DE2736711A1 - Bohrkrone zum gesteinsbohren - Google Patents

Bohrkrone zum gesteinsbohren

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DE2736711A1
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Description

Patentanwälte Dipl.-Wirtsch.-Ing.B.Jochem «■ f ^u # ι ι Frankfurt/Main StaufenBtr.
Anm. :
SKF Industrial Trading ft Development Company B.V.
Jutphaas / Holland Bohrkrone zum Gesteinsbohren
Die Erfindung betrifft eine Bohrkrone zum Gesteinsbohren, bestehend aus einem Hauptkörper, dessen Oberseite an einen hohlen Bohrstrang anschließbar ist und dessen unterer Bereich mit Zapfen versehen ist, auf denen Schneidwerkzeuge mittels Wälzkörpern mit Linienkontakt frei 'drehbar gelagert sind.
Während des Betriebs wird die Bohrkrone mit einem bestimmten Druck gegen den Boden des Bohrlochs gepreßt und rotierend angetrieben, so daß die Schneidwerkzeuge auf dem Boden des Bohrlochs abrollen und dabei das Gestein zersplittern. Glichzeitig wird über den hohlen Bohrstrang Spülwasser zugeführt, das durch Düsen zwischen den Schneidwerkzeugen austritt und die Gesteinssplitter im Rückstrom durch den Ringraum zwischen dem Bohrstrang und der Bohrlochwand mitnimmt.
Unter den geschilderten Voraussetzungen sind die Anforderungen an die Lager der Schneidwerkzeuge sehr hoch. Vorzugsweise werden Wälzlager mit Linienkontakt verwendet, insbesondere Zylinder- oder Kegelrollenlager, jedoch fanden bisher nur verhältnismäßig kleine Wälzkörper Anwendung, so daß jeweils
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für jedes Schneidwerkzeug mehrere Reihen Wälzkörper erforderlich waren. Der Grund für die Begrenzung der Größe der Wälzkörper lag darin, daß bisher noch keine befriedigende axiale Lagesicherung zur Verfügung stand, welche die während des Betriebs auftretenden Axialkräfte aufnehmen konnte. Außerdem bereitete die Abdichtung der Lager unter den besonderen Bedingungen ihrer Umgebung Schwierigkeiten.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Lagesicherung für die Wälzkörper einer Gesteinsbohrkrone zu schaffen, die es gestattet, größere Wälzkörper zu verwenden, so daß davon nur jeweils eine Reihe pro Schneidwerkzeug erforderlich ist, und gleichzeitig die Voraussetzungen für die Abdichtung der Lager zu verbessern.
Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wälzkörper axial durch eine Schulter an einem außen im wesentlichen zylindrischen Schließring gesichert sind, der in einer passenden Bohrung der Schneidwerkzeuge neben der darin ausgebildeten Laufbahn für die Wälzkörper festlegbar ist und auf der mit Bezug auf diese axial äußeren Seite eine Berührungsfläche für einen zwischen dieser und dem Zapfen eingesetzten Dichtungsring bildet.
Wegen der im wesentlichen zylindrischen äußeren Mantelfläche des Schließrings besteht die Möglichkeit, bei der Montage zunächst den Schließring und die Wälzkörper auf den Zapfen zu setzen und dann das Schneidwerkzeug axial auf den Zapfen zu schieben, wobei dann der Schließring in der passenden Bohrung des Schneidwerkzeugs aufgenommen wird.
Der Schließring kann danach unter Einsatz bekannter Schweißverfahren fest mit dem Schneidwerkzeug verbunden werden.
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Als besonders geeignet hat sich das Schweißen mittels Elektronenstrahl erwiesen. Es braucht in diesem Fall nur eine einzige Stelle der Berührungsfläche zwischen dem Schließring und dem Schneidwerkzeug von außen zugänglich zu sein. Durch Drehen des Schneidwerkzeugs auf dem Zapfen während des SchweißVorgangs kann dann über den gesamten Umfang des Schließrings geschweißt werden.
Der Dichtungsring wird vorzugsweise durch Federkraft in dichter Anlage am Schließring und Zapfen gehalten. Er gewährleistet auf diese Weise optimale Sicherheit gegen das Eindringen von Bohrschlamm in das Lager und andererseits die Leckage von Schmiermittel aus einem im Lager enthaltenen Vorrat. Eine Vorratskammer ist vorzugsweise durch eine Einbuchtung oder Ausnehmung im Schließring auf Seiten der die Wälzkörper haltenden Schulter ausgebildet.
