DE3712620A1 - Bohrvorrichtung und schneidwerkzeug dafuer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Unterschneider und spreiz­ bare Schneidwerkzeuge und insbesondere auf eine Unterschnei­ derbohrspitze mit einem konischen Schneidwerkzeug, welches eine verbesserte Schneidwerkzeughalterung aufweist.

Bekannte Unterschneider, spreizbare Schneidwerkzeuge und Locherweiterungsräumer für die Vergrößerung von Bohrlöchern sind entweder an ein Bohrgestänge oberhalb des Bohrkopfes angeschlossen oder befinden sich im Bohrgestänge ohne Bohr­ kopf an dem unteren Ende des Gestänges. US-PS 33 86 521 ist ein Beispiel eines kombinierten Bohrkopfes und eines Unter­ schneiders und US-PS 31 71 503 ist ein Beispiel eines Unter­ schneiders an dem unteren Ende des Bohrgestänges. Die US-PS 45 33 003 veranschaulicht verbesserte Befestigungs­ mittel für ein Schneidwerkzeug an einem Unterschneiderarm.

Konische Schneidwerkzeuge sind in Bohrspitzen und Unter­ schneidern verwendet worden. Solche konischen Schneidwerk­ zeuge sind an einem Zapfen angebracht worden, welcher sich abwärts und einwärts von dem unteren Ende des Unterschneider­ arms erstreckt. Rollenlager und Kugeln sind für die Anbringung der konischen Schneidwerkzeuge an den Armen eingesetzt worden, wie in der US-PS 26 41 447 gezeigt ist. Stifte oder Kugeln, festgelegt in einer Nut zwischen dem Arm und dem Inneren der konischen Schneidwerkzeuge sind zur Befestigung der Schneid­ werkzeuge an ihren Zapfen verwendet worden, wie in den US-PSen 26 61 447, 39 98 500 und 25 19 716 gezeigt ist. US-PS 41 61 343 offenbar die Verwendung eines Gleitlagers und eines Druckknopfes zwischen den Zapfen und den Schneid­ werkzeugen. Mit US-PS 39 98 500 wird die Verwendung eines Bolzens zur Befestigung einer Lagerhülse an dem Zapfen vor­ geschlagen. Die US-PS 44 78 299 zeigt verschiedene Lagerun­ gen an dem Zapfen, einschließlich einer geteilten Buchsen­ anordnung.

Der Schnittbetrag der von einem konischen Schneidwerkzeug an einem Unterschneider erhalten werden kann ist begrenzt gewesen durch die Zeit des Bohrbetriebs, während welcher das Schneidwerkzeug verhältnismäßig frei rotiert, und dieses ist eine Funktion seiner Halterung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Unterschneider, Erweiterungsbohrer oder eine spreizbare drehende Bohrerspitze mit einem konischen Schneidwerkzeug, welches eine verbesserte Schneidwerkzeughalterung aufweist. Der Unterschneider besteht aus einem Körper mit einer hin­ durchführten Bohrung, einem an seinem oberen Ende an dem Körper schwenkbar angebrachten Arm mit einem Zapfen an seinem unteren Ende, einem konischen Schneidwerkzeug mit einer Zentralbohrung, Mitteln für die Befestigung des Zapfens in der Zentralbohrung des Schneidwerkzeugs und Lagermitteln, die zwischen dem Außenumfang und dem Ende des Zapfens und der Wandung der Zentralbohrung des Schneidwerkzeugs angeord­ net sind. Die Lagermittel sind so ausgebildet, daß sie so­ wohl den normalen Druck als auch während des Bohrens auf das Schneidwerkzeug zur Einwirkung gebrachte radiale Belastungen und auch Gegendruckbelastungen aufnehmen, welche auf das Schneidwerkzeug in einem Unterschneider zur Einwirkung ge­ bracht sind.

Bei einem herkömmlichen konischen Schneidwerkzeug, d. h. einer Kegelspitze, ist der Kegel so ausgebildet, daß er rund um einen Kreis abwälzt, wenn die Kegelspitze sich dreht. Der Radius dieses Kreises wird als der natürliche Wälzradius des Kegels bezeichnet. Solange wie dieser Wälzradius konstant bleibt, ist der Verschleiß an dem Schneidwerkzeug und seiner Halterungsbaugruppe verhältnismäßig gleichmäßig und die Kegelspitze erreicht eine gute Bohrstandzeit. Wenn jedoch eine Kegelspitze an einem Unterschneider verwendet wird, nimmt der Wälzradius über den normalen Wälzradius des Kegels hinaus zu, wenn der Unterschneiderarm sich im Betrieb auswärts spreizt. Die normale Druckbelastung bei einer Kegelspitze ist gegen die Spitze des Schneidelements gerichtet. Wenn sich jedoch die Arme des Unterschneiders abspreizen ist im wesentlichen alle auf die Schneidwerkzeuganordnung einwirken­ de Belastung eine Rückdrucklast, die gegen die Seite des Schneidelements einwirkt. Diese Rückdruckbelastung ist das Hauptelement der Belastung auf eine Schneidwerkzeuganordnung eines Unterschneiders, besonders zu Beginn des Betriebs oder falls der Unterschneider lediglich einen kleinen Schelf schnei­ det, weil der Unterschneider lediglich die äußere Rückkante des Schneidwerkzeugkegels verwendet. Ferner ist bei einer sehr abgewichenen Bohrung die Rückdruckbelastung vorherr­ schend. Wenn sich die Schneidwerkzeuganordnung während des Betriebes spreizt verringert sich die Rückdruckbelastung, bleibt jedoch ein wesentliches Element der auf die Schneid­ werkzeuganordnung einwirkenden Belastung. Darüber hinaus ver­ sucht die Kegelspitze während des Betriebes stets zu ihrem natürlichen Wälzradius zurückzukehren, d. h. den Unterschnei­ der zu schließen oder einzuziehen, welches eine eigene gegen die Schneidwerkzeuganordnung einwirkende Belastung hervorruft. Diese schwankenden Belastungen die auf die Schneidwerkzeuganordnung während des Betriebes ausgeübt wer­ den verursachen exzessiven Verschleiß und ungleichmäßigen Ver­ schleiß der Schneidwerkzeugbaugruppe. Eine Auswirkung eines solchen ungleichmäßigen und exzessiven Verschleißes ist die schnelle Abnutzung des Zapfens an dem Unterschneiderarm und der Lager, welche einen Teil der Schneidwerkzeuganordnung bilden. Wenn Verschleiß des Zapfens an dem Unterschneiderarm auftritt, wird in der Praxis der Endbereich der Unterschnei­ derarms abgeschnitten und ein neuer Abschnitt wird ange­ schweißt. Die Hitze eines solchen Schweißvorganges schwächt den Unterschneiderarm. Weiterhin muß jedesmal, wenn der Arm abgeschnitten wird um ein neues Endstück anzuschweißen, mehr von dem ursprünglichen Arm entfernt werden um den hitze­ geschwächten Abschnitt zu ersetzen. Dementsprechend kann die Schneidwerkzeuganordnung nur wenige Male ersetzt werden.

