DE2356339A1

DE2356339A1 - Einspannfutter

Info

Publication number: DE2356339A1
Application number: DE2356339A
Authority: DE
Inventors: Leonard A Braun
Original assignee: Longyear Co
Current assignee: Longyear Co
Priority date: 1972-11-13
Filing date: 1973-11-10
Publication date: 1974-05-30
Also published as: FR2206434B1; NL7315053A; JPS49135284A; US3792869A; JPS5623721B2; CA982547A; BE807200A; AU6206273A; AU469195B2; FR2206434A1

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATBNTANWALTSBÜRO - - β- g λ λ α

4 DÜSSELDORF SCHUMANNSTK. 97 & <5 D U W O ä

PATENTANWALTES Dipl.-lng. W. COHAUSZ · Dipl.-lng. W. FLORACK · Dip!.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-WirtsA.-Ing. A. GERBER

LONGYEAR COMPANY . 9. November 1973

925 Delaware Street S.E„
Minneapolis* Minn_o 55^14 / USA

Eirispannfuttez»

Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspannfutter mit radial beweglichen Backen* um eine Bohrstange oder ähnliches einzuspannen.,, wobei die Backen zwischen einer eingespannten und einer ausgespannten Stellung verstellbar sind. Im einzelnen bezieht sich diese Erfindung auf eine Backenverstelleinheit.

Durch die amerikanische Patentschrift 2 768 330 gehört ein hydraulisches Futter zum Stand der Technik mit einer verhältnismäßig aufwendigen Konstruktion, bei welchem die nach unten gerichtete Bohrkraft durch das Putter übertragen wird. Ein mechanisches Futter ähnlicher Bauart ist in der amerikanischen Patentschrift 2 684 857 beschrieben.

Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Einspannfutter, das an einem Antriebsgehäuse befestigt ist und eine im Gehäuse drehbare, senkrechte, rohrförmige Antriebsspindel aufweist. Weiterhin hat das Einspannfutter einen tiefer liegenden Futterteil unterhalb 'des Gehäuses, das radial bewegliche Backen aufnimmt, sowie eine auf dem Futter angeordnete ringförmige Backenverstellung, die die Backen nach innen bewegts weiterhin ist ein ringförmiges Befestigungsglied auf

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der Baekenverstellung drehbar angeordnet,-welches auf die Backemrersteliung eine nach unten gerichtete Kraft ausübt, sowie Äntriebsteile am Gehäuse, die öle ringförmigen Befestigungsglieder aufnehmen und wahlweise gegenüber ame- BacksnversteXXung hinzu oder weg von dem Gehäuse bewegen.

Eine Aufgabe, dieser Erfindung liegt darin_£ ein In slcem Gehäuse befindliches Futter mit einer Back©nverst©llung zu entwickelß^ das eine nach unten gerichtet© Kraft direr:fc vom Gehäuse auf die Backenverstellung und weiter auf öl® Backen überträgt.

Eine weitere Auf gäbe der Erfindung liegt darin.,, eine" lichera Vorrichtung zu erreichen^ di© von. einfacherer Konstruktion ist und die dis nach unten gerichtete Kraft über andere Konstruktionsteile überträgt als über das Futter, von welchem die radial -beweglichen Backen, aufgenommen sind.

Diese Aufgabe wird erf indungsgemäS' dadurch gelöst, daß die Backen mittels der Backen-zerstellung unter Wegbswegung vom Gehäuse in die Einspannstellung bewegbar sind und die Backenverstellung in der weiteren Anordnung drehbar angeordnet ist,, welch letztere von der am Gehäuse befestigten Antriebsvorrichtung aufgenommen ist.