Noch bessere Sicherheit gegen das Eindringen von Gesteinspartikeln in das Lager kann in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung dadurch gewonnen werden, daß ein oder mehrere Verbindungskanäle vom Kanalsystem des Spülwassers zur Außenseite des Ringraums, der den Dichtungsring aufnimmt, abgezweigt sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Außenseite des Dichtungsrings durch das dort austretende Spülwasser von Gesteinssplittern weitgehend freigehalten wird. Die Spülung ist besonders wirksam, wenn der den Dichtungsring aufnehmende Ringraum über einen verhältnismäßig engen Spalt zwischen dem Hauptkörper der .Bohrkrone einerseits und dem Schließring sowie dem Schneidwerkzeug andererseits mit der äußeren Umgebung in Verbindung steht. Da die Verbindungskanäle vom Spülwasser-Kanalsystem vor den Spülwasser-Austrittsdüsen abgezweigt sind, an denen eine Drosselung des Spülwasserstroms stattfindet, herrscht im Ringraum des
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Dichtungsrings und im inneren Bereich des diesen mit der äußeren Umgebung verbindenden Ringspalts ein höherer Druck als außen, der das Vordringen von Bohrstaub bis zur Dichtung und erst recht bis zum Lager verhindert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Bohrkrone gemäß der Erfindung im Bereich des Lagers eines Schneidwerkzeugs und in
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig.l im Bereich des Schließrings des Lagers.
Der in Fig. 1 teilweise gezeigte Hauptkörper 1 einer Gesteinsbohrkrone ist normalerweise mit drei oder vier Zapfen 2 ausgebildet, auf denen Schneidwerkzeuge 3 mit Zähnen 4 frei drehbar gelagert sind. Zur Lagerung des Schneidwerkzeugs gehören im Beispielsfall ein Drucklager 5 und ein vorderes radiales Gleitlager 6. Der größte Teil der Last wird jedoch von einer Reihe verhältnismäßig großer Wälzkörper 7 aufgenommen, die gegebenenfalls in einem Käfig 8 geführt sein können. Die innere Laufbahn 9 für die Wälzkörper 7 ist unmittelbar auf dem Zapfen 2 und die äußere Laufbahn Io ist unmittelbar auf der Innenseite des Schneidwerkzeugs 3 ausgebildet. Im Beispielsfall finden Kegelrollen Verwendung. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Arten von Wälzkörpern anwendbar.
Damit die Wälzkörper 7 axialen Belastungen standhalten können, ist einerseits am Zapfen 2 eine innere radiale Schulter 11 und andererseits an einem Schließring 12 eine äußere radiale Schulter 13 vorgesehen. Der Schließring 12, welcher die axiale
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Lage der Wälzlager 7 sichert, hat eine zylindrische äußere Mantelfläche 14, die in eine entsprechende Bohrung 15 im Schneidwerkzeug 3 paßt, welche neben der äußeren Laufbahn der Wälzkörper 7 angeordnet ist.
Auf Seiten der Wälzkörper ist der Schließring 12 mit einer Ausnehmung 16 ausgebildet, die Raum für den Käfig 8 und einen Schmiermittelvorrat bietet. Um zu verhindern, daß Schmutz von außen in die Ausnehmung 16 eindringt, ist der Schließring 12 auf seiner axial äußeren, d.h. den Wälzkörpern 7 abgewandten, Seite als Sitz 17 eines Dichtungsrings 18 ausgebildet, der durch eine Feder 19 gegen den Sitz gepreßt wird.
Radial außerhalb des Sitzes 17 bildet die dort mit 2o bezeichnete Außenwand des Schließrings 12 zusammen mit der entsprechend geformten Außenwand 21^ des Zapfens 2 einen Ringspalt 22, in dem während des Betriebs, wie nachstehend näher beschrieben wird, ein ständiger radial nach außen gerichteter Spülfluidstrom aufrechterhalten wird. Zu diesem Zweck führt mindestens ein Verbindungskanal 23 durch den Hauptkörper 1 zu dem inneren Ringraum, der den Dichtungsring 18 aufnimmt. Der Verbindungskanal 23 ist an das nicht dargestellte Leitungssystem für das Spülfluid angeschlossen. Ein Teil des durch den Bohrstrang zugeleiteten Spülfluids, welches im übrigen die Bohrkrone über Düsen zwischen den Schneidwerkzeugen 3 verläßt, wird somit über die Verbindungskanäle 23 abgeleitet und tritt über den Ringspalt 22 aus. Wegen der Abzweigung der Spülflüssigkeit vor den Düsen ist der Druck im Ringspalt 22 höher als in der die Bohrkrone umgebenden Flüssigkeit. Die Strömung im Ringspalt 22 ist somit stets radial nach außen gerichtet und verhindert das Eindringen von Bohrstaub in den Ringspalt.