Der Unterschneiderwerkzeuganordnung der vorliegenden Er­ findung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile bekannter Unterschneiderarme und Schneidwerkzeuganordnungen zu überwin­ den. Der Unterschneiderarm der vorliegenden Erfindung ist ein einstückiges Element ohne Schweißverbindungen. Weiterhin tritt im wesentlichen kein Verschleiß an dem Unterschneider­ arm oder seinem Zapfen durch die Schneidwerkzeuganordnung während des Betriebes auf, so daß keine Notwendigkeit be­ steht, sie häufig zu ersetzen. Weiterhin wird das Schneid­ werkzeug an dem Zapfen des Unterschneiderarms durch eine Konstruktion angebracht, welche eine hochbelastbare Lager­ fläche vorsieht, nicht nur für die normale Druckbelastung, sondern auch für die Rückdruckbelastung, wie sie auch eine große Oberfläche vorsieht, um die Radialbelastung, die auf das Schneidwerkzeug während des Bohrens einwirkt, aufzunehmen.

Zur Erreichung der vorgenannten Ziele dienen die Merkmale des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß verbinden die für die Verbindung des Schneidwerkzeugs mit dem Zapfen des Unter­ schneiderarms verwendeten Lagermittel diese auf solche Weise, daß die Lagermittel stationär an dem Zapfen des Un­ terschneiderarms sind und alle Bewegungen zwischen den La­ germitteln und dem Schneidwerkzeug auftreten. Diese Anordnung verhindert Verschleiß am Zapfen des Unterschneiderarms.

Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus den zugehörigen Patentansprüchen hervor. Sie werden in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch Verwendung eines Gleitlagers erreicht, welches Mittel für die Verhinderung der Drehung des Lagerelements bezüglich des Zapfens an dem Unterschneiderarm einschließt. Vorzugs­ weise wird ein geteiltes Gleitlager verwendet, welches weiter­ hin damit einteilige Vorsprünge für die Aufnahme einer Rück­ druckbelastung einschließt. Kugellager besitzen keine hohe Druckbelastbarkeit, deshalb werden Gleitlager bevorzugt. Wei­ terhin werden die beiden Teile des geteilten Gleitlagers ge­ mäß der vorliegenden Erfindung auseinandergehalten um zu­ sätzliche Vorteile vorzusehen. In Bohrbetriebsvorgängen unter Lastbedingungen wird die Schneidwerkzeuganordnung heiß und dehnt sich aus. Bei einem einstückigen Gleitlager oder einem geteilten Gleitlager, bei welchem die beiden Teile aneinander liegen, kann die Wärmeausdehnung die Bohrspitze blockieren und eine Schmierung ausschließen. Bei der vorliegenden Er­ findung können die Gleitlager nicht blockieren, weil sie separiert sind und damit einen Raum für Ausdehnung vorsehen. Weiterhin werden bei fortgesetzter Benutzung der Schneid­ werkzeuganordnung und bei Auftreten von Verschleiß an den Innenflächen Abrieb und Metallspäne erzeugt. Die Trennung von zwei Hälften des geteilten Gleitlagers sieht eine offene Zone vor, wo sich solches Material ansammeln kann. Bei den herkömmlichen Schneidwerkzeuganordnungen werden durch solchen Abrieb und Metallspäne ein rascher Verschleiß im Inneren der Anordnung und möglicherweise eine Blockierung der Schneidwerkzeuganordnung verursacht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen verbesserten Unterschneider in zurück­ gezogener oder Laufposition, teilweise im Schnitt und teilweise in Seitenansicht,

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht, welche den Unterschneider in gespreizter oder Schneidposition darstellt,

Fig. 3 eine detaillierte Schnittansicht des Zapfens am unteren Ende des Unter­ schneiderarms und die Anbringung des konischen Schneidwerkzeugs daran,

Fig. 4 eine Querschnittansicht der Ausführungs­ form gemäß Fig. 3 entlang der Schnitt­ linie 4-4,

Fig. 5 eine Schnittansicht von unten der Aus­ führungsform gemäß Fig. 3 in Richtung des Pfeils a gesehen,

Fig. 6 eine Seitenansicht des Drucklagers der Ausführungsform gemäß Fig. 3,

Fig. 7 eine Draufsicht, welche das Keilelement der Ausführungsform gemäß Fig. 3 illustriert,

Fig. 8 eine zweite Ausführungsform ähnlich der Fig. 3,

Fig. 9 eine Querschnittansicht dieser Aus­ führungsform ähnlich Fig. 4,

Fig. 10 und 11 Längsschnitt - bzw. Querschnittan­ sichten einer dritten Ausführungsform ähnlich den Fig. 3 und 4,

Fig. 12 eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 13 eine vergrößerte Querschnittsansicht des bei der Ausführungsform nach Fig. 3 verwendeten Dichtungsgliedes,

Fig. 14 eine Querschnittansicht des bei der Ausführungsform nach Fig. 12 verwendeten Dichtungsringes und

Fig. 15 eine teilweise abgebrochene Querschnitts­ ansicht des Dichtungsringes entlang der Linie 15-15 der Fig. 14.

