DE631453C - Rollenbohrer fuer drehendes Tiefbohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rollenbohrer für drehendes Tiefbohren, der mit einer einzigen, auf dem geneigten Lagerzapfen längs verschiebbar angeordneten Schneidrolle ver-

S sehen ist.

Bei derartigen Rollenbohrern übt das Gewicht des Gestänges einen verhältnismäßig hohen Druck auf die Lagerung der Schneidrolle auf dem Zapfen aus, so daß an dieser

to Stelle eine starke Reibung entsteht. Zur Verringerung dieser Reibung hat man schon vorgeschlagen, eine ölschmierung sowie Rollenoder Kugellager zwischen Lagerzapfen und Schneidrolle anzuordnen. Derartige Einrichtungen haben sich jedoch nicht bewährt.

Ein weiterer Vorschlag bestand darin, die geneigte Lagerfläche der Schneidrolle mit einem unteren zylindrischen und einem oberen kegelförmigen Teil auszubilden. Bei dieser Ausbildung der Lagerung trat jedoch eine einseitige Abnutzung der Lagerflächen auf, da ein großer Teil der radial wirkenden Drücke von der unteren zylindrischen Lagerfläche aufgenommen wurde, die keine Selbstzentrierung aufwies und außerdem der kegelförmige Teil ebenfalls keine Tendenz zeigte, die Lagerung durch die Wirkung des Bohrgewichtes zu zentrieren. Infolge dieser einseitigen Abnutzung entstand zwischen den Lagerflächen auf der Seite, welche der Stelle starker Abnutzung gegenüberliegt, ein Spalt, der für Schmutz und Kies einen Zugang schaffte und sehr bald zu einer Zerstörung des Lagers führte.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Lagerung zwischen der Schneidrolle und dem Lagerzapfen, so auszubilden, daß eine vollkommen gleichmäßige Abnutzung des Lagerzapfens entsteht, so daß die Schneidrolle infolge ihrer Verschiebbarkeit in der Längsrichtung sich während des Betriebes selbsttätig nachstellt und so stets der richtige Sitz der Schneidrolle auf dem Zapfen gewährleistet ist. Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der zylindrische Lagerzapfen in einen gleichachsigen Kegelstumpf endet, dessen tiefste Mantellinie von der Bohrerlängsachse geschnitten wird, wobei der halbe Kegelwinkel kleiner ist als der Komplementwinkel der Neigung zwischen Tragzapfen und Bohrerachse. Um ein leichtes Auswechseln des der stärksten Abnutzung unterliegenden vorderen Teiles des Lagerzapfens zu ermöglichen, ist gemäß der Erfindung der vordere kegelstumpfförmige Teil des Lagerzapfens von dem zylindrischen Teil abnehmbar ausgebildet.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen -Rollenbohrers.-besteht darin, daß der ursprünglich vorhandene gute Sitz der Schneidrolle· nicht« nur■■ während des Gebrauches beibehalten wird, sondern sich durch die Abnutzung der Teile noch verbessert.

In den beiliegenden Zeichnungen ist ein

Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

In diesen stellt
Abb. ι eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Rollenbohrers dar, bei dem die Schneidrolle geschnitten gezeichnet ist. Abb. 2 zeigt eine Teilansicht der Schneidrolle und einen Teil des Lagerzapfens, wobei die Lage der Schneidrolle in bezug auf Abb. ι um i8o° verdreht ist.

Abb. 3 zeigt einen Halbschnitt nach der Linie A-A der Abb. 1 in Richtung der Pfeile 3-3 der Abb. 2 gesehen, und

Abb. 4 gibt eine Draufsicht im Schnitt nach Linie 4-4 der Abb. 1 wieder.

