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Lageranordnung
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Es ist bis jetzt kein Schmiermittel entwickelt worden, das solche Ermüdungsfehler vermeidet, die selbst bei gut geschmierten und verschmutzungsfreien Lagern auftreten. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass die Laufflächen für die Rollen und die Kugeln nur unter Beeinträchtigung des Lagerzapfens und der Meisselrolle geschaffen werden können. Der Durchmesser des Lagerzapfens und die Dicke der Meisselrollenschale muss zu diesem Zweck verringert werden. Der Lagerzapfen wird dadurch insbesondere gegen- über Scherungsbeanspruchungen geschwächt, und die Meisselrollenschale weist weniger tragfähiges Material für die Zähne oder Einsätze auf. Vorteilhaft bei Wälzlagern war jedoch die Tatsache, dass die drehbaren Teile auf dem Lagerzapfen auf einfache Weise gegen Verlust bzw. Verschiebung gesichert werden konnten.
Dies stellt bei Gleitlagern, die gegenüber Wälzlagern wesentlich billiger und widerstandsfähiger sind ein wesentliches Problem dar.
Es wurde bereits vorgeschlagen, am Ende eines Lagerzapfens einen in eine entsprechende Ausnehmung des drehbaren Teiles eingreifenden Wulst dadurch zu erzeugen, dass der Lagerzapfen in einem begrenzten Bereich erhitzt wird, und hierauf der Rollenbohrmeisselkopf auf den Lagerzapfen aufgetrieben wird.
Diese Verbindung ist selbstverständlich nicht mehr zerstörungsfrei lösbar. Die beschriebene Ausbildung des Wulstes am Lagerzapfen hat zur Bedingung, dass der Lagerzapfen sehr stark erwärmt wird, um die nötige Verformbarkeit sicherzustellen. Bei dieser Erwärmung des Lagerzapfens und auch beim Auftreiben des Rollenbohrmeisselkopfes geht aber viel Wärme auf den Rollenbohrmeisselkopf über, wodurch dessen Härteeigenschaften ungünstig beeinflusst werden. Es muss somit zwangsläufig selbst im Falle, dass nur ein einziger Drehbohrmeissel abgenutzt ist, stets der ganze Bohrmeisselkopf ausgewechselt werden, was selbstverständlich mit hohen Kosten verbunden ist.
Bei einer andern bekannten Anordnung unter Verwendung eines Wälzlagers wird eine ungewollte Trennung des drehbaren Teiles vom Lagerzapfen durch einen in eine Öffnung des Lagerzapfens eingesetzten Bolzen verhindert. Die Verriegelung erfolgt hiebei bei rein zylindrischer Ausbildung des Lagerzapfens durch ein Kügelchen, das durch den Bolzen arretiert wird.
Durch die Erfindung soll eine billige und dauerhafte Lageranordnung, insbesondere für Rollenbohrmei- ssel u. a. hohen Drücken ausgesetzten Lageranordnungen geschaffen werden.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass die Lagerfläche des Lagerzapfens an ihrer Druckseite (Lastseite) mit einer Lippe versehen ist, die in eine abgeschrägte Fläche an der druckfreien bzw. lastfreien Seite des Lagerzapfens übergeht, wobei die innere Lagerfläche des drehbaren Teiles in an sich bekannter Weise mit einer die Lippe des Lagerzapfens aufnehmenden Ringnut versehen ist, so dass zwischen dem drehbaren Teil und der abgeschrägten Fläche ein Hohlraum entsteht und dass das über die Oberfläche des Lagerzapfens vorspringende Bolzenende in eine entsprechend geformte Ausnehmung des drehbaren Teiles eingreift und eine zusätzliche Lagerfläche darstellt.
Auf diese Weise kann ein am Ende eines Lagerzapfens sitzender drehbarer Teil, wie ein Rollenbohrmeissel, leicht gegen ungewollte Trennung vom Lagerzapfen gesichert werden, wobei gleichzeitig ein gegenüber Wälzlagern billigeres und dauerhafteres Gleitlager Verwendung findet.
Um den drehbaren Teil vom Lagerzapfen zwecks Auswechslung leicht lösen zu können, ist zweckmässig der Bolzen einteilig ausgebildet und weist eine grössere axiale Länge auf als die ihn aufnehmende Öffnung des Lagerzapfens, so dass der Bolzen leicht erfasst und aus seiner Bohrung herausgezogen werden kann.
Es kann jedoch gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der Bolzen aus zwei Teilen bestehen, von denen der erste ein Stopfen von verhältnismässig grossem Durchmesser ist, der sich aus einer Sacköffnung im freien Ende des Lagerzapfens heraus erstreckt, während der zweite Teil ein Stossstift von verhältnismässig kleinem Durchmesser ist, welcher den Stopfen an seinem dem drehbaren Teil abgewendeten Ende berührt und ihn gegen Verdrehung sichert, wobei der Stossstift sich durch eine Bohrung hindurch erstreckt, die von der Sacköffnung aus durch den Lagerzapfen und dessen Halterung hindurch geht, und wobei die Tiefe der Sacköffnung zumindest der Länge des Stopfens entspricht.
