DE1198760B

DE1198760B - Roller bit with lubricating device

Info

Publication number: DE1198760B
Application number: DEH43929A
Authority: DE
Inventors: Robert Ashley Cunningham
Original assignee: Hughes Tool Co
Current assignee: Hughes Tool Co
Priority date: 1961-10-19
Filing date: 1961-10-19
Publication date: 1965-08-19

Description

Rollenmeißel mit Schmiervorrichtung Die Erfindung betrifft einen Rollenmeißel, dessen Schneidrollenlager durch Dichtungen verschlossen und über entsprechende Kanäle mit einer Schmierstoffkammer verbunden sind, die durch ein bewegbares Dichtelement mit dem Druck außerhalb des Rollenmeißels beaufschlagbar ist.Roller bit with lubricating device The invention relates to a roller bit, whose cutting roller bearings are closed by seals and via appropriate channels are connected to a lubricant chamber, which is secured by a movable sealing element can be acted upon with the pressure outside the roller bit.

Die Erfindung dient einer besonders gründlichen Schmierung von Lagerteilen, die relativ zueinander gleichzeitig axiale, radiale und taumelnde Bewegungen ausführen und kann überall dort angewendet werden, wo eine Schmierung von relativ zueinander beweglichen Teilen erforderlich ist. Auf Grund des sie umgebenden, eine schleifende Wirkung ausübenden Flüssigkeitsstromes sind Bohrmeißel außerordentlich starken Beanspruchungen ausgesetzt. Hierbei kann nicht nur Schmiermittel verlorengehen, sondern es besteht auch die Gefahr, daß die verlorene Menge durch die schleifend wirkende Flüssigkeit ersetzt wird, wodurch das verbleibende Schmiermittel verunreinigt wird und so das Werkzeug, anstatt es durch gute Schmierung zu schützen, beschädigen kann.The invention is used for a particularly thorough lubrication of bearing parts, which simultaneously execute axial, radial and tumbling movements relative to one another and can be used wherever there is lubrication relative to each other moving parts is required. Because of the one surrounding it, a dragging one Drilling bits are extremely stressful when the flow of liquid has an effect exposed. Not only can lubricant be lost here, but it exists there is also the risk that the lost amount is caused by the abrasive liquid replaced, contaminating the remaining lubricant and so that Can damage the tool instead of protecting it with good lubrication.

Hauptaufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines Schmiersystems, das zu jeder Zeit in einem Lager eine ausreichende, nicht verunreinigte Menge Schmiermittel gewährleistet.The main object of this invention is to create a lubrication system, a sufficient, uncontaminated amount of lubricant in a bearing at all times guaranteed.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer dicht verschlossenen Lagereinrichtung einschließlich eines Schmiermittelvorrates, der einen Ersatz verlorengegangenen Schmiermittels bewirkt und eine volumetrische Veränderung innerhalb des Lagers bei der Bewegung seiner Teile ausgleicht.Another object of the invention is to provide a tightly sealed storage facility including a lubricant supply, which provides a replacement for lost lubricant and a volumetric one Compensates for changes within the warehouse in the movement of its parts.

Darüber hinaus wird durch die Erfindung eine gut abgedichtete Lagereinrichtung mit einer Schmiermittelkammer sowie Einrichtungen geschaffen, die es ermöglichen, daß im Lager zu jeder Zeit die richtige Schmiermittelmenge vorhanden ist, selbst wenn relativ große und schnelle Volumenänderungen im Lager auftreten.In addition, the invention provides a well-sealed bearing device created with a lubricant chamber and facilities that make it possible that the right amount of lubricant is available in the bearing at all times, even when relatively large and rapid changes in volume occur in the warehouse.

