DE1627030A1

DE1627030A1 - Bohrgeraet

Info

Publication number: DE1627030A1
Application number: DE19671627030
Authority: DE
Inventors: Burton Vernooy
Original assignee: WILLIAMSON Inc T; TD Williamson Inc
Current assignee: WILLIAMSON Inc T; TD Williamson Inc
Priority date: 1966-06-16
Filing date: 1967-06-15
Publication date: 1970-10-01
Also published as: GB1149649A; NL153790B; FR1496502A; US3411384A; NL6702550A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Bohren eines Loches oder einer Öffnung in einem Gefäß, wie z.B. einem Rohr oder dgl., unter gleichzeitiger Verhinderung jedes wesentlichen Einfließens oder Ausfließens von Flüssigkeit in das oder aus dem Gefäß.

Das Sehneiden oder Bohren eines Loches durch die Wand eines Gefäßes oder Rohres, während es eine Flüssigkeit unter Druck enthält, wird für gewöhnlich "hot tapping" genannt. Ein derartiges Anbohren wird für gewöhnlich in den Fällen durchgeführt, in denen es erwünscht ist, eine Verbindung mit dem Gefäß oder Rohr herzustellen, ohne es außer Betrieb zu setzen und den Druck oder das Druckmittel

Pafentanwöffe Dipi.-Ing. Martin Licht, DipL-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Drpl.-Phys. Sebastian Herrmann 8 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Telefon: 2921 02 ■ Telearamm-Adreijei Lipalli/MOnchen

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OppanauerBOro: PATENTANWALT DR. REfNHOLD SCHMIDT SAD ORIGINAL

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aus ihm zu entfernen. Beispielsweise werden Anbohrungen von in Betrieb befindlichen Leitungen oft bei Rohrleitungen vorgenommen, die Erdöl fähren, um nicht gezwungen zu sein, die Rohrleitung abzustellen, zu entleeren und mit Dampf zu beschicken und sie dann wieder in Betrieb zu setzen, nachdem ein Anschluß hergestellt worden ist. Diese "hot taps" genannten Anbohrungen bei Betrieb werden für gewöhnlich dadurch vorgenommen, daß man zunächst einen Rohrstutzen oder ein zweiteiliges T-Stück an dem anzubohrenden Gefäß oder Rohr anschweißt und dann ein Anbohrventil an dem Rohrstutzen oder an dem Zweig des T-Stückes anbringt. Sodann wird das Anbohrgerät auf dem Ventil angebracht und sein Schneidwerkzeug wird durch das offene Ventil eingeführt, um die Öffnung in dem Gefäß oder Rohr zu schneiden. Nachdem die Öffnung geschnitten worden ist, wird das Schneidwerkzeug zurückgezogen und das Ventil geschlossen, wonach das Anbohrgerät entfernt werden kann, ohne daß ein erhebliches Einfließen oder Ausfließen von Flüssigkeit in das oder aus dem Gefäß stattfindet.

Während Änsteeh- oder Anbohrgeräte zur Durchführung dieses Verfahrens heute auf dem Markt erhältlich sind, sind nur die kleineren Größen von verhältnismäßig einfacher Ausbildung. Die größeren Aristechmaschinen sind verhältnismäßig kompliziert und ihre Herstellung erfordert einen hohen Kostenaufwand, Die Kompliziertheit der größeren Anstechmaschinen führt unweigerlich dazu, daß diese Maschinen ein erhebliches

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Gewicht aufweisen, so daß ihr Gebrauch verhältnismäßig schwierig ist. Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Anbohr- oder Anstechgerät zu schaffen, das nicht nur in kleineren sondern auch in größeren Abmessungen gebaut werden kann und dennoch von verhältnismäßig einfacher Bau- und Betriebsweise ist, und das verhältnismäßig geringes Gewicht aufweist und dennoch in der Lage ist, hohe Flüssigkeitsdrücke auszuhalten, die beim Einschneiden eines Loches oder bei der Herstellung eines "hot taps" auftreten können.