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In bevorzugter Ausführung besteht der Dichtungsring 18 gemäß Fig. 2 aus einem Ringkörper 18A mit einer flexiblen Dichtlippe 18B, die an einer zylindrischen Dichtfläche 2Ά des Zapfens 2 anliegt. Die dichte Anlage des Dichtungsrings 18 wird gefördert durch elastische Mittel, wie beispielsweise eine Schraubenfeder 19. Der Ringkörper 18A wird gehalten in einem im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Ring 18C, wobei die Feder 19 gegen den einen
des
Schenkel'U drückt, während der andere Schenkel am Sitz 17 anliegt. Diese Ausführung des Dichtungsrings 18 verhindert wirksam das Eindringen von Bohrstaub in das Lager über den Ringspalt 22 und die Leckage von Schmiermittel aus dem Vorrat in der Ausnehmung 16 des Schließrings 12.
Um den Schließring 12 in der Bohrung 15 des Schneidwerkzeugs 3 festzulegen, wird vorzugsweise mit dem Elektrodenstrahl'
Schweißverfahren gearbeitet. Eine· ümfangsschweißnaht 24 an der Berührungsfläche zwischen der zylindrischen Mantelfläche 14 des Schließrings 12 und der Wand der Bohrung 15 im Schneidwerkzeug 3 kann mittels einer einzigen, in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Öffnung 25 im Material des Zapfens 2 bzw. des Hauptkörpers 1 der Bohrkrone hergestellt werden. Selbst wenn jeweils nur ein einziger Punkt der sich über den Umfang erstreckenden Berührungsfläche zwischen dem Schließring 12 und dem Schneidwerkzeug 3 durch die Öffnung 25 zugänglich ist, kann die Umfangsschweißnaht 24 dadurch erzeugt werden, daß das Schneidwerkzeug 3 während des Schweißvorgangs auf dem Zapfen 2 gedreht wird, wobei der gesamte Umfang nacheinander unter die öffnung 25 kommt, welche danach wieder geschlossen werden kann.
Patentansprüche
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Le
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Bohrkrone zum Gesteinsbohren, bestehend aus einem Hauptkörper, dessen Oberseite an einen hohlen Bohrstrang anschließbar ist und dessen unterer Bereich mit Zapfen versehen ist, auf denen Schneidwerkzeuge mittels Wälzkörpern mit Linienkontakt frei drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (7) axial durch eine Schulter (13) an einem außen im wesentlichen zylindrischen Schließring (12) gesichert sind, der in einer passenden Bohrung (15) der Schneidwerkzeuge (3) neben der darin ausgebildeten Laufbahn (lo) für die Wälzkörper (7) festlegbar ist und auf der mit Bezug auf diese axial äußeren Seite eine Berührungsfläche für einen zwischen dieser und dem Zapfen (2) eingesetzten Dichtungsring (18) bildet.
    2. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schließring (12) auf Seiten der Schulter (13) mit einer Ausnehmung (16) versehen ist, welche einen Vorratsraum für Schmiermittel bildet.
    3. Bohrkrone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Bezug auf die Wälzkör;· per (7) äußere Seite des Ringraums, welcher den Dichtungsring (18) aufnimmt, über wenigstens einen Verbindungskanal (23) an eine Spülfluidzufuhr angeschlossen ist.
    4. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , daß der Schließring (12) und der Zapfen (2) einen verhältnismäßig schmalen Ringspalt (22) zwischen dem den Dichtungsring (18) aufnehmenden Ringraum
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    und der Außenseite der Bohrkrone begrenzen.
    5. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Schließring (12) durch eine im Elektronenstrahl-Schweißverfahren hergestellte Schweißnaht (24) fest mit dem Schneidwerkzeug (3) verbunden ist.
    6. Bohrkrone nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Hauptkörper (1) oder Zapfen (2) mit einer einzigen von außen zugänglichen öffnung (25) zur Berührungsfläche zwischen dem Schließring (12) und dem Schneidwerkzeug (3) versehen ist.
    7. Bohrkrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließring (12) einen Sitz (17)*für den Dichtungsring (18) bildet, und dieser mit einer elastischen Lippe (18B) am Zapfen (2) anliegt.
    8. Bohrkrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring aus einem flexiblen und einem verhältnismäßig steifen Ring zusammengesetzt ist.
    9. Bohrkrone nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Teil (18A,B) des Dichtungsrings im steifen Teil (18C) festgelegt ist.
    lo. Bohrkrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Lippe (18B) des Dichtungsrings (18) federnd gegen den Zapfen (2) angedrückt ist.
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    11. Bohrkrone nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der verhältnismäßig steife Teil (18C) des Dichtungsrings im wesentlichen U-förmigen Querschnitt hat, darin den flexiblen Teil (18 A,B) des Dichtungsrings (18) aufnimmt und durch eine Feder (19) in Anlage gegen den Sitz (17) gedrückt ist.
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