Im Bohrkopf vorgesehene besondere Schmierkammern sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. So hat man schon eine von der Außenseite des Bohrkopfes völlig getrennte ringförinige Schmierkammer an der Innenseite des Bohrkopfes vorgesehen, die durch eine Membran abgedichtet und durch eine perforierte Hülle abgestützt ist. Bei dieser Anordnung steht aber die Kammer unter dem Innendruck der Spülflüssigkeit, der wesentlich größer ist als der Außendruck, so daß das Schmiermittel zu schnell aus den Lagern herausgedrückt wird. Nach einer anderen bekannten Ausführungsform wird die Schmierkammer durch eine radial zur Drehachse versetzte und zu dieser parallele Bohrung im Bohrkopf gebildet. Die Bohrung ist nach außen durch einen Kolben verschlossen, der grundsätzlich den Außendruck zur Einwirkung auf die Schmierkammer bringen kann. Dies geschieht jedoch mit solcher Verzögerung, daß der Kolben bei Druckschwankungen nur wenig reagiert und daher keinen befriedigenden Ausgleich durchführen kann. Außerdem ist die Aufnahmefähigkeit einer solchen Bohrung derart begrenzt, daß keine ausreichenden Schmierstoffreserven verfügbar sind.Special lubrication chambers provided in the drill head are in various forms Executions known. So you already have one from the outside of the drill head completely separate annular lubrication chamber provided on the inside of the drill head, which is sealed by a membrane and supported by a perforated shell. In this arrangement, however, the chamber is under the internal pressure of the rinsing liquid, which is much greater than the external pressure, so that the lubricant too quickly is pushed out of the bearings. According to another known embodiment the lubrication chamber is offset radially to and parallel to the axis of rotation Bore formed in the drill head. The bore is closed to the outside by a piston, which can basically bring the external pressure to act on the lubrication chamber. However, this happens with such a delay that the piston with pressure fluctuations reacts only slightly and therefore cannot carry out a satisfactory compensation. aside from that the capacity of such a hole is so limited that not enough Lubricant reserves are available.

Die Nachteile dieser bekannten Ausführungen werden erfindungsgemäß vor allem dadurch vermieden, daß die Schmiermittelkammer aus einem verjüngten Abschnitt des den Rollenmeißel tragenden Bohrgestängeabschnittes und einem zylindrischen Gehäuse gebildet wird, in dem sich eine am Gehäuse befestigte undurchlässige Membran als elastisches Dichtelement befindet. Diese Membran wird vorzugsweise von einer mit Löschern versehenen Trennwand gestützt, die mit ihren Enden an der Innenwand des Gehäuses befestigt ist.The disadvantages of these known designs are according to the invention mainly avoided in that the lubricant chamber consists of a tapered section of the drill pipe section carrying the roller bit and a cylindrical housing is formed in which an impermeable membrane attached to the housing as elastic sealing element is located. This membrane is preferably of one with Extinguishers provided partition wall supported with their ends on the inner wall of the Housing is attached.

Hier steht die Membran unmittelbar unter dem Einfluß des Außendrucks und kann den Druck im Schmierinittelraum praktisch verzögerungsfrei dem Außendruck anpassen, was eine stets gleichmäßige Abgabe des Schmiermittels zur Folge hat. Die Größe des Schmiermittelraumes kann praktisch allen Anforderungen angepaßt werden, und doch liegt die Membran für die iin Außenbereich des Bohrgestänges vorgesehene Schmiermittelkammer so geschützt, daß mechanische Beschädigungen praktisch ausgeschlossen sind. Für den so geschaffenen Bohrmeißel gelten auch keine Einschränkungen hinsichtlich der Handhabung mit den normalen Bohrgeräten.Here the membrane is directly under the influence of the external pressure and can adjust the pressure in the lubricant space virtually instantaneously to match the external pressure adjust, which means that the lubricant is always dispensed evenly. the The size of the lubricant space can be adapted to practically all requirements, and yet the membrane for the one provided outside of the drill string is located Lubricant chamber protected in such a way that mechanical damage is practically impossible are. For the drill bit created in this way there are also no restrictions in terms of handling with normal drilling rigs.

An Hand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung werden die Merkmale dieser Erfindung in ihrer Anwendung bei einem Drehbohrmeißel deutlich erkennbar.Using the following description in conjunction with the drawing describes the features of this invention in its application to a rotary drill bit clearly.

In der Zeichnung bezeichnet 1 ein Bohrwerkzeug mit einem Bohrkopf 2, das nach unten ragende Ansätze aufweist, von denen einer mit 3 bezeichnet ist. Jeder Ansatz 3 endet mit einem mit ihm aus einem Stück bestehenden, nach unten und nach innen in Richtung der Bohrerachse gerichteten Zapfen 4. Der Bohrkopf 2 weist eine innere Kammer 5 auf, durch welche Spülflüssigkeit nach unten über die Kanäle 6 zu den Schneidwerkzeugen fließt, von denen eines bei 7 dargestellt ist. Das obere Ende des Bohrkopfes ist durch ein sich an ihm befindendes Gewinde bei 8 mit einem Teil des Bohrgestänges 9 verbunden, der das Bohrwerkzeug 1 in Drehbewegung versetzt.In the drawing, 1 denotes a drilling tool with a drill head 2 which has downwardly projecting lugs, one of which is denoted by 3. Each extension 3 ends with a pin 4, which is made in one piece with it and is directed downwards and inwards in the direction of the drill axis. The drill head 2 has an inner chamber 5 through which flushing fluid flows downwards via the channels 6 to the cutting tools, one of which is shown at 7 . The upper end of the drill head is connected by a thread located on it at 8 to a part of the drill rod 9 , which sets the drilling tool 1 in rotary motion.

