DE2627553A1

DE2627553A1 - Gesteinsbohrwerkzeug

Info

Publication number: DE2627553A1
Application number: DE19762627553
Authority: DE
Inventors: Hans Bertil Van Nederveen
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1976-06-19
Publication date: 1977-01-13
Also published as: DE2627553C3; US4084649A; JPS522804A; JPS5916070B2; IT1066154B; NO152521B; GB1555251A; FR2316432A1; FR2316432B1; NO152521C; NL7507355A; DE2627553B2; NO762130L

Description

SKF KUGELLAGERFABRIKEN GMBH

Schweinfurt 10.6.1976 NL 75 Oil DT FR:gw

Gesteinsbohrwerkzeug

Die Erfindung betrifft ein Gesteinsbohrwerkzeug, insbesondere zum Bohren nach Energiequellen in der Erdkruste, mit einem Bohrkörper, der mit einem Bohrgestänge verbindbar ist und der mehrere im gleichen Abstand zueinander angeordnete Arme hat, die Schneidkegel besitzen, welche mit mindestens einem Wälzlager drehbar gelagert sind.

Es ist bekannt, dass die Standzeit derartiger Gesteinsbohrwerkzeuge hauptsächlich von der Lebensdauer der Lagerungen für die Schneidkegel bestimmt wird. Aufgrund der sehr hohen Belastungen, denen derartige Gesteinsbohrwerkzeuge ausgesetzt sind, bleibt es nicht aus, dass diese Werkzeuge trotz verbesserter Lagersysteme nach wie vor eine relativ kurze Standzeit haben. Dies bedeutet, dass die Schneidkegel relativ oft ausgewechselt werden müssen.

Beispielsweise ist in der US-PS 3 307 645 ein Gesteinsbohrwerkzeug der eingangs beschriebenen Art gezeigt, bei dem die einzelnen Schneidkegel z.B. mittels eines einreihigen

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Zylinder- und eines einreihigen Kegelrollenlagers direkt innerhalb der Arme des Bohrkörpers gelagert sind. Falls bei einer derartigen Konstruktion ein Defekt am Lagersystem oder am Schneidkegel selbst auftritt, ist es kaum möglich, diesen unmittelbar auf einer Baustelle rasch durch ein Auswechseln der Schneidkegel zu beheben, da hierfür Spezialeinrichtungen erforderlich sind.

Ferner ist aus der DT-PS 726 937 ein Bohrer für Tiefbohrungen bekannt, der zylindrische Halter für die einzelnen Schneidkegel hat, die durch Haltekeile und durch einen aussen über die Haltekeile gesetzen Ring gesichert sind. Dieser bekannte Bohrer ist jedoch relativ kompliziert aufgebaut, so dass eine Montage der Schneidkegel ebenfalls direkt auf einer Baustelle schwierig sein dürfte. Ferner ist dieser Bohrer durch seine kompakte Bauweise vornehmlich für Bohrungen mit relativ kleinen Durchmessern geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Gesteinsbohrwerkzeug der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei dem die einzelnen Schneidkegel als vormontierte Einheiten leicht am Bohrkörper ausgewechselt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss in einfacher Weise dadurch gelöst, dass jeder Arm des Bohrkörpers einen prismenförmigen, auswechselbaren Einsatz hat, an dem der Schneidkegel mit dem Aussenring seines Wälzlagers unlösbar befestigt ist. Ein derartiger Einsatz bildet zusammen mit dem Schneidkegel vorteilhaft eine vormontierbare Einheit, die leicht unmittelbar auf einer Baustelle ausgewechselt werden kann. Um eine betriebssichere, jedoch einfache Befestigung des Einsatzes am Bohrkörper zu erhalten, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Einsatz

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mit mindestens drei seiner Flächen formschlüssig innerhalb des Arms an diesem anliegt, wobei mindestens zwei der Flächen zur Mitte des Bohrkörpers hin zusammenlaufen, so dass der Einsatz wie ein Keil in den Arm eingesetzt werden kann. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zur Befestigung des Einsatzes an dem Arm ein keilförmiger Bolzen vorgesehen, der durch den Arm und den Einsatz quer zur Längsachse des Arms gesteckt wird. Zur Sicherung des Bolzens ist es dabei zweckmässig, diesen an einem Endteil mit dem Arm zu verschweissen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert:
Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Arm eines Bohrkörpers (siehe auch Linie I-I in Fig. 2) und

Fig. 2 eine Seitenansicht des Arms gemäss Fig. 1, in Rieh- ' tung des Pfeiles A gesehen.

