DE2238978B2

DE2238978B2 - Bearing arrangement for drill bits and drill heads rotatably mounted on a journal with such bearing arrangements

Info

Publication number: DE2238978B2
Application number: DE2238978A
Authority: DE
Inventors: Percy W. Houston Tex. Schumacher Jun. (V.St.A.)
Original assignee: GW Murphy Industries Inc
Current assignee: GW Murphy Industries Inc
Priority date: 1971-08-20
Filing date: 1972-08-08
Publication date: 1978-03-09
Also published as: JPS5310521B2; AU4514772A; AU460979B2; CA983010A; SE7514252L; US3749188A; JPS4829601A; SE392499B; DE2238978A1; ZA725246B

Description

D'e Erfindung betrifft eine Legeranordnung für einen auf einem Zapfen drehbar gelagerten Bohrmeißel, welche mindestens ein Joch mit im Absland angeordneten Schenkeln für die Aufnahme mindestens eines einen nicht kreisförmigen Querschnitt mit entsprechenden Zapfenflächen besitzenden Zapfenendes aufweist, wobei die Form der Schenkel zur Verhinderung einer Drehung des Zapfens der Form des Zapfenendes angepaßt und das Zapfenende mit Hilfe einer in der Bohrung sitzenden Kopfschraube im Joch befestigt ist. Die Erfindung betrifft ferner Bohrköpfe mit einer Vielzahl von in derartigen Lageranordnungen befestigten Schneidanordnungen.D'e invention relates to a laying arrangement for a on a pin rotatably mounted drill bit, which at least one yoke with arranged in the Absland Legs for receiving at least one a non-circular cross-section with corresponding Has pin surfaces having pin end, the shape of the legs to prevent a Rotation of the pin adapted to the shape of the pin end and the pin end with the help of one in the Bore seated cap screw is attached in the yoke. The invention also relates to drill heads with a A variety of cutting assemblies mounted in such bearing assemblies.

Aus der DT-PS930 921 ist es bereits bekannt, den das Schneidwerkzeug lagernden Zapfen kantig auszubilden und die kantigen Zapfenenden in mindestens einem Joch zu befestigen, dessen zwischen zwei Schenkeln gebildete Ausnehmung der Form des kantigen Zapfenendes entspricht, so daß das in das Joch eingesetzte Zapfenende gegenüber dem Joch nicht verdreht werden kann. Die Befestigung der Zapfenenden erfolgt durch in das Joch bzw. in den Zapfen eingeschraubte Kopfschrauben, die senkrecht zu einer Zapfenfläche und damit auch senkrecht zu einer Schenkelfläche angeordnet sind. Die von den Kopfschrauben ausgeübte Zugbeanspruchung wirkt dabei jeweils nur auf eine Fläche des Zapfens bzw. des Jochs.From DT-PS930 921 it is already known to make the pin supporting the cutting tool angular and to fasten the angular pin ends in at least one yoke, the yoke of which is formed between two legs Recess corresponds to the shape of the angular pin end, so that the inserted into the yoke The end of the pin cannot be rotated relative to the yoke. The pin ends are fastened by in the yoke or head screws screwed into the pin, which are perpendicular to a pin surface and are thus also arranged perpendicular to a leg surface. The one exerted by the head screws Tensile stress acts on only one surface of the journal or the yoke.

Beim Bohren wird das Zapfenende durch den Gesteinsdruck gegen den in Drehrichtung hinter dem Zapfen liegenden Schenkel des Jochs gedruckt, wobei die Kopfschraube sowohl auf Biegung als auch auf Abscherung beansprucht wird. Da aber der Durchmesser der Kopfschrauben aus Platzgründen nicht beliebig groß wählbar ist, kommt es auf eine möglichst genaue und damit teure Fertigung der Jochausnehmungen an, um ein Verdrehen des Zapfenendes und eine Überbeanspruchung der Kopfschraube zu verhindern.When drilling, the pin end is pushed against the in the direction of rotation behind the by the rock pressure Pin printed lying leg of the yoke, with the head screw both on bend and on Shear is claimed. But since the diameter of the head screws is not arbitrary for reasons of space can be selected large, it depends on the most precise and thus expensive production of the yoke recesses, to prevent twisting of the pin end and overstressing of the cap screw.