Im Inneren des Ansatzes 3 erstreckt sich eine Bohrung 15 bis zu einem Punkt der Laufrille für die Lagerkugeln 16. Diese Ausführung ermöglicht die Anordnung des Schneidwerkzeugs 7 auf den Zapfen 4 bei bereits eingesetzten Rollen 17. Die Kugeln 16 werden dann durch die Bohrung 15 eingeführt, bis das Kugellager voll ist. Ein Stift 18 wird dann in die Bohrung 15 eingeführt und mittels Schweißmetall 19 befestigt. Es ist zu beachten, daß das innere Ende des Stifts 18 bei 20 so konturiert ist, daß er an der Stelle, wo die Bohrung 15 in den Laufkranz mündet, diesen vervollständigt.In the interior of the extension 3 , a bore 15 extends to a point of the running groove for the bearing balls 16. This embodiment enables the cutting tool 7 to be arranged on the pin 4 when the rollers 17 have already been inserted. The balls 16 are then inserted through the bore 15, until the ball bearing is full. A pin 18 is then inserted into the bore 15 and secured with weld metal 19. It should be noted that the inner end of the pin 18 is contoured at 20 so that it completes the raceway at the point where the bore 15 opens.

Ein kegelstumpfföriniger Dichtungsring 21 bildet die Abdichtung zwischen der Fläche 22 am hinteren Ende des Schneidwerkzeugs 7 und der Schulterfläche 23 am Bodenende des Zapfens 4. Auf diese Weise wird ein abgedichtetes Lager gebildet, in welchem eine ausreichende Schiniermitteltnenge erhalten bleibt und von der Verunreinigungen ferngehalten werden. Dies erfordert, daß einerseits der Druck an den gegenüberliegenden Seiten des Dichtungsrings zu jeder Zeit im wesentlichen gleich groß ist, daß Spülflüssigkeit nicht vonaußen in das Lager eindringen kann und daß andererseits entlang dem Dichtungsring ausleckendes Schmiermittel -ersetzt wird.A frustoconical sealing ring 21 forms the seal between the surface 22 at the rear end of the cutting tool 7 and the shoulder surface 23 at the bottom end of the pin 4. In this way, a sealed bearing is formed in which a sufficient amount of lubricant is maintained and from which contamination is kept. This requires, on the one hand, that the pressure on the opposite sides of the sealing ring is essentially the same at all times, that flushing liquid cannot penetrate into the bearing from the outside and, on the other hand, that lubricant leaking along the sealing ring is replaced.

Zur Erfüllung dieser Bedingung ist ein auf dem Bohrköpf 2 ruhender Mantel 25 vorgesehen, dessen oberes Ende 26 das Bohrgestänge 9 gleitbar umschließt. Bei 27 ist der Querschnitt des Bohrgestänges 9 reduziert, wodurch sich zwischen Mantel 25 und dem unteren Ende des Bohrgestänges ein ringförmiger Hohlraum 28 ergibt# Eine an der Innenwand des Mantels 25 befestigte, mehrfach durchlöcherte, sich abwärts nach innen erstreckende Manschette 29 trennt den ringförmigen Hohlraum 28 von der sich darunter befindlichen Schmiermittelkammer 30. An der Innenwandung der Kammer 30 befindet sich ein undurchlässiger, aus Gummi, Kunststoff oder ähnlichem flexiblen Material bestehender, zylindtisch geformter Trennkörper31, der mit seinem oberen Ende an der Manschette 29 und am Mantel 25 befestigt ist und die Kammer nach oben abdichtend verschließt.To meet this condition, a jacket 25 resting on the drill head 2 is provided, the upper end 26 of which encloses the drill rod 9 in a slidable manner. At 27 , the cross-section of the drill rod 9 is reduced, resulting in an annular cavity 28 between the jacket 25 and the lower end of the drill rod # A cuff 29 , which is attached to the inner wall of the jacket 25 , has multiple holes and extends downwards inwards, separates the annular cavity 28 30, from which underlying lubricant chamber to the inner wall of the chamber 30 is an impermeable, made of rubber, plastic or similar flexible material existing, zylindtisch shaped Trennkörper31 which is secured by its upper end to the sleeve 29 and jacket 25 and closes the chamber sealingly at the top.