In den Zeichnungen bezeichnet der Buchstabe A die spreizbare Bohrerspitze oder das Unterschneiderwerkzeug, welches die Festigung an dem unteren Ende eines sich zum Eingang eines Bohrloches erstreckenden Bohrgestänges B ausgebildet ist, durch welches das Werkzeug normalerweise durch ein Bohrloch­ futterrohr abgesenkt wird zu einem Bereich unterhalb des Futterrohres, wo die Locherweiterungsarbeit durchzuführen ist. Im allgemeinen umfaßt das Werkzeug ein Hauptkörper­ teil C, in welchem Schneidwerkzeugträger oder Verbindungs­ arme D vorgesehen sind, die an ihren unteren Enden Schneid­ werzeuge E aufweisen. Ein Betätigungskolben F ist innerhalb der Bohrung des Hauptkörperteils C bewegbar und steht in Ver­ bindung mit Lenkern G, welche den Kolben mit den Werkzeug­ trägern oder Armen D verbinden. Wenn der Kolben F abwärts bewegt wird, werden die unteren Enden der Lenker G auswärts geschwenkt und, da sie an die unteren Bereiche der werkzeug­ tragenden Arme D angeschlossen sind, werden die Arme auswärts geschwenkt, um die Schneidwerkzeuge E auswärts in ihre ge­ spreizte Schneidposition zu bewegen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. In dieser Position dreht eine Drehung des Bohrgestänges das Hauptkörperteil C und die Schneidwerkzeugträger, wodurch die Schneidwerkzeuge E das Bohrloch erweitern oder ausbohren. Wenn der Kolben in seine obere in Fig. 1 gezeigte Stellung zurückkehrt, ziehen die damit verbunden Lenker G die Schneidwerkzeuge zurück.

Das Körperteil C umfaßt einen oberen rohrförmigen Abschnitt 10, dessen oberes Ende mit dem Bohrgestänge B verbunden ist, und ein unteres Gehäuse 11, welches mit dem oberen Abschnitt durch Schraubengewinde 12 verbunden ist. Der obere Abschnitt 10 weist eine Bohrung 10 a auf, welche mit der Bohrung, dem Bohrgestänge und einer Gegenbohrung 10 b in Verbindung steht, innerhalb welcher der Kolben F verschiebbar ist. Das Gehäuse besitzt eine sich vollständig hindurch erstreckende Axial­ bohrung 11 a, deren unteres Ende 11 b vergrößert ist, wie deut­ lich in den Fig. 1 und 2 illustriert ist.

Eine Mehrzahl von sich vertikal erstreckenden Schlitzen 13 sind innerhalb des Körpers für die Aufnahme der Schneidwerk­ zeugträger oder Arme D eingeformt, und wie dargestellt ist, sind drei solcher Schlitze vorgesehen, obwohl die Anzahl verschieden sein kann. Jeder Schlitz 13 erstreckt sich in Längsrichtung des Gehäuses 11 und Öffnungen für die Aufnahme der Enden eines Lagerzapfens 15, welcher einen Schneidwerk­ zeugträger in einem Schlitz drehbar lagert, sind in die Seitenwände jeden Schlitzes gebohrt. Das untere Ende jeden Schlitzes endet in einer kreisförmigen Ausnehmung 13 a, durch welche hindurch sich das Schneidwerkzeug E, das an dem un­ teren Ende jedes schneidwerkzeugtragenden Arms D angebracht ist, bewegen kann.

Die Ausbildung jeden Schneidwerkzeugträgers oder Arms D ist im Querschnitt im wesentlichen rechtwinklig und ist an ihrem oberen Ende mit Ohren versehen, die eine Querbohrung aufweisen. Die Breite jeden Arms ist im wesentlichen dieselbe wie die Breite des Schlitzes 13, und wenn sich der Arm D in seiner Lage innerhalb des Schlitzes befindet, erstreckt sich der Lagerzapfen 15 durch die Bohrung und greift mit seinen Enden in Bohrungen im Gehäuse 11 ein, wodurch jeder Arm in jedem Schlitz schwenkbar angebracht ist.

Durch den Lagerzapfen 15 am oberen Ende jedes Arms können die Arme über die Grenzen der Außenfläche des Gehäuses 11 hinaus auswärts geschwenkt werden, sodaß die Schneidwerkzeuge gespreizt werden, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Zur Bewirkung einer gleichzeitigen Spreizung der Schneidwerk­ zeugarme D besitzt jeder Schneidwerkzeugarm durch ein Paar von Lenkern 29 eine Verbindung mit einem Anschlußelement 30, welches direkt durch eine rohrförmige Hülse 31 mit dem un­ teren Ende des ringförmigen Kolbens F verbunden ist. Das Anschlußelement 30 besitzt eine Mehrzahl von nach außen vor­ springenden Nasen, von denen jede eine darin angebrachte Bohrung oder Ausnehmung aufweist. Die oberen Enden der Lenker 29 sind so angeordnet, daß sich jeweils ein Ende auf jeder Seite einer Nase 32 befindet und jedes Ende besitzt einen einwärts vorspringenden Zapfen, welcher in die Bohrung oder Ausnehmung der Nase am Element 30 eingreift, um die oberen Enden der Lenker schwenkbar an die Nase anzuschließen. Die Lenker 29 sind so angeordnet, daß einer auf jeder Seite eines Vorsprungs vorgesehen ist, welcher in der Innenfläche jeden Arms D eingeformt ist, und Bohrungen in den unteren Enden der Lenker fluchten mit einer Bohrung in dem Vorsprung zur Aufnahme eines Schwenkzapfens.

