DE69914165T2

DE69914165T2 - Druckflüssigkeitsbetriebenes, mit einer segmentierten Ringanordnung ausgestattetes Schlagbohrwerkzeug

Info

Publication number: DE69914165T2
Application number: DE69914165T
Authority: DE
Inventors: Joseph Shannon Purcell
Original assignee: Minroc Technical Promotions Ltd
Current assignee: Minroc Technical Promotions Ltd
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-11-23
Also published as: EP1004744A2; IES81005B2; US6290424B1; EP1004744A3; DE69914165D1; EP1004744B1; ATE257901T1; IES980988A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrteiligen Ringaufbau zum Ineinanderhalten zylindrischer Teile in einem fluidbetriebenen Schlagbohrwerkzeug, beispielsweise einem Tieflochfelsbohrer. Die Erfindung ist jedoch auch bei anderen zusammengreifenden zylindrischen Teilen anwendbar, die starkem Verschleiß oder Druckbelastung ausgesetzt sind, wie beispielsweise Kompressoren, Pumpen, Bohrlochwerkzeugen, – verrohrungen und Bohrrohrhalterungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Herkömmliche fluidbetriebene Schlagbohrwerkzeuge, wie das in GB 2 296 731 der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung beschriebene, weisen einen äußeren Zylinder oder eine äußere Verschleißhülse auf, in der ein innerer Zylinder befestigt ist, der wiederum mit einer hinteren Bohrkopfanordnung zusammengreift. Ein sich gleitend hin und her bewegender Kolben arbeitet mit dem inneren Zylinder und der hinteren Bohrkopfanordnung zusammen und übt dann bei der Beaufschlagung mit Luftdruck durch die hintere Bohrkopfanordnung eine Schlagwirkung auf eine Bohrkrone aus, die in einem Spannfutter an der äußeren Verschleißhülse gehalten ist.
Bei herkömmlichen Anordnungen ist der innere Zylinder mittels eines zusammendrückbaren Rückhalterings, wie beispielsweise einem Sicherungsring, in der äußeren Verschleißhülse effektiv aufgehängt, wobei der Ring den inneren Zylinder hinaufgeschoben werden muß, um auf einer Schulter oder Lippe an einem Ende desselben zu sitzen, wobei er zusammengedrückt wird, wenn der innere Zylinder in dem äußeren Verschleißzylinder fallengelassen wird, und sich dann mit Rastwirkung nach außen in eine Nut oder Schulter ausdehnt, die an dem Innendurchmesser der äußeren Verschleißhülse ausgebildet ist. In dieser Position sitzt der Sicherungsring in der Nut und stößt an der Lippe des inneren Zylinders an, wodurch der innere Zylinder in der äußeren Verschleißhülse hängend angebracht wird. Das Zusammendrücken des Sicherungsrings erfordert während dieses Montagevorgangs beträchtliche Kraft.
Ein Nachteil dieses Sicherungsringaufbausystems besteht darin, daß der innere Zylinder sich schwingungsbedingt während des Betriebs bewegen und die Lippe verformt und aufgrund von Abnutzung zwischen der Lippe und dem Sicherungsring ungleichmäßig abgenutzt werden kann. Der Sicherungsring ist kein vollständiger Ring und weist einen Spalt auf, und daher tritt an der Lippe oberhalb des Sicherungsringspaltes keine Abnutzung auf.
Die Härte des Stahls, aus dem der innere Zylinder und der Sicherungsring bestehen, kann verschieden sein, was ebenfalls zur Abnutzung zwischen diesen beiden Teilen beiträgt.
