling motors of the generic type are part of drilling rigs with which holes are introduced into the soil, for which rotating components are needed. The rotor of the drill motor must therefore be rotatably mounted. The required storage is exposed to a particularly high aggressive and abrasive load, because mostly drilling mud is used inter alia for cooling and lubrication of the bearing. Furthermore, the bearing rings of storage are exposed to high loads, in particular shock loads.

Die hohe Belastung durch Abrasion ergibt sich daraus, dass es zumeist sehr schwierig ist, die Lager hinreichend abzudichten. Es wird vielmehr davon ausgegangen, dass die Lager vom Bohrschlamm durchströmt werden, was zwar eine gewisse Schmierwirkung sowie eine Kühlung des Lagers ermöglicht, aber eben auch die hohe Abrasionswirkung zur Folge hat. The high impact of abrasion results from the fact that it is usually very difficult to adequately seal the bearings. Rather, it is assumed that the bearings are flowed through by the drilling mud, which indeed allows a certain lubricating effect and cooling of the bearing, but also has the high abrasion effect.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Bohrmotor-Lageranordnung so fortzubilden, dass eine längere Lebensdauer der Lagerung als bislang erreicht werden kann. Ferner soll die Zuverlässigkeit der Lageranordnung erhöht werden. Schließlich wird angestrebt, eine Reduzierung von Wartungsarbeiten und Produktionsausfällen zu erreichen und somit entsprechende Kostenreduzierungen zu ermöglichen. The invention has the object of developing a generic drill motor bearing assembly so that a longer life of storage than previously can be achieved. Furthermore, the reliability of the bearing assembly should be increased. Finally, the aim is to achieve a reduction of maintenance and production losses and thus to enable appropriate cost reductions.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring und/oder der zweite Lagerring aus Hartmetall oder aus einer Hartlegierung besteht. The solution of this problem by the invention is characterized in that the first bearing ring and / or the second bearing ring made of hard metal or a hard alloy.

Das Hartmetall ist dabei bevorzugt ein Karbidhartmetall und weist einen metallischen Binder auf. The hard metal is preferably a carbide hard metal and has a metallic binder.

Die Hartmetalllegierung ist bevorzugt ein solches auf Kobalt, Chrom- oder Wolframbasis. The cemented carbide alloy is preferably one based on cobalt, chromium or tungsten.

Das Hartmetall weist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Wolframkarbid mit einem Volumenanteil von mindestens 70 Vol.-% und Cobalt mit einem Volumenanteil von mindestens 3 Vol.-% auf. Das Wolframcarbid bildet dabei die Verstärkungsphase, das Cobalt bildet eine Matrix bzw. ein Bindemittel und stellt eine Zähigkeitskomponente dar, die insbesondere bei einer stoßartigen Belastung der Lagerringe vorteilhaft ist. According to a preferred embodiment of the invention, the hard metal has tungsten carbide with a volume fraction of at least 70% by volume and cobalt with a volume fraction of at least 3% by volume. The tungsten carbide forms the reinforcing phase, the cobalt forms a matrix or a binder and represents a toughness component which is particularly advantageous in the case of an impact load on the bearing rings.

Somit sind unter den genannten Hartmetallen bevorzugt gesinterte Karbidhartmetalle zu verstehen. Kennzeichnend für diese Art von Metallen sind eine sehr hohe Härte und Verscheißbeständigkeit, was vorliegend in besonderer Weise genutzt wird. Hartmetall gehört den Verbundwerkstoffen an. Sie bestehen zumeist aus 70 % bis 97 % Wolframcarbid (als Verstärkungsphase) und 3 % bis 30 % metallischem Binder. Thus, sintered carbide carbides are preferably to be understood as the hard metals mentioned. Characteristic of this type of metals are very high hardness and resistance to fouling, which is used here in a special way. Carbide belongs to the composites. They usually consist of 70% to 97% tungsten carbide (as reinforcement phase) and 3% to 30% metallic binder.

Hartlegierungen, die ebenfalls für die Lagerringe eingesetzt werden können, werden auch als Stellite bezeichnet. Es handelt sich dabei um Hartlegierungen auf Kobalt-Chrom-Wolframbasis. Stellite enthalten je nach Einsatzgebiet Anteile von Chrom, Nickel, Molybdän und Kohlenstoff, der durch die Bildung von Karbiden einen großen Einfluss auf die Eigenschaften der Legierung hat. Das Hauptmerkmal von Stelliten ist eine hohe Beständigkeit von Verschleiß. Dies wird im vorliegenden Anwendungsfall vorteilhaft genutzt. Hard alloys, which can also be used for the bearing rings, are also called Stellite. These are hard alloys based on cobalt-chromium-tungsten. Stellite contain, depending on the application, shares of chromium, nickel, molybdenum and carbon, which has a great influence on the properties of the alloy by the formation of carbides. The main feature of stellite is a high resistance to wear. This is advantageously used in the present application.