Wenn der ringförmige Kolben F sich in seiner angehobenen Stellung befindet, zu welcher er durch eine Schraubenfeder 36 beaufschlagt wird, ist das Anschlußelement 30 ebenfalls bis in enge Nachbarschaft zu der geneigten Innenfläche jeden Schneidwerkzeugarms D angehoben. Wegen der Verbindung mit den Lenkern 29 sind die Lenker in die in Fig. 1 dargestellte Lage geschwenkt, welche ihre unteren Enden veranlaßt, sich einwärts zu bewegen und jeden Arm zurückgezogen innerhalb des Gehäuses zu halten. Ein Blendenring 37 ist innerhalb des unteren Bereichs der Bohrung des Anschlußelements 30 (Fig. 1) angebracht, und wenn Druckflüssigkeit abwärts durch das Bohr­ gestänge, durch den ringförmigen Kolben F und auch durch die Verbindungshülse 31 gepumpt wird, erzeugt der Blenden­ ring eine Verengung, die einen Druckaufbau oberhalb des Kol­ bens F hervorruft. Wenn dieser angewachsene Druck die Kraft der Schraubenfeder 36 übersteigt, bewegen sich der Kolben F, die Hülse 31 und das Anschlußelement 30 mit Bezug auf das Gehäuse und die Schneidwerkzeugarme abwärts. Dieses bewegt die oberen Schwenklagerpunkte zwischen den Verbindungslenkern und dem Element 30 abwärts, woraus eine Auswärtsschwenkbe­ wegung der unteren Enden der Lenker 29 resultiert. Diese Aus­ wärtsschwenkbewegung veranlaßt die Schneidwerkzeugearme D um den oberen Lagerzapfen 15 zu verschwenken, wodurch die unteren Enden der Arme auswärtsgeschwenkt werden, um die Schneidwerkzeuge E zu einer gespreizten Stellung zu bewegen. Um die radiale Spreizung der Schneidwerkzeugarme zu steuern, ist die Abwärtsbewegung des ringförmigen Kolbens F durch eine Anschlaghülse 40 begrenzt, welche die Verbindungshülse 31 umgibt und auf einer ringförmigen Schulter 11 d ruht, die zwischen der Bohrung 11 a und der Gegenbohrung 11 c des Gehäu­ ses 11 gebildet ist. Wenn das untere Ende des Kolbens auf das obere Ende der Anschlaghülse 40 auftrifft, wird eine weitere Abwärtsbewegung des Kolbens verhindert, um dadurch das Ausmaß bis zu welchem die unteren Enden der Lenker 29 ausgeschwenkt sind, zu begrenzen.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, umfassen die Schneidwerkzeuge E ein konisches Schneidwerkzeug 50 mit geeigneten Formations­ angriffselementen (nicht gezeigt), wie Zähne oder Einsätze, Mittel 54 zur Befestigung des Schneidwerkzeugs 50 an einem Zapfen 52 des Arms D, Drucklagermittel 56, die zwischen der Innenseite des Schneidwerkzeugs 50 und der Außenseite des Zapfens 52 angeordnet sind, um die Rotationsfreiheit des Schneidwerkzeugs 50 während des Bohrvorganges sicherzustellen.

Das Schneidwerkzeug 50 ist auf seiner Außenseite in bei konischen Schneidwerkzeugen an sich bekannter Weise geeignet geformt und besitzt eine Innenbohrung 58 mit einer in die Seitenwände eingeschnittenen kreisförmigen Nut 60. Der Zapfen 52 erstreckt sich abwärts und einwärts von dem unteren Ende des Arms D und weist eine Zentralbohrung 64 und eine Gegen­ bohrung 66 auf. Ein Loch 62 erstreckt sich von dem Boden der Bohrung 64 zu dem Ende des Zapfens 52. Der Zapfen 52 besitzt in der Ausführungsform gemäß Fig. 3 vier Bohrungen 68, die in rechten Winkeln zu der Zentralbohrung 64 gebohrt sind und durch Gegenbohrungen 70 mit der Zentralbohrung 64 in Ver­ bindung stehen. Weiterhin ist ein Loch 72 rechtwinklig zum Loch 62 vollständig durch das Ende des Zapfens 52 gebohrt.

Das aus einem geeigneten bekannten Werkstoff bestehende Drucklagermittel 56 ist ein zwei Hälften 56 a und 56 b auf­ weisendes geteiltes Lager, welches nach dem Zusammensetzen eine ringförmige Tassenform aufweist. Jede Hälfte des Druck­ lagers 56 umfaßt ein Bodenelement 76 a bzw. 76 b, eine Seiten­ wand 80 a bzw. 80 b und einen sich von der Seitenwand erstrek­ kenden Vorsprung 78 a bzw. 78 b. Löcher 82 sind in die Seiten­ wände 80 gebohrt, ein Loch 82 für jede Bohrung 68. Die Boden­ elemente 76 a und 76 b sind durch eine bearbeitete Rippe 110 am Zapfen 52 getrennt. Eine Anzahl von Schmiernuten sind in den Flächen des Drucklagers vorgesehen, umfassend die Nuten 109 in den Bodenelementen 76 a und 76 b, die Nuten 112 in den oberen und unteren Flächen der Vorsprünge 78 a und 78 b und die Nuten 114 in den Seitenwänden 80 a und 80 b. Weiterhin sind die Bodenflächen der Bodenelemente 76 a und 76 b bei 118 bearbeitet, um einen anfänglichen Raum für Schmiermittel bei Betriebsbeginn vorzusehen.