Es ist ferner aus einem eine Tunnelbohrmaschine zeigenden Prospekt der Firma Alfred Wirt & Co. KG bekannt, ein vierkantiges Zapfenende eines Bohrmeißelzapfens an einem Joch mit L-förmigen Schenkeln mittels Kopfschrauben zu befestigen, die parallel zur Drehrichlung des Jochs bzw. des Bohrkopfs angeordnet to sind. Ein Nachteil dieser bekannten Lageranordnung liegt wiederum darin, daß die von der Kopfschraube ausgeübte Zugspannungskomponente lediglich auf eine Zapfen- bzw. Schenkclfläche wirkt, so daß quer zur Kopfschraube auftretende Beanspruchungen ebenso wie beim Gegenstand der DT-PS 9 30 921 vom Joch aufgenommen werden müssen. Dazu ist aber eine sehr genaue Fertigung der Zapfenenden und der Jochschenkel erforderlich.It is also from a prospectus from Alfred Wirt & Co. KG showing a tunnel boring machine known, a square pin end of a drill bit pin on a yoke with L-shaped legs to be fastened by means of head screws, which are arranged parallel to the rotational direction of the yoke or the drill head to are. A disadvantage of this known bearing arrangement is that the head screw exerted tensile stress component acts only on a pin or Schenkclfläche, so that transversely to Head screw occurring stresses as well as the subject of DT-PS 9 30 921 from the yoke must be included. In addition, however, a very precise production of the pin ends and the yoke legs is required necessary.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, eine Lageranordnung für einen Bohrmeißelzapfen zu schaffen, die wesendich einfacher als bekannte Lageranordnungen herstellbar ist; weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, verbesserte Bohrköpfe unter Verwendung derartig vereinfachter Lageranordnungen vorzuschlagen. In contrast, it is the object of the invention to provide a bearing arrangement for a drill bit journal, which are essentially simpler than known bearing arrangements can be produced; Furthermore, it is an object of the invention to use improved drill heads to propose such simplified bearing arrangements.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Lageranordnung der eingangs erwähnten Art, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Bohrung im wesentlichen diagonal zu den Schenkeln bzw. Zapfenflächen angeordnet ist.To solve this problem, a bearing arrangement of the type mentioned is used, which thereby is characterized in that the bore is arranged substantially diagonally to the legs or pin surfaces is.

Dadurch wird erreicht, daß die in die Bohrung eingesetzte Kopfschraube gleichzeitig zwei Zapfenflächen gegen zwei Schenkclflächen des |ochs drückt, so daß der Zapfen ständig in die im Joch vorgesehene Ausnehmung gezogen ist. Die Zapfen- und Schenkelflächen liegen somit eng aneinander, ohne daß es auf eine sehr genaue Fertigung dieser Flächen ankommt.This ensures that the head screw inserted into the bore has two pin surfaces at the same time presses against two leg surfaces of the | ochs, so that the pin constantly in the provided in the yoke Recess is drawn. The pin and leg surfaces are thus close to one another without it being on one very precise production of these surfaces is important.

Die verbesserten Bohrköpfe kennzeichnen sich entweder dadurch, daß die Bohrungen in bezug auf die Drehrichtung des Bohrkopfes nach hinten gerichtet sind, oder dadurch, daß die Bohrungen in bezug auf die Drehrichtung des Bohrkopfs nach vorn gerichtet sind. Hierdurch wird erreicht, daß die Zapfen der Bohrmeißel in beiden Drehrichtungen des Bohrkopfes fest in den zugehörigen Lageranordnungen gehalten werden.The improved drill heads are characterized either by the fact that the holes with respect to the Direction of rotation of the drill head are directed backwards, or in that the holes with respect to the Direction of rotation of the drill head are directed towards the front. This ensures that the pin of the drill bit be held firmly in the associated bearing arrangements in both directions of rotation of the drill head.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein Ausführungsbeispiel zeigenden Figuren näher erläutert. F i g. 1 zeigt die Ansicht eines Bohrkopfes gemäß der Erfindung.The invention is explained in more detail below with reference to the figures showing an exemplary embodiment. F i g. 1 shows the view of a drill head according to the invention.

so F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch diesen Bohrkopf, wobei Teile der Schneidelemente in die Zeichenebene gedreht wurden.so F i g. 2 shows a section through this drill head, with parts of the cutting elements in the plane of the drawing were shot.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 3-3 aus Fig. 2.FIG. 3 shows a section along the line 3-3 from FIG. 2.

Fig.4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 4-4 aus F ig. 3.4 shows a section along the line 4-4 Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine Einzeldarstellung eines Teils der Schraubenbefestigung mit darauf angeordneten Tellerfedern. Fig. 5 shows an individual representation of part of the screw fastening with disc springs arranged thereon.

