DE2824070C3

DE2824070C3 - Lageranordnung für dichtungslose Drehbohrkronen

Info

Publication number: DE2824070C3
Application number: DE2824070A
Authority: DE
Inventors: Knut Aake Sandviken Kling
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1978-06-01
Publication date: 1981-03-26
Also published as: AU3680078A; IE781130L; SE7706480L; CA1081206A; AU515597B2; JPS6034676B2; IN150919B; JPS542203A; ZA782972B; GB1591559A; DE2824070B2; FR2393184B1; US4194794A; SE412088B; IE47076B1; FR2393184A1; DE2824070A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für dichtungslose Drehbohrkronen mit wenigstens einem Lagerzapfen, auf dem eine mit Schneideinsätzen versehene Walze drehbar gelagert ist. mit einer Axial- und einer Radiallagerung zur drehbaren Halterung der Walze auf dem Zapfen, wobei die Axiallagerung mindestens eine aus einer Platte bestehende Lagerfläche aufweist und die Lagerfläche des Axiallagers aus einem härteren Werkstoff besteht als die andere Lagerfläche, und mit einem an der Stirnfläche des Lagerzapfens endenden Kanal für die Zuführung von Spülluft zur Lageranordnung.

Lageranordnungen für Drehbohrkronen werden normalerweise nach zwei grundlegenden Prinzipien hergestellt. Bei der einen Lagerkonstruktion (z. B. US-PS 38 66 987) sind Dichtungen vorgesehen, die in den Lagern enthaltenes Fett oder Öl zurückhalten. Bei einer solchen Lageranordnung ist es auch bekannt (USPS 3127 942), eine Hartmetalldruckscheibe /u verwenden. Diese Lagerkonstruktion wird normalerweise beim Ölbohren verwendet, wo die axialen Vorschubkräfte mäßig sind. Die Reibungsarbeil und die Entwicklung von Wärme in den Lagern ist gering, so daD die Temperatur in den Lagern niedrig gehalten werden kann. Infolgedessen ist eine besondere Kühlung der Lager nicht erforderlich.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung der zweiten Art, die ohne Dichtung arbeitet. Es ist eine solche Lageranordnung der eingangs genannten Art bekannt (DE-AS 11 78 806), bei welcher dem Axiallager unmittelbar Luft zur Kühlung zugeführt wird. Ein festes Schmiermittel ist hier nicht vorgesehen. Bei einer ähnlichen Lageranordnung (US-PS 39 21 735) ist zur Kühlung des Axiallagers ein zur Stirnfläche des Lagerzapfenendes führender Zweigkanal ve-gesehen. Dieses Lager enthält ebenfalls kein festes Schmiermittel. Bei einer weiteren Lageranordnung (DE-AS 10 69 094) ist ein Axiallager mit zwei zusammenwirkenden Druckscheiben aus Hartmetall vorgesehen. Diese Anordnung führt leicht zu thermischen Rissen. Auch hier ist ein festes Schmiermittel nicht vorgesehen. Es hat ι j sich gezeigt, daß die Belastbarkeit und die Lebensdauer von Lagern der vorgenannten Art nicht optimal sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine geringe Abnutzung aufweist und eine große Lebensdauer besitzt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Lagerfläche des Axiallagers aus einer Platte aus einer Hartmetallegierung und aus einer Stützplatte aus weniger hartem und verschleißfestem Material bestehen, wobei die Stützplatte mit ein festes Schmiermittel enthaltenden Ausnehmungen versehen sowie die Platte aus Hartmetall in die Stirnfläche des Lagerzapfens eingepreßt und von der Rückseite her durch die durch den Kanal zugeführte Spülluft kühlbar ist. Ein solches Lager weist eine wesentlich geringere Abnutzung als die üblichen Lager auf. Außerdem ist eine wesentliche Erhöhung der Belastungsfähgikeit möglich.

Vorzugsweise besteht die Stützplatte aus gehärtetem

Stahl, vorzugsweise mit einer Härte im Bereich von 60 bis 65 HRC. wobei die Platte aus Hartmetall einen größeren Durchmesser als die Lagerfläche besitzt, mit welcher sie gegen die Stützplatte anliegt.

Die Gleitfläche der Platte aus Hartmetall kann mit

einer Ausnehmung versehen sein, welche für die Entfernung von Abriebprodukten von der Lagerfläche vorgesehen ist und die Kantenfläche der Platte durchschneidet.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine U alzenbohrkrone bekannter Konstruktion in einem Vertikalschnitt.