Das untere Ende der Manschette 29 ist in das obere Ende ein es Verschlußrings 32 eingeschoben, an welchem sich der Dichtungsring 33 befindet, der den Verschlußring gegenüber der Innenwandung des Mantels 25 abdichtet. Das untere Ende des zylindrisch geformten Trennkörpers 31 ist ebenfalls abdichtend am Verschlußriiig 32 befestigt, so daß der Trennkörper eine flexible Wand der Kammer 30 bildet.The lower end of the cuff 29 is pushed into the upper end of a locking ring 32 on which the sealing ring 33 is located, which seals the locking ring against the inner wall of the jacket 25. The lower end of the cylindrically shaped separating body 31 is also sealingly attached to the closure ring 32 , so that the separating body forms a flexible wall of the chamber 30 .

Über jedem Ansatz 3 des Bohrwerkzeugs 1 weist der Verschlußring 32 einen -senkrecht angeordneten Durchlaß 35 auf, der bei 36 zur Aufnahme des oberen Endes einer dicht abschließenden rohrförmigen Buchse 37 zylindrisch ausgebohrt ist. Das untere Ende der Buchse 37 greift in eine zylindrische Ausbohrung 38 der Bohrung 39 des Ansatzes ein. Die Kammer 30 steht mit einem ausgeschnittenen Teil 40 des Stifts 18 in Verbindung, wobei der Stift zusätzlich Durchlässe aufweist, die einen Durchfluß des Schmiermittels zu bestimmten Stellen des Lagers hin gestatten.Above each attachment 3 of the drilling tool 1 , the locking ring 32 has a vertically arranged passage 35 which is drilled out cylindrically at 36 for receiving the upper end of a tightly closing tubular bush 37. The lower end of the socket 37 engages in a cylindrical bore 38 of the bore 39 of the extension. The chamber 30 communicates with a cut-out part 40 of the pin 18 , the pin additionally having passages which allow the lubricant to flow through to certain points of the bearing.

Um auf die Innenwandung der Trennwand 31 und die Außenfläche des Dichtungsrings 21 den gleichen Unigebungsdruck einwirken zu lassen, sind im Mantel 25 über dem oberen Ende der Manschette 29 eine oder mehrere Entlüftungslöcher 41 angeordnet.In order to allow the same exposure pressure to act on the inner wall of the partition 31 and the outer surface of the sealing ring 21, one or more vent holes 41 are arranged in the jacket 25 above the upper end of the cuff 29.

Die beschriebenen Konstruktionsinerkmale erlauben somit ein Senken und Ansteigen des Schmiermittels im ganzen Lager sowie von und zur Kammer 30 bei jeder Reiativbewegung zwischen Schneidwerkzeug 7 und Zapfen 4 und verursachen einen Ausgleich der Volumenänderung innerhalb des Lagers.The design features described thus allow the lubricant to rise and fall in the entire bearing and from and to the chamber 30 for each relative movement between the cutting tool 7 and the pin 4 and compensate for the change in volume within the bearing.

Zur Erklärung der Arbeitsweise der Erfindung muß davon ausgegangen werden, daß Gesteinsbohrer großen Beanspruchungen unterworfen sind. Auf das Gerät werden hohe statische Belastungen ausgeübt, die durch starke Stoßbeanspruchungen noch erhöht werden. Wie bereits erwähnt, wird weiterhin die Aufgabe einer wirkungsvollen Schmierung durch die den Bohrkopf umgebende, stark reibend wirkende Flüssigkeit erschwert.To explain the operation of the invention, it must be assumed that rock drills are subjected to great stresses. On the device high static loads are exerted as a result of strong shock loads still to be increased. As mentioned earlier, the job will continue to be effective Lubrication by the strongly rubbing liquid surrounding the drill head difficult.