Fig. 6 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch eine Lageranordnung gemäß der Erfindung.6 shows an enlarged section through a bearing arrangement according to the invention.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Bohrwerkzeug 10 enthält eine Vielzahl von Bohrmeißeln bzw. Schneidanordnungen 12, 13 und 14, die an einem ausThe drilling tool shown in Figs 10 includes a plurality of drill bits or cutting assemblies 12, 13 and 14 attached to one of

fiS Stahl bestehenden Bohrkopf 15 befestigt sind. Die Bohrmeißel 12 befinden sich am dichtesten an der Drehachse des Bohrkopfes und sind hier als kegelstumpfförmige, freitragende Schneidanordnungen dar-fiS steel existing drill head 15 are attached. the Drill bits 12 are located closest to the axis of rotation of the drill head and are here as frustoconical, self-supporting cutting arrangements

gestellt. Die Schneidanordnungen 13 und 14 sind im wesentlichen identisch, jeedoch ist der Befestigungswinkel der Schneidanordnung 14, bezogen auf den Bohrkopf 15, anders als der der Schneidanordnung 13, um den Bohrlochdurchmesser herzustellei;.posed. The cutting assemblies 13 and 14 are essentially identical, however, the mounting bracket is the cutting arrangement 14, based on the drill head 15, different from that of the cutting arrangement 13, to produce the borehole diameter ;.

Der Bohrkopf 15 enthält eine untere Stahlplatte 16 und eine obere Stahlplatte 17, zwischen denen kreisförmige Stahlelemente 18 und 19 befestigt sind. An die Platte 17 ist ein Flansch 20 angeschraubt, der /um Antrieb des Bohrers dient.The drill head 15 includes a lower steel plate 16 and an upper steel plate 17, between which circular steel elements 18 and 19 are attached. A flange 20 is screwed to the plate 17, the / to Drive the drill is used.

In den Fig. 3,4 und 6 ist eine vergrößerte Darstellung der Schneidanordnung 14 gezeigt, die ein Joch 22 aus Stahl mit einem äußeren Schenkel 23 und einem inneren Schenkel 24 aufweist. Ein Lagerzapfen 30 erstreckt sich zwischen die Schenkel 23 und 24 und hat ebene Flächen 31, 32 und 33, die mit entsprechenden ebenen Flächen 31a, 32a und 33a der Schenkel 23 und 24 zusammenwirken, um den Zapfen 30 gegen Verdrehungen zu sichern.3, 4 and 6 are enlarged views the cutting assembly 14 shown, the a yoke 22 made of steel with an outer leg 23 and an inner Has leg 24. A journal 30 extends between the legs 23 and 24 and has flat surfaces 31, 32 and 33 which cooperate with corresponding flat surfaces 31a, 32a and 33a of the legs 23 and 24, to secure the pin 30 against twisting.

Auf dem Zapfen 30 ist auf Rollenlagern 36, 37 und 38 und Kugellagern 39 ein Schneidmesser 35 befestigt. Nach dem Einbringen der Kugellager 39 werden Stopfen 40 und Haltestifte 41 verwendet, um sie an ihrer Stelle zu halten. Das Rollenmesser 35 kann aus einer Stahllegierung bestehen und Zähne 44 haben, die eingefräst sind. Selbstverständlich können auch andere Schneidelemente verwendet werden. An jedem Ende des Schneidwerkzeuges befinden sich Schmierdichtungen 45 und 46.A cutting knife 35 is attached to the journal 30 on roller bearings 36, 37 and 38 and ball bearings 39. After the ball bearings 39 have been inserted, plugs 40 and retaining pins 41 are used to hold them on Hold place. The roller knife 35 may be made of a steel alloy and have teeth 44 that are milled. Of course, other cutting elements can also be used. At either end of the cutting tool there are lubricating seals 45 and 46.

In Fig.4 ist ein Ende des Zapfens 30 gezeigt, das einen rechteckförmigen Querschnitt hat und in die Flächen 31a, 32a und 33a des Schenkels 24 paßt, so daß eine enge Anlage erreicht wird. Der Zapfen 30 weist eine sich diagonal durch ihn hindurch erstreckende Bohrung 50 auf, die in diesem Fall zum Bohrkopf und bezogen auf die Drehrichlung des Bohrers 10 nach hinten verläuft. Eine entsprechende Bohrung 51 führt durch den Arm 52 des Schenkels 24. Eine Kopfschraiibe 53 erstreckt sich durch die Bohrungen 50 und 51 und trägt auf ihrem Gewindeende eine Vielzahl von elastischen Metallscheiben 54 sowie Muttern 55, um den Zapfen 30 am Schenkel 24 zu befestigen. Man erkennt, dali die Kopfschraube 53 etwas elastisch wirkt und den Zapfen 30 an seiner Stelle halt, selbst wenn der Bohrer und die Schneidanordriungen während des Bohrvorganges starken Schwingungen und großen Spannungen ausgesetzt werden. Da die Kopfschraube 53 eine gewisse Elastizität hat, können gegebenenfalls auch die elastischen Scheiben 54 weggelassen werden.In Figure 4, one end of the pin 30 is shown, the has a rectangular cross-section and fits into surfaces 31a, 32a and 33a of leg 24 so that a tight system is achieved. The pin 30 has a diagonally extending therethrough Hole 50, which in this case to the drill head and based on the direction of rotation of the drill 10 after runs back. A corresponding bore 51 leads through the arm 52 of the leg 24. A head screw 53 extends through the bores 50 and 51 and carries a plurality of on its threaded end elastic metal washers 54 and nuts 55 to fasten the pin 30 to the leg 24. One recognises, dali the head screw 53 acts somewhat elastic and holds the pin 30 in its place, even when the drill and the cutting arrangements have strong vibrations and high stresses during the drilling process get abandoned. Since the head screw 53 has a certain elasticity, the elastic disks 54 can be omitted.