Ein weiterer Nachteil der großen Anstechmaschinen gemäß dem Stand der Technik bestand darin, daß diese Maschinen in sofern einen formschlüssigen Antrieb aufwiesen, als das Schneidwerkzeug bei jeder Umdrehung um eine bestimmte Strecke vorgeschoben wurde, ungeachtet der Leichtigkeit oder Schwierigkeit des Schneidens. Mit anderen Worten wird das Schneidwerkzeug sowohl während leichter als auch während schwerer Schneidaufgaben mit einer konstanten linearen* Vorschubgeschwindigkeit in das Werkstück vorgeschoben. Daraus ergibt sich, daß das Schneidwerkzeug während der leichten Schneidaufgaben zu langsam und während der schweren Schneidaufgaben zu schnell vorgeschoben wird. Daher ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Anstechmaschine zu schaffen, die in nicht nur kleineren sondern auch größeren Abmessungen gebaut werden kann und bei der eine einfache Anordnung vorgesehen ist, mit Hilfe derer die Vorschubgeschwindigkeit selbsttätig geändert wird,

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um die Bahrkraft; dies SchTxeidwveaikzeuges, die während des BoibarwOXgaaigesB a tiff das ferfcsdnfefe ausgeübt wird, im wesentliehen komstaarfc zxz haltern,/w^tarjah die Vorschuhg eschwindigfceit; während! (Σετ E&±%sgBmtßi dteir Heighten Bohraufgaben er/— hoht und während der* ZEeiftsBeannie; der schweren Bobra.ufga?hen.

Ferner i&t ms. ®1m Ziel dieE" "^©r/ltegenden eirt SeräLt zns. seEtaffem- feet dem das zuvorgenannire: verwirklic&fe ist; aal Bei dem die Antriebsvorrüehtoirg tür ^ das ©erät xm dler· Malte seines Botdens angebraaB^t· sein kann, wodurch das Serät verhältnismäßig läng sein» kamt und dennoch ein wesentlicher Teil des Gewichtes des Gerätes nahe an dem anzusäteehenden Gefäß angeordnet ist, wo· die Biege— wirkung des Gewichts auf das Gerät nur sehr g;ering ist.

Aiidere Ziele, Vorteile und Merkmale dler vorliegenden Erfindung gehen für den Fachmann aus der luektüre nachfolgender Beschreibung, der Ansprüche und aus den beigefügten Zeichnungen hervor, in denen

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer bevorzugten Ausführuttgsform des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung ist, bei der einige Teile in Längsschnittansicht gezeigt sind, <

Fig. 2 eine Teilschnittansicht des oberen Teils des Gerätes ist, .

Fig. 3 ein Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. i ist, Fig. 4 ein Schnitt entlang der Linie k-k in Fig. 2 ist und

Fig. 5 eine in die Einzelteile zerlegte Ansicht eines Teils der Fig. 2 ist.

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Die dargestellte Anbohrmasaeaiinie weisib eiai ,&ehans© aui, in dem eine BohreinrlEihtung drehbar angieäDaridnet IsIt₉ so daß sie sowohl drehbar als <aueii lai l^äxigsTi^iMtmn^ Im dem Crenänse bewegbar Is*«. BIe daargestelltie iBölir'eiiia:ie3i4img weist eine iJohrwelle 11 auf;, die ü&zm dient ₃ seine (nicht dargestellte) Bohrselinelde zn. tragen.

Als ein Iteil der BolireinrlclitMiig ist eine Jintri-elbsvorrielitung zut Drehung der Boihrwelle vorgesehen, Diese Antriebsvorrichtung ist mit einem Antrieljsrohr 12 gezeigt,

das die Bohrwelle aufnimmt und einen nicht kreisförmigen (z.B.quadratischen) Querschnitt hat, und teleskopartig auf dem entsprechend ausgebildeten Teil der Bohrwelle sitzt, der hier als Mutter 13 gezeigt ist. Das Antriebsrohr 12 ist durch geeignete Drucklager 14 in Nähe seines unteren Endes drehbar in dem Gehäuse 10 angebracht. Es ist ersichtlich, daß bei dieser Anordnung durch Drehung des Antriebsrohres 12 das Drehmoment durch die Mutter 13 auf die Bohrwelle übertragen wird, um sie in Drehung zu versetzen. Da die Mutter 13 in dem Antriebsrohr 12 frei gleiten kann, ist ersichtlich, daß die Bohrwelle auch in Längsrichtung des Antriebsrohrs in einer weiter unten beschriebenen Weise hin und her bewegt werden kann.