Der Lagerring kann dabei vollständig aus Hartmetall oder aus einer Hartlegierung bestehen. The bearing ring can be made entirely of hard metal or a hard alloy.

Es ist aber auch möglich, dass der Lagerring nur in einem Oberflächenbereich, der die Laufbahnen der Lagerringe umfasst, aus Hartmetall oder aus einer Hartlegierung besteht. But it is also possible that the bearing ring only in a surface region comprising the raceways of the bearing rings, made of hard metal or a hard alloy.

Der erste Lagerring und/oder der zweite Lagerring weist bevorzugt eine Oberflächenhärte von mindestens 52 HRC auf. The first bearing ring and / or the second bearing ring preferably has a surface hardness of at least 52 HRC.

Die Erfindung stellt demgemäß auf den Einsatz von Hartmetall oder einer Hartlegierung bei den Lagerringen ab, das insbesondere bei der Beaufschlagung mit Bohrschlamm eine erhöhte Resistenz zeigt. Somit wird eine hohe Beständigkeit gegen Abrasion erreicht, die bei den in Rede stehenden Bohrmotor-Lageranordnungen bislang nicht bekannt war. Accordingly, the invention relies on the use of cemented carbide or a hard alloy in the bearing rings, which exhibits increased resistance, in particular when subjected to drilling mud. Thus, a high resistance to abrasion is achieved, which was previously unknown in the present Bohrmotor-bearing assemblies.

Der erste Lagerring und der zweite Lagerring können als zusammenwirkende Gleitlagerelemente ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring Wälzkörper angeordnet sind, d. h. in diesem Falle ist eine Ausgestaltung als Wälzlager vorgesehen. Ein Einsatz für Gleitlager ist allerdings auch denkbar, wenngleich nicht der bevorzugte Anwendungsfall. The first bearing ring and the second bearing ring may be formed as cooperating sliding bearing elements. But it is also possible that between the first bearing ring and the second bearing ring rolling elements are arranged, d. H. In this case, an embodiment is provided as a rolling bearing. However, an insert for plain bearings is also conceivable, although not the preferred application.

Die vorgeschlagene Lösung stellt somit korrosionsbeständige Lagerringe, insbesondere Wälzlagerringe, zur Verfügung, die sich besonders für Öl- und Gasbohranwendungen eignen. Die Widerstandsfähigkeit gegen Abrasion ist sehr hoch, was vorliegend besonders vorteilhaft ist. The proposed solution thus provides corrosion-resistant bearing rings, in particular rolling bearing rings, which are particularly suitable for oil and gas drilling applications. The resistance to abrasion is very high, which is particularly advantageous in the present case.

Die Gebrauchsdauer der Lagerringe, insbesondere der Wälzlagerringe, kann somit erhöht werden. In vorteilhafter Weise wird der Verschleiß der Lagerringe vermindert; insbesondere tritt Grübchenbildung (Pitting) später als bislang auf oder gegebenenfalls auch gar nicht mehr. The service life of the bearing rings, in particular the rolling bearing rings, can thus be increased. Advantageously, the wear of the bearing rings is reduced; In particular, pitting occurs later than hitherto, or possibly not at all.

Die Wartungsintervalle für die Lager können somit ebenfalls verlängert werden, was Kosteneinsparungen bei der Instandhaltung erlaubt. The maintenance intervals for the bearings can thus also be extended, which allows cost savings during maintenance.

Durch die hochfeste Ausführung der Lageringe wird weiterhin eine kompaktere Bauweise ermöglicht. D. h. es wird insbesondere möglich, bei einer Bohranordnung mit weniger Lagereinheiten als bislang auszukommen. Due to the high-strength design of the bearing rings a more compact design is still possible. Ie. It is particularly possible to get along with a drilling assembly with fewer storage units than before.

Zentraler Aspekt der vorgeschlagenen Verbesserung ist ein Lagerringwerkstoff, der Hartmetall oder eine Hartlegierung aufweist bzw. sogar gänzlich aus dem Hartmetall oder der Hartlegierung besteht. The central aspect of the proposed improvement is a bearing ring material which has hard metal or a hard alloy or even consists entirely of the hard metal or the hard alloy.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt den Radialschnitt durch ein Kugellager, das Bestandteil einer Bohrmotor-Lageranordnung ist. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The single figure shows the radial section through a ball bearing, which is part of a drill motor bearing assembly.

In der Figur ist ein Lager 1 in Form eines Wälzlagers zu sehen, das Bestandteil eines Bohrmotors ist. Mit der dargestellten Lagerung kann insbesondere der Rotor des Bohrmotors in einem Gehäuse gelagert werden. Der Bohrmotor ist dabei Bestandteil einer Bohranordnung, mit der Bohrungen in das Erdreich eingebracht werden können. In the figure is a warehouse 1 in the form of a rolling bearing, which is part of a drilling motor. With the illustrated bearing, in particular, the rotor of the drilling motor can be stored in a housing. The drilling motor is part of a drilling arrangement with which holes can be introduced into the soil.