Die Abb. 1 zeigt einen vollständigen RoI-lenbohrer mit einem Schaft 11, der in das Gewinde 12 am unteren Ende des zur Drehung des Bohrers dienenden Gestänges eingeschraubt ist. Der untere Teil des Schaftes 11 endet in einem mit 15 bezeichneten Lagerzapfen, dessen Achse A-A um den "Winkel 14 geneigt zur Achse des Bohrerschaftes liegt. Der Bohrerschaft 11 ,nimmt beim Gebrauch normalerweise eine vertikale Lage ein. Die mit 18 bezeichnete Schneidrolle ist auf dem Zapfen 15 drehbar gelagert und besitzt einen annähernd elipsoidförmigen Körper 20, dessen Innenfläche der Außenfläche des Lagerzapfens 15 entspricht. Auf diese Weise fällt die Drehachse der Schneidrolle mit der Zapfenachse A-A zusammen. Die Schneidzähne liegen in einer Zone, die einerseits von einer Kugel mit der Achse A-A als Mittellinie und andererseits Von der Mantelfläche eines Kegels begrenzt wird, der tangential zu der Kugel liegt und dessen Mittellinie mit der Achse A-A der Kugel zusammenfällt.

Das untere Ende des Bohrerschaftes endet in einem zylindrischen Lagerzapfen 21 von gleichmäßigem oder nahezu gleichmäßigem Durchmesser, der, wie in Abb. 3 dargestellt, eine Aussparung besitzt, um einen gleichachsigen Kegelstumpf 22 aufzunehmen, der in -die Aussparung, eingeschraubt ist. Die äußere Fläche des Kegelstumpfes ist, wie bei 23 dargestellt, teilweise zylindrisch und besitzt denselben Durchmesser wie der darüberliegende Zapfen 21. Die zylindrische Fläche 23 geht in eine sich abwärts erstreckende kegelstumpfförmige Fläche 24 über. Der Winkel 26 zwischen der Achse A-A des Kegels und dem Kegelmantel 24 ist kleiner als Komplementwinkel zu dem in Abb. 1 mit 14 bezeichneten Winkel, welch letzterer der Neigung zwischen Tragzapfen und Bohrerachse entspricht.

• Aus praktischen Gründen ist es vorteilhaft, den Kegelstumpf 22 abnehmbar auszugestalten, weil er dann leichter ersetzt werden kann. Falls erwünscht, kann die Lagerung auch aus einem Stück bestehen.

Der Körper 20 der Schneidrolle 18 weist an der Außenfläche eine Anzahl von Schneiden 42 auf, deren Form je nach Art der zu durchbohrenden geologischen Formationen oder Schichten verschieden sein kann.

Beim Bohren dreht sich die Schneidrolle 18 mit einer eigenartigen kreiseiförmigen Bewegung, die sich aus der kombinierten Bewegung der Achse A-A auf der Mantelfläche eines Kegels um die Achse B-B unter gleichzeitiger Umdrehung der Schneidrolle um die ' Achse A-A des Lagerzapfens 15 ergibt. Das Ergebnis ist, daß die einzelnen Schneiden der Schneidrolle nacheinander in eine grabende Lage gebracht werden, welche der untersten bzw. rechten Lage der Abb. 1 entspricht. Um diese grabende Wirkung auszuführen, dreht sich .der Bohrer und der Schaft normalerweise im Uhrzeigersinn, wenn man die Anordnung von oben ansieht, wie das bei Abb. 4 der Fall ist. Der Bohrer dreht sich in bezug auf die Erde in derselben Richtung, aber gewöhnlich nur ¹J₄, so schnell, so daß er sich um die Achse A-A in "bezug auf den Lagerzapfen im Gegenuhrzeigersinn dreht.