Bolzen 90 sind vorgesehen, um das Drucklager 56 a, 56 b bezüg­ lich des Zapfens 52 während des Betriebs des Schneidwerkzeugs stationär zu halten. Jeder Bolzen 90 umfaßt ein Hauptkörper­ element mit einer vorderen bearbeiteten Fläche, welche in die Bohrung 82 in einem zugeordneten Drucklagervorsprung hineinpaßt, einen rückwärtigen Abschnitt, welcher innerhalb der Bohrung 68 gleitet, und ein sich nach hinten erstrecken­ des Stiftelement 94, welches sich durch das Loch 70 im Zapfen 52 zu der inneren Gegenbohrung 64 erstreckt. Ein Keil­ element 96 hält nach dem Zusammenbau des Drucklagers die Bolzen 90 im Eingriff mit den Bohrungen 82 um das Drucklager an seinem Platz zu verriegeln. Das Keilelement 96 gleitet innerhalb der Gegenbohrung 64 und besitzt ein unteres Ende, das bearbeitet ist, um die Bolzen 90 beim Einführen des Keilelements 96 in die Gegenbohrung 64 nach außen zu verla­ gern. Vorzugsweise besitzen die Bolzen 90 eine durchgehende Bohrung 91 zur Verhinderung einer Vakuumbildung, welche die Entfernung der Bolzen verhindern würde. Ein Sprengring hält das Keilelement 96 innerhalb der Gegenbohrung 64 nach dem Einbau der Bolzen. Eine Zentralbohrung 116 im Element 96 verbindet die Bohrung 64 mit der Bohrung 62 zur Bildung einer Schmiermittelkammer. Die Gegenbohrung 66, welche sich zu der Außenfläche des Arms D erstreckt, ist durch ein Ver­ schlußstück gedichtet, welches durch einen Spreng­ ring 102 an seinem Platz gehalten ist. Ein O-Ring 104 ist zur Abdichtung der Gegenbohrung 66 gegenüber dem äu­ ßeren des Arms vorgesehen. Zur Zugangsermöglichung zu dem Inneren der Gegenbohrung 66 und der Gegenbohrung 64 ist in das Verschlußstück 100 eine zentrale Abschlußschraube 106 eingeschraubt. Eine Dichtung 508 ist ebenfalls vorgesehen um den Verschleiß am Zapfen 52 zu verringern und gleichzeitig die Schneidwerkzeugbohrung zu schließen, wie nachfolgend be­ schrieben wird.

Zur Montage des Schneidwerkzeugs E werden die Bolzen 90 in die Bohrungen 68 in ihrer zurückgezogenen Position eingesetzt, wobei sich die Stiftelemente 94 einwärts in die Zentral­ bohrung 64 erstrecken. Die Dichtung 508 wird am Zapfen 52 angebracht. Die Drucklagerelemente 56 a, 56 b werden in das Schneidwerkzeug 50 eingesetzt, wobei die Vorsprünge 78 a, 78 b in die Nut 60 eingreifen. Das Schneidwerkzeug mit den darin eingesetzten Drucklagerlementen wird am Zapfen 52 in eine Lage angebracht, in welcher die beiden Elemente durch die Rippe 110 getrennt sind. Danach werden die Bolzen 90 in Auswärtsrichtung in die Bohrungen 82 geschoben und das Keil­ element 96 wird zur Halterung der Bolzen 90 in ihrer äußeren Lage eingeführt. Gewünschtenfalls kann das Keilelement 96 ein abgeschrägtes Ende aufweisen und dazu benutzt werden, die Bolzen 90 in ihre äußere Stellung zu verdrängen. Der Spreng­ ring 98 wird an seinem Platz angebracht um das Keilelement 96 in seiner Lage zu halten, wodurch das Schneidwerkzeug zusammengebaut ist. Der O-Ring wird an dem Verschlußstück angebracht, welches in die Gegenbohrung 66 eingeschoben wird, worauf der obere Sprengring 102 an seinen Platz ein­ gesetzt wird.

Die Anbringung des Verschlußstückes 100 erzeugt mit der Zen­ tralbohrung 64 und der Gegenbohrung 66 eine Schmiermittel­ kammer für die Schmierung des Schneidwerkzeugs E. Diese Kam­ mer schmiert die Drucklagerelemente 56 a, 56 b durch die Löcher 62 und 72 und die Zentralbohrung 116 im Keilelement 96. Die Schmiernuten 109, 112, 114, 118, vorgesehen in dem Boden und den Seitwänden der Drucklagerlemente 56 a und 56 b, erlauben die Bewegung des Schmiermittels zu den verschiede­ nen lasttragenden Flächen.

Nach dem wie vorstehend beschrieben vorgenommenen Zusammen­ bau des Schneidwerkzeuges E wird in der durch die Zentral­ bohrung 64 und die Gegenbohrung 66 gebildeten Schmiermittel­ kammer ein Vakuum gezogen und die Schmiermittelkammer wird mit Schmiermittel unter Druck gefüllt. Der Druck des Schmier­ mittels schiebt das Verschlußstück 100, welches wie ein Kolben wirkt, gegen den oberen Sprengring 102. Die Gegen­ bohrung 66 ist gegenüber dem Bohrlochdruck offen, welcher gegen das Verschlußstück 100 wirkt um eine Druckeinwirkung auf das Schmiermittel während des Betriebs des Schneidwerk­ zeuges aufrechtzuerhalten. Der Druck in der Kammer füllt den zentralen Hohlraum des Schneidwerkzeuges 50 über die Schmier­ nuten 109, 112, 114, 118 und das Spiel zwischen den ver­ schiedenen Elementen des Schneidwerkzeugs, so daß die Außen­ fläche der Drucklagerelemente 56 a, 56 b und die Nut 60 während des Betriebs geschmiert werden. Die Dichtung 508 verhindert den Verlust an Schmiermittel.