Der besondere Vorteil bei diesem Futter besteht darin, daß der größte Teil der von dem Bohrgestänge nach unten ausgeübten Kraft unterhalb des Bohrkopfgehäuses ausgeübt wird, und zwar über eine Kolben-Zylinder-Kombinatioa, weiter über ein Futtergehäuse und schließlich über ein Kugellager auf eine Backenverstellung. Weiterhin weist diese Erfindung den Vorteil auf, daß die Backen leicht ausgewechselt werden können, da nur ein Haltering entfernt werden muß, um die Backen axial nach unten von der "Antriebsspindel abnehmen zu können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es·■ zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht, teilweise im Querschnitt des erfindungsgemäßen Futters, wobei der Schnitt im allgemeinen entlang der Linie und der Richtung der Pfeile 1-1 gemäß Fig. 2 gelegt wurde„ Links der Zentralachse L-L wird der Gegenstand mit einem eingespannten Bohrstüek gezeigt und rechts der Achse L-L wird die ausgespannte Lage des Bohrfutters dargestellt;

Fig. 2 eine Sicht von unten, wobei die Stützplatte teilweise entfernt ist. Ferner ist eine der Backen in der ausgespannten, und die andere Backe in der eingespannten Läge gezeigt.

Die Figuren 1 und 2 zeigen das untere Endteil einer Antriebsspindel 11, die sich durch einen mit einem Gehäuse 12 versehenen Bohrkopf erstreckt und unterhalb des Gehäuses 12 ein Futter aufweist. Die Antriebsspindel 11 ist innerhalb des Gehäuses 12 in einer bestimmten axialen Lage drehbar angeordnet, wobei der Bohrkopf in üblicher Weise (nicht eingezeichnet) ausgebildet ist, um die Spindel 11 relativ zum Gehäuse 12 in eine Drehbewegung zu versetzen. Die Spindel 11 ist in dem Gehäuse 12 zum Teil in einem Kugellager IJ angeordnet, das sich mit seinem äußeren Ring gegen eine nach oben gerichtete Schulter in der unteren Gehäusewand 12a abstützt und mit seinem inneren Ring gegen eine Distanzscheibe 14, die» wiederum gegen eine nach oben hin gerichtet® Schulter auf der Antriebsspindel Il gestützt ist. Eine Dichtung 15 befindet sich in der unteren Gehäusewand 12a und umgibt die Distanzscheibe 14. Ein zweites Kugellager 13 ist im Gehäuse 12 ange-

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ordnet und stützt sich mit einem äußeren Kugellagerring gegen eine nach unten hin gerichtete Schulter der oberen Gehäusewand (nicht eingezeichnet) und mit einem inneren Kugellagerring gegen eine Distanzseheibe 14 ab₃ die wiederum gegen eine nach unten hin gerichtete Schulter, auf äera oberen Teil der Spindel 11, abgestützt ist (nicht eingezeichnet), wobei die zuletzt erwähnte Schulter senkrecht über der zuletzt erwähnten Distanzscheibe lh liegt. Ein geeignetes Konstruktionsbeispiel der Anordnung für die Herausfahrbewegung des Bohr-• kopfes nach unten oder ein Zurückfahren des Bohrkopfös ist ■ in einer Earallelanmeldung ausgeführt, US-Anmeldenummer 015* Jamshed Rustom Cooper, vom 13« November 1973·

Das untere Ende des Futters ist mit siner Vielzahl von ringförmig im Abstand angeordneten Backenaussparungen 18 versehen* die sich nach innen durch die Aatriefosspindel 11 hindurch öffnen. Ebenso können die Sehlitze untere Kanten aufweisen, die nach oben hin den unteren ringförmigen Band der Antriebsspindel 11 begrenzen. Vorzugsweise öffnen sich die Schlitze axial nach unten hin durch ö@n unteren ringförmigen. Rand hindurch, und es ist ein Pesthaltering 19 mit dem unteren Ende der Antriebsspindel 11 verbolzt, um eine Wand auszubilden, die die untere Kante der Aussparungen 21, 22 begrenzt.

Das in der Figur gezeigte Ausführungsbeispiel weist drei Backenaussparungen 18 mit je einer darin befindlichen Backe auf, obwohl eine unterschiedliehe Ansahl von Backen und Backen» aussparungen 18 vorhanden sein können» Backe 21 ist im einspannenden und Backe 22 im ausspannenden Zustand gezeigt. Vorzugsweise hat jede Backe eine Anzahl von gehärteten Einlagen 23. Weiterhin weist jede Backe eine sich radial nach außen erstreckende rampenartige Oberfläche 2% auf, die sich nach oben hin und radial nach innen gegen die Zentralachse L-L der Antriebsspindel 11 verjüngt und außerdem eine

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gewölbte, gebogene, nach unten hin gerichtete Schulter 2β auf, die gegen den Festhaltering 19 anliegt, um die radiale Bewegung der Backen 21* 22 nach innen hin zu begrenzen.