Um eine Drehung des Stopfens dabei zu verhindern, liegt zweckmässig die den Stossstift aufnehmende Bohrung exzentrisch zur Sacköffnung, und der Stossstift greift in eine Sacköffnung des benachbarten oberen Stirnendes des Stopfens.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lageranordnung ist gekennzeichnet durch folgende Schritte : a) der Lagerzapfen wird zusammen mit seinem Träger zur Drehung um eine Bearbeitungsachse aufgespannt, die in einer Ebene liegt, die auch die Umdrehungsachse enthält und welche durch das auf der Druckseite liegende Profil des Lagerzapfens hindurchgeht, wobei die Umdrehungsachse parallel zu einer in dieser Ebene liegenden Linie verläuft, die die Lippe tangiert und durch die Schnittlinie des Lagerzapfens mit seinem Träger geht ;
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geht.
In den Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch veranschaulicht. Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine erfindungsgemässe Lageranordnung, Fig. 2 eine Seitenansicht des Lagerzapfens nach Fig. l bei abgenommener Meisselrolle und fehlendem Sperrglied, Fig. 3 und 4 eine Seiten- bzw. eine Endansicht des Sperrgliedes nach Fig. l, Fig. 5 eine erfindungsgemässe Ausführungsform, Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnlicheAusführungsform mit abgeänderter Sperrgliedausbildung, Fig. 7 einen Teilschnitt entlang der Linie 7-7 der Fig. 6, Fig. 8 eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform und Fig. 9 bis 11 schrittweise die Befestigung der Meisselrolle nach Fig. 1 auf dem Lagerzapfen.
Bei allen Figuren wurde der Einfachheit halber darauf verzichtet, den für das Schmiermittel vorzusehenden Raum bzw. den Raum mit darzustellen, der für das Lagerspiel zwischen Meisselrolle und Lagerzapfen erforderlich ist, da dieser Raum ziemlich klein im Vergleich zu den Ausmassen von Meisselrolle und Lagerzapfen ist. Es ist jedoch zu beachten, dass ein derartiger Raum vorhanden ist, der pro mm Lagerzapfendurchmesser 0, 003 - 0, 005 mm in der radialen Lagerspalte 14 und 0,005 mm in der axialen Spalte 15 beträgt.
Fig. 1 zeigt einen Teil eines typischen Gesteinsmeissels 1, der an seinem unteren Ende wenigstens einen sich abwärts erstreckenden Schenkel 2 mit einem sich nach unten und innen erstreckenden Lagerzapfen 3 aufweist. Die Achse 4 des Lagerzapfens 3 kann entweder die Achse 5 des Meissels schneiden oder gegen diese etwas versetzt sein. Der nicht dargestellte obere Abschnitt des Meissels endet in einem üblichen hohlen Schaft, der zwecks Verbindung mit dem Bohrgestänge mit einem Gewinde versehen ist.
Nicht dargestellte Kanäle für die Spülung gehen von dem Inneren des Schaftes entweder mittig durch den Meisselkopf hindurch oder führen durch den Meisselkopf zu umfänglich angeordneten Düsen, die zwischen den Meisselschenkeln 2 angeordnet sind. Ein Schmiermittelkanal 6 erstreckt sich von einem nicht dargestellten Vorratsraum für Schmiermittel, der in dem Meisselkopf ausgebildet sein kann, bis zu einer Bohrung 7, die durch den Schenkel und den Lagerzapfen 3 hindurchführt.
Die Lageranordnung 10 weist ferner eine Meisselrolle 11 und ein Sperrglied 12 auf, wobei jedoch vorzugsweise noch ein Dichtungsring 13 verwendet wird, der das Eindringen von Bohrspülung und andern Verunreinigungen in den Lagerspalt 14 verhindert und das Ausmass des Schmiermittelverlustes aus dem Lagerspalt begrenzt. Die Dichtung besteht dabei aus einem Dichtungsring, der ein Metallring oder eine Belleville-Feder sein kann, die in axialer Richtung eingewölbt ist und in ihrer entspannten Stellung eine grössere axiale Erstreckung als die axiale Abmessung einer Ausnehmung 18 aufweist, die zwischen einem Paar axial gegeneinander gekehrter Ringflächen 16 und 17 des Schenkels 2 und der Rolle 11 ausgebildet ist. Diese Feder ist an den Dichtflächen mit Gummi überzogen. Der Überzug kann sich vom Innendurchmesser des Kegels aus erstrecken, um das Spiel einstellen zu können.
Der Dichtungsring wird beim Zusammenbau teilweise abgeplattet und dichtet gegen die verschiedensten radial, axial oder taumelig verlaufenden Bewegungen, welche die Rolle 11 gegenüber dem Lagerzapfen 3 ausführt. Der Ring ermöglicht ausserdem auch ein geringfügiges Auslecken des Schmiermittels zwischen der Fläche 17 und dem mit dieser Fläche in Berührung stehenden Abschnitt des Dichtungsringes 13 wodurch die Fläche ausreichend geschmiert wird.
Die Fläche des Lagerzapfens 3 weist in ihrem ursprünglichen Zustand einen zylindrischen Abschnitt 21, eine Lippe 22 und einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 23 auf (Fig. 2). welche Flächen Drehflächen sind und erfindungsgemäss durch Drehung des Umrisses 20 um die Achse 4 erzeugt wurden.
Des weiteren wird jedoch noch ein Hohlraum 24 zwischen der ursprünglichen Fläche und der abgewandelten Fläche 25 erzeugt. Dieser Hohlraum 24 ist an der druckfreien Seite des Lagerzapfens 3, diametral gegenüber der Druckseite am grössten, Der Umriss 27 geht dann nach beiden Seiten allmählich in den Umriss 20 über. Nur ein kleiner Abschnitt 28 der ursprünglichen zylindrischen Fläche 21 bleibt an der druckfreien Seite des Lagerzapfens 3 bestehen. Ebenso bleibt nur ein kleiner Abschnitt 30 der ursprünglich kegelförmigen Fläche 23 bestehen. Zwischen den Abschnitten 28 und 30 liegt die
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abgeschrägte Fläche 29. Die Fläche 25 ist eine Zylinderfläche, die erfindungsgemäss durch Drehung um die Bearbeitungsachse 31 erzeugt worden ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung zeigt Fig. 9 den ersten Schritt beim Aufsetzen der Meisselrolle 11 auf den Lagerzapfen 3 der Anordnung nach Fig. 1. Die Meisselrolle 11 wird dabei so über den Lagerzapfen 3 gestülpt, dass ihre zylindrische Fläche 21'die Fläche 29 der druckfreien Seite des Lagerzapfens und die Lippe 22 auf der Druckseite des Zapfens berührt. In dieser Stellung schneidet die Verlängerung der Fläche 21'an der Druckseite auf Grund der besonderen Ausbildung die Ecke D, die von den Flächen 16 und 21 des Schenkels 2 und des Lagerzapfens 3 gebildet wird. Da diese über die Fläche 21'verlängerte Linie die Lippe 22 tangiert, kann der Winkel B, der durch den Schnitt mit der Fläche 21 gebildet wird, ohne weiteres aus den bekannten Abmessungen der ursprünglichen Zapfenform bestimmt werden.
Daraus ergibt sich, dass die abgeschrägte Fläche 29 sich unter dem gleichen Winkel B gegenüber der ursprünglichen Fläche 21 erstrecken muss und dass auch die Bearbeitungsachse 31 die Achse 4 des Zapfens unter dem Winkel B schneidet,
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Bearbeitungsachse 31, die in der gleichen Vertikalebene wie die Zapfenachse 4 liegt. Der Schenkel 2 wird nun zur Drehung um die Achse 31 aufgespannt und anschliessend der Lagerzapfen 3 auf
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herausgebildet werden.
Beim Übergang von der Stellung nach Fig. 9 auf die Stellung nach Fig. 10 wird zunächst die Gleitbewegung der Meisselrolle fortgesetzt, wobei ihre Achse 32 mit der Bearbeitungsachse 31 zusammenfällt und ihre zylindrische Fläche 21'auf der abgewandelten Fläche 25 und der Lippe 22 des Lagerzapfens entlanggleitet. Diese Bewegung wird fortgesetzt, bis die untere Kante 33 der zylindrischen Fläche 21'mit der Aussenkante der Lippe 22 in Berührung kommt oder diese etwas überschreitet.
Danach verläuft die Bewegung als Verbindung einer linearen Bewegung, wie vorher, und einer gegen den Uhrzeigersinn gerichteten Drehung oder Verkantung um eine angenommene horizontale Achse, die senkrecht zur Schnittebene liegt und allgemein durch das obere Ende des Lagerzapfens 3 hindurchführt. Die Bewegung kann auch als Verbindung einer Verkantung und einer Bewegung der Kante 33 auf der Rückseite 26 der Lippe 22 entlang aufgefasst werden. Diese Kombinationsbewegung wird fortgesetzt, bis die Meisselrolle ihren in Fig. 1 gezeigten Sitz einnimmt.
Das innere Ende 37 des Sperrgliedes 12 ist so geformt, dass es der Ringnut 22'und einem Abschnitt der kegelstumpfförmigen Fläche 23'angepasst ist. Im zusammengebauten Zustand wirken die Flächen 34,35 als Lager für die Flächen 22'und 23', wobei sie Flächen des ursprünglichen Lagerzapfens vertreten. Die Seitenfläche 34 weist eine Abplattung 36 auf, damit das Ende 37 an der Kante 33 der Meisselrolle 11 vorbeigelangt (Fig. 3, 4). Das Sperrglied 12 weist ferner einen vollen hinteren Abschnitt 41 (Fig. l) und einen eingeschnürten Abschnitt 42 auf, der unter dem Kanal 6 liegt und mit der Bohrung 7 einen Ringraum 43 bildet.
Ein doppelt abgekanteter Abschnitt 44 verbindet den Abschnitt 42 mit dem Ende 37 und bildet mit der Bohrung 7 zusammen Kanäle 45 für den Durchtritt von Schmiermittel zum Ende der Bohrung hin. Das äussere Ende 41 des Sperrgliedes ist bei 46 so geformt, dass es mit dem Schenkel 2 einen Schweissstopfen 47 aufnimmt.
Ein axialer Schmiermittelkanal 9 (Fig. 1) kann zwischen dem Ringraum 43 und dem freien Ende 8 des Lagerzapfens entweder wahlweise oder zusätzlich zu dem Kanal durch die Bohrung 7 vorgesehen sein. Fig. 11 zeigt die letzte Phase des Zusammenbaues. Nun muss noch das Sperrglied gedreht werden, um die grösstmögliche Auflagerfläche für die Lagerflächen 22', 23'zu erhalten und die Anordnung durch Anbringung des Schweisspropfens 47 fixiert werden. Es ist an sich nicht wesentlich, die Berührungsfläche zwischen den Lagerteilen auf ein Maximum zu bringen, da die ins Gewicht fallenden Kräfte durch die Formation auf die Meisselrolle und von dieser auf den Lagerzapfen an dessen Druckseite ausgeübt werden. Es soll jedoch die von den Lagerteilen in Nachbarschaft des Sperrgliedendes 37 aus-
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geübte Kraft ein Minimum erreichen.
Um die Meisselrolle 11 vom Lagerzapfen 3 entfernen zu können, ist es erforderlich, im wesentlichen das gesamte in den Hohlraum 24 ragende Volumen des Sperrgliedendes 37 abzuscheren oder abzuschleifen, wie die gestrichelte Teilumrisslinie 50 der Meisselrolle veranschaulicht (Fig. 11). Geringere Abschleifungen od. dgl. genügen also nicht, um die Meisselrolle von ihrem Lagerzapfen gleiten zu lassen.
Das Abschleifen des Lagerzapfens 3 ist nicht das für eine schnelle Herstellung am besten geeignete Verfahren. Innerhalb des Erfindungsbereiches sind auch weitere Ausführungsformen möglich, deren Hauptvorteil darin liegt, dass etwas weniger Material von der druckfreien Seite des Lagerzapfens entfernt werden muss. Da jedoch hiebei noch zusätzliche Bearbeitungsschritte erforderlich sind, werden die Vorteile durch diese Nachteile wieder aufgewogen.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein axiales, zylindrisches Sperrglied 54 verwendet wird.
Dieses Sperrglied 54 ragt aus dem Lagerzapfen 3'heraus und greift in eine entsprechende zylindrische Fläche der Meisselrolle 11'ein. Dabei dient der vorspringende Abschnitt 55 des Sperrgliedes 54 als Führungszapfen, wie er in vielen früheren Meisseln allgemein verwendet worden ist. Der Führungsabschnitt 55 steht in Gleitberührung mit der Führungszapfenbuchse 56 und dem Druckknopf 57. Diese beiden bekannten Teile sind mit Presssitz in entsprechende Ausnehmungen der Meisselrolle 11'eingefügt und bilden mit dieser einen zusammenhängenden Bauteil. Sie werden gewöhnlich deshalb verwendet, weil es einfacher ist, diese Teile widerstandsfähig und abriebfest herzustellen, als die gleiche Widerstandsfähigkeit und Abriebfestigkeit auf den Flächen der Meisselrolle zu erzeugen.
Die Dichtung kann wieder durch einen Dichtungsring 13 der beschriebenen Art erfolgen, wobei von einer Schmiermittelquelle durch einen Kanal 6'Schmiermittel zufliesst. Entsprechende ringförmige und axiale Rinnen, die entweder in einem der beiden Teile 3'und 54 oder in beiden ausgebildet sind, können verwendet werden, um das Schmiermittel den Lagerfugen zuzuführen. In der bevorzugten Form ist eine Verbindung 58 vorgesehen, die unmittelbar den Kanal 6'mit dem Hohlraum 24' verbindet.
Das Aufsetzen der Meisselrolle 11'auf den Lagerzapfen 3'gleicht mit Ausnahme der Einsetzung des Sperrgliedes den Vorgängen, die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden sind. Das Sperrglied 54 wird zuletzt einfach eingefügt und, ohne dass eine Drehung erforderlich wäre, durch eine Schweissung 62 befestigt. Dabei braucht an der druckfreien Seite des Lagerzapfens keine Lagerfläche vorhanden sein. Wie durch die gestrichelten Linien 59 - 61 angedeutet, kann der Lagerzapfen 3' auch mit dem äusseren Rand der Lippe 22 enden oder sich von dort aus parallel zur Achse 4 nach vorn erstrecken und mit einer ebenen Endfläche 60 enden. Das gleiche trifft für die vorher beschriebenen Ausführungsformen zu. Die Stärke und die innere Umrisslinie der Meisselrolle werden in dem Fall entsprechend ausgeführt.
Der Lagerzapfen muss aber zumindest einen vorspringenden Abschnitt mit einer Fläche 26 aufweisen, die nach oben und radial einwärts zur Zapfenachse hin abgeschrägt ist, um eine Haltefläche für eine entsprechend ausgebildete Fläche der Meisselrolle zu bilden. Für Tiefbohrgeräte ist es erwünscht, dass die Fläche 26 angenähert senkrecht liegt, um Widerstand gegen den Druck von der Seitenwand der Formation zu leisten, der normal zur Werkzeugachse verläuft.
Gemäss den Fig. 6 und 7 besteht das Sperrglied aus zwei Gliedern 65, 66, wobei das Glied 65 ein aus Enden des Lagerzapfens 3"vorspringender Stopfen ist, der als Führungszapfen und als Sicherung gegen Verkantung dient, wogegen das Glied 66 ein in einen Kanal 71 eingeführter Stossstift ist, der im Stopfen 65 in einer Sacköffnung mündet. Durch die exzentrische Anordnung des Stossstiftes 66 wird jegliche Drehung des Stopfens 65 verhindert. Der Stossstift 66 kann selbstverständlich jeden beliebigen Querschnitt haben. Ebenso kann der obere Abschnitt des Stopfens 65 am Ende des Lagerzapfens 3" einen beliebigen Querschnitt haben, da nur die Fläche des äusseren, in die Ausnehmung 67 der Meisselrolle hineinreichenden Abschnittes des Stopfens 65 zylindrisch sein muss.
Falls entweder der Stossstift 66 oder der obere Abschnitt des Stopfens 65 oder beide sowie die entsprechenden Sacköffnungen und Kanäle mit andern als kreisförmigen Querschnitten versehen sind, z. B. quadratisch oder sechseckig ausgebildet sind, kann der Stossstift 66 selbstverständlich auch konzentrisch zum Stopfen 65 angeordnet werden.
Vor dem endgültigen Zusammenbau wird der Stopfen 65 in die Sacköffnung 68 des Lagerzapfens 3"zurückgezogen. Erst sobald die Meisselrolle in ihre endgültige Lage gebracht worden ist, wird der Stossstift 66 verwendet, um den Stopfen 65 in seine Endstellung zu bringen, wonach das äussere Ende des Stossstiftes 66 an dem Schenkel 2 mittels der Schweissung 69 befestigt wird.
Gemäss Fig. 8 liegt die Lippe 82 an der Innenseite der Meisselrolle 81. Die Ringnut bildet einen
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Teil derAussenfläche des Lagerzapfens 83. Dabei braucht kein Teil des Lagerzapfens 83 einen grö- sseren Durchmesser zu haben, als der zylindrische Abschnitt 84 vor der Bearbeitung der abzuschleifenden Flächen 85 und 88.
Die abgeschrägten Flächen 85,88 werden vorzugsweise in der gleichen Art hergestellt, wie es für die Fig. 1-7 beschrieben worden ist. Die Ausgangsstellung 91 der Meisselrolle 81 ist in strichlierter Linie eingezeichnet, wobei die Lippe 82 der Meisselrolle die Lippe 93 des Lagerzapfens tangiert. Die ursprünglich zylindrische Fläche 84 des Zapfens 83 muss auf einen Radius abgeschliffen werden,
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gebracht werden muss. Diese Abmessungen entsprechen dem Radius des zylindrischen Abschnittes und dem kleinsten Radius der einwärts vorspringenden Lippe 82 der Meisselrolle 81.
Der Winkel C wird in gleicher Weise wie der Winkel B in Fig. 9 bestimmt. Die Linie 94, die vom kleinsten Innendurchmesser der Ringnut des Lagerzapfens 83 ausgeht, liegt parallel zu dessen Achse 4 und zeigt die Ähnlichkeit zwischen den Ausführungen nach Fig. 8 und Fig. 1. Ferner wird dadurch hervorgehoben, dass der Lagerzapfen an seiner Druckseite eine Lippe oder einen vorspringenden Teil aufweisen muss, der nach innen und aufwärts geneigt ist, um eine Haltefläche 92 für die Meisselrolle zu bilden. Durch die Linien. 95,96 soll nur die Tatsache erläutert werden, dass oberhalb einer solchen Haltefläche der Lagerzapfen eine Umdrehungsfläche aufweisen muss, wie die aufwärts divergierenden konischen Flächen 95,96.
Selbstverständlich kann bei der Herstellung erfindungsgemässer Lagerzapfen der Schrottanfall dadurch verringert werden, dass von vornherein Rohlinge geschmiedet werden, welche bereits die sonst durch Abschleifen zu erreichende Form aufweisen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lageranordnung, insbesondere für Rollenbohrmeissel, mit einem Lagerzapfen, auf welchen ein gegenüber ihm frei drehbarer Teil lösbar aufgesetzt ist, welcher den Lagerzapfen und dessen freies Ende umgibt, wobei die ungewollte Trennung des drehbaren Teiles von dem Lagerzapfen durch einen in eine
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dass die Lagerfläche (8, 23, 26, 21 ; 87, 92, 84 ; 94 ; 95 ; 96) des Lagerzapfens (3 ; 3', 3" ; 83) an ihrer Druckseite (Lastseite) mit einer Lippe (22 ; 93) versehen ist, die in eine abgeschrägte Fläche (29 ; 29' ; 85, 88) an der druckfreien bzw. lastfreien Seite des Lagerzapfens übergeht, wobei die innere Lagerfläche des drehbaren Teiles (11 ; 11' ;
11" ; 81) in an sich bekannter Weise mit einer die Lippe des Lagerzapfens aufnehmenden Ringnut (22') versehen ist, so dass zwischen dem drehbaren Teil und der abgeschrägten Fläche ein Hohlraum (24 ; 90) entsteht und dass das über die Oberfläche des Lagerzapfens vorspringende Bolzenende (37) in eine entsprechend geformte Ausnehmung des drehbaren Teiles eingreift und eine zusätzliche Lagerfläche darstellt.
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Bearing arrangement
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To date, no lubricant has been developed that avoids the fatigue failure that occurs even with well-lubricated and contamination-free bearings. Another disadvantage is that the running surfaces for the rollers and the balls can only be created if the bearing journal and the chisel roller are impaired. The diameter of the journal and the thickness of the chisel roller shell must be reduced for this purpose. As a result, the bearing journal is weakened, in particular against shear stresses, and the chisel roller shell has less stable material for the teeth or inserts. The advantage of rolling bearings, however, was the fact that the rotatable parts on the bearing journal could easily be secured against loss or displacement.