Die Zerlegung und Instandsetzung des Schneidwerkzeugs E ist schnell und einfach. Der Sprengring 102 wird entfernt, wel­ ches die Entfernung des Kolbenverschlußstücks 100 erlaubt. Das Keilelement 96 besitzt einen Schlüsselschlitz 120, wel­ cher zwei Schlitze 121 aufweist, von denen jeder mit einem hinterschnittenen Schlitz 123 versehen ist. Das Schlüssel­ werkzeug herkömmlicher Ausführung wird in die Schlüssel­ schlitze 121 eingeführt und die Schlitze 123 gedreht um das Keilelement 96 aus der Zentralbohrung 64 herauszuziehen. Nuten 122 sind in dem Ende jedes Stifts 94 vorgesehen, welche die Einführung eines Werkzeugs zum Einwärtsziehen der Bolzen 90 in die Bohrungen 68 erlauben, welches es erlaubt, die Druck­ lagerelemente 56 a, 56 b und das Schneidwerkzeug 50 vom Zapfen 52 des Arms D abzuziehen, worauf die Drucklagerelemen­ te überprüft und erforderlichenfalls ersetzt werden können.

In Betrieb wirkt das Schneidwerkzeug in einer üblichen Weise zur Bohrung eines Loches. Wenn jedoch der Bohrer gedreht wird findet alle Bewegung zwischen dem Schneidwerkzeug 50 und dem Drucklager 56 auf der Außenfläche der Drucklagerelemente 56 a, 56 b statt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist der normale Rollradius für das Schneidwerkzeug bei 126 dargestellt. Die Außenflächen der Seitenwände 80 a, 80 b der Drucklagerelemente übernehmen die Radialbelastung "b", die auf das Schneidwerkzeug während der Bohrung des Loches zur Einwirkung gebracht werden. Die Rückdruckbelastung "c" wird jedoch durch die Fläche 128 der Vorsprünge 78 a, 78 b übernommen. Die Normaldruckbelastung "a" wird von der Bodenfläche der Elemente 76 a, 76 b übernommen. Wenn die Bodenfläche der Elemente 56 a und 56 b geringfügig verschleißt stellt die untere Fläche der Vorsprünge 78 a, 78 b eine viel größere Fläche, die Bodenfläche der Vorsprünge 78 a, 78 b einschließend, zur Aufnahme dieser Belastung bereit, als es bei herkömmlichen Schneidwerkzeugen üblich ist. Durch Be­ reitstellung eines Mittels zum Aufnehmen der Rückdruckbe­ lastung sieht die vorliegende Erfindung einen Bohrer und eine Baugruppe vor, die für eine längere Lebensdauer als konventionelle Baugruppen befähigt ist. Die größere Lebens­ dauer dieser Schneidwerkzeugbaugruppe sieht außerdem eine ausgezeichnete Schmierung aller Lagerflächen vor. Da keine Rotation um den Zapfen 52 erfolgt, tritt darüber hinaus kein Verschleiß am Zapfen 52 auf und der Unterschneiderarm muß nicht abgetrennt werden um einen neuen Zapfen anzubringen.

Die Dichtung 508 wie in Fig. 13 im Querschnitt gezeigt, be­ wirkt einen Dichtungseingriff zwischen dem Schneidwerkzeug 50 und dem Zapfen 52, während sie die Verschleißeinwirkung auf den Zapfen 52 herabmindert. Anders als bekannte Dich­ tungsanordnungen,welche Verschleiß am Zapfen 52 hervorrufen, wenn die Dichtung mit dem Schneidwerkzeug 50 rotiert, ver­ bleibt die Dichtung 508 relativ zu dem Zapfen 52 stationär, wodurch nur der Außenumfang der Dichtung 508 wegen der Drehung des Schneidwerkzeugs 50 dem Verschleiß unterliegt. Die Dich­ tung 508 besitzt eine im wesentlichen C-förmige Querschnitts­ konfiguration mit einer Innenfläche 130 von größerer Länge als die Außenfläche 132. Zusätzlich ist die Länge der Fläche 130 und die Gesamtlänge der Dichtung 508 größer als der Hohlraum 509 in welchem die Dichtung 508 angeordnet ist. Daher wird die Dichtung 508 innerhalb des Hohlraums 509 in solch einer Weise zusammengepreßt, daß die Innenfläche 130 der Dichtung 508 dem Zapfen 52 anhaftet und daher stationär mit demselben ist. Andererseits rotiert der Schneidwerkzeug­ kegel 50 um die Außenfläche 132 der Dichtung 508.

Wie in Fig. 13 gezeigt ist, umfaßt die Dichtung 508 ein Fe­ derelement 134 und ein Abdichtelement 136. Das Federelement 134 stützt das Abdichtelement 136 und formt die allgemeine Konfiguration der Dichtung 508. Zusätzlich stellt dieses Federelement 134 sicher, daß sowohl die Innenfläche 130 als auch die Außenfläche 132 gegen ihre zugeordneten Zusammen­ arbeitsflächen vorgespannt werden um eine sorgfältige Ab­ dichtung dazwischen zu erzielen. Das Federelement 134 be­ sitzt jedoch ausreichende Elastizität um unterschiedliche Zusammendrückungen in Folge irregulärer Druckkräfte auf den Schneidwerkzeugkegel aufzunehmen. Schließlich ist das Ab­ dichtelement 136 zur Bereitstellung einer ausreichenden Flüssigkeitsdichtung aus einem Gummimaterial hergestellt, welches den Verschleiß auf den zusammenwirkenden Flächen verringert, während es das Federelement 134 gegen Kontakt mit entweder dem Schneidwerkzeugkegel 50 oder dem Zapfen 52 abpuffert.

