DE69627655T2 - Schneidelement, stopfen und verfahren zur verhinderung des eindringens von spül-schlamm in das schneidelement - Google Patents
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Description
- Technischer Hintergrund
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneideinrichtung für einen Schachtbohrkopf. Die Schneideinrichtung ist um eine Mittelachse drehbar und über eine Welle der Schneideinrichtung in einem Sattel angebracht. Die Welle hat Enden, die durch eine Befestigungseinrichtung an dem Sattel befestigt sind. Zwischen der Welle und einer Nabe der Schneideinrichtung sind Lagereinrichtungen vorgesehen, um es der Nabe zu ermöglichen, relativ zu der Welle zu drehen. Zwischen der Welle und der Nabe sind ein Dichtungsmittel und eine Bohrung/ ein Loch für das Einführen von Schmiermittel in das Innere der Schneideinrichtung vorgesehen. Ein Expansionsstopfen ist in der Bohrung angebracht. Der Expansionsstopfen ist ausgestaltet, um das Schmiermittel aufzunehmen, das von dem Lager aus in die Bohrung eintritt. In der Bohrung befindet sich ein Verschlußmittel. Die Erfindung betrifft ferner einen Stopfen und ein Verfahren zum Verhindern des Eintretens von Schlamm in eine Schneideinrichtung.
- Wenn Schneideinrichtungen des oben erwähnten Typs arbeiten, ist es notwendig, daß das Lager in einem Schmiermittel, bevorzugt Fett, eingebettet ist, d.h. der Raum zwischen der Welle und der Schneideinrichtung ist mit Schmiermittel gefüllt. Dies wird gemacht, um die Reibung zu minimieren, wenn die Nabe relativ zu der Welle gedreht wird. Indem man eine geringe innere Reibung in dem Lager hat, wird die Lebensdauer der Schneideinrichtung auf einem annehmbaren Niveau gehalten. Wenn die Schneideinrichtung einer schweren Beladung ausgesetzt wird, wird viel Hitze erzeugt, wenn die Nabe relativ zu der Welle gedreht wird, und durch die Reibung, wenn die Schneideinrichtung den Fels bearbeitet. Aufgrund der Hitzeerzeugung dehnt sich das Schmiermittel aus, und der innere Druck der Schneideinrichtung steigt an. Unter solchen Bedingungen passiert es gelegentlich, daß der innere Druck der Schneideinrichtung ein Niveau erreicht, an dem das Dichtungsmittel nicht in der Lage ist, dem inneren Druck standzuhalten, d.h. das Dichtungsmittel fällt auseinander und das Schmiermittel tritt aus dem Lager heraus. Es ist leicht verständlich, daß, falls das Dichtungsmittel zusammenbricht, die Schneideinrichtung schnell kaputt gehen wird.
- In unserer SE-B-501 854 wird eine Schneideinrichtung für einen Erweiterungsbohrerkopf mit Einrichtungen zum Vermeiden der oben erwähnten Nachteile bereitgestellt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß während normaler, allgemein trockener Arbeitsbedingungen, Schlamm dazu neigt, den Ausgang zur Außenseite der Schneideinrichtung zu verstopfen. Der verstopfte Schlamm nimmt betonähnliche Eigenschaften an. Dies bedeutet, daß der Fluchtweg des Schmiermittels blockiert wird und daß einem erneuten Einschmieren ein gewissenhaftes Reinigen vorangehen muß, um das Abnehmen eines Rückhaltestopfens zu erleichtern. In unserer US-A-4,448,271 wird ein Montagesystem für ei nen Sattel beschrieben, auf welches sich die vorliegende Erfindung bezieht. Die DE-A-27 42 019 und die US-A-1,444,074 beschreiben andere Schneideinrichtungslösungen.
- Ziele der Erfindung
- Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für eine Schneideinrichtung bereitzustellen, die den Schlamm daran hindert, in eine zentrale Bohrung in der Schneideinrichtung einzutreten, wodurch offene Kanäle beibehalten werden, durch die sich Schmiermittel hindurch ausdehnen kann.
- Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für eine Schneideinrichtung zu präsentieren, die das Entfernen des Rückhaltestopfens vor dem erneuten Einfetten erleichtert.
- Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch eine Vorrichtung für eine Schneideinrichtung realisiert, der die Eigenschaften der anhängenden Ansprüche verliehen wurden.
- Beschreibung der Zeichnungen
- Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Vorrichtung für eine Schneideinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen
-
1 einen Schnitt durch eine Schneideinrichtung zeigt, wenn sich die Schneideinrichtung in ihrem Arbeitszustand befindet, -
2 und3 die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Seiten- beziehungsweise Vorderansicht zeigen, -
4 einen vergrößerten Querschnitt gemäß1 zeigt, und -
5 die an einem Sattel montierte Schneideinrichtung in einer perspektivischen Ansicht zeigt. - Detaillierte Beschreibung der Erfindung
- Die Schneideinrichtung
10 gemäß den1 und2 schließt eine Welle12 mit einer länglichen Mittelachse14 ein. Die Welle12 ist in einem (nicht gezeigten) Sattel über die Enden12A ,12B befestigt. Der Sattel ist an dem (nicht gezeigten) Bohrkopf befestigt. Eine Nabe16 ist über die Lager18 beziehungsweise 20 drehbar an der Welle12 montiert. Das Lager18 ist in einer ersten tangentialen Umfangsnut22 in der Welle12 aufgenommen, während das Lager20 in einer zweiten tangentialen Umfangsnut24 in der Nabe16 aufgenommen ist. Die Nabe16 wird relativ zu der Welle12 durch ein Blockiermittel26 , bevorzugt in der Form von Kugeln, axial blockiert, die sowohl in der Welle12 als auch der Nabe16 mit dritten und vierten tangentialen Umfangsnuten28 beziehungsweise 30 zusammenwirken. - Zwischen den axialen Enden der Nabe
16 und der Welle12 ist die Schneideinrichtung10 an beiden Enden mit einer Rückhaltedichtung32 versehen, die ein Dichtungsmittel33 trägt, das das Schmiermittel, wie etwa Fett oder Öl, daran hindert, aus dem Innern der Schneideinrichtung10 heraus zu entweichen. Beide Rückhaltedichtungen32 sind mit ersten Entlastungslöchern34 mit kegelförmigen Stopfen36 ausgestattet, die in den Löchern befestigt sind, um das Schmiermittel daran zu hindern, durch die Löcher34 heraus zu entweichen. Die Funktion der ersten Entlastungslöcher34 wird unten noch im Detail erklärt. - Die den
1 und4 entsprechende Schneideinrichtung10 ist mit einer axialen Bohrung38 versehen, die sich von einem Ende12A der Welle12 aus erstreckt, d.h. in der beschriebenen Ausführungsform von dem Ende der Welle12 aus, an der die Nabe16 ihren kleinsten Durchmesser hat. Die axiale Bohrung hat eine Ausdehnung, die etwa die Hälfte der Länge der Welle12 ausmacht. Das äußere Ende der Bohrung38 nahe dem Wellenende12A hat einen ersten Abschnitt38A , der einen etwas größeren Durchmesser hat als der Rest der Bohrung. Nahe bei dem inneren Ende der Bohrung38 erstreckt sich eine allgemein radiale Bohrung40 von der axialen Bohrung38 aus zu der dritten Nut28 . Diese Bohrung40 wird dazu verwendet, die Kugeln des Blockiermittels26 zu befestigen. Wenn die Kugeln befestigt worden sind, werden ein Kugelstopfen42 und ein Abstandsstapfen44 in der Bohrung40 montiert, wobei sich die Stopfen42 und44 zusammen zwischen den Kugeln des Blockiermittels26 und einem Füllstopfen erstrecken, der in der axialen Bohrung38 durch Gleitpassung montiert ist. Der Füllstopfen und der Schmiervorgang sind noch näher in unserer SE-B-501854 beschrieben. - Der Kugelstopfen
42 ist mit zwei sich axial erstreckenden Löchern48 versehen, die von der länglichen Mittelachse des Kugelstopfens42 versetzt sind, während der Abstandsstopfen44 mit einer sich axial erstreckenden zentralen Bohrung50 ausgestattet ist. Der Grund, weshalb die Löcher48 des Kugelstopfens42 versetzt sind, ist der, daß die Kontaktfläche zwischen den Kugeln des Blokkiermittels26 und dem Kugelstopfen Schmiermittel nicht daran hindern sollte, in das Blockiermittel26 hinein und weiter zu den Lagermittel18 ,20 einzutreten. - Der Füllstopfen wird nach dem Einfetten entfernt und durch einen Expansionsstopfen
52 ersetzt, der im Vergleich zu dem Füllstopfen eine kürzere Länge hat. Der Expansionsstopfen ist über eine Gleitpassung montiert. Der Expansionsstopfen52 ist aber gegen axiale Verschiebung nach außen durch einen Schnappring54 gesichert. Der Expansionsstopfen52 hat einen mittleren Abschnitt56 mit verringertem Durchmesser, und folglich befindet sich ein umfänglicher Expansionsraum57 zwischen dem verringerten Abschnitt56 und der Wand der Bohrung38 . An seinem vorderen Ende lagert der Expansionsstopfen52 gegen den Boden der radialen Bohrung38 . An seinem hinteren Ende ist der Expansionsstopfen52 mit Überdruckventilen58 versehen, die mit einer ersten zentralen Ausnehmung60 verbunden sind. Die Ausnehmung60 ist mit Gewinde versehen, um das Einführen und Entfernen des Stopfens52 in die Bohrung38 hinaus oder aus ihr heraus zu erleichtern. Bevorzugt hat das Gewinde die Abmessung M24. Die Ausnehmung60 ist weiterhin an eine zweite zentrale Ausnehmung61 angeschlossen, welche zu dem äußeren Ende des Stopfens52 hin offen ist. - Ein Stopfen oder eine Kappe
62 deckt das äußere Ende des Stopfens52 ab, um die Ventile58 und die Bohrung38 davor zu bewahren, durch Abfälle oder Schmutz verstopft zu werden. Die Kappe62 umfaßt einen allgemein zylindrischen Schaftabschnitt63 und einen Flanschabschnitt64 . Der Schaftabschnitt63 hat eine dritte zentrale Ausnehmung65 , die zu dem freien Ende eines ersten Schaftabschnitts63 hin offen ist, welcher zu der zweiten Ausnehmung61 des Stopfens52 hin offen ist. Die dritte Ausnehmung65 ist an ein erstes Durchgangsloch66 angeschlossen, welches über die Kappe 62 im wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse14 in einem zweiten Schaftabschnitt63B überquert. Die Mittellinie des Lochs66 erstreckt sich in Bezug auf die Mittelachse14 exzentrisch, d.h. die Mittellinie des Lochs66 überschneidet nicht die Mittelachse14 . Das Loch66 hat einen Durchmesser D1 und ist in einem Abstand L1 von einer im wesentlichen ebenen Vorderfläche68 der Kappe62 positioniert. Der Durchmesser D1 beträgt etwa 18 mm und der Abstand L1 beträgt ebenfalls etwa 18 mm. Die Vorderfläche68 ist bevorzugt senkrecht zu der Mittelachse14 und planparallel mit einer gegenüberliegenden hinteren Oberfläche72 . Der Durchmesser des zweiten Schaftabschnitts63B ist größer als der Durchmesser des ersten Schaftabschnitts63A . Die Kappe hat eine Nut67 , die sich tangential entlang der Umhüllungsfläche des Schaftabschnitts in passender Weise radial außerhalb der Ausnehmung65 erstreckt. Die Nut67 ist darauf angepaßt, einen O-Ring73 zu halten, welcher die Bohrung38 vor Schmutz abdichtet und welcher die Kappe62 während der Montage positioniert. Der Flanschabschnitt64 erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse14 und hat eine im wesentlichen halbkreisförmige Grundform. Der Flansch64 bedeckt die Öffnung der Bohrung38A . Eine im wesentlichen ebene Schrägkante69 schneidet durch den Flansch64 und schließt sich an die Vorderfläche68 in einem spitzen Winkel α an. Der Winkel α beträgt etwa 15°. Die Schrägkante69 ist dergestalt, daß sie bündig mit einer Schrägkante des umgebenden Schaftendes12A liegt, wodurch während der Handhabung der Schneideinrichtung10 ein Zusatzraum gelassen wird. - Ein Schneidbolzen oder eine Schraube
70 ist dafür vorgesehen, durch ein zweites Loch in dem Schaftende12A und durch das erste Loch66 und weiter in eine (nicht gezeigte) Gewindebohrung in dem Sattelende12A eingeführt zu werden. Die Schraube hat einen Durchmesser D2, welcher 5 bis 20%, bevorzugt etwa 10% kleiner ist als der Durchmesser D1 des Lochs66 und der Durchmesser des zweiten Lochs71 , um so einen Spalt dazwischen zu erzeugen. Der Spalt wird als ein Schmierkanal zum Äußeren der Schneideinrichtung10 hin funktionieren. - Die Schneideinrichtung
10 wird auf die folgende Weise montiert. Nachdem der Expansionsstopfen52 in der Bohrung38 durch den Schnappring54 befestigt worden ist, wird der den O-Ring73 tragende Schaft63 der Kappe62 in den ersten Abschnitt38A der Bohrung38 eingeführt. Wenn der O-Ring die Bohrung38 erreicht, wird er wegen des Durchmesserunterschieds zwischen der Bohrung38 und dem ersten Abschnitt38A zusammengepreßt. In dieser Position ist es passend, das erste Loch66 allgemein in Bezug auf das zweite Loch71 zu positionieren, wonach die Kappe per Hand weiter um eine Distanz nach innen gedrückt wird, bis die hintere Oberfläche72 des Flansches in die Vorderfläche des Sattelendes12A eingreift. Diese Distanz ist größer als der oben erwähnte Spalt. Nun ist das erste Loch tatsächlich mit dem zweiten Loch71 ausgerichtet, so daß die Schraube70 dadurch hindurch eingeführt und angezogen werden kann. Die montierte Position der Kappe62 wird auch in5 dargestellt. - Die der vorliegenden Erfindung entsprechende Vorrichtung funktioniert auf folgende Weise. Wenn eine Schneideinrichtung
10 unter Arbeitsbedingungen gesetzt wird, dreht sie sich und wird schweren Belastungen ausgesetzt. Dies bedeutet, daß aufgrund der Reibung Hitze in den Lagern18 ,20 und dem Blockiermittel26 der Schneideinrichtung10 erzeugt wird und folglich auch das Schmiermittel erhitzt wird. Wenn das Schmiermittel erhitzt ist, dehnt es sich aus und da die Rückhaltedichtungen32 das Schmiermittel davon abhalten, zwischen der Nabe16 und der Welle12 auszutreten, gelangt das Schmiermittel in den Expansionsraum57 hinein. Falls sich das Schmiermittel in einem solchen Ausmaß ausdehnt, daß der Raum57 vollständig mit Schmiere gefüllt wird, besteht die Möglichkeit für das Schmiermittel, durch die Überdruckventile58 und die Ausnehmungen60 ,61 und65 und weiter durch den Spalt zwischen der Schraube70 und dem Loch71 auszutreten. Das Schmiermittel tritt bevorzugt in Richtung auf eine Mutter74 unter dem Sattelende12A nach außen. Eine gezahnte Unterlegscheibe75 bildet für das sich ausdehnende Schmiermittel Kanäle nach außen. Unter normalen Bedingungen sollte der Expansionsraum57 aber ausreichen, um die Ausdehnungen des Schmiermittels zu verkraften. Diese Anordnung wird wirksam verhindern, daß Abfälle oder Schmutz die Überdruckventile58 und die Bohrung38A verstopfen.
Claims (7)
- Schneideinrichtung für einen Bohrkopf, vorzugsweise einen Schachtbohrkopf, wobei die Schneideinrichtung (
10 ) um eine Mittelachse (14 ) drehbar und über eine Welle (12 ) der Schneideinrichtung (10 ) in einem Sattel angebracht ist, der an dem Bohrkopf befestigt ist, wobei die Welle (12 ) Enden (12A ,12B ) hat, welche durch Befestigungsmittel (70 ) an dem Sattel befestigt sind, Lagermittel (18 ,20 ) hat, die zwischen der Welle (12 ) und einer Nabe (16 ) der Schneideinrichtung (10 ) vorgesehen ist, um es der Nabe (16 ) zu ermöglichen, relativ zu der Welle (12 ) zu drehen, Dichtungsmittel (33 ) zwischen der Welle (12 ) und der Nabe (16) und ein Bohrungsmittel (38 ) hat für das Einführen von Schmiermittel in das Innere der Schneideinrichtung (10 ), wobei ein Expansionsstopfen (52 ) in dem Bohrungsmittel (38 ) angebracht und ausgestaltet ist, um das Schmiermittel aufzunehmen, welches von den Lagermitteln (18 ,20 ) in das Bohrungsmittel (38 ) eintritt, wobei ein Verschlußmittel (62 ) in dem Bohrungsmittel (38 ) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußmittel (62 ) einen Teil des Befestigungsmittels (70 ) ummantelt und angeordnet ist, das Eintreten von Schlamm in die Öffnung (38A ) des Bohrungsmittels zu verhindern. - Schneideinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußmittel (
62 ) einen Zwischenteil eines Kanals zum Fördern expandierenden Fettes bildet. - Schneideinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel (
70 ) einen zweiten Durchmesser (D2) hat, der kleiner ist als der erste Durchmesser (D1) des ersten Loches (66 ) und des Durchmessers eines zweiten Loches (71 ) in dem Sattelende (12A ) zur Erzeugung eines Spaltes zwischen diesen, wobei der Spalt einen Fettkanal zum Inneren der Schneideinrichtung (10 ) hin vorsieht. - Schneideinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußmittel (
62 ) einen im allgemeinen zylindrischen Schaftabschnitt (63 ) und einen Flanschabschnitt (64 ) aufweist, wobei der Schaftabschnitt (63 ) ein durchgehendes erstes Loch (66 ) hat, welches das Verschlußmittel (62 ) im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse (14 ) durchquert, wobei das erste Loch die Befestigungseinrichtung (70 ) aufnimmt. - Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Expansionsstopfen (
52 ) an einem Ende mit einem Überdruckventil (58 ) versehen ist, welches über Ausnehmungen (60 ,61 ,65 ) mit dem Spalt in Verbindung steht. - Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußmittel (
62 ) einen O-Ring aufweist, der beim Anbringen in der Bohrung (38 ) zusammengedrückt wird. - Verfahren zum Verhindern der Verschmutzung des Inneren einer Schneideinrichtung für einen Bohrkopf, vorzugsweise einen Schachtbohrkopf, durch Spülschlamm, wobei die Schneideinrichtung (
10 ) um eine Mittelachse (14 ) drehbar und über eine Welle (12 ) der Schneideinrichtung (10 ) in einem Sattel angebracht ist, der an dem Bohrkopf befestigt ist, die Welle (12 ) Enden (12A ,12B ) hat, die durch Befestigungsmittel (70 ) an dem Sattel befestigt sind, wobei Bohrungsmittel (38 ) zum Einführen von Schmiermittel in das Innere der Schneideinrichtung (10 ) vorgesehen sind, ein Expansionsstopfen (52 ) in dem Bohrungsmittel (38 ) angebracht ist und ausgestaltet ist, Schmiermittel aufzunehmen, welches aus dem Lagermittel (18 ,20 ) in das Bohrungsmittel (38 ) eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte aufweist: Hineinstoßen eines mit einem äußeren O-Ring (73 ) versehenen Verschlußmittels (62 ) in das Bohrungsmittel (38 ) und Zusammendrücken des O-Ringes im allgemeinen gleichzeitig mit dem Bedecken der Öffnung (38A ) des Bohrungsmittels, wobei das Schaftende (12A ) durch Befestigungsmittel (70 ) an dem Sattel befestigt ist, während im allgemeinen gleichzeitig das Verschlußmittel (62 ) in der richtigen Position festgelegt wird.
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