DE69412514T2

DE69412514T2 - Verfahren und vorrichtung zum schleifen von einsätzen eines bohrmeissels und ein spülkopf zum zuführen von spülmedium während des schleifens

Info

Publication number: DE69412514T2
Application number: DE69412514T
Authority: DE
Inventors: Arne 811 37 Sandviken Bergqvist
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2014-12-13
Also published as: US6129619A; SE9304139L; EP0734306B1; AU686714B2; DE69412514D1; ZA949876B; SE9304139D0; US5885136A; CA2178944C; SE503183C2; EP0734306A1; AU1286195A; WO1995016544A1; CA2178944A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schleifen der knopfartigen Vorsprünge bzw. Buttons (Schneideinsätze) eines Gesteinsbohrers, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, daß eine Schleifkappe in einer geeigneten Position relativ zu dem zu schleifenden Vorsprung bzw. Schneideinsatz eingestellt wird, die Schleifkappe in Drehung versetzt wird und ein Spülmedium, vorzugsweise in Form von Wasser, dem Kontaktbereich zwischen der Schleifkappe und dem zu schleifenden Schneideinsatz zugeführt wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Einrichtung für das Schleifen von Schneideinsätzen eines Gesteinsbohrers und auf einen Spülkopf für das Zuführen von Spülmedium.
Aus der SE-B-460 584 ist beispielsweise eine Einrichtung für das Schleifen der Schneideinsätze eines Gesteinsbohrers vorbekannt, wobei diese Einrichtung einen Schleifkopf aufweist, der eine drehbar gelagerte Spindel hat, die eine Schleifkappe aufnimmt. Innerhalb des Schleifkopfes sind Einrichtungen für das Zuführen eines Spül-/Kühlmediums zu einer Aussparung der Schleifkappe vorgesehen. Das Spül-/Kühlmedium wird axial in der bzw. durch die drehbare Spindel zugeführt und dann weiter axial innerhalb des Schaftes der Schleifkappe, bis das Spül-/Kühlmedium die Aussparung der Schleifkappe erreicht. Aufgrund der Tatsache jedoch, daß die Einrichtung für das Zuführen des Spül-/Kühlmediums zu der Schleifkappe innerhalb des Schleifkopfes angeordnet ist, müssen beträchtliche Dichtanordnungen für das Trennen des Spül-/Kühlmediums von dem bzw. einem Schmiermittel vorhanden sein. Dies macht die Auslegung des Schleifkopfes kompliziert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren/eine Einrichtung/- einen Spülkopf einer drehbaren Schleifspindel für das Schleifen der Einsätze von Gesteinsbohrern bereitzustellen, wobei das Verfahren, die Einrichtung, und der Spülkopf der drehbaren Schleifspindel die Zufuhr des Spül-/Kühlmediums zu der Schleifkappe vereinfachen. Das Verfahren/die Einrichtung/der Spülkopf an der rotierbaren Schleifspindel gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 1, 2 und 8 definiert. Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Einrichtung/des Spülkopfes der drehbaren Schleifspindel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei auf die zugehörigen Figuren Bezug genommen wird, von denen Fig. 1 einen Abschnitt eines Schleifkopfes der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt und Fig. 2 im einzelnen einen Abschnitt eines Spülkopfes der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie es aus Fig. 1 offensichtlich ist, weist die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Schleifkopf (10) auf, der an einer Energiequelle bzw. einem Leistungsantrieb 12 befestigt ist, vorzugsweise einem elektrischen Motor, der nur schematisch wiedergegeben ist. Der Schleifkopf 10 kann in vertikaler Richtung, d. h. nach unten und nach oben durch eine nicht dargestellte Vorrichtung verschoben werden.
Der Schleifkopf 10 umfaßt ein äußeres Gehäuse 14, welches stationär ist. Aus Gründen der Montage und der Wartung weist das Gehäuse einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt auf, die durch Bolzen 16 miteinander verbunden sind.