Falls jedoch der Innenzylinder zu Wartungs- oder Prüfzwecken aus der Außenverschleißhülse entfernt und dann wieder auf die oben beschriebene Weise zusammengesetzt wird, rastet der Sicherungsring höchstwahrscheinlich in einer anderen Position in die Nut in der Außenverschleißhülse ein, d. h. der Sicherungsringspalt befindet sich wahrscheinlich in einer anderen Position, so daß die Abnutzung zwischen dem Sicherungsring und der Lippe des Innenzylinders sich auf einen anderen Bereich der Lippe konzentriert. Dies führt bei fortgesetzter Abnutzung dazu, daß ein leicht erhöhter Bereich der Lippe oder eine Beule entsteht, und das durch diese ungleichmäßige Abnutzung verursachte Vorhandensein einer oder mehrerer Beulen um den Umfang der Lippe führt dazu, daß der innere Zylinder und die äußere Verschleißhülse schlechter zusammengreifen, und sogar zu einem Versatz oder einer Außermittigkeit zwischen den beiden zylindrischen Teilen, wodurch die Abnutzung zwischen den Teilen rasch gesteigert und die Lebensdauer des Tieflochbohrers verkürzt wird.
Die vorliegende Erfindung trachtet nach einer Lösung des generellen Problems der umständlichen und schwierigen Montage und Demontage von Teilen unter Verwendung einer herkömmlichen Sicherungsringbefestigung sowie ferner nach einer Lösung der durch ungleichmäßige Abnutzung zwischen dem herkömmlichen Sicherungsring und der Lippe des inneren Zylinders verursachten Probleme.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Rückhaltering zum Setzen eines zylindrischen Teils mit kleinerem Durchmesser in einem zylindrischen Teil mit größerem Durchmesser vorgesehen, wobei eines der Teile mit einer Nut oder einer Schulter als Sitz für den verwendeten Rückhaltering ausgebildet ist, wobei der Ring radial zusammendrückbar und dehnbar ist, um sich radial in die Sitznut oder -schulter auszudehnen, um im Gebrauch das eine Teil im anderen Teil zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückhaltering wenigstens drei Segmente, die, wenn sie einander an ihren Enden berühren, einen vollständigen Kreis bilden, und eine dehnbare Halteeinrichtung aufweist, die zum Zusammenhalten der Segmente vorgespannt ist, jedoch ausreichend elastisch ist, um ein radiales Ausdehnen und Auseinanderbewegen der Segmente um einen ausreichenden Betrag zu ermöglichen, um die Segmente in die Nut oder gegen die Schulter zu setzen.
Vorzugsweise sind die Segmente mit einer äußeren Nut ausgebildet, und die Halteeinrichtung weist eine Ringdichtung in der äußeren Nut auf.
Vorteilhafterweise weist das zylindrische Teil mit kleinerem Durchmesser eine Lippe zum Eingreifen in den Rückhaltering und eine zwischen der Lippe und dem Außendurchmesser des zylindrischen Teils mit kleinerem Durchmesser ausgebildete Schrägfläche auf, wobei die Schrägfläche das Gleiten des mehrteiligen Rückhalterings der vorliegenden Erfindung in anliegenden Eingriff mit der Lippe und sein Ausdehnen in die Sitznut oder gegen die Schulter bewirkt, wenn das zylindrische Teil mit dem kleineren Durchmesser während der Montage der beiden zylindrischen Teile in das zylindrische Teil mit dem größeren Durchmesser fallengelassen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine geschnittene Teilansicht der Anordnung des inneren Zylinders, der äußeren Verschleißhülse und der hinteren Bohrkopfanordnung und eines Teils eines Kolbens eines Tieflochbohrhammers, wobei ein Rückhaltering gemäß der vorliegenden Erfindung mit dickem schwarzen Umriß gezeigt ist,
2 ist eine perspektivische Ansicht des inneren Zylinders und eine Explosionsdarstellung der drei Segmente und der Ringdichtung des Rückhalterings der vorliegenden Erfindung vor der Montage,
3 ist eine 2 ähnliche perspektivische Ansicht, wobei sich der Rückhaltering in seiner Position unterhalb der Lippe des inneren Zylinders befindet, aber noch nicht gedehnt ist, und
4 ist eine den 2 und 3 ähnliche Ansicht, wobei der Rückhaltering in gedehntem Zustand auf der Lippe des inneren Zylinders sitzt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die Teile und Funktionsweise des in 1 dargestellten Tieflochbohrhammers werden nicht im einzelnen beschrieben, jedoch weisen die gezeigten Teile eine hintere Steuerkopfanordnung 1, eine äußere Verschleißhülse 2 (mit größerem Durchmesser), einen inneren Zylinder 3 (mit kleinerem Durchmesser), einen Kolben 4 auf, wobei die äußere Verschleißhülse 2 eine in ihren Innendurchmesser geschnittene Nut 12 als Sitz für einen Rückhaltering 5 gegen eine Lippe 6 des inneren Zylinders aufweist. Die Erfindung betrifft einen neuartigen Rückhaltering 5, der das zylindrische Teil 3 mit kleinerem Durchmesser in dem zylindrischen Teil 2 mit größerem Durchmesser aufhängt.
Der erfindungsgemäße Rückhaltering 5 weist drei identische bogenförmige Segmente 7, 8 und 9 auf, die jeweils mit einer äußeren Nut 10 als Sitz für eine elastomere Ringdichtung 11, wie in 3 gezeigt, ausgebildet sind.
Es sei darauf hingewiesen, daß, wie in 3 gezeigt, keine Zwischenräume zwischen den benachbarten Segmenten vorhanden sind, wenn die Segmente jeweils mittels der Ringdichtung 11 dicht gegen das benachbarte Segment gehalten werden. In dieser Position ist der Rückhaltering vollständig zusammengedrückt und bildet einen vollständigen Kreis.
Wenn der innere Zylinder 3 in der äußeren Verschleißhülse 2 in seine Position geschoben worden ist, sitzt die unterste Fläche des Rückhalterings 5 zunächst auf einer von dem Boden der Nut 12 gebildeten Schulter, die durch eine Zunahme bei dem Innendurchmesser der äußeren Verschleißhülse gebildet ist. Andauernder abwärtsgerichteter Druck bewirkt, daß eine Verjüngung oder Schrägfläche 13, die zwischen der überhängenden Lippe 6 mit vergrößertem Durchmesser und dem Außendurchmesser des inneren Zylinders gebildet ist, an einem Innenrand des mehrteiligen Rückhalterings zur Anlage gelangt, wodurch bewirkt wird, daß er über die Schrägfläche 13 gleitet und sich gegen die Vorspannung der Ringdichtung radial ausdehnt, wodurch kleine Spalte zwischen den Segmenten 7, 8, 9 entstehen, bis der Rückhaltering vollständig ausgedehnt ist und an der überhängenden Lippe 6 angreift und vollständig, in der Position gemäß den 1 und 4, in der Nut 12 sitzt.
Diese Art der Montage und des Zusammengreifens läßt sich mit einem Bruchteil der zum Angreifen eines herkömmlichen Sicherungsrings erforderlichen Kraft erreichen. Es sei darauf hingewiesen, daß der Sicherungsring von Natur aus vorgespannt ist, um sich elastisch in einen ausgedehnten Zustand zu bewegen. Der Ring der vorliegenden Erfindung ist von Natur aus mit einer weit schwächeren Kraft auf einen zusammengedrückten Zustand hin vorgespannt. Ferner dehnen die Segmente sich gleichmäßig aus, so daß die Spalte zwischen ihnen gleich sein sollten, wenn sie sich an Ort und Stelle befinden. Nur an diesen geringen Zwischenräumen tritt geringere Abnutzung der Lippe auf, doch diese wird durch die relativ geringe Größe der Zwischenräume im Vergleich zu dem einzelnen Zwischenraum bei einem herkömmlichen Sicherungsring minimiert. Bei Ausführungsbeispielen mit mehr als drei Segmenten werden die Zwischenräume zwischen benachbarten Segmenten bei vollständiger Ausdehnung des Rings im sitzenden Zustand sogar noch kleiner.