Eine ringförmige Backenverstellung 28 befindet sich auf dem Futter der Antriebsspindel 11 und ist zu dieser relativ in axialer Richtung frei verschiebbar. Eine nach oben hin gerichtete Schulter 28a ist auf dem äußeren Umfangsteil der Backenverstellung 285 wesentlich unterhalb der oberen Kante der Backenverstellung 28, angebracht und stützt sich mit einem inneren Ring gegen das Lager 30 ab. Ein Befestigungselement 51 ist in einer Nut in dem äußeren Umfangsteil der Backenverstellung 28 angeordnet, um eine ringförmige Distanzscheibe 32 festzuhalten, die gegen die obere Stirnfläche des inneren Kugellagerringes anliegt» Eine ringförmige Dichtung 3Ψ befindet sich zwischen einer ringförmigen Dichtungsfassung 35 und der Distanzscheibe 32, wobei die Dichtungsfassung 35 am oberen Teil eines Futtergehäuses 36 befestigt ist.

Das obere Endteil des Futtergehäuses 36 hat eine radial nach innen und nach unten gerichtete Schulter 36a, die sich gegen den Ring des Kugellagers 30 abstützt, wodurch das Futterge-häuse 36 und die' Backenverstellung 28 gemeinsam das Lager abstützen, damit sich die Backenverstellung 28 relativ zum Futtergehäuse 36 drehen kann» Der. untere Rand des Futtergehäuses 36 weist eine innere periphere Nut auf, die §lne Dichtungsfassung abstützendes Befestigungselement 38 aufnimmt. Zwischen der Dichtungsfassung 39 und der inneren peripheren Wand des Futtergehäuses 36 ist ein O-Ring angeordnet, während die Dichtungsfassung 39 einen Dichtungsring 40 aufnimmt, der gegen den unteren.äußeren Rand der Backenverstellung 28 anliegt. Ein Haltering 4l lagert auf der Dichtungsfassung 39, um sich gegen die radiale äußere, nach unten -hin gerichtete Schulter 43 der

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Backenverstellung 28 anzulegen. Somit dienen die Teile 38, 39 und 4l dazu, die Backenverstellung 28 drehbar zu lagern und die Backenverstellung 28 daran zu hindern, daß sie sich axial, relativ zum Futtergehäuse 36 nach unten hin bewegen kann, während die Teile 30, 32 und 31 dazu dienen, die Backen» verstellung 28 daran su hindern, daß sie sich axial relativ zum Futtfergehäuse 36 nach oben hin. bewegt.

Die Backenverstellung 28 weist wie jode Backe 21 eine radiale innere Nut 28b auf, die sich radial gegenüber der betreffendes Backe 21 befindet, um den radialen äußeren Teil der Backe 21 auf annehmen,, wenn die Backenversteilung 28 die Ausspannstellung einnimmt.■Jede Nut 28b weist ©ine rampenartige Oberfläche auf, die mit der Rampenflache 24 dsr entsprechenden Baekre entgegengesetzt verjüngt ausgebildet ist. wobei die Hüten 28b in einem wesentlichen. Abstand unterhalb des oberen i-ingförmigen Randes der Backenverstellung 28 enden und sich nach unten hin erstrecken, um sieh durch den unterin ringförmigen Rand der Backenverstellung 28 hin zu öffnen. Die innere Oberfläche der Backenverstellung 28 oberhalb der Nuten 28b ist ringförmig und von einem, eine Gleitpassung für das Putter bildenden Durchmesser, während die gewölbten inneren Oberflächen der Backenverstellung 28 zwischen den Nuten 28b einen derartigen Radius aufweisen, daß ebenfalls eine enge Gleitpassung mit dem Teil des Futters gebildet wird.

