DE102015203389A1

DE102015203389A1 - Bohrmotor-Lageranordnung

Info

Publication number: DE102015203389A1
Application number: DE102015203389.9A
Authority: DE
Inventors: Alfred Schildberger; Georg Deinhofer
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrmotor-Lageranordnung zur Lagerung eines sich drehenden Bauteils, wobei die Lageranordnung mindestens ein Lager (1) umfasst, das mindestens einen ersten Lagerring (2) und mindestens einen zweiten Lagerring (3) aufweist. Um in kostengünstiger Weise eine hohe Gebrauchsdauer der Lagerringe zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass der erste Lagerring (2) und/oder der zweite Lagerring (3) aus Hartmetall oder aus einer Hartlegierung besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrmotor-Lageranordnung zur Lagerung eines sich drehenden Bauteils, wobei die Lageranordnung mindestens ein Lager umfasst, das mindestens einen ersten Lagerring und mindestens einen zweiten Lagerring aufweist.
Die Bohrmotor-Lageranordnung ist üblicherweise zwischen einem Bohrkopf und einer Antriebseinheit angeordnet.
Die vorliegende Erfindung betrifft dabei Lagerstellen für Bohrmotoren, die hautsächlich Axiallasten, aber auch Radiallasten aufnehmen können bzw. müssen, wobei eine besonders verschleißbeständige, aber auch korrosionsbeständige Ausgestaltung angestrebt wird.
Bohrmotoren der gattungsgemäßen Art sind Bestandteil von Bohranlagen, mit denen Bohrungen in das Erdreich eingebracht werden, wofür sich drehende Komponenten benötigt werden. Der Rotor des Bohrmotors muss dementsprechend drehbar gelagert sein. Die benötigte Lagerung ist dabei einer besonders hohen aggressiven und abrasiven Belastung ausgesetzt, weil zumeist Bohrschlamm unter anderem zur Kühlung und Schmierung der Lagerstelle eingesetzt wird. Weiterhin werden die Lagerringe der Lagerung hohen Lasten, insbesondere Stoßbelastungen, ausgesetzt.
Die hohe Belastung durch Abrasion ergibt sich daraus, dass es zumeist sehr schwierig ist, die Lager hinreichend abzudichten. Es wird vielmehr davon ausgegangen, dass die Lager vom Bohrschlamm durchströmt werden, was zwar eine gewisse Schmierwirkung sowie eine Kühlung des Lagers ermöglicht, aber eben auch die hohe Abrasionswirkung zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Bohrmotor-Lageranordnung so fortzubilden, dass eine längere Lebensdauer der Lagerung als bislang erreicht werden kann. Ferner soll die Zuverlässigkeit der Lageranordnung erhöht werden. Schließlich wird angestrebt, eine Reduzierung von Wartungsarbeiten und Produktionsausfällen zu erreichen und somit entsprechende Kostenreduzierungen zu ermöglichen.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring und/oder der zweite Lagerring aus Hartmetall oder aus einer Hartlegierung besteht.
Das Hartmetall ist dabei bevorzugt ein Karbidhartmetall und weist einen metallischen Binder auf.
Die Hartmetalllegierung ist bevorzugt ein solches auf Kobalt, Chrom- oder Wolframbasis.
Das Hartmetall weist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Wolframkarbid mit einem Volumenanteil von mindestens 70 Vol.-% und Cobalt mit einem Volumenanteil von mindestens 3 Vol.-% auf. Das Wolframcarbid bildet dabei die Verstärkungsphase, das Cobalt bildet eine Matrix bzw. ein Bindemittel und stellt eine Zähigkeitskomponente dar, die insbesondere bei einer stoßartigen Belastung der Lagerringe vorteilhaft ist.
Somit sind unter den genannten Hartmetallen bevorzugt gesinterte Karbidhartmetalle zu verstehen. Kennzeichnend für diese Art von Metallen sind eine sehr hohe Härte und Verscheißbeständigkeit, was vorliegend in besonderer Weise genutzt wird. Hartmetall gehört den Verbundwerkstoffen an. Sie bestehen zumeist aus 70 % bis 97 % Wolframcarbid (als Verstärkungsphase) und 3 % bis 30 % metallischem Binder.
Hartlegierungen, die ebenfalls für die Lagerringe eingesetzt werden können, werden auch als Stellite bezeichnet. Es handelt sich dabei um Hartlegierungen auf Kobalt-Chrom-Wolframbasis. Stellite enthalten je nach Einsatzgebiet Anteile von Chrom, Nickel, Molybdän und Kohlenstoff, der durch die Bildung von Karbiden einen großen Einfluss auf die Eigenschaften der Legierung hat. Das Hauptmerkmal von Stelliten ist eine hohe Beständigkeit von Verschleiß. Dies wird im vorliegenden Anwendungsfall vorteilhaft genutzt.
Der Lagerring kann dabei vollständig aus Hartmetall oder aus einer Hartlegierung bestehen.
Es ist aber auch möglich, dass der Lagerring nur in einem Oberflächenbereich, der die Laufbahnen der Lagerringe umfasst, aus Hartmetall oder aus einer Hartlegierung besteht.
Der erste Lagerring und/oder der zweite Lagerring weist bevorzugt eine Oberflächenhärte von mindestens 52 HRC auf.
Die Erfindung stellt demgemäß auf den Einsatz von Hartmetall oder einer Hartlegierung bei den Lagerringen ab, das insbesondere bei der Beaufschlagung mit Bohrschlamm eine erhöhte Resistenz zeigt. Somit wird eine hohe Beständigkeit gegen Abrasion erreicht, die bei den in Rede stehenden Bohrmotor-Lageranordnungen bislang nicht bekannt war.
Der erste Lagerring und der zweite Lagerring können als zusammenwirkende Gleitlagerelemente ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring Wälzkörper angeordnet sind, d. h. in diesem Falle ist eine Ausgestaltung als Wälzlager vorgesehen. Ein Einsatz für Gleitlager ist allerdings auch denkbar, wenngleich nicht der bevorzugte Anwendungsfall.
Die vorgeschlagene Lösung stellt somit korrosionsbeständige Lagerringe, insbesondere Wälzlagerringe, zur Verfügung, die sich besonders für Öl- und Gasbohranwendungen eignen. Die Widerstandsfähigkeit gegen Abrasion ist sehr hoch, was vorliegend besonders vorteilhaft ist.
Die Gebrauchsdauer der Lagerringe, insbesondere der Wälzlagerringe, kann somit erhöht werden. In vorteilhafter Weise wird der Verschleiß der Lagerringe vermindert; insbesondere tritt Grübchenbildung (Pitting) später als bislang auf oder gegebenenfalls auch gar nicht mehr.
Die Wartungsintervalle für die Lager können somit ebenfalls verlängert werden, was Kosteneinsparungen bei der Instandhaltung erlaubt.
Durch die hochfeste Ausführung der Lageringe wird weiterhin eine kompaktere Bauweise ermöglicht. D. h. es wird insbesondere möglich, bei einer Bohranordnung mit weniger Lagereinheiten als bislang auszukommen.
Zentraler Aspekt der vorgeschlagenen Verbesserung ist ein Lagerringwerkstoff, der Hartmetall oder eine Hartlegierung aufweist bzw. sogar gänzlich aus dem Hartmetall oder der Hartlegierung besteht.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt den Radialschnitt durch ein Kugellager, das Bestandteil einer Bohrmotor-Lageranordnung ist.
In der Figur ist ein Lager 1 in Form eines Wälzlagers zu sehen, das Bestandteil eines Bohrmotors ist. Mit der dargestellten Lagerung kann insbesondere der Rotor des Bohrmotors in einem Gehäuse gelagert werden. Der Bohrmotor ist dabei Bestandteil einer Bohranordnung, mit der Bohrungen in das Erdreich eingebracht werden können.
Hierfür weist die Bohrmotor-Lageranordnung Lager 1 auf, wie sie skizziert sind. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Lagerinnenringe 2 axial benachbart angeordnet, genauso wie zwei Lageraußenringe 3. Zwischen den Lagerringen 2, 3 sind Wälzkörper 4 in Form von Kugel angeordnet.
Wesentlich ist, dass sowohl für die Lagerinnenringe 2 als auch für die Lageraußenringe 3 ein Werkstoff verwendet wird, der aus Hartmetall oder einer Hartlegierung besteht.
Mit dieser Ausgestaltung ist die Voraussetzung dafür geschaffen, die Lagerringe so beständig gegen Abrasion zu machen, dass sie von Bohrschlamm durchflossen werden können, ohne Schaden zu nehmen.
Das so hergestellte Lager zeichnet sich durch eine höhere Gebrauchsdauer aus, als es mit herkömmlichem Wälzlagerstahl der Fall wäre.
Bezugszeichenliste