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt. Bei dieser Ausführungs­ form sind an Stelle der Bolzen 90 Kugellager 202 verwendet. Drucklagerlemente 156 a und 156 b sind wie mit Bezug auf die Elemente 56 a und 56 b ausgebildet. Die Kugellager 202 sind in Bohrungen 204 eingesetzt und von Hand in ihre Lage ge­ drückt und durch ein Keilelement 206 gehalten. Eine O-Ring­ dichtung 208 und ein Metallring 210 sind an dem oberen Ende von Drucklagerseitenflächen 80 a und 80 b zur Herbeiführung einer Abdichtung vorgesehen. Die Ringdichtung 208 und der Ring 210 sind kreisförmig und überdecken den Abstand zwischen den geteilten Drucklagerelementen 156 a und 156 b.

In der Ausführungsform der Fig. 10 und 11 sind die Vor­ sprünge an den Drucklagern durch segmentierte Drucklager ge­ bildet. Wie gezeigt ist erstrecken sich Drucklager 304, 306, 308 jeweils durch zugehörige Öffnungen 305, 307 und 309 im tassenförmigen Drucklager 302 in eine Nut 312, die in die Innenfläche des Drucklagers 302 eingeschnitten ist. Wie dargestellt ist das Drucklager 302 ein ungeteiltes Lager, falls jedoch ein geteiltes Lager erwünscht ist, kann es mit vier segmentierten Lagern verwendet werden. Zusammengebaut hält das Keilelement 310 die Drucklager 304, 306, 308 aus­ wärts in der Nut 312 auf die für das Keilelement 96 in Fig. 3 beschriebene Weise. Ein Sprengring 314 hält das Element 310 an seinem Platz.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 12 dargestellt. Diese Ausführungsform verwendet einen Dichtring 402, welcher innerhalb eines Hohlraums 404 zwischen dem Schneidwerkzeug 50 und dem Zapfen 52 angeordnet ist. Dieser Dichtring 402 ist oberhalb der Drucklagerelemente 456 a und 456 b angeordnet. Um ungleichförmigen Verschleiß einer O-Ringdichtung 406 zu verringern, wird der Dichtungs­ ring 402 als ein Drucklager, welches stationär mit dem Zapfen 52 verbleibt. Die O-Ringdichtung 406 rotiert zusammen mit dem Schneidwerkzeugkegel 50, welches Verschleiß an der Außenumfangsfläche 408 des Dichtungsrings 402 hervorruft. Wegen der minimalen Herstellkosten für den Dichtring 402 kann dieser jedoch mit minimalen Kosten ersetzt werden. Weil der Verschleiß wegen des Rückdrucks c über den vollen Umfang des O-Rings 406 übertragen wird, haben diese Dichtungen darüber hinaus eine größere nutzbare Lebensdauer. Eine Innen­ dichtung 410 ist an der Innenfläche 412 des Dichtringes 402 vorgesehen um einen Dichtungseingriff zwischen dem Dichtring 402 und dem Zapfen 52 herbeizuführen.

Der in den Fig. 14 und 15 gezeigte Dichtring 402 weist eine im wesentlichen kreisförmige Konfiguration auf und be­ sitzt Keillappen 414, welche sich zwischen die Drucklager­ elemente 456 a und 456 b erstrecken um das Abstandsverhältnis der Druckelemente aufrechtzuerhalten. Weiterhin hindern die Lappen 414 den Dichtring 402 am Rotieren innerhalb des Hohl­ raums 404. Der Dichtring 402 besitzt auch eine Nut 416, in­ nerhalb welcher die Dichtung 410 gehalten ist. Schließlich besitzt der Dichtring 402 einen Umfangsflansch 418, welcher die richtige Abstandshaltung für die O-Ringdichtung 406 vor­ sieht.

Claims (15)