In Fig. 1 und 2 ist ein Teil eines Gesteinsbohrwerkzeugs gezeigt, das einen Bohrkörper 1 hat, der drei in einem gleichen Abstand zueinander angeordnete Arme besitzt, von denen ein mit 2 bezeichneter Arm dargestellt ist. In jedem Arm 2 ist ein prismenförmiger Einsatz 3 eingesetzt, an dem ein Ring 4 angeschweisst ist. Im vorliegenden Fall ist der Ring 4 mittels eines bekannten Elektronenstrahl-Schweissveffahrens an dem Einsatz 3 angeschweisst, was durch L in Fig. 1 angedeutet ist. Dieses Schweissverfahren hat den Vorteil, dass damit beim Befestigen enge Toleranzen eingehalten werden können.

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Der Ring 4 stellt den Aussenring einer Wälzlagerung 5 mit kegelförmigen Wälzkörpern 6 und 7 sowie Käfigen 8 und 9 dar. Mit der Wälzlagerung 5 ist ein Schneidkegel 10 verbunden, der einen einstückig mit diesem ausgebildeten zentralen Zapfen 11 hat, dessen mittlerer Teil mit einer Laufbahn für die Wälzkörper 6 ausgebildet ist. Für die Wälzkörper 7 dagegen, ist auf dem freien Ende des zentralen Zapfens 11 ein Innenlauf ring 12 aufgesteckt. Die Wälzkörper 6 und 7 haben jeweils einen unterschiedlichen Durchmesser und sind entsprechend einer sogenannten O-Anordnung angeordnet. Mit einer derartigen Ausgestaltung der Wälzlagerung 5 wird eine optimale Lastverteilung sowohl in radialer als auch in axialer Richtung erreicht.

Es ist auch möglich, die Lagerung mit einem Innenring herzustellen, der dann an Stelle des Aussenrings 4 an den Einsatz 3 angeschweisst wird. Ferner ist es möglich, als Wälzkörper 6 und 7 z.B. tonnenförmige Wälzkörper zu verwenden.

Gemäss Fig. 1 ist die Wälzlagerung 5 derart ausgebildet, dass zwischen dem Aussenring 4 und einem Teil des Schneidkegels 10 ein relativ langer Ringspalt 13 verbleibt, der als eine Art Labyrinthdichtung dient und an seinen beiden Endbereichen durch ein relativ breites Dichtungsglied 14 abgedichtet ist. Zwischen der Stirnfläche des zentralen Zapfens 11 und dem Einsatz 3 befindet sich ferner eine Kammer 15, die zusammen mit einem zwischen den Wälzkörpern 6 und 7 vorhandenen Raum 16 und dem Ringspalt 13 Schmierstoff enthält, so dass ein betriebssicheres Laufverhalten der Schneidkegel 10 gewährleistet ist.

Der Einsatz 3, der zusammen mit der Wälzlagerung 5 und dem Schneidkegel 10 eine Einheit bildet, ist mittels eines konischen Bolzens 17 an dem Arm 2 befestigt. Der Bolzen 17

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ist dabei in eine quer zur Längsachse des Arms 2 verlaufenden Bohrung 18C, 3A gesteckt, die sich von einem gabelförmigen Teil 18A des Arms 2, dem Einsatz 3 und einem gabelförmigen Teil 18B des Arms 2 erstreckt. Der Bolzen 17 kann zu seiner Sicherung an einem Ende mit dem Arm 2 verschweisst sein, oder es werden andere bekannte Sicherungselemente verwendet .

In Fig. 2 ist sowohl die Form als auch die Befestigungsart des Einsatzes 3 besonders deutlich zu erkennen. Der im Querschnitt dreieckförmig ausgebildete prismatische Einsatz 3 hat Kanten 19-21, die in den äusseren Flächen 2M und 2N (Fig. 1) des Arms 2 liegen. Die mit V und W bezeichneten dreieckförmigen Seitenflächen des Einsatzes 3 laufen dabei zur Mitte des Bohrkörpers 1 hin zusammen. In diesem Zusammenhang, ist es besonders wichtig zu erwähnen, dass zumindest die Flächen V und W formschlüssig an die Seitenflächen der gabelförmigen Teile 18A und 18B des Arms 2 anliegen, so dass eine optimale Abstützung der Flächen V und W an den Gabelteilen 18A und 18B erfolgen kann. Dieser Formschluss wird vorteilhaft dadurch erreicht, dass sowohl der Einsatz 3 als auch der Zwischenraum zwischen den Gabelteilen 18A und 18B keilförmig ausgebildet sind. Im übrigen ist zu sagen, dass die äusseren Abmessungen des Einsatzes 3 so bemessen sind, dass dieser den Zwischenraum zwischen den Gabelteilen 18A und 18B vollkommen ausfüllt.