Da der Rückhaltering der vorliegenden Erfindung höchst vorzugsweise drei Segmente aufweist, befinden sich drei Spalte mit gleichem gegenseitigem Abstand um den Umfang der Lippe herum. Sollte an der Lippe eine kleine Beule über jedem Spalt entstehen, bewirkt dies aufgrund der gleichmäßigen Verteilung der drei Spalte/Beulen keinen Versatz, wie dies bei dem großen einzelnen Spalt des Sicherungsrings nach dem Stand der Technik gerne passiert. Entsteht dagegen bei dem Sicherungsringverschleißschema eine zweite Beule, sind die beiden wahrscheinlich beliebig beabstandet und können noch immer eine Schieflage verursachen.
Ferner ist es weiterhin höchst unwahrscheinlich, daß die Entfernung des inneren Zylinders zu Prüf- oder Wartungszwecken während des Gebrauchs und die anschließende Wiedereinsetzung des erfindungsgemäßen Rückhalterings selbst in einer anderen Position eine Neigung zu Schieflagen oder Außermittigkeit zwischen dem inneren Zylinder und der äußeren Verschleißhülse bewirkt. Dies liegt daran, daß jede Neupositionierung des Rückhalterings relativ zu der Lippe des inneren Zylinders nur eine Vielzahl von kleinen Beulen mit willkürlichem gegenseitigem Abstand an der Lippe zur Folge hätte.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Ringdichtung nur die Aufgabe des Zusammenhaltens der Segmente während der Montage hat, und sobald sie einmal fest sitzt, neigen die einzelnen Segmente nicht dazu, sich relativ zueinander zu bewegen, und zwar aufgrund der bei Gebrauch des Bohrers auf sie einwirkenden Druckkräfte und der bei Nichtgebrauch gegebenen engen Passung der Teile. Es werden jedoch auch andere Einrichtungen zum Zusammenhalten und Vorspannen der Segmente, entweder vorübergehend während der Montage der Teile oder dauerhaft während des Gebrauchs in ihrer sitzenden Anordnung, in Betracht gezogen. Der Dichtungsring kann eine Dichtung bilden, dies ist aber nicht wesentlich.

Claims

Fluidbetriebene Bohrwerkzeuganordnung mit einem zylindrischen Teil (3) mit kleinerem Durchmesser, das in einem zylindrischen Teil (2) mit größerem Durchmesser aufgehängt ist, wobei eines der Teile mit einer Nut oder einer Schulter als Sitz für einen Rückhaltering ausgebildet ist, wobei der Ring radial zusammendrückbar und dehnbar ist, um sich radial in die Sitznut (12) oder – schulter auszudehnen, um das eine Teil im anderen Teil zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückhaltering wenigstens drei Segmente (7, 8, 9), die, wenn sie einander an ihren Enden berühren, einen vollständigen Kreis bilden, und eine dehnbare Halteeinrichtung (11) aufweist, die zum Zusammenhalten der Segmente vorgespannt ist, jedoch ausreichend elastisch ist, um ein radiales Ausdehnen der Segmente zu ermöglichen, wenn der Ring an einer zwischen einer Lippe (6) mit vergrößertem Durchmesser und den Außendurchmesser des zylindrischen Teils mit dem kleineren Durchmesser ausgebildeten Schrägfläche (13) angreift und sich über diese bewegt, wobei die Schrägfläche (13) das Gleiten der Segmente des Rückhalterings in anliegenden Eingriff mit der Lippe und das Ausdehnen in die Sitznut (12) oder gegen die Schulter bewirkt, wenn das zylindrische Teil mit dem kleineren Durchmesser während der Montage der beiden zylindrischen Teile (2, 3) in das zylindrische Teil mit dem größeren Durchmesser fallengelassen wird, und wobei die Segmente mit einer äußeren Nut (10) zum Zurückhalten der Halteeinrichtung ausgebildet sind.
Rückhaltering nach Anspruch 1, bei dem die Halteeinrichtung eine elastomere Ringdichtung in der äußeren Nut aufweist.
Rückhaltering nach Anspruch 1, mit drei Segmenten (7, 8, 9).