Eine vorstehende Welle 18 der Leistungs- bzw. Antriebsquelle 12 erstreckt sich in den Schleifkopf 10 hinein, wobei die Welle 18 bezüglich einer ersten Längszentralachse 19 drehbar ist. An einem Zwischenabschnitt der Welle 18 ist eine Getriebeeinrichtung 20 montiert, vorzugsweise eine exzentrische Zahnrad- bzw. Getriebeeinrichtung. Die Getriebeeinrichtung 20 ist mit einer Antriebshülse 22 verbunden, welche innerhalb des äußeren Gehäuses 14 angeordnet ist. Aufgrund des Übertragungsverhältnisses der Getriebeeinrichtung 20 wird die Antriebshülse 22 wesentlich langsamer gedreht als die Welle 18. Als typische Werte kann man erwähnen, daß, wenn die Welle 18 sich mit 3000 U.p.m. (Umdrehungen pro Minute) dreht, die Antriebshülse 22 sich mit etwa 40 U.p.m. dreht.
An dem freien Ende der vorstehenden Welle 18 ist ein Ende eines Kardangelenkes 24 montiert. Das andere Ende des Kardangelenkes 24 ist an einer Zwischenwelle 26 montiert, die mit einem Abschnitt 28 reduzierten Durchmessers in der Nähe des Kardangelenkes 24 versehen ist. Diese Durchmesserverminderung bzw. dieser Abschnitt 28 verminderten Durchmessers dient dem Zweck, der Zwischenwelle 26 eine gewisse Flexibilität mitzugeben, um einen Ausgleich für den Fall zu bieten, daß das Rotationszentrum 30 des Kardangelenkes 24 nicht exakt mit der Längszentralachse 19 zusammenfällt.
Die Zwischenwelle 26 hat eine zweite Längszentralachse 27, die aufgrund des Kardangelenkes 24 einen spitzen Winkel α mit der ersten Längszentralachse 19 bilden kann. Der Winkel α liegt in dem Bereich von 5º bis 15º, wobei Werte in der Größenordnung von 10º bevorzugt sind.
Mit der Antriebshülse 22 ist einstückig ein Spindelgehäuse 32 vorgesehen, wobei das Spindelgehäuse 32 über erste 34 und zweite Kugellager 36 drehbar gelagert ist, die innerhalb des äußeren Gehäuses 14 in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind.
Das Ende der Zwischenwelle 26, welches von dem Kardangelenk 24 entfernt liegt, ist drehbar in einer ersten Bohrung 38 des Spindelgehäuses 32 aufgenommen. Dieses Ende der Zwischenwelle 26 wird durch dritte 40 und vierte Kugellager 42 gelagert, die durch eine erste Distanzhülse 44 in der Längsrichtung der Zwischenwelle 26 axial voneinander beabstandet sind. Das vierte Kugellager 42 wird durch eine erste Stufe 46 gehalten bzw. gelagert. Die Längszentralachse der ersten Bohrung 38 fällt mit der zweiten Längszentralachse 27 zusammen.
Zwischen der Durchmesserreduktion 28 und dem dritten Kugellager 40 ist ein erstes Getrieberad bzw. Zahnrad 48 montiert, wobei das erste Zahnrad 48 axial zwischen einem Kragen 50 auf der Zwischenwelle 26 und einem Abstandsteil 52 fixiert ist, welches zwischen dem dritten Kugellager 40 und dem ersten Zahnrad 48 angeordnet ist. In einer zweiten Bohrung 54 des Spindelgehäuses 32 ist eine Schleifspindel 56 durch fünfte 58 und sechste Kugellager 60, welche durch eine zweite Distanzhülse 62 in der Längsrichtung der Schleifspindel 56 axial voneinander beabstandet sind, drehbar gelagert. Das sechste Kugellager 60 stützt sich auf einer zweiten Stufe 61 ab. Da das sechste Kugellager 60 von dem Doppelreihentyp ist, lagert es die Schleifspindel 56 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung. Die Lagerung in axialer Richtung wird bewirkt durch einen Kragen 64 der Schleifspindel 56. Das fünfte Kugellager 58 ist durch eine Scheibe 66 axial gesichert. Die Drehung der Schleifspindel 56 erfolgt bezüglich einer dritten Längszentralachse 57 der Schleifspindel 56, wobei diese dritte Längszentralachse 57 zu der zweiten Längszentralachse 27 parallel ist. Die dritte Längszentralachse 57 bildet also einen Winkel α mit der ersten Längszentralachse 19. Die Längszentralachse der zweiten Bohrung 54 fällt mit der dritten Längszentralachse 57 zusammen.