1. Bohrvorrichtung, bestehend aus:
einem Körper (C) mit einer hindurchgeführten Bohrung (11 a) und einem Längsschlitz (13) in seiner Wand,
einem an seinem oberen Ende an den Körper (C) angebrachten Arm (D),
einem konischen Schneidwerkzeug (E, 50) mit um dessen Außen­ umfang angeordneten Formationsschneidmitteln, einer sich teil­ weise dahindurch erstreckenden Zentralbohrung (58), die eine Endwand, eine ringförmige Seitenwand und eine Nut (60) in der ringförmigen Seitenwand aufweist,
sich durch den Arm (D) und in die Bohrung (58) erstreckende Montagemittel für die drehbare Befestitung des Schneidwerk­ zeugs (E, 50) an dem Arm, welche einen Zapfen (52) an dem Arm einschließen,und
Drucklagermitteln (56 a, 56 b; 156 a, 156 b; 302; 456 a, 456 b), die den Zapfen (52) umgeben und in die Zentralbohrung (58) eingreifen, wobei die Montagemittel Vorsprünge (78 a, 78 b; 304, 306, 308), die ein Teil der Drucklagermittel sind und sich nach der Montage der Vorrichtung in die Nut (60) er­ strecken, Mittel zur Verhinderung der Drehung zwischen den Drucklagermitteln und dem Zapfen (52) und Mittel für das Halten der Vorsprünge in der Nut (60) umfassen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucklagermittel als geteiltes Drucklager ausge­ bildet sind, welches aus zwei Elementen (z. B. 56 a, 56 b) besteht, die nach dem Zusammensetzen eine tassenförmige den Zapfen (52) umgebende Lagerbüchse bilden, wobei jedes Element einen zum Hineinpassen in die Nut (60) ausgebildeten Vorsprung (z. B. 78 a, 78 b) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verhinderung der Drehung mindestens einen Bolzen (90) einschließen, daß der Zapfen (52) eine Zentral­ bohrung (64) und mindestens eine seitliche Bohrung (68) in der Seitenwand des Zapfens aufweist, die sich von der Außen­ seite des Zapfens bis in die Zentralbohrung (64) des Zapfens erstreckt, daß der Bolzen (90) zum Verschieben in der seit­ lichen Bohrung (68) ausgebildet ist, in einer ersten Stellung mindestens mit einem Teil in die Zentralbohrung (64) des Zapfens (52) eingeschoben ist und in einer zweiten Stellung den Vorsprung (78 a, 78 b) in der Nut (60) in Stellung bringt, und daß Mittel (96) in der Zentralbohrung (64) des Zapfens (52) zum Zurückhalten des Bolzens in der zweiten Stellung vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (90) einen Kopf und einen Schaft umfaßt, und daß die seitliche Bohrung (68) einen größeren Abschnitt, in welchem der Kopf gleitet, und einen kleineren Abschnitt, in welchem der Schaft gleitet, einschließt, wobei der größere Abschnitt mit der Zentralbohrung (58) des Zapfens (52) ver­ bunden ist, und wobei mindestens ein Teil des Schafts sich in die Zentralbohrung (64) des Zapfens (52) hineinerstreckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen aus einer Mehrzahl von Kugeln (202) besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucklagermittel (302) einen Schlitz darin aufweisen, und daß der Bolzen aus einem Drucklagerelement (302, 304, 308) besteht, wobei das Drucklagerelement sowohl den Vorsprung des Drucklagermittels als auch den Bolzen bildet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucklagermittel als geteiltes Drucklager ausgebildet sind, welches aus zwei Elementen (z. B. 56 a, 56 b) besteht, die nach dem Zusammensetzen eine tassenförmige den Zapfen (52) umgebende Lagerbüchse bilden, wobei jedes Element einen zum Hineinpassen in die in der Zentralbohrung (58) des Schneidwerkzeugs (50) befindliche Nut (60) ausgebildeten Vor­ sprung (z. B. 78 a, 78 b) aufweist, daß die Mittel zur Verhin­ derung der Drehung mindestens einen Bolzen (90) in jedem Drucklagerelement (z. B. 56 a, 56 b) einschließen, daß der Zapfen (52) eine Zentralbohrung (64) und seitliche Bohrungen (68) in jeder Seitenwand des Zapfens aufweist, die sich von der Außenseite des Zapfens bis in die Zentralbohrung (64) des Zapfens hindurcherstrecken, daß die Drucklagerelemente (z. B. 56 a, 56 b) jeweils Bohrungen (82) an ihrer Innenseite aufweisen, die mit den seitlichen Bohrungen (68) fluchten, daß der Bolzen (90) zum Verschieben in der seitlichen Bohrung (68) ausgebildet ist, in einer ersten Stellung mit einem Teil in die Zentralbohrung (64) des Zapfens (52) eingeschoben ist und in einer zweiten Stellung sich mit einem Teil in die Bohrung (82) im Drucklagerelement hineinerstreckt um den Vor­ sprung (78 a , 78 b) in der Nut (60) in Stellung zu bringen, und daß Mittel (96) in der Zentralbohrung (64) des Zapfens (52) zum Halten des Bolzens in der zweiten Stellung und zum Zurückhalten des Bolzens in der zweiten Stellung vor­ gesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Halten der Bolzen (90) ein Keilelement (96; 206; 310), das innerhalb der Zentralbohrung (64) des Zapfens (52) verschiebbar und zum Halten der Bolzen (90) in der zweiten Stellung nach Einführung in die Zentralbohrung ausgebildet ist, und Mittel (98; 314) zum Zurückhalten des Keilelements in der Zentralbohrung des Zapfens (52) umfas­ sen, und daß weiterhin ein Verschlußstück (100) verschieb­ bar innerhalb der Zentralbohrung des Zapfens, welches dem Bohrlochdruck während des Betriebs des Unterschneiders ausge­ setzt ist, und Mittel (102) zum Zurückhalten des Verschluß­ stücks (100) in der Zentralbohrung vorgesehen sind, wobei das Verschlußstück (100) in der Zentralbohrung des Zapfens (52) eine Schmiermittelkammer begrenzt, die zum Füllen mit Fett unter Druck ausgebildet ist, wobei das Verschlußstück (100) zur Aufrechterhaltung eines Druckes auf die Schmier­ mittelkammer auf den Bohrlochdruck anspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bolzen (90) einen Kopf und einen Schaft umfaßt, und daß jede seitliche Bohrung (68) einen größeren Abschnitt, in welchem der Kopf gleitet, und einen kleineren Abschnitt, in welchem der Schaft gleitet, einschließt, wobei der größere Abschnitt mit der Zentralbohrung (58) des Zapfens (52) ver­ bunden ist, und wobei mindestens ein Teil des Schafts sich in die Zentralbohrung (64) des Zapfens (52) hineinerstreckt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (52) ein Bodenelement (110) aufweist, durch welches sich die Zentralbohrung erstreckt, daß die Drucklager­ elemente (z. B. 56 a, 56 b) durch das Bodenelement getrennt sind und das Keilelement (z. B. 96) eine dahindurch geführte Bohrung (116) aufweist, wodurch die Schmiermittelkammer an die Endwand der Zentralbohrung (58) im Schneidwerkzeug (50) angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Drucklagerelemente (56 a, 56 b; 156 a, 156 b; 302; 456 a, 456 b) Dichtungsmittel (508; 208, 210; 406, 412) angeordnet sind, die sich um den Zapfen (52) herum erstrek­ ken und der Zentralbohrung (58) im Schneidwerkzeug (50) an­ liegen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel ein elastisches Dichtungsglied (508) von im wesentlichen C-förmiger Querschnittskonfiguration ist, welches ein inneres Federelement (134) und ein äußeres Dich­ tungselement (136) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsglied (508) zur Verhinderung seiner Drehung mit dem konischen Schneidwerkzeug (50) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel ein Dichtring (402) ist, der ein Paar von Keillappen (414) aufweist, die sich zwischen die Elemente (z. B. 456 a, 456 b) des geteilten Drucklagers erstrecken um eine Drehung des Dichtungsringes zu verhindern.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dichtring (402) eine O-Ringdichtung (406) zugeordnet ist, die sich mit dem konischen Schneidwerkzeug (50) dreht.