Die auswechselbare Einheit, bestehend aus dem Einsatz 3, der Wälzlagerung 5 und dem Schneidkegel 10, wird wie folgt vormontiert: Zuerst werden die Wälzkörper 6 zusammen mit dem Käfig 8 auf den mittleren Teil des Zapfens 11 aufgesetzt und danach wird der Aussenring 4 mit seinem einen Endabschnitt über die Wälzkörper 6 geschoben. Sodann wird der Innenlaufring 12 mit den in dem Käfig 9 geführten Wälzkörpern 7 auf das freie Ende des Zapfens 11 aufgepresst und schliesslich

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wird der Aussenring 4 mittels eines bekannten Elektronenstrahl-Schweissverfahrens unter Einhaltung der zulässigen Toleranzen an den Einsatz 3 bei L angeschweisst.

Die so erhaltene Einheit (3, 5, 10) ist dann leicht mit dem Einsatz 3 an dem Arm 2 zu befestigen, was wie folgt geschieht: Der Einsatz 3 wird von der Aussenseite des Arms her derart weit zwischen die Gabelteile 18A und 18B geschoben, bis sich die Bohrungen 18C und 3A decken; durch welche schliesslich der konische Bolzen 17 gesteckt wird.

Durch die keilartige Verbindung des Einsatzes 3 mit dem Arm 2 einerseits und dem keilförmigen Bolzen 17 andererseits, wird vorteilhaft erreicht, dass die leicht austauschbare Einheit, bestehend aus dem Schneidkegel 10, der Wälzlagerung 5 und dem Einsatz 3, in jedem Fall formschlüssig mit dem Bohrkörper 1 verbunden wird, so dass ein betriebssicheres Arbeiten des Gesteinsbohrwerkzeuges gewährleistet ist. Ferner wird dadurch erreicht, dass die Lage des Einsatzes 3 fixiert ist, so dass ein Auswechseln eines schadhaften Schneidkegels durch einen neuen in relativ kurzer Zeit und ohne besonders geschultes Personal erfolgen kann.

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Claims

SKF KUGELLAGERFABRIKEN GMBH V

Schweinfurt, 10.6.1976
NL 75 Oil DT FR:gw

Patentansprüche

/1/. Gesteinsbohrwerkzeug, insbesondere zum Bohren nach Energiequellen in der Erdkruste, mit einem Bohrkörper, der mit
einem Bohrgestänge verbindbar ist und der mehrere im
gleichen Abstand zueinander angeordnete Arme hat, die
Schneidkegel besitzen, welche mit mindestens einem Wälzlager drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass
jeder Arm (2) einen prismenförmigen, auswechselbaren Einsatz (3) hat, an dem der Schneidkegel (10) mit dem Aussenring (4) seines Wälzlagers (5) unlösbar befestigt ist.
2. Gesteinsbohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (3) mit mindestens drei seiner
Flächen formschlüssig innerhalb des Arms (2) an diesem
anliegt.
3. Gesteinsbohrwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (3), bezogen auf die Längsachse

des Arms (2), im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet ist.

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4. Gesteinsbohrwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei sich gegenüberliegende Flächen (V₇ W) des Einsatzes (3) zur Mitte des Bohrkörpers (1) hin zusammenlaufen.
5. Gesteinsbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (3) mittels eines Bolzens (17) am Arm (2) befestigt ist.
6. Gesteinsbohrwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (17) keilförmig ist und quer zur Längsachse des Arms (2) verläuft.
7. Gesteinsbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Einsatz (3) der Aussenring (4) des Wälzlagers für den Schneidkegel (10) mittels eines Elektronenstrahl-Schweissverfahrens angeschweisst ist.
8. Gesteinsbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der Schneidkegel einen zentralen Zapfen aufweist, in dessen Bereich mindestens zwei Reihen von Wälzkörpern verschiedenen Durchmessers angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass diese Wälzkörper (6, 7) kegelförmig und in einer sogenannten O-Anordnung angeordnet sind.
9. Gesteinsbohrwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des ümfangs des zentralen Zapfens (11) als innere Laufbahn für die Wälzkörper (6) dient.

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