Hierfür weist die Bohrmotor-Lageranordnung Lager 1 auf, wie sie skizziert sind. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Lagerinnenringe 2 axial benachbart angeordnet, genauso wie zwei Lageraußenringe 3. Zwischen den Lagerringen 2, 3 sind Wälzkörper 4 in Form von Kugel angeordnet. For this purpose, the drill motor bearing arrangement bearings 1 on how they are sketched. In the embodiment, two bearing inner rings 2 arranged axially adjacent, as well as two bearing outer rings 3 , Between the bearing rings 2 . 3 are rolling elements 4 arranged in the form of a sphere.

Wesentlich ist, dass sowohl für die Lagerinnenringe 2 als auch für die Lageraußenringe 3 ein Werkstoff verwendet wird, der aus Hartmetall oder einer Hartlegierung besteht. It is essential that both for the bearing inner rings 2 as well as for the bearing outer rings 3 a material is used which consists of hard metal or a hard alloy.

Mit dieser Ausgestaltung ist die Voraussetzung dafür geschaffen, die Lagerringe so beständig gegen Abrasion zu machen, dass sie von Bohrschlamm durchflossen werden können, ohne Schaden zu nehmen. With this configuration, the condition is created to make the bearing rings so resistant to abrasion that they can be traversed by drilling mud, without being damaged.

Das so hergestellte Lager zeichnet sich durch eine höhere Gebrauchsdauer aus, als es mit herkömmlichem Wälzlagerstahl der Fall wäre. The bearing thus produced is characterized by a longer service life than would be the case with conventional bearing steel.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Lager (Wälzlager) Bearings (rolling bearings)
2 2
erster Lagerring (Innenring) first bearing ring (inner ring)
3 3
zweiter Lagerring (Außenring) second bearing ring (outer ring)
4 4
Wälzkörper rolling elements

Claims (9)

Bohrmotor-Lageranordnung zur Lagerung eines sich drehenden Bauteils, wobei die Lageranordnung mindestens ein Lager (1) umfasst, das mindestens einen ersten Lagerring (2) und mindestens einen zweiten Lagerring (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (2) und/oder der zweite Lagerring (3) aus Hartmetall oder aus einer Hartlegierung besteht. A bore motor bearing arrangement for mounting a rotating component, wherein the bearing arrangement comprises at least one bearing ( 1 ), the at least one first bearing ring ( 2 ) and at least one second bearing ring ( 3 ), characterized in that the first bearing ring ( 2 ) and / or the second bearing ring ( 3 ) consists of hard metal or a hard alloy. Bohrmotor-Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hartmetall ein Karbidhartmetall ist und einen metallischen Binder aufweist. Drill motor bearing assembly according to claim 1, characterized in that the hard metal is a carbide hard metal and having a metallic binder. Bohrmotor-Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartlegierung eine solche auf Kobalt, Chrom- oder Wolframbasis ist. Drill motor bearing assembly according to claim 1, characterized in that the hard alloy is one based on cobalt, chromium or tungsten. Bohrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hartmetall Wolframkarbid mit einem Volumenanteil von mindestens 70 Vol.-% und Cobalt mit einem Volumenanteil von mindestens 3 Vol.-% aufweist. Drill motor bearing arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hard metal tungsten carbide having a volume fraction of at least 70 vol .-% and cobalt having a volume fraction of at least 3 vol .-%. Bohrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (2, 3) vollständig aus Hartmetall oder aus einer Hartlegierung besteht. Drill motor bearing arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bearing ring ( 2 . 3 ) is made entirely of hard metal or a hard alloy. Bohrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (2) und/oder der zweite Lagerring (3) eine Oberflächenhärte von mindestens 52 HRC aufweist. Drill motor bearing arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first bearing ring ( 2 ) and / or the second bearing ring ( 3 ) has a surface hardness of at least 52 HRC. Bohrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des ersten Lagerrings (2) und/oder des zweiten Lagerrings (3) weitere Materialbestandteile aufweist, so dass die Lagerringe (2, 3) nichtrostend sind. Drill motor bearing arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the material of the first bearing ring ( 2 ) and / or the second bearing ring ( 3 ) has further material components, so that the bearing rings ( 2 . 3 ) are stainless. Bohrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (2) und der zweite Lagerring (3) als zusammenwirkende Gleitlagerelemente ausgebildet sind. Drill motor bearing arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first bearing ring ( 2 ) and the second bearing ring ( 3 ) are formed as cooperating sliding bearing elements. Bohrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Lagerring (2) und dem zweiten Lagerring (3) Wälzkörper (4) angeordnet sind. Drill motor bearing arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that between the first bearing ring ( 2 ) and the second bearing ring ( 3 ) Rolling elements ( 4 ) are arranged.
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