An ihrem oberen Ende trägt die Schleifspindel 56 ein zweites Zahnrad 68, das einen beträchtlich kleineren Durchmesser als das erste Zahnrad 48 hat. Dies bedeutet, daß die Schleifspindel 56 beträchtlich schneller rotiert als die Zwischenwelle 26. Die hervorstehende Welle 18 dreht sich mit derselben U.p.m.-Zahl wie die Zwischenwelle 26. Wie oben dargelegt, ist ein typischer Wert 3000 U.p.m.. Das Übertragungsverhältnis zwischen dem ersten Zahnrad 48 und dem zweiten Zahnrad 68 ist typischerweise von einer solchen Größenordnung, daß die Schleifspindel 56 sich mit etwa 13.000 U.p.m. dreht.
Aufgrund des Kardangelenkes 24 ist es möglich, Zahnräder 48, 68 vom Standardtyp zu verwenden, d. h. Zahnräder, die einen in etwa zylindrischen äußeren Umfang haben.
Zwischen dem unteren Ende des äußeren Gehäuses 14 und dem unteren Ende des Spindelgehäuses 32 ist eine erste Dichteinrichtung 67 vorgesehen, und zwischen dem unteren Ende der zweiten Bohrung 54 und der Schleifspindel 56 ist eine zweite Dichteinrichtung 69 vorgesehen. Für Zwecke der Schmierung befindet sich Öl im Inneren des Schleifkopfes 10. Das obere Niveau des Öls reicht vorzugsweise bis zum oberen Teil des Schleifkopfes 32. Die Dichteinrichtungen 67 und 69 haben den Zweck, eine Leckage von Öl aus dem Schleifkopf 10 zu verhindern.
Das Ende der Schleifspindel 56, welches aus dem äußeren Gehäuse 14 hervorsteht, trägt einen Spülkopf 70, der genauer in Fig. 2 beschrieben wird. Der Schleifkopf 70 ist mit zwei diametral angeordneten Öffnungen 71 versehen, die Schläuche 72 aufnehmen, welche Spülmittel von einer (nicht dargestellten) geeigneten Quelle zuführen. Die Verbindung der Schläuche 72 zu der Quelle verhindert, daß ein Teil des Spülkopfes 70 sich dreht, wenn die Schleifspindel 56 gedreht wird. Dies wird noch genauer im Folgenden beschrieben.
In Fig. 2 ist der Spülkopf 70 vergrößert dargestellt. Der Spülkopf 70 weist zwei Dichtmanschetten 74 auf, die die Schleifspindel 56 umfassen. Die Abdichtung gegenüber der Schleifspindel 56 wird über einen O-Ring 76 in jeder der Dichtmanschetten 74 bewirkt, wobei dieser O-Ring 76 in einer innen umlaufenden Nut in jeder der Dichtmanschetten 74 aufgenommen ist. Um die Dichtmanschetten 74 axial voneinander entfernt auf der Schleifspindel 56 anzuordnen, ist ein Abstandhalterrohr 77 vorgesehen, welches die einander gegenüberliegenden Enden der Dichtmanschetten 74 sowie einen Zwischenabschnitt der Schleifspindel 56 umfaßt. Das Abstandhalterrohr 77 ist mit einer Anzahl von Öffnungen 78 versehen, die es zulassen, daß Spülmittel den Zwischenbereich der Schleifspindel 56 erreicht. Die Passung zwischen der Schleifspindel 56, den O-Ringen 76 und den Dichtmanschetten 74 ist derart, daß die Dichtmanschetten 74 zusammen mit dem Abstandhalterrohr 77 angetrieben bzw. mitgenommen werden, wenn die Schleifspindel 56 gedreht wird. Der Spülkopf 70 weist weiterhin zwei Ringe 73 und ein Gehäuse 75 auf. Die Ringe 73 sind mit Außengewinden versehen, und die Ringe 73 sind in den axialen Enden des Gehäuses 75 in damit zusammenwirkenden Gewinden des Gehäuses 75 montiert. Die Ringe 73 und das Gehäuse 75 des Spülkopfes 70 bleiben stationär, wenn die Schleifspindel 56 gedreht wird. Demnach sollte zwischen den Dichtmanschetten 74 und der Schleifspindel 56 Reibung vorliegen, jedoch vorzugsweise keinerlei Reibung zwischen den Dichtmanschetten 74 und den Ringen 73.
Wenn das Spülmedium in dem Spülkopf 70 unter Druck gesetzt wird, werden die Dichtmanschetten 74 weiter auseinandergedrückt, und es werden zwischen den rotierenden Dichtmanschetten 74 und den stationären Ringen 73 axiale Dichtflächen 79 bereitgestellt.