Wenn der Bohrer sich dreht, so ist die vordere Seite des Zapfens 15, d. h. die Seite, die in Abb. 1 gezeigt ist, die führende Seite, welche gegen die Schneidrolle drückt, so daß diese mitgenommen wird, wenn das Loch gebohrt wird. Die entgegengesetzte oder hintere Seite der Schneidrolle, d. h. die Seite, die in Abb. 3 dargestellt ist, ist die Stelle des geringsten Druckes. Durch die Kombination der an der Schneidrolle angreifenden Vertikalkraft und des von dem Gestänge ausgeübten Drehmomentes entsteht eine resultierende Kraft, deren genaue Lage sich ändert, die aber an manchen Punkten vor der unteren Seite 15° (Abb. ι und 4) des Lagerzapfens liegt und auf diese Weise sich im unteren Viertel der Vorderseite des Lagerzapfens befindet, wie es bei 60 in Abb. 4. angegeben ist. Demzufolge tritt der stärkste Druck im mittleren Teil des Viertels 60 in der Nähe der mit Ziffer 61 angegebenen Stelle auf. Der Druck nimmt in beiden Richtungen von diesem Punkt aus ab, und der größte Verschleiß wird demzufolge über diesem Gebiet auftreten.

Bei den bekannten Einrichtungen wurde, wie bereits erwähnt, gefunden, daß sie in

dem durch das Viertel 60 angedeuteten Gebiet eine übermäßig schnelle Abnutzung aufweisen. Bei diesen Vorrichtungen hält der Druck des Zapfens 15 gegen den Druck des Schneidrollenkörpers 20 die Flächen über dem Viertel 60 in Berührung, so daß nach einer gewissen Zeit die Auflagerung hauptsächlich über den abgenutzten Gebieten oder nur über einen Teil der Schneidrollenlagerung erfolgen kann, wodurch die Abnutzung noch vergrößert wird. Durch die ungleiche Abnutzung wird der Sitz der Schneidrolle loser, und diese nutzt sich am unteren Ende des Lagerzapfens am stärksten ab, was zur Folge hat, daß die Achse der Schneidrolle kippt und nicht mehr zu der Achse A-A des Zapfens konzentrisch liegt. Dieses Kippen der Schneidrollen verursacht einen starken Verschleiß an der oberen Seite des Tragzapfens, wodurch ein lockerer Sitz der Schneidrolle auf dem Zapfen herbeigeführt wird, was wiederum den Verschleiß erhöht. Wenn der Lagerzapfen mit einem kegelförmigen Teil, wie bei 14 dargestellt, versehen ist, so sind diese Nachteile vermieden. Die zylindrische Fläche 21 nimmt einen gewissen Teil des radialen Druckes, den die Schneidrolle ausübt, auf, und die konische Fläche 24 nimmt die axiale Belastung entlang der Achse A-A sowie den restlichen Teil der radialen Belastung auf. Die Kegelfläche 24 liegt in bezug auf die Achse A-A in einem solchen mit Ziffer 26 bezeichneten Winkel, daß die Seiten des "Kegels an allen Punkten zu der Lagerung abwärts und nach innen geneigt sind. Wenn das vertikal gerichtete Gestänge auf die untere Fläche des Kegels 24 wirkt, so entsteht eine Kraftkomponente, die parallel zu dieser Fläche liegt und die Bestrebung hat, den Lagerzapfen entlang der Fläche der Schneidrolle gegen die Mitte der Schneidrolle zu pressen oder, anders ausgedrückt, die aufwärts gerichtete Reaktionskraft der Schneidrolle weist entlang des ko- nischen Lagerzapfens eine aufwärts gerichtete Komponente auf. Diese Komponente, die parallel zur Kegelfläche wirkt, zentriert ständig den Zapfen und die Schneidrolle in bezug aufeinander und ist durch das Aufliegen der Schneidrolle der oberen Seite der kegelförmigen Oberfläche entgegengerichtet. Auf diese Weise ist der Druck am Lagerzapfen im wesentlichen gleichmäßig über die ganze Fläche des Kegels 24 verteilt, und infolgedessen ist der Verschluß über dem Zapfen ebenfalls gleichmäßig verteilt. Nachdem der Bohrer einige Stunden benutzt wurde, zeigt er einen im wesentlichen gleichmäßigen Verschleiß über dem ganzen Zapfen 15, sowohl an der konischen als an der zylindrischen Fläche. Dies bedeutet, daß die spezifischen Lagerdrücke niedriger sind als bei früher bekanntgewordenen Vorrichtungen. -Sie zeigen einen verhältnismäßig gleichmäßigen, niedrigen Wert, so daß die. Lebensdauer des Zapfens die anderer Vorrichtungen um ein Vielfaches übertrifft. Zweifellos bedeutet das eine große Ersparnis an Reparaturkosten.