In Fig. 5 ist eine Anordnung von als Scheiben wirkenden Tellerfcdern 56 dargestellt, -lie an Stelle der elastischen Seheiben 54 benutzt werden können.In Fig. 5 an arrangement of acting as disks plate discs 56 is shown, -lie in place of the elastic Seheiben 54 can be used.

Die Kopfschraube 53 verläuft diagonal durch den Zapfen 30, um diesen fest an der Fläche 31;/ zu halten, die bezüglich der Drehrichtung des Bohrers hinter dem Zapfen liegt und um die außerdem fest gegen die obere Flache 32a des Schenkels 24 zu drücken. Da der Zapfen 30 fest in der Ecke der Schenkelöffnung gehalten wird, ist kein besonders enger Sitz zwischen Zapfen und öffnung im Schenkel erforderlich, und die Wahrscheinlichkeit, daß sich der Zapfen 30 löst und die angepaßten Flächen des Schenkels beschädigt, ist sehr gering, da tier Zapfen durch die Elastizität der Verschraubung an den Schenkelflächen festgehalten wird. Man erkennt also, daß durch die Erfindung nicht von Anfang an ein enger Sitz zwischen Schraube 53 und Bohrungen 50 und 51 oder zwischen dem nicht kreisförmigen Ende des Zapfens 30 und den entsprechenden Flächen des Schenkels 24 erforderlich ist. Diese Art der Befestigung der Schneidanordnung ist billiger und wesentlich besser als die bisher verwendeten Befestigungsarten.The head screw 53 runs diagonally through the pin 30 in order to hold it firmly on the surface 31; /, which lies behind the pin with respect to the direction of rotation of the drill and which is also firmly against the upper one Flat 32a of the leg 24 to press. Since the pin 30 is held firmly in the corner of the leg opening, a particularly tight fit between the pin and the opening in the leg is not required, and the probability that the pin 30 loosens and damages the adapted surfaces of the leg is very low, as animal Pin is held by the elasticity of the screw on the leg surfaces. So you can see that the invention does not allow a tight fit between screw 53 and bores 50 and 51 from the start or between the non-circular end of the pin 30 and the corresponding surfaces of the Leg 24 is required. This type of attachment of the cutting assembly is cheaper and much better than the previously used types of fastening.

Gegebenenfalls kann der vordere Teil 60 des Schenkels 24 auch vollständig entfernt werden, und die Schneidanordnung gemäß der Erfindung erfüllt immer noch ihren Zweck. Ferner ist es möglich, die Kopfschraube zum Bohrkopf hin und nach vorn bezüglich der Drehrichlung des Bohrers diagonal durch den Zapfen und den Schenkel zu führen, und die erfindungsgemäßen Vorteile werden ebenfalls erreicht.If necessary, the front part 60 of the leg 24 can also be removed completely, and the Cutting arrangement according to the invention still serves its purpose. It is also possible to use the Head screw towards the drill head and diagonally forward with regard to the directional rotation of the drill to guide the pin and the leg, and the advantages of the invention are also achieved.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der ErfindungThe preferred embodiment of the invention

hat sich bei entsprechenden Versuchen als sehr erfolgreich erwiesen.has proven to be very successful in corresponding tests.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Bearing arrangement for drill bits rotatably mounted on a pin, which has at least one yoke with spaced-apart legs for receiving at least one pin end having a non-circular cross-section with corresponding pin surfaces, the shape of the legs to prevent rotation of the pin having the shape of the Pin end adapted and the pin end is fastened in the hole with the aid of a head screw seated in a bore, characterized in that the bore (50, 51) is essentially diagonal to the leg or Pin surfaces (31; 32 or 31a; 32a) is arranged.

2. Drill head with a variety of bearing arrangements drill bits fastened according to claim I, characterized in that the bores (50, 51) with respect to the direction of rotation of the drill head (15) are directed towards hinien.

3. Drilling head with a plurality of drill bits fastened in bearing arrangements according to claim 1, characterized in that the bores (50, 51) with respect to the direction of rotation of the drill head (15) are directed forward.

4. Drill head according to claim 2 or 3, characterized in that the nuts (55) of the head screws (53) are underlaid with screw clamping plates (54).