Die außerordentlich hohen Beanspruchungen des Geräts und die wechselnden Richtungen der resultierenden Kräfte verursachen eine komplexe Relativbewegung des Schneidwerkzeugs 7 in bezug auf den Zapfen 4, und diese Bewegung wird mit zunehmender Abnutzung verstärkt. Die Bewegung weist eine axiale Komponente auf, wodurch eine exzentrische Bewegung relativ zur Achse des Zapfens auftreten kann, während gleichzeitig das Schneidwerkzeug 7 eine Taumelbewegung in bezug auf den Zapfen 4 ausführt. Diese Relativbewegungen erfolgen mit hoher Geschwindigkeit und verursachen entsprechend schnelle Änderungen des innerhalb des Lagers durch das Schiniermittel eingenommenen Raumes.The extremely high stresses on the device and the changing directions of the resulting forces cause a complex relative movement of the cutting tool 7 with respect to the pin 4, and this movement increases with increasing wear. The movement has an axial component, as a result of which an eccentric movement can occur relative to the axis of the pin, while at the same time the cutting tool 7 performs a wobbling movement with respect to the pin 4. These relative movements take place at high speed and cause correspondingly rapid changes in the space taken up by the sliding means within the bearing.

Die Trennwand 31 ist von geringer Masse und ist außerordentlich flexibel. Somit kann sich über dem Dichtungsring 21 nur ein unbedeutender Differenzdruck bilden, so daß Schmierrnittel an den Seiten des Dichtungsrings nicht in nennenswertem Umfang auslecken bzw. verunreinigte Flüssigkeit von außen eindringen kann.The partition wall 31 is of low mass and is extremely flexible. Thus, only an insignificant differential pressure can form over the sealing ring 21, so that lubricant on the sides of the sealing ring cannot leak to any significant extent or contaminated liquid can penetrate from the outside.

Der Zusammenbau der beschriebenen Schmiervorrichtung geschieht in der Weise, daß zunächst der Mantel 25 mit dem Verschlußring 32 in umgekehrter Lage auf eine ebene Fläche gestellt und die Kammer 30 mit Schmiermittel gefüllt wird. Dann werden die Oberteile der Buchsen 37 in die zylindrischen Ausbohrungen 36 geschoben und das Bohrwerkzeug 1, ebenfalls umgekehrt, daraufgesetzt. Die unteren Enden der Buchsen treten in die zylindrischen Ausbohrungen 38 ein, wodurch die Verbindung zwischen der Kammer 30 und den Lagerteilen über die Durchlässe 39 hergestellt ist. Der Zusammen au läßt erkennen, daß somit ein ausreichendes Schmieren der Lager gewährleistet ist und eine Verunreinigung des Schmiermittels verhindert wird.The assembly of the lubricating device described is done in such a way that first the jacket 25 with the locking ring 32 is placed in the inverted position on a flat surface and the chamber 30 is filled with lubricant. Then the upper parts of the bushings 37 are pushed into the cylindrical bores 36 and the drilling tool 1, also reversed, is placed thereon. The lower ends of the bushings enter the cylindrical bores 38 , whereby the connection between the chamber 30 and the bearing parts via the passages 39 is established. The combination shows that sufficient lubrication of the bearings is ensured and contamination of the lubricant is prevented.

Allgemein zusammenfassend setzt sich die Erfindung aus einer Vorrichtung zum Schmieren von Lagern und deren Teile zusammen, die so konstruiert und angeordnet ist, daß eine ausreichende, nicht verunreinigte Menge Schmiermittel zu jeder Zeit im Lager erhalten bleibt.In general, the invention consists of a device for lubricating bearings and their parts together that are designed and arranged is that there is a sufficient, uncontaminated amount of lubricant at all times is retained in the warehouse.

Claims

1. A rolling cutter whose cutting roller bearings are sealed by seals and is connected via respective channels with a lubricant chamber, which is acted upon by a movable sealing member to the pressure outside of the drill bit, d a d u rch g e - k ennzeichnet that the lubricant chamber (30 ) is formed from a tapered section (27) of the drill rod section (9 ) carrying the roller bit (1) and a cylindrical housing (25) in which an impermeable membrane (31) attached to the housing is located as an elastic sealing element.

2. Roller bit according to claim 1, characterized in that the membrane (31) is supported by a partition wall (29) provided with holes, which is fastened with its ends to the inner wall of the housing. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1 050 707, 1 041 890; British Patent No. 862,104 ; U.S. Patent Nos. 2,861,780, 2,797,067 .