Es sind für die Drehung des Antriebsrohres 12 Mittel vorgesehen, die aus einem auf dem Antriebsrohr aufgekeilten Schneckenrad 15 und einer das Schneckenrad antreibenden Schnecke bestehen können. Die Schnecke 16 kann durch geeignete Lager 17 drehbar in dem Gehäuse angeordnet sein. Die Schnecke

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l6 weist ein Ende 18 auf, mit dem ein geeigneter Motor verbunden sein kann, sowie ein zweites Ende 19, das mit einer Kurbel für Handbetätigung verbunden sein kann. Ein Schwungrad 20 kann außerdem vorgesehen sein, um eine ruhig verlaufende Kraftübertragung zu gewährleisten.

Mit der Bohreinrichtung ist ein Vorschubantrieb verbunden, der dazu dient, die Bohreinrichtung in Längsrichtung des Gehäuses auf die relative Drehung zwischen der Bohreinrichtung und dem Vorschubantrieb hin zu bewegen. Der Vorschubantrieb kann die Form einer Vorschubschraube 21 haben, die mindestens so lang wie die gewünschte Bewegungsbahn der Bohrwelle ist und auf der Mutter 13 aufgeschraubt ist. Es ist somit ersichtlich, daß sich bei gemeinsamer Drehung der Bohrwelle und der Vorschubschraube die Bohrwelle nicht in Längsrichtung bewegt. Wenn jedoch die Drehung der Vorschubschraube verlangsamt oder angehalten wird, wird die Bohrwelle entsprechend auf das Werkstück zu oder von dem Werkstück hinweg bewegt.

Es sind Mittel für die Steuerung der relativen Drehung zwischen der Vorschubschraube und der Bohrwelle derart vorgesehen, daß die Vorschubgeschwindigkeit selbsttätig geändert wird, um die Bohrkraft der Bohrschneide, die auf das Werkstück während des Bohrvorganges ausgeübt wird, im wesentlichen konstant zu halten. Dies umfaßt ein Mittel, das eine schlupffähige Reibungsantriebsverbindung zwischen der Bohreinrichtung und dem Vorschubantrieb bildet. Dieses Mittel weist eine

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Rotorseheibe 22 (weiter unten ausführlicher beschrieben), einen Federring 23 und ein Drucklager 24 auf, das ein Ring sein kann, wie gezeigt, oder ein Kugeldrucklager, das auf dem oberen Ende 25 des Antriebsrohres getragen wird. Dieses obere Ende ist ferner über eine Kugellageranordnung 26 mit einer Schulter 27 an der Vorschubschraube verbunden, um die relative Drehung zwischen dem Antriebsrohr und der Vorsehubschraube zu gestatten und dabei die Längsbewegung zwischen dem Antriebsrohr und der Vorsehubschraube zu begrenzen. Bei dieser Anordnung kann die Mutter 28 auf der Vorsehubschraube nach unten angezogen werden, um den Grad des Reibungseingriffes zwischen dem Antriebsrohr und der Vorsehubschraube zu verstellen. Der gewünschte Grad dieser Verstellung wird weiter unten besehrieben. Ferner sind Mittel vorgesehen, eine schlupffähige Reibungshalteverbxndung zwischen dem Gehäuse und dem Vorschubantrieb zu bilden, um eine Haltekraft auf den Vorschubantrieb auszuüben, die darauf gerichtet ist, die soeben beschriebene Reibungsantriebsverbindung zu überwinden, um eine relative Drehung zwischen dem Vorschubantrieb und der Bohreinrichtung zu bewirken und dadurch die Längsbewegung der Bohreinrichtung hervorzurufen. Diese Reibungshalteeinrichtung weist ein erstes Element in Form eines Kugellagerlaufringes 29 auf, der in Reibungseingriff mit einem zweiten Element steht, das mehrere Kugellager 30 und die Rotorscheibe 22 umfaßt. Die Kugellager 30 werden in einem zweiten Kugellagerlaufring 31 gehalten, in dem eine Ringnut 32 ausgebildet ist.

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in der die Kugeln frei abrollen können. Der obere Kugellagerlaufring 29 kann sich frei in Längsrichtung in dem Gehäuse bewegen, wird jedoch durch einen Stift 32, der in einen senkrechten Schlitz 33 in dem Gehäuse eingreift, daran gehindert, sich gegenüber dem Gehäuse iO zu drehen. Die Kugellager 30 sind in Öffnungen 22a der Rotorscheibe angeordnet. Diese ist auf der Vorschubsehraübe aufgekeilt, so daß sie sich mit dieser dreht. Um eine veränderliche ßeibungshalteverbindung zu bilden,ist eine Fläche des Kugellagerlaufrings 29 mit Kurvenflächen versehen, wie es deutlicher in Fig. 5 gezeigt ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden durch die Kurvenflächen Erhöhungen 34 gebildet, die sich mit Vertiefungen 35 abwechseln. In der Ansicht der Fig. 5 sind je zwei Erhöhungen und Vertiefungen dargestellt, die um je 90 voneinander angeordnet sind. Die Oberfläche der Fläche entlang der Erhöhungen und Vertiefungen ist im wesentlichen glatt und durchgehend, so daß bei dem Abrollen der Kugellager 30 über diese Fläche abrupte Stöße zwischen den Kugeln und dieser Fläche vermieden werden. Eine Feder 36 ist vorgesehen, die den Kugellagerlaufring 29 in Richtung auf die Kugellager drückt, und in einer bevorzugten Ausführungsform verläuft diese Feder zwischen dem Kugellagerlaufring 29 und einer auf dem Gehäuse aufgeschraubten Kappe 37, so daß die Kappe nach oben und unten geschraubt werden kann, um die Kraft zu verändern, die die Feder auf den Kugellagerlaufring 29 ausübt.

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Bei dem Zusammenbau und für den Betrieb des erfindungsgemäßen Gerätes werden zunächst die Kappe 37, die Feder 36 und der Kugellagerlaufring 29 abgenommen und die Mutter 28 wird nach unten angezogen, so daß die Reibungsverbindung zwischen dem Antriebsrohr und der Bohrwelle und der Vorschubschraube genügend groß ist, daß sie sich bei Drehung des Antriebsrohrs gemeinsam drehen. Der Kugellagerlaufring 29, die Feder 36 und die Kappe 37 werden dann wieder angebracht, und die gesamte Einheit ist betriebsfertig. Bei dem Betrieb des Gerätes kann die Kappe 37 u™ den gewünschten Betrag, nach unten gedreht werden. So kann sie nach unten angezogen werden, bis die Haltereibung die Reibung der Verbindung zwischen der Vorschubsehraube und dem Anbriebsrohr vollständig überwindet, wenn die Bohrschneide nicht an dem Werkstück angreift. Dann dreht sieh die Vorschubschraube nicht, wenn die Bohrwelle gedreht wird, und die Bohrwelle wird dann mit der größten Geschwindigkeit auf das Werkstück zu oder von dem Werkstück hinweg bewegt. Wenn die Bohrschneide auf dem Werkstück auftrifft, wird durch die nach oben wirkende Gegenkraft der Bohrwelle die Reibung zwischen der Mutter 13 und der Vorschubschraube erhöht. Diese Reibung hat das Bestreben, die Drehung der Vorschubschraube zu bewirken. Das daraus entstehende Drehmoment an der Vorschubschraube wird durch die Reibung zwischen den Kugellagern 30 und dem oberen Kugellagerlaufring 29 minus der Reibung, die durch die Stellmutter 28 eingestellt wurde, ausgeglichen. Wenn diese verschiedenen Reibungsfaktoren gegen

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einander ausgewichen werden, dreht sich die Vorschubschraube mit einem bestimmten Bruchteil der Drehgeschwindigkeit der Bohrwelle. Wenn der nach oben gerichtete Druck auf die Bohrwelle durch einen erhöhten Widerstand an der Bohrschneide erhöht wird, wird die Drehung der Vorschubschraube abgebremst, bis die verschiedenen Reibungsfaktoren wieder gegeneinander ausgeglichen sind. Wenn andererseits die Bohrschneide auf geringeren Widerstand trifft, wird die Vorschubschraube beschleunigt, bis wieder der Ausgleich erreicht ist. Der Punkt, an dem der Ausgleich erreicht wird, kann durch Änderung des Druckes der Feder 36 durch Drehung der Kappe 37 verstellt werden» Bei jeder besonderen Einstellung wird die Vorschubgeschwindigkeit selbsttätig geändert, um die Bohrkraft der Bohrschneide, die auf das Werkstück ausgeübt wird, im wesentlichen konstant zu halten, so daß sich die Vorschubgeschwindigkeit während einer Zeitspanne der leichten Bohraufgabe erhöht und während einer Zeitspanne der schweren Bohraufgabe verringert. Außerdem kann die auf das Werkstück ausgeübte Bohrkraft über einen weiten Bereich durch Verstellung der Kappe 37 verändert werden.