Wie besonders deutlich in Fig. 2 dargestellt ist, ist das freie Ende der Schleifspindel 56 mit einer ersten Axialbohrung 80 versehen, die einen Schaft 84 einer Schleifkappe 82 aufnimmt, wobei der Schaft 84 axial durch einen O-Ring 85 gesichert ist, der in der ersten Axialbohrung 80 montiert ist. Der Schaft 84 ist weiterhin mit einer durchgehenden, zweiten Axialbohrung 86 versehen, die in eine Aussparung 88 in dem Kopf der Schleifkappe 82 übergeht bzw. sich nach dorthin öffnet. Eine Keil-/Spaltanordnung (nicht dargestellt) zwischen dem Kopf der Schleifkappe 82 und dem freien Ende der Schleifspindel 56 sorgt für den Antrieb der Schleifkappe 82, wenn die Schleifspindel 56 gedreht wird. Eine Anzahl radialer Bohrungen erstreckt sich von dem äußeren Umfang der Schleifspindel 56 zu dem Bereich des Grundes der ersten Axialbohrung 80 und stellt damit eine Verbindung für das Spülmedium zwischen der Außenseite der Schleifspindel 56 und der ersten Axialbohrung 80 her.
Die oben beschriebene Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung funktioniert in folgender Weise. Der Schleifkopf 10 wird abgesenkt, und gleichzeitig wird der Bohrer bzw. Bohrkopf seitlich verschoben, bis die Aussparung 88 in der Schleifkappe 82 in passender Weise bezüglich des zu schleifenden Schneideinsatzes (button) angeordnet ist. Dann wird der Bohrer in seiner Position verriegelt bzw. fixiert. Der elektrische Motor 12 wird gestartet, und die Antriebshülse 22 und das Spindelgehäuse 32 drehen sich als eine Einheit. Wenn das Spindelgehäuse 32 sich dreht, so erkennt man, daß aufgrund der Tatsache, daß die dritte Längszentralachse 57 einen spitzen Winkel mit der ersten Längszentralachse 19 bildet, die Schleifspindel 56 sich entlang einer konischen Hüllfläche bewegt. Die Drehung des Spindelgehäuses 32 ist relativ langsam, d. h. ein typischer Wert liegt bei etwa 40 U.p.m.. Gleichzeitig während die Schleifspindel 56 sich entlang der konischen Fläche bewegt, dreht sich jedoch die Schleifspindel 56 selbst bezüglich ihrer Längszentralachse 57. Diese zuletzt erwähnte Drehung ist beträchtlich schneller als die Drehung des Spindelgehäuses 32, d. h. ein typischer Wert für die Schleifspindel 56 liegt bei 13.000 U.p.m.. Dieser sehr große Unterschied zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des Spindelgehäuses 32 und derjenigen der Schleifspindel 56 ist für die Schleifwirkung der vorliegenden Einrichtung sehr vorteilhaft, d. h. Vibrationen der Einrichtung werden in wesentlichem Maße herabgesetzt.
Wenn der elektrische Motor 12 anläuft, beginnt gleichzeitig auch die Zufuhr des Spülmediums, vorzugsweise Wasser, zu dem Spülkopf 70. Das Spülmedium wird über Schläuche 72, welche in Öffnungen 71 des Spülkopfes 70 montiert sind, dem Spülkopf 70 zugeführt. Wenn das Spülmittel in den Spülkopf 70 eingetreten ist, so läuft es durch die Öffnungen 78 in dem Abstandhalterrohr 77 und dann weiter durch die radialen Bohrungen 90 zu der ersten Axialbohrung 80. Das Spülmittel tritt dann in die zweite Axialbohrung 86 ein und tritt in der Aussparung 88 der Schleifkappe 82 aus, um ein Spülen/Kühlen des Schneideinsatzes bereitzustellen, der gerade geschliffen wird.
Die rotierende Schleifspindel 56 führt über die Schleifkappe 82 das Schleifen des ausgewählten Schneideinsatzes bzw. buttons durch. Da der Spülkopf 70 auf dem Abschnitt der Schleifspindel 56 angeordnet ist, der außerhalb des Schleifkopfes 10 liegt, tritt das Spülmittel niemals in den Schleifkopf 10 ein. Dies ist ein Hauptvorteil bezüglich einer vereinfachten Ausgestaltung des Schleifkopfes 10.