This is a major problem with plain bearings, which are much cheaper and more resistant than roller bearings.
It has already been proposed to produce a bead engaging in a corresponding recess of the rotatable part at the end of a bearing pin by heating the bearing pin in a limited area and then driving the roller drill bit head onto the bearing pin.
This connection can of course no longer be released without being destroyed. The described formation of the bead on the bearing pin has the condition that the bearing pin is heated very strongly in order to ensure the necessary deformability. During this heating of the bearing journal and also when the roller drill bit head is driven on, however, a lot of heat is transferred to the roller drill bit head, whereby its hardness properties are adversely affected. It is therefore inevitable that even in the event that only a single rotary drill bit is worn, the entire drill bit head always has to be replaced, which of course is associated with high costs.
In another known arrangement using a roller bearing, unwanted separation of the rotatable part from the bearing pin is prevented by a bolt inserted into an opening in the bearing pin. In the case of a purely cylindrical design of the bearing pin, the locking takes place by means of a ball that is locked by the bolt.
The invention aims to provide a cheap and durable bearing arrangement, in particular for roller drilling chisels and the like. a. bearing assemblies exposed to high pressures are created.
The invention consists essentially in that the bearing surface of the bearing journal is provided on its pressure side (load side) with a lip which merges into a beveled surface on the pressure-free or load-free side of the bearing journal, the inner bearing surface of the rotatable part in itself is provided in a known manner with an annular groove receiving the lip of the bearing pin, so that a cavity is created between the rotatable part and the beveled surface and that the bolt end protruding over the surface of the bearing pin engages in a correspondingly shaped recess of the rotatable part and represents an additional bearing surface .
In this way, a rotatable part seated at the end of a bearing journal, such as a roller drill bit, can easily be secured against unintentional separation from the bearing journal, while at the same time using a sliding bearing that is cheaper and more durable than roller bearings.
In order to be able to easily detach the rotatable part from the bearing journal for the purpose of replacement, the bolt is expediently designed in one piece and has a greater axial length than the opening of the bearing journal that receives it, so that the bolt can be easily grasped and pulled out of its bore.
However, according to a further advantageous embodiment of the invention, the bolt can consist of two parts, the first of which is a plug of relatively large diameter, which extends out of a blind opening in the free end of the bearing pin, while the second part is a pintle of relatively large diameter is small diameter, which touches the plug at its end facing away from the rotatable part and secures it against rotation, wherein the push pin extends through a bore that goes from the sack opening through the bearing pin and its holder, and the depth of the Sack opening at least corresponds to the length of the stopper.
In order to prevent the stopper from rotating, the hole receiving the pusher pin is expediently eccentric to the sack opening, and the pusher pin engages in a sack opening of the adjacent upper end of the stopper.
The method according to the invention for producing such a bearing arrangement is characterized by the following steps: a) the bearing pin is clamped together with its carrier for rotation about a machining axis which lies in a plane which also contains the axis of rotation and which is defined by the profile on the pressure side of the journal passes through it, the axis of rotation running parallel to a line lying in this plane which is tangent to the lip and passes through the line of intersection of the journal with its carrier;
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goes.
Exemplary embodiments of the invention are illustrated schematically in the drawings. 1 shows a vertical section through a bearing arrangement according to the invention, FIG. 2 shows a side view of the bearing journal according to FIG. 1 with the chisel roller removed and the locking element missing, FIGS. 3 and 4 a side and an end view of the locking element according to FIG 5 shows an embodiment according to the invention, FIG. 6 shows an embodiment similar to FIG. 5 with a modified locking member formation, FIG. 7 shows a partial section along the line 7-7 of FIG. 6, FIG. 8 shows another embodiment according to the invention and FIGS Attachment of the chisel roller according to Fig. 1 on the bearing pin.
In all figures, for the sake of simplicity, the space to be provided for the lubricant or the space required for the bearing play between the chisel roller and the bearing pin has been omitted, since this space is quite small compared to the dimensions of the chisel roller and the bearing pin. However, it should be noted that there is such a space, which is 0.003-0.005 mm per mm of journal diameter in the radial bearing gap 14 and 0.005 mm in the axial gap 15.
Fig. 1 shows part of a typical rock chisel 1 which has at its lower end at least one leg 2 extending downwards with a bearing pin 3 extending downwards and inward. The axis 4 of the bearing journal 3 can either intersect the axis 5 of the chisel or be offset somewhat from it. The upper portion of the chisel, not shown, terminates in a conventional hollow shank which is threaded for connection to the drill pipe.
Channels (not shown) for rinsing go from the inside of the shaft either through the center of the chisel head or lead through the chisel head to circumferentially arranged nozzles which are arranged between the chisel legs 2. A lubricant channel 6 extends from a storage space (not shown) for lubricant, which can be formed in the chisel head, to a bore 7 which passes through the leg and the bearing journal 3.
The bearing arrangement 10 also has a chisel roller 11 and a locking member 12, although a sealing ring 13 is preferably also used, which prevents drilling fluid and other contaminants from entering the bearing gap 14 and limits the extent of the loss of lubricant from the bearing gap. The seal consists of a sealing ring, which can be a metal ring or a Belleville spring, which is arched in the axial direction and, in its relaxed position, has a greater axial extent than the axial dimension of a recess 18, which is axially facing one another between a pair Annular surfaces 16 and 17 of the leg 2 and the roller 11 is formed. This spring is covered with rubber on the sealing surfaces. The cover can extend from the inside diameter of the cone to adjust the clearance.