Stützen 44 bzw. 45 befinden sich auf den gegenüber liegenden Seiten des Futtergehäuses 36, und erstrecken sich nach außen hin. Im Stützteil jeder der Stützen 44, 45 befindet sich über eine. Schraubverbindung gesichert eine Kolbenstange 47 einer Zweiwegekolben-Zylindervorrichtung, die einen, am Bohrkopf gehäuse 12 angeschraubten Zylinder 46 aufweist. Durch Aufbringen von Druckluft auf der einen Seite des Zylinders bewegen die Stützen 44, 45 das Futtergehäuse 36 und die Backenverstellung

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28 axial in Richtung auf das Bohrkopf gehäuse 12 hin.= Wird an den anderen Seiten des Zylinders Druckluft aufgegeben/ so bewegen die Stützen 44, 45 die Backenverstellung 28 axial in Richtung von dem Bohrkopf gehäuse 12 weg. Um bei einer Bewegung der Backenverstellung 28 gegenüber dem Gehäuse 12 die rampenartigen Oberflächen der Backen 2I₅ 22 in Anlage mit den rampenartigen Oberflächen der Backenverstellung 28 zu halten,, sind ober© und untere Federn 48 vorgesehen, die sich in ge» wölbte Muten auf den inneren peripheren VJandungen der Backen erstrecken. Mit dem beschriebenen Putter wird der größte Teil der von dem Bohrgestänge 50 nach unten ausgeübten Kraft,, wenn es in den Backen eingespannt ist,, unterhalb des Bonrkopfgehäuses 12 ausgeübt, und zwar über die Kolben-Zylinder-Kombi= nation, dann über das Futtergehäuse 36 und schließlich über das Kugellager 30 auf die Backenverstellung 28. Die obengenannte Vorrichtung steht im Gegensatz zu den herkömmlichen Futtervorriehtungen., bei denen die nach unten gerichtete Kraft zum größten Teil von der Antriebsspindel 11 auf die Backen 2I₅ 22 übertragen wird«

Das Kugellager 30 erlaubt der Backenverstellung 28 eine ,Drehung mit der Antriebsspindel 11 relativ zum Futtergehäuse 36, . und zwar sogar dann, wenn die nach unten gerichtete Kraft vom Gehäuse 12 auf die Backenverstellung 28 übertragen wird. Weiterhin können bei dem beschriebenen Futter die Backen leicht ausgewechselt werden, da nur der Haltering 19 entfernt werden muß und dann die Backen axial nach unten von der Antriebsspindel Il weggenommen werden können.

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Claims

Ansprüche

ί 1.lEinspannfutter für eine Bohrstange oder ähnliche Bohrelemente mit einer rohrförmigen Antriebsspindel, die sich drehbar in und axial weg von einem Gehäuse erstreckt und ein sich axial aus dem Gehäuse erstreckendes Futter auf-, weist, welches sich im wesentlichen radial erstreckende Aussparungen zur Aufnahme von Backen aufweist und mit radial beweglichen Backen und einer am Putter angeordneten und relativ zu ihm beweglichen ringförmigen Backenverste1-lung versehen ist, welche die Backen in radialer Richtung relativ zum Putter zwischen einer Einspannstellung und einer Ausspannatellung bewegt, wobei die Backen und die Backenverstellung aufeinander abgestimmte, rampenartige Oberflächen für eine radiale Backenbewegung nach innen, relativ zum Futter im Sinne einer Einspannung aufweisen und eine weitere Anordnung für eine Relativbewegung der Backenverstellung gegenüber dem Futter vorgesehen ist, sowie eine Antriebsvorrichtung zur wahlweisen Bewegung der Backenverstellung zwischen der Einspannstellung und der Ausspannstellung der Backen, dadurch gekennzeichnet, da& die Backen (21, 22) mittels der Backenverstellung (28) unter Wegbewegung vom Gehäuse (12) in die Einspannstellung bewegbar sind und die Backenverstellung (28) in der weiteren Anordnung (36, 30) drehbar angeordnet ist, welch letztere von der am Gehäuse (12) befestigten Antriebsvorrichtung (44, 46, 47) aufgenommen ist.
2. Einspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß die weitere Anordnung (36, 30) eine axial gegenüber dem Futter (21, 22) bewegliche Backenverstellung (28) aufnimmt, und daß die Antriebsvorrichtung (44, 46, 4?) die weitere Anordnung (30, 36) axial zur Backenverstellung

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(28) zwischen der Einspannstellung der Backen und der Ausspannsteliung der Backen bewegte
3. Einspannfutter naeh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß di© weitere Anordnung (30, 36) ein Futtergehäuse (36) aufweist, ·
4. Einspannfutt©r nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Anordnung am Futtergehäuse (36) angeordnete Befestigungsglieder (30, 41) aufweist_a die bei axialer Fixierung eine Drehbewegung der Backenverstellung (28) ermöglichen.
5„ Einspannfutter naeh Anspruch K₉ dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Befastigungsglieder (3O₅ 41) aus einem Kräfte vom Futtergehätase (36) auf die Backenverstellung (28) übertragenden Kugellager (JO) bestehen^, um die Backenverstellung (28) weg vom Antriebsgehäuse (12) zu bewegen,, wenn das Futtergehäuse (36) in derselben Richtung bewegt wird, wobei die Baekenverstellung (28) und das Futtergehäuse (36) zur Aufnahme des Kugellagers (30) und zur Übertragung der Kräfte aufeinander abgestimmte Schultern (28a, 36a) aufweisen.
Einspannfutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Antriebsspindel (11) vertikal erstreckt und daß sich das Futter (20, 21) unterhalb des Gehäuses (12) erstreckt und daß die Baekenverstellung (28) eine nach oben gerichtete Schulter (28) aufweist, während das Futtergehäuse (36) eine nach unten gerichtete Schulter (36a) aufweist. .-■-.-
7. Einspannfutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

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daß das Futtergehäuse (36) ringförmig ausgebildet ist und · die Backenverstellung (28) eine nach unten gerichtete Schulter (43) aufweist, die als Befesfcigungsgiied einen am Futtergehäuse (36) angeordneten Haltering (4l) aufnimmt, derart, daß die Backenverstellung (28) über die nach unten gerichtete Schulter (43) gestützt und gegenüber axialer Bewegung gegenüber dem Futtergehäuse (36) na eh unten blockiert ist=
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulter (43) an dem vom Bohrkopf gehäuse (12) entfernten Ende der Backenverstellung (28) angeordnet ist und daß die weitere Anordnung den ar« Futtergehäuse (28) befestigten Haltering aufweist* um die Baok«snverst©llung (28) in die Ausspannstellung zu bewegen^ rmnn das Futter-gehäuse (36) in Richtung auf das Antriebsgehäuse (12) bewegt wird.
9. Einspannfutter nach Anspruch' 3 fcis S₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung aus zwei mit Abstand voneinander angeordneten Kolben/Zylindereinheiten (46, 47) besteht, die zwischen dem Futtergehäuse (36) und dem Antriebsgehäuse (12) angeordnet ist,
10, Einspannfutter nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (46, 47) aus einem Kolben (47) und einem Zylinder (46)- sowie einer Stütze (44) besteht, die sich radial vom Futtergehäuse (36) nach außen erstreckt, wobei die Kolbenstange an einer der Stützen befestigt ist, während andererseits das Antriebsgehäuse (12) und der Zylinder (46) befestigt sind.
11. Einspannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

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gekennzeichnet, daß das Putter (21, 22) an dem vom Bohrkopfgehäuse (12) entfernten Ende einen Begrenzungsrand aufweist, und daß zumindest drei Backenaussparungen (18) vorgesehen sind, die sich in Richtung auf den Begrenzungsrand öffnen, wobei in jeder Aussparung (18) eine Backe angeordnet ist, und daß am Putter ein Pesthaltering (19) angebolzt ist, der die Backen in ihrer Lage hält, aber eine radiale Bewegung der Backen ermöglicht.

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