Fig. 2 einen Teil einer Walzenbohrkrone gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in einem Vertikalschnitt,

F i g. 3 eine Seitenansicht einer der Lagerflächen der erfindungsgemäßen Lageranordnung in Form eines Einsatzes,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Einsatz nach Fig. 3.

F i g. 5 eine Teilansicht der Bohrkrone nach F i g. 2 in einem vertikalen Schnitt in vergrößertem Maßstab,

Fig. 6 ein Diagramm, welches die Abnutzung des Lagerzapfens in einer Walzenbohrkrone in Abhängigkeit von der Zeit bei zunehmender Belastung zeigt, und

Fig. 7 ein Diagramm, das die Gesamtabnutzung des Lagers in Abhängigkeit von der Zeit und der zunehmenden Belastung zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Walzenbohrkrone zum Bohren von Sprenglöchern mit drei getrennten Schenkeln, die sich von einem Bohrkronenkörper aus erstrecken, wobei f>5 einer dieser Schenkel in Fig. I im Schnitt gezeigt und mit 10 bezeichnet ist. Das Ende des Schenkels ist als Lagerschaft oder Zapfen 11 ausgebildet, auf dem eine mit .Schneidspitz.cn oder anderen Einsätzen versehene

Walze 12 drehbar gelagert ist. Die Einsätze 13 sind in die Außenfläche der Walze 12 eingepreßt und sollen den Fels zerkleinern, wenn die Bohrkrone gedreht und im Bohrloch voi geschoben wird.

Die für die Drehung der Walze 12 erforderliche i Lageranordnung enthält ein System von Walzenlagern 14, ein System von Kugeilagem 15 und ein Radiallager 16 sowie ein Axiallager 17.

Für das Einsetzen der Kugellagerkugeln 15 ist in dem Lagerzapfen 11 ein Kanal 18 vorgesehen, in den ein m Stopfen 19 eingesetzt ist, welcher die einzelnen Kugeln 15 hält. Das zylindrische Lager 14 nimmt einen großen Teil der Kraft vom Fels auf, während die Hauptaufgabe des Kugellagers 15 darin besteht, die Walze 15 festzuhalten, ohne wirklich eine Kraft aufzunehmen. Die auf die Walze 12 einwirkenden axialen Kräfte werden im wesentlichen von dem Axiallager 17 aufgenommen, jedoch ist die Walze 12 zusätzlich mit einer Schulter 20 versehen, welche an einer Schulter 21 auf dem Lagerzapfen 11 anliegt und somit einen Teil der axialen Last aufnimmt.

Das Axiallager 17 besteht aus einer Stützplatte 22 aus gehärtetem Stahl, die in den Oberteil der Walze 12 eingepreßt ist und an der axialen Endfläche des Lagerzapfens 11 tragend anliegt. Auch der Lagerzapfen besteht üblicherweise aus gehärtetem Stahl, jedoch ist leine axiale Lagerfläche mit einem aufgebrachten karten Material, wie Stellit, bedeckt.

Es wird Kühlluft mit möglichen Zusätzen, beispielsweise zum Binden von Staub, dem Axiallager 17 durch die Kanäle 23 und 24 zugeführt. Trotz dieser Kühlung und trotz der Tatsache, daß das Lager mit festem Schmiermittel in der Stützplatte 22 arbeitet, ist dieses Lager einem großen Verschleiß ausgesetzt, was auch die anderen Lager in der Walze 12 beeinflußt und somit die Ji Lebensdauer der Bohrkrone beeinträchtigt. Bei der Erfindung ist der Lagerzapfen 11 mit einer Lagerfläche versehen, die ein axiales Lager bildet und die aus einer Hartmetallegierung hergestellt ist, die neben einem oder mehreren Karbiden, wie Wolframkarbid, Titankarbid. Tantalkarbid und/oder Niobkarbid. ein Bindemetall, wie Kobalt. Nickel und/oder Eisen enthält. Diese Lagerfläche auf dem Zapfen 11 hat die Form einer Platte ode>· eines Einsatzes 25. der in eine entsprechende Ausnehmung in dem Lagerzapfen eingepreßt ist. Die Gleitfläche 26 des Einsatzes 25 ist zu einer ebenen Form geschliffen worden, die parallel zur Kontaktfläche der gegenüberliegenden Stülzplatte 22 verläuft. Der Durchmesser der Hartineullplatte 25 sollte großer sein als die mit ihr zusammenwirkende Lagerfiache der Stützplaue 22. Die letztgenannte Stützplaue 22 sollte aus gehärtetem Stahl bestehen, der vorzugsweise eine Härte im Bereich von 60 bis 65 HRC besitzt. Das Lager wird durch ein festes Schmiermittel geschmiert, das in Nuten 27 in der Stützplatte 22 eingebracht ist. wie es in F i g. 5 gezeigt ist.