The sealing ring is partially flattened during assembly and seals against the most varied of radially, axially or wobbly movements which the roller 11 executes with respect to the bearing journal 3. The ring also enables a slight leakage of the lubricant between the surface 17 and the portion of the sealing ring 13 in contact with this surface, whereby the surface is sufficiently lubricated.
In its original state, the surface of the journal 3 has a cylindrical section 21, a lip 22 and a frustoconical section 23 (FIG. 2). which surfaces are surfaces of rotation and were produced according to the invention by rotating the outline 20 about the axis 4.
In addition, however, a cavity 24 is also created between the original surface and the modified surface 25. This cavity 24 is largest on the pressure-free side of the bearing journal 3, diametrically opposite the pressure side. The outline 27 then gradually merges into the outline 20 on both sides. Only a small section 28 of the original cylindrical surface 21 remains on the pressure-free side of the bearing journal 3. Likewise, only a small section 30 of the originally conical surface 23 remains. Between the sections 28 and 30 is the
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beveled surface 29. The surface 25 is a cylindrical surface which, according to the invention, has been produced by rotation about the machining axis 31.
For a better understanding of the invention, FIG. 9 shows the first step in placing the chisel roller 11 on the bearing pin 3 of the arrangement according to FIG. 1. The chisel roller 11 is put over the bearing pin 3 in such a way that its cylindrical surface 21 'the surface 29 of the unpressurized side of the journal and the lip 22 on the pressure side of the journal. In this position, the extension of the surface 21 ′ on the pressure side intersects the corner D which is formed by the surfaces 16 and 21 of the leg 2 and the bearing pin 3 due to the special design. Since this line, which is extended over the surface 21 ′, is tangent to the lip 22, the angle B which is formed by the intersection with the surface 21 can easily be determined from the known dimensions of the original pin shape.
This means that the beveled surface 29 must extend at the same angle B with respect to the original surface 21 and that the machining axis 31 also intersects the axis 4 of the pin at the angle B,
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Machining axis 31, which lies in the same vertical plane as the pin axis 4. The leg 2 is now clamped for rotation about the axis 31 and then the bearing pin 3 is opened
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are formed.
When changing from the position according to FIG. 9 to the position according to FIG. 10, the sliding movement of the chisel roller is initially continued, its axis 32 coinciding with the machining axis 31 and its cylindrical surface 21 'on the modified surface 25 and the lip 22 of the bearing pin slides along. This movement is continued until the lower edge 33 of the cylindrical surface 21 'comes into contact with the outer edge of the lip 22 or exceeds it somewhat.
Thereafter, the movement is a combination of a linear movement, as before, and a counterclockwise rotation or tilting about an assumed horizontal axis which is perpendicular to the plane of section and generally passes through the upper end of the bearing journal 3. The movement can also be understood as a connection between a tilt and a movement of the edge 33 on the rear side 26 along the lip 22. This combination movement is continued until the chisel roller assumes its seat shown in FIG.
The inner end 37 of the locking member 12 is shaped in such a way that it is adapted to the annular groove 22 ′ and a section of the frustoconical surface 23 ′. In the assembled state, the surfaces 34, 35 act as bearings for the surfaces 22 'and 23', where they represent surfaces of the original bearing journal. The side surface 34 has a flattening 36 so that the end 37 can get past the edge 33 of the chisel roller 11 (FIGS. 3, 4). The locking member 12 also has a full rear section 41 (FIG. 1) and a constricted section 42, which lies under the channel 6 and forms an annular space 43 with the bore 7.
A double-beveled section 44 connects the section 42 with the end 37 and together with the bore 7 forms channels 45 for the passage of lubricant to the end of the bore. The outer end 41 of the locking member is shaped at 46 so that it receives a welding plug 47 with the leg 2.
An axial lubricant channel 9 (FIG. 1) can be provided between the annular space 43 and the free end 8 of the bearing journal either optionally or in addition to the channel through the bore 7. Fig. 11 shows the final phase of assembly. Now the locking member still has to be rotated in order to obtain the largest possible support surface for the bearing surfaces 22 ′, 23 ′ and the arrangement has to be fixed by attaching the welding plug 47. In itself it is not essential to maximize the contact area between the bearing parts, since the weighty forces are exerted by the formation on the chisel roller and from this on the bearing journal on its pressure side. However, it should be the from the bearing parts in the vicinity of the locking member end 37-
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practiced strength achieve a minimum.
In order to be able to remove the chisel roller 11 from the journal 3, it is necessary to shear off or grind off essentially the entire volume of the locking member end 37 protruding into the cavity 24, as the broken partial outline 50 of the chisel roller illustrates (FIG. 11). Smaller grinding or the like are therefore not sufficient to allow the chisel roller to slide off its bearing journal.
The grinding of the journal 3 is not the most suitable method for a quick production. Further embodiments are also possible within the scope of the invention, the main advantage of which is that somewhat less material has to be removed from the pressure-free side of the bearing journal. However, since additional processing steps are required here, the advantages are outweighed by these disadvantages.
Fig. 5 shows an embodiment in which an axial, cylindrical locking member 54 is used.