Die Bohrwelle kann entlang ihrer Länge mit einer Zahlenskala versehen sein, so daß eine Bedienungsperson durch ein Fenster 41 in dem unteren Teil des Gehäuses feststellen kann, welche Strecke die Bohrwelle bei dem Bohrvorgang zurückgelegt hat und in welcher Stellung sie sich befindet. Die Zahlenskala wird vorzugsweise hergestellt, indem man die Zahlen und

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Teilstriche in der ¥elle ausnutet und dann die gebildeten Nuten mit einem geeigneten Kontraststoff ausfüllt, so daß die äußere Fläche der Bohrwelle aueh an den Stellen glatt ist, an denen die Nuten ausgeschnitten worden sind.

Während die oben nicht beschriebenen bauliehen Einzelheiten der Maschine wohl für den Fachmann aus der Betrachtung der Zeichnungen hervorgehen, sei darauf hingewiesen, daß die Mutter 13 an dem oberen Ende der Bohrwelle mittels Versenkschrauben 40 (Fig. 2 und 4) befestigt ist, so daß die Köpfe der Schrauben 40 in einer Ebene mit der oberen Flfciie der Mutter 13 liegen. Aus der vorstehenden Beschreibung geht deutlich hervor, daß mit Hilfe der vorliegenden Erfindung alle oben dargelegten Ziele sowie weitere Vorteile erreicht werden können, die offensichtlich sind und dem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung innewohnen.

Es sei bemerkt, daß bestimmte Merkmale und Kombinationen nützlich sind und ohne Bezug auf andere Merkmale und Kombinationen angewandt werden können. Dies wird durch die beigefügten Ansprüche beabsichtigt und liegt in deren Rahmen.

Da viele mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten, sei darauf hingewiesen, daß alle hier dargelegten oder in den beigefügten Zeichnungen veranschaulichten Einzelheiten nur in veranschaulichendem und nicht in begrenzendem Sinn zu verstehen sind.

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Claims

I1./Gerät zum Bohren eines Loches in einem Gefäß,- wie z.B. einem Rohr, bei dem ein flüssigkeitsdiclites Gehäuse eine drehbare Bohrwelle und eine Vorschubschraube sowie eine in Längsrichtung in einem Antriebsrohr gleitfähige Vorschubmutter enthält, die auf die Vorschubschraube aufgeschraubt ist, so daß die relative Drehung dazwischen die Hin- und Herbewegung der Bohrwelle bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß eine schlupffähige Reibungsantriebsverbindung (28,22,24,26,27) zwischen dem Antriebsrohr (12) und der Vorschubschraube (21) vorgesehen ist, die bestrebt ist, die gemeinsame Drehung des Antriebsrohrs (12) und der Vorschubschraube (21) zu bewirken, und daß eine schlupffähige Reibungshalteverbindung (32,33,29,30,31 und 22) zwischen dem Gehäuse (lO) und der Vorschubschraube (21) vorgesehen ist, die bestrebt ist, die schlupffähige Antriebsverbindung zu überwinden, um die Drehung der Vorschubschraube (21) zu be-

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN 2, TH ERES I ENSTRASSE 33 · Telefon: 2921 02 · Telegramm-Adresse: lipatli/München

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grenzen und dadurch die Bewegung der flßhrwelle (ll) in Längsrichtung entlang dem AntrieTjsrahr (12) zu bewirken,

2» !Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eeitoungshalteverbindung einen ersten an idem Gehäuse {10) aufgekeilten Kugellagerlaufring (29J₃, einen zweiten Kugellagerlaufring (31) ί durch eine mit der ¥©rsehubsehraaibe (21) verbundene Eotorseheilbe (22) gehaltene Kugeln (30), wobei der erste Kugellagerlaufring (29) Kurvenflachen (34,35) aufweist, entlang denen die Kugeln abrollen, wenn die Vor— schubschraube (21) sieh dreht, und eine Feder (36) aufweist, die den Kugellagerlaufring (29) gegen den Kugellagerlaufring (31) drückt.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenflächen auf einem Druchmesser des Kugellagerlaufrings (29) Erhöhungen (34) und zwischen den Erhöhungen befindliche Vertiefungen (35) aufweisen, und daß die Kugeln (30) in gleichen Winkeln voneinander angeordnet und in doppelter Anzahl der Erhöhungen (34) vorgesehen sind.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schlupffähige lieibungshalteverbindung verstellbar ist.

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