Die Achse A-A ist, wie bei 13 dargestellt, zur Achse B-B um 30 ° geneigt, während die Hälfte des Zentriwinkels des Kegels 45° beträgt. Dadurch fällt die kegelförmige Fläche an allen Seiten in Richtung des führenden Endes der Schneidrolle nach abwärts und nach innen ab. Das Verhältnis des Winkels 26, der die Hälfte des Zentriwinkels des Kegels beträgt, zum Winkel 14, welcher der Neigung der Achse A-A zu der Vertikalen entspricht, ist so gewählt, daß das Komplement des Winkels 14 größer ist als der Winkel 26,

Der Zentriwinkel der Kegelfläche ist, wie im dargestellten Fall, vorzugsweise 90°, da dies dem obenerwähnten Verhältnis entspricht, wodurch ein Druckkegel gebildet wird, bei welchem die Gefahr des Festklemmens oder Festbrennens im Lager nicht besteht. In gewissen Grenzen kann dieser Winkel von 90 ° abweichen. Wenn aber der Winkel zu groß gewählt ist, so ist die zentrierende Wirkung geringer, oder sie verschwindet vollständig, und wenn der Winkel zu klein wird, so besteht die Gefahr, daß die Schneidrolle auf dem konischen Teil des Lagerzapfens festklemmt.

Wenn der Bohrer eine gewisse Zeit in Gebrauch ist, so werden der Kegelstumpf 22 und die Schneidrolle 18 sich enger aneinander schleifen als zum Zeitpunkt ihrer Herstellung, so daß die Wirksamkeit der Lagerung im Gebrauch verbessert wird. Durch einen zusätzlichen Verschleiß in der konischen Fläche 24 wird dieser passende Sitz gewährleistet, und der Bohrdruck hält die axialen Druckflächen über ihrem ganzen Gebiet standig in Berührung. Die Schneidrolle kann in axialer Richtung eine beschränkte Bewegung ausführen, so daß auch bei fortschreitender Abnutzung des Lagerzapfens die Schneidrolle ständig mit ihrer ganzen -Innenfläche gegen den Zapfen anliegt. Wenn eine solche Axialbeweglichkeit nicht vorgesehen wäre, so würde nach einiger Zeit infolge des auftretenden Verschleißes die Berührung an den kegelförmigen Druckflächen aufhören.

Durch die Ausbildung des Lagerzapfens mit einem zylindrischen Teil von gleichmäßigem Durchmesser und einem darunterliegenden konischen Teil werden ungleichmäßig verteilte Drücke und ungleichmäßiger Verschleiß, der ein Kippen der Schneidrolle und eine weitere ungleichförmige Abnutzung zur

Folge hat, vermieden. Der kegelförmige Teil zentriert den Lagerzapfen und die Schneidrolle, während der vergleichsweise längere zylindrische Teil die erforderliche Fläche und Länge ergibt, um niedrige Drücke pro Flächeneinheit zu erhalten und die im Lager auftretenden radialen Kräfte aufzunehmen, so daß die Schneidrolle ständig in der rich-

. tigen Achse liegt.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Rollenbohrer für drehendes Tiefbohren, dessen einzige Schneidrolle auf dem geneigten Lagerzapfen längsverschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Lagerzapfen in einen gleichachsigen Kegelstumpf endet, dessen tiefste Mantellinie von der Bohrerlängsachse geschnitten wird, wobei der halbe Kegelwinkel kleiner ist als der Komplementwinkel der Neigung zwischen Tragzapfen und Bohrerachse.
2. 2. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Teil (24) des Lagerzapfens von dem zylindrischen Teil abnehmbar ausgebildet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen