DE2627553C3

DE2627553C3 - Gesteinsbohrwerkzeug

Info

Publication number: DE2627553C3
Application number: DE2627553A
Authority: DE
Inventors: Hans Bertil Van Bosch En Duin Nederveen (Niederlande)
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1976-06-19
Publication date: 1980-01-10
Also published as: NO762130L; US4084649A; JPS522804A; GB1555251A; NO152521B; IT1066154B; FR2316432A1; NL7507355A; FR2316432B1; DE2627553B2; JPS5916070B2; NO152521C; DE2627553A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gesteinsbohrwerkzeug, insbesondere zum Tiefbohren, mit einem Bohrkörper, welcher mehrere im gleichen Abstand zueinander liegende Arme aufweist, in deren nach außen weisenden, gabelförmig ausgebildeten Enden jeweils der Endabschnitt eines Einsatzes formschlüssig befestigt ist, der als vormontierbare Einheit einen drehbar gelagerten Schneidkegel trägt.

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 Lagersysieme nach wie vor eine relativ kurze Standzeit haben. Dies bedeutet, daß die Schneidkegel relativ oft gewechselt werden müssen.

Beispielsweise ist in der US-PS 33 07 645 ein Gesteinsbohrwerkzeug der eingangs beschriebenen Art gezeigt, bei dem die einzelnen Schneidkegel, z. B. mittels eines einreihigen 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 DE-PS 7 26 937 ein Gesteinsbohrwerkzeug bekannt, welches zylindrische Halter für die einzelnen Schneidkegel hat, die durch Haltekeile und durch einen außen über die Haltekeile gesetzten Ring ϊ gesichert sind. Dieses bekannte Werkzeug ist jedoch relativ kompliziert aufgebaut, so daß eine Montage der Schneidkegel auf einer Baustelle schwierig sein dürfte. Ferner ist dieses Werkzeug durch seine kompakte Bauweise vornehmlich für Bohrungen mit relativ in kleinen Durchmessern geeignet.

Durch die US-PS 20 65 743 ist übrigens ein Gesteinsbohrwerkzeug mit einem Bohrkörper offenbart, welcher vormontierbare Einsätze mit je einem drehbar gelagerten Schneidkegcl trägt. Die Endabschnitte der r. Einsätze sind in rechteckige, axial verlaufende Vertierungen am Umfang des Bohrkörpers eingepaßt, so daß sehr enge Fertigungstoleranzen eingehalten werden müssen. Auch erfolgt die Übertragung der Bohrkräfte und Momente an den Endabschnitten über relativ kleine seitliche Anlageflächen der Endabschnitte, so daß im Betrieb gefährliche Überlastungen und/oder Verformungen dieser Anlageflächen vorkommen können.

Schließlich ist durch die US-PS 20 75 997 ein Gesteinsbohrwerkzeug bekannt, welches Einsätze mit >> in Gabeln der Arme des Bohrkörpers gehaltenen konischen Endabschnitten aufweist, die sich relativ zum Bohrkörper nach außen verjüngen. Die an den Einsätzen angreifenden Bohrkräfte und Momente verursachen an den relativ dünnwandigen Endabschnit-JO ten erhebliche Pressungen, die wiederum Überlastungen und Verformungen zwischen dem Bohrkörper und dem Einsatz zur Folge haben und eine schädliche Lockerung der Einsätze im Betrieb hervorrufen können.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die .r. Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Gesteinsbohrwerkzeug der angegebenen Art zu schaffen, welches mit einer verstärkten Anlage der Endabschnitte der Einsätze in den Gabeln der Arme des Bohrkörpers auch bei großen Belastungen stan' und sicher gehalten 4(1 werden kann. Überdies soll öas Gestdnsbohrwerkzeug wirtschaftlich herstellbar sein. Die Einsätze des Gesteinsbohrwerkzeuges sollen leicht montierbar bzw. auswechselbar sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale.

Mit der Anordnung nach der Erfindung wird erreicht, daß der Einsatz zusammen mit dem Schneidkegel als vormontierte Baueinheit leicht auf der Baustelle ausgewechselt werden kann. Dabei ist eine einfache Befestigung des Einsatzes am Bohrkörper durch axiales Einschieben der Einsätze zwischen die Arme des Bohrkörpers gegeben. Insbesondere bewirken die zur Mitte des Bohrkörpers gerichteten Bohrkräfte eine vorteilhafte Versteifung der Befestigung des Einsatzes am Bohrkörper, dessen keilförmiger, verstärkter Endabschnitt fest gegen die gabelförmigen Enden des Armes gepreßt wird. Dadurch ist die Gefahr der Verformung oder Lockerung des Einsatzes im Betrieb abgewendet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird ein wirtschaftlich herstellbarer Einsatz geschaffen.

Mit den Ausgestaltungen nach Anspruch 3 und 4 besitzt der Endabschnitt des Einsatzes besonders verstärkte Flächen zu seiner betriebssicheren formschlüssigen Verbindung mit der Gabel des zugehörigen Arms des Bohrkörpers.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 bewirkt, daß

jeder Einsatz des Gesteinsbohrwerkzeuges sicher am Bohrkörper festgehalten ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausfiihrungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Arm eines Bohrkörpers (siehe auch Linie 1-1 in ^u i g. 2) und

Fig.2 eine Seitenansicht des Ami; gemäß Fig. 1, in Richtung 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 Einsatz 3 mit keilförmig ausgebildetem Endabschnitt eingesetzt. Im vorliegenden Fall ist der Ring 4 mittels eines bekannten Elektronenstrahl-Schweißverfahrens an dem Einsatz 3 angeschweißt, was durch L in F i g. 1 angedeutet is;t. Dieses Schweißverfahren hat den Vorteil, daß damit beim Befestigen enge Toleranzen eingehalten werden können.

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 Innenlaufring 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 Wälziagerung 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 anstelle des Außenringes 4 an den Einsatz 3 angeschweißt wird. Ferner ist es möglich, als Wälzkörper 6 und 7 tonnenförmige Wälzkörper zu verwenden.

Gemäß F i g. 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 Dichtungsplied 14 abgedichtet i^rt. Zwischen eier 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 Schneidkcgel 10 gewährleistet ist.

Der Einsatz 3, der zusammen mit der Wälzlagerung 5 und dem Schneidkegel 10 eine Einheit bildet, ist mittels eines konischen Beizens 17 an dem Arm 2 befestigt. Der Bolzen 17 ist dabei in eine quer zur Längsachse dis Arms 2 verlaufenden Bohrung 18C, 3A gesteckt, die sich von einem gabelförmigen Teil 18,4 des Arms 2, dem Einsatz 3 und einem gabelförmigen Teil 18fldes Arms 2 erstreckt. Der Bolzen 17 kann zu seiner Sicherung an einem Ende mit dem Arm 2 verschweißt sein oder as werden andere bekannte Sicherungselemente verwendet.

In F i g. 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 2A/(Fig. 1) des Arms 2 liegen. Die mit V und W bezeichneten dreieckförrnigen Seitenflächen des Endabschnittes des Einsatzes 3 sind keilförmig ausgebildet, indem diese iiich zur Mitte des Bohrkörpers 1 hin verjüngen. In diesem Zusammenhang ist es besonders wichtig zu erwähnen, daß zumindest die Flächen Vund IVformschlüssig an die Seitenflächen der gabelförmigen Teile 184 und 18ßdes Arms 2 anliegen, so daß eine optimale Abstützung der Flächen Vund W an den Gabelteilen 18/4 und 18S erfolgen kann. Dieser Formschia3 wird vorteilhaft dadurch erreicht, daß sowohl der Einsatz 3 als auch asr Zwischenraum zwischen den Gabelteilen 18Λ und ΛΒ keilförmig ausgebildet sind. Im übrigen ist zu sagen, daß die äußeren Abmessungen des Einsatzes 3 so bemessen sind, daß dieser den Zwischenraum zwischen den Gabel'.iilen 18Λ und 18ß 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 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 2 her derart weit zwischen die Gabelteile 18/4 und 18ß geschoben, bis sich die Bohrungen <8C und 3/4 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 Gesteinsbohr-•veri-.zeuges gewährleistet ist. Ferner wird dadurch erreicht, daß die Lage des Einsatzes 3 fixiert ist, so daß ein Auswechseln eines schadhaften Schneidkigels durch einen neuen in relativ kurzer Zeit und ohne besonders geschultes Personal erfolgen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gesteinsbohrwerkzeug, insbesondere zum Tiefbohren, mit einem Bohrkörper, welcher mehrere im gleichen Abstand zueinander liegende Arme aufweist, in deren nach außen weisenden, gabelförmig ausgebildeten Enden jeweils der Endabschnitt eines Einsatzes formschlüssig befestigt ist, der als vormontierbare Einheit einen drehbar gelagerten Schneidkegel trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt des Einsatzes (3) und das gabelförmige Ende des Armes (2) keilförmig ausgebildet sind, wobei der Endabschnitt des Einsatzes (3) sich zur Mitte des Bohrkörpers (1) hin verjüngend in das gabelförmige Ende des Armes (2) einsetzbar ist.

2. Gesteinsbohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vormontierte Einsatz (3) eine unlösbare Einheit darstellt, bei welcher der Außenring (4) der Drehlagerung des Schneidkegels (10) an dem Endabschnitt des Einsatzes (3) angeschweißt ist

3. Gesteinsbohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt des Einsatzes (3) mindestens drei Flächen aufweist, die formschlüssig mit der Gabel des Arms (2) verbunden sind.

4. Gesteinsbohrwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt des Einsatzes (3), bezogen auf die Längsachse des Arms (2), im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet ist.

5. Gesteini bohrwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, bei dem ein quer zur Li "".gsachse des Arms verlaufender Bolzen durch den Arm und Einsatz gesteckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (17) konisch ausgebildet ist.