1: Lager (Wälzlager)
2: erster Lagerring (Innenring)
3: zweiter Lagerring (Außenring)
4: Wälzkörper

Claims

Bohrmotor-Lageranordnung zur Lagerung eines sich drehenden Bauteils, wobei die Lageranordnung mindestens ein Lager (1) umfasst, das mindestens einen ersten Lagerring (2) und mindestens einen zweiten Lagerring (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (2) und/oder der zweite Lagerring (3) aus Hartmetall oder aus einer Hartlegierung besteht.
Bohrmotor-Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hartmetall ein Karbidhartmetall ist und einen metallischen Binder aufweist.
Bohrmotor-Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartlegierung eine solche auf Kobalt, Chrom- oder Wolframbasis ist.
Bohrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hartmetall Wolframkarbid mit einem Volumenanteil von mindestens 70 Vol.-% und Cobalt mit einem Volumenanteil von mindestens 3 Vol.-% aufweist.
Bohrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (2, 3) vollständig aus Hartmetall oder aus einer Hartlegierung besteht.
Bohrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (2) und/oder der zweite Lagerring (3) eine Oberflächenhärte von mindestens 52 HRC aufweist.
Bohrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des ersten Lagerrings (2) und/oder des zweiten Lagerrings (3) weitere Materialbestandteile aufweist, so dass die Lagerringe (2, 3) nichtrostend sind.
Bohrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (2) und der zweite Lagerring (3) als zusammenwirkende Gleitlagerelemente ausgebildet sind.
Bohrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Lagerring (2) und dem zweiten Lagerring (3) Wälzkörper (4) angeordnet sind.