This locking member 54 protrudes from the bearing journal 3 'and engages in a corresponding cylindrical surface of the chisel roller 11'. The protruding section 55 of the locking member 54 serves as a guide pin, as was generally used in many earlier chisels. The guide section 55 is in sliding contact with the guide pin bushing 56 and the push button 57. These two known parts are inserted with a press fit into corresponding recesses in the chisel roller 11 'and form a coherent component with this. They are usually used because it is easier to make these parts tough and abrasion resistant than to produce the same resistance and abrasion resistance on the faces of the chisel roller.
The seal can again be made by a sealing ring 13 of the type described, with lubricant flowing in from a lubricant source through a channel 6 '. Corresponding annular and axial grooves, which are formed either in one of the two parts 3 ′ and 54 or in both, can be used to feed the lubricant to the bearing joints. In the preferred form, a connection 58 is provided which directly connects the channel 6 'to the cavity 24'.
The placing of the chisel roller 11 'on the bearing pin 3' is the same as the processes which have been described in connection with FIG. 1, with the exception of the insertion of the locking member. The locking member 54 is finally simply inserted and fastened by a weld 62 without rotation being necessary. There is no need for a bearing surface on the pressure-free side of the bearing journal. As indicated by the dashed lines 59 - 61, the bearing pin 3 ′ can also end with the outer edge of the lip 22 or extend from there parallel to the axis 4 forwards and end with a flat end surface 60. The same applies to the previously described embodiments. The thickness and the inner contour of the chisel roller are designed accordingly in this case.
The bearing journal must, however, have at least one protruding section with a surface 26 which is beveled upwards and radially inwards towards the journal axis in order to form a holding surface for a correspondingly designed surface of the chisel roller. For deep drilling rigs, it is desirable that surface 26 be approximately perpendicular to resist pressure from the formation sidewall normal to the tool axis.
According to FIGS. 6 and 7, the locking member consists of two members 65, 66, the member 65 being a plug projecting from the ends of the bearing pin 3 ″, which serves as a guide pin and as a safeguard against tilting, whereas the member 66 is inserted into a channel 71 is inserted pushrod which opens into a blind opening in the plug 65. The eccentric arrangement of the pusher pin 66 prevents any rotation of the stopper 65. The pusher pin 66 can of course have any desired cross-section. The upper section of the stopper 65 at the end of the Bearing pin 3 ″ have any cross-section, since only the surface of the outer section of the plug 65 that extends into the recess 67 of the chisel roller needs to be cylindrical.
If either the pusher pin 66 or the upper portion of the stopper 65 or both and the corresponding blind openings and channels are provided with cross-sections other than circular, e.g. B. are square or hexagonal, the push pin 66 can of course also be arranged concentrically to the plug 65.
Before the final assembly, the plug 65 is withdrawn into the blind opening 68 of the journal 3 ". Only as soon as the chisel roller has been brought into its final position, the pusher pin 66 is used to bring the plug 65 into its end position, after which the outer end of the push pin 66 is attached to the leg 2 by means of the weld 69.
According to FIG. 8, the lip 82 lies on the inside of the chisel roller 81. The annular groove forms one
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Part of the outer surface of the bearing journal 83. No part of the bearing journal 83 need have a larger diameter than the cylindrical section 84 before the surfaces 85 and 88 to be ground off are machined.
The beveled surfaces 85, 88 are preferably made in the same manner as described for FIGS. 1-7. The starting position 91 of the chisel roller 81 is shown in dashed lines, the lip 82 of the chisel roller touching the lip 93 of the bearing journal. The originally cylindrical surface 84 of the pin 83 must be ground to a radius,
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must be brought. These dimensions correspond to the radius of the cylindrical section and the smallest radius of the inwardly projecting lip 82 of the chisel roller 81.
The angle C is determined in the same way as the angle B in FIG. The line 94, which starts from the smallest inner diameter of the annular groove of the bearing pin 83, lies parallel to its axis 4 and shows the similarity between the embodiments according to FIG. 8 and FIG. 1. It is further emphasized that the bearing pin has a lip on its pressure side or has a protruding portion sloping inwardly and upwardly to form a support surface 92 for the chisel roller. Through the lines. 95,96 is only intended to explain the fact that above such a holding surface the bearing pin must have a surface of revolution like the upwardly diverging conical surfaces 95,96.
Of course, the amount of scrap can be reduced in the manufacture of bearing journals according to the invention by forging blanks from the outset which already have the shape that can otherwise be achieved by grinding.
PATENT CLAIMS:
1. Bearing arrangement, in particular for roller boring bits, with a bearing pin on which a freely rotatable part is releasably placed with respect to it, which surrounds the bearing pin and its free end, the unwanted separation of the rotatable part from the bearing pin by one in one
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that the bearing surface (8, 23, 26, 21; 87, 92, 84; 94; 95; 96) of the bearing pin (3; 3 ', 3 "; 83) on its pressure side (load side) with a lip (22; 93 ) is provided, which merges into a beveled surface (29; 29 '; 85, 88) on the pressure-free or load-free side of the bearing pin, the inner bearing surface of the rotatable part (11; 11';
11 "; 81) is provided in a manner known per se with an annular groove (22 ') receiving the lip of the bearing pin, so that a cavity (24; 90) is created between the rotatable part and the beveled surface and that the over the surface of the Bearing pin protruding bolt end (37) engages in a correspondingly shaped recess of the rotatable part and represents an additional bearing surface.