Claims

1. Verfahren für das Schleifen von Schneideinsätzen (buttons) eines Gesteinsbohrers, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, daß eine Schleifkappe (82) in einer geeigneten Position relativ zu dem zu schleifenden Einsatz eingestellt wird, die Schleifkappe (82) gedreht wird und ein Spülmedium zugeführt wird, vorzugsweise in der Form von Wasser, und zwar über eine durchgehende, axiale Bohrung (86) der Schleifkappe (82) in den Kontaktbereich zwischen der Schleifkappe (82) und dem zu schleifenden Einsatz, wobei Spülmedium einer inneren Axialbohrung (80) einer drehbaren Schleifspindel (56) zugeführt wird und die innere Axialbohrung (80) einen Schaft (84) der Schleifkappe (82) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülmedium einem Teil der Spindel (56) zugeführt wird, der außerhalb eines Schleifkopfes (10) liegt, und daß das Spülmedium in der Nähe des freien Endes des Schaftes (84) der Schleifkappe (82) in das innere der Axialbohrung (80) eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülmedium dem inneren der Axialbohrung (80) über zumindest eine radiale Bohrung (90) in der Schleifspindel (56) zugeführt wird.

3. Vorrichtung zum Schleifen eines Einsatzes (button) eines Gesteinsbohrkopfes, wobei die Vorrichtung einen Schleifkopf (10) und eine drehbare Schleifspindel (56) aufweist, welche von dem Schleifkopf (10) hervorsteht, wobei das freie Ende der Schleifspindel (56) dafür ausgelegt ist, antreibbar und abnehmbar eine Schleifkappe (82) zu haltern, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (70, 72) für das Zuführen eines Spülmediums zu der Schleifspindel (56) an dem Abschnitt der Schleifspindel (56) montiert sind, der außerhalb des Schleifkopfes (10) liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen für das Zuführen von Spülmedium zu der Schleifspindel (56) einen Spülkopf (70) aufweisen, daß der Spülkopf (70) einen Teil (74, 77) hat, der von der Schleifspindel (56) drehbar angetrieben wird, wenn die Spindel (56) selbst sich dreht, und daß der Schleifkopf (70) einen Teil (73, 75) hat, der stationär bleibt, wenn sich die Schleifspindel (56) dreht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abschnitt der Schleifspindel (56), welcher die Spüleinrichtungen (70, 72) aufnimmt, die Schleifspindel (56) mit radialen Bohrungen (90) versehen ist, die mit einer ersten axialen Bohrung (80) in der Schleifspindel (56) in Verbindung stehen, und daß die erste axiale Bohrung (80) dafür ausgelegt ist, einen Schaft (84) der Schleifkappe (82) aufzunehmen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spüleinrichtungen (70, 72) abnehmbar an der Schleifspindel (56) montiert sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Teil (73, 75) des Spülkopfes (70) über Schläuche (72) mit einer Quelle eines Spülmediums verbunden ist.

8. Spülkopf (70) einer drehbaren Schleifspindel (56), welcher dafür ausgelegt ist, abnehmbar an der drehbaren Schleifspindel (56) montiert zu werden, und zwar bei einer Vorrichtung für das Schleifen der Einsätze (buttons) von Gesteinsbohrköpfen, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülkopf (70) der drehbaren Schleifspindelteil Teile (74, 77 bzw. 73, 75) aufweist, welche relativ zueinander drehbar sind, und daß der Spülkopf (70) abnehmbar an demjenigen Teil der Schleifspindel (56) montiert ist, der außerhalb eines Schleifkopfes (10) liegt.

9. Spülkopf (70) einer drehbaren Schleifspindel (56) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülkopf (70) der drehbaren Schleifspindel zwei Dichtungshülsen (74) aufweist, und daß jede Dichtungshülse mit einem inneren O-Ring (76) versehen ist.

10. Spülkopf (70) einer drehbaren Schleifspindel (56) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstandshaltereinrichtung (70) die Dichthülsen (74) in einem gewissen Abstand voneinander hält.