Zur Kühlung des Axiallagers 17 wird durch einen Kanal 24. der sich im wesentlichen axial durch den Lagerzapfen U des Lagers erstreckt. Kühlluft zugeführt, und es wird diese Luft gegen einen Teil der Rückseite und der Kante des Hartmetalleinsatzes 25 geblasen. Es ist wichtig, daß die Reibungswärme von dem Axiallager wirksam abgeführt werden kann. Dies wird erreicht mit Hilfe der erwähnten Luftkühlung, wobei von der guten Wärmeleitfähigkeit von Hartmetall Gebrauch gemacht wird. In dem bevorzugten Ausführurigsbeispiel nach den F i p. 3 und 4 ist die Gleitfläche des Hartmetalleinsa^.s 25 mit einer Ausnehmung 28 versehen, die einet, abgerundeten Querschnitt besitzt und auch eine Kantenseite des Einsatzes durchneidet. Dies ermöglicht die Enr'ernung von Verschleißprodukten von den Lagerflächen.

F i £ 6 zeigt oie mit der Erfindung im Hinblick auf die Abnutzung des Lagerzapfens 11 erreichten Ergebnisse, die in Millimeter als Funktion der Zeit und der ansteigenden Belastung gemessen sind, und zwar irn Vergleich mit einem Axiallager, das auf übliche Weise hergestellt worden st. wie es auch in F i g. 1 gezeigt ist. Die als »Standard« bezeichnete Ausführung enthält eine Lagerfläche aus oberflächengehärtetem Stahl mit einer Härte von etwa 63 HRC. während die zusammenwirkende Lagerfläche aus einer aufgeschweißten harten Legierung mit einer Härte von etwa 57 HRC besteht, die auf d'e axiale Endfläche des Lagerzapfens aufgebracht ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung bestand die Stützplatte 22 auch aus gehartetei.! Stahl mit einer Härte von 63 HRC. während die gesinterte Metallegierung aus einer Platte aus Wolframkarbid mn Kobalt als Bindemetall bestand. Hieraus ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Ausbildung ein.; wesentlich geringere Abnutzung des Lagerzapfens oewirkt hat. Auch die Abnutzung der Stützplatte 22 ist geringer geworden, was dazu führt, daß die gesamte Lagerabnutzung stark reduziert ist. während gleichzeitig die Belastungskapazität des Lagers drastisch erhöht ist. wie es in F i g. 7 gezeigt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lageranordnung für dichtungslose Drehbohrkronen mit wenigstens einem Lagerzapfen, auf dem eine mit Schneideinsätzen versehene Walze drehbar gelagert ist, mit einer Axial- und einer Radiallagerung zur drehbaren Halterung der Walze auf dem Zapfen, wobei die Axiallagerung mindestens eine aus einer Platte bestehende Lagerfläche aufweist und die eine Lagerfläche des Axiallagers aus einem härteren Werkstoff besteht als die andere Lagerfläche, und mit einem an der Stirnfläche des Lagerzapfens endenden Kanal für die Zuführung von Spülluft zur Lageranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerflächen des Axiallagers aus einer Platte (25) aus einer Hartmetallegierung und aus einer Stützplatte (22) aus weniger hartem und verschleißfestem Material bestehen, wobei die Stützplatte (22) mit ein festes Schmiercri'itel enthaltenden Ausnehmungen versehen sowie die Platte (25) aus Hartmetall in die Stirnfläche des Lagerzapfens (11) eingepreßt und von der Rückseite her durch die durch den Kanal (24) zugeführte Spülluft kühlbar ist.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte (22) aus gehärtetem Stahl vorzugsweise mit einer Härte im Bereich von 60 bis 65 HRC, besteht und daß die Platte (25) aus Hartmetall einen größeren Durchmesser als die Lagerfläche besitzt, mit welcher sie gegen die Putzplatte (22) anliegt

3. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche der Platte (25) aus Hartmetall mit einer Ausr^hmung (28) versehen ist. welche für die Entfernung von Abriebprodukten von der Lagerfläche vorgesehen ist und die Karitenfläche der Platte durchschneidet.