DE2900189C2 - Untersetzungseinheit für Tieflochantriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Untersetzungseinheit für Tieflochantriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Untersetzungseinheit ist aus der DE-OS 26 15 950 bekannt.

Tieflochantriebe der vorliegend betrachteten Art werden verwendet zum Niederbringen von Bohrungen zu tiefen Erdöl- oder Gaslagerstätten, aber auch in einigen Bereichen des Erzbergbaus und der Bauindustrie. Dabei befinden sich der Antriebsmotor und die Untersetzungseinheit in der Nähe der Bohrlochsohle und werden von Spülflüssigkeit umströmt

Die Schwierigkeiten des Bohrbetriebs in den betrachteten Fällen ergeben sich aus dem beschränkten Durchmesser des Antriebs an der Bohrlochsohle, der dennoch ein großes Drehmoment zu übertragen hat. Beispielsweise muß bei einem Motordurchmesser von 195 mm unter Belastung ein Drehmoment am Meißel von 3000 bis 5000 Nm erzeugt werden. Hinzu kommt, daß wegen der Anisotropie des Bohrgesteins, der Unebenheiten der Sohle und der zahnförmigen Oberfläche der Meißelrollen intensive axiale Schwingungen auftreten, welche von erheblichen Schwankungen des Drehmoments begleitet sind. Es können Drehmomentstöße in Höhe von mehr als dem Doppelten der genannten Druchschnittswerte auftreten. Dadurch kann es zu Rückwärtsschwingungen des Meißels und somit auch der Untersetzungsgetriebeteile kommen.

Ebenso ist der Antrieb an der Bohrlochsohle starken radialen Schwingungen ausgesetzt, durch die sich die wichtigsten Teile des Antriebs (Gehäuse und Wellen, die in bezug auf die Querausmaße eine große Länge aufweisen) biegen, wodurch die Gleichachsigkeit der gekoppelten Wellen verloren geht und große radiale Belastungen auf die Lager der Wellen wirken.
Schließlich enthält die Bohrspülung harte Schleifteil-

chen, wodurch ein schneller Verschleiß der Antriebsteile oder jedenfalls der Dichtungen des Ölschutzsystems verursacht wird. Dies wird dadurch noch verstärkt, daß der Bohrspülungsdruck pulsiert, wodurch die in der Spülung enthaltenden Teilchen periodisch in die Zwischenräume der Dichtungen getrieben werden.

Die beschriebenen Schwierigkeiten führen zu einer Kürzung der Lebensdauer der Tieflochantriebe.

Bei der bekannten Ausbildung sind die Räder des Untersetzungsgetriebes starr gelagert, so daß eine Selbsteinstellung rieht möglich ist und es im Betrieb zu erheblichen Ungleichmäßigkeiten der Belastung zwischen den Planetenrädern kommen kann. Bei der Verbindung der Wellen der Untersetzungseinheit mit den Wellen der benachbarten Sektionen können infolge Ungleichachsigkeit an den Lagern der Eingangs- bzw. Abtriebswelle große radiale Belastungen auftreten, die eine schnelle Zerstörung der Lagerungen verursachen. Wenn mit zunehmendem Verschleiß der Lager radiale Spiele auftreten, so beeinträchtigt dies auc/i die Dichtheit der Abdichtungen, so daß die beschriebenen Nachteile sich verstärken. Die bekannte Untersetzungseinheit hat auch keine Vorrichtung, die das Untersetzungsgetriebe gegen Überlastungen und Schwankungen d<*r Drehmomente schützt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Untersetzungseinheit zu entwickeln, die bei beträchtlicher Senkung der Drehzahl der Motorwelle und entsprechender Vergrößerung des Drehmoments auf den Bohrer einen dauerhaften und zuverlässigen Betrieb mit Hydraulikantrieben an der Bohrlochsohle gewährleistet, insbesondere Überlastungen durch ungleichmäßige Kräfteverteilung ebenso zu vermeiden gestattet wie die Gefahr schnellen Verschleißes auf Grund von hierdurch auftretenden Radialspielen.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale. Zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Lagerung der Planetenräder sowie der Lagerung der Eingangs- bzw. Abtriebswelle an ihren mit dem Untersetzungsgetriebe verbundenen Enden in Form von gelenkartigen Baugruppen, die axiale Belastungen aufnehmen und Abwinkelungen der Wellen gegeneinander zulassen, werden radiale Belastungen auch bei Ungleichachsigkeit mit den Wellen der Arbeitsorgane und jener Lagerbaugruppe beseitigt, die zum Übertragen des Bohrstangengewichts auf den Meißel bestimmt ist. Die Trennhohlräume mit der Pufferflüssigkeit gewährleisten bei Winkelversetzungen der Wellen eine gute Dämpfung der radialen Schwingungen, so daß die Dichtungen auch aus diesem Grund zuverlässig die Dichtheit behalten, abgesehen vom Schutz der Lagerung einer jeden Welle gegen den schleifenden Verschleiß durch die Bohrspülung.

Die Anordnung der Planetenräderlager in in Stegaussparungen eingebauten Lage-schalen ermöglicht auch größere Abmessungen dieser Lager, d. h. eine Erhöhung ihrer Tragfähigkeit Die zylinderförmige Ausführung des den Lagerschalen zugeordneten Oberflächenteils der Stegaussparungen, deren Achse senkrecht zur Längsachse des Untersetzungsgetriebes verläuft und diese schneidet, gewährleistet die Selbsteinstellung und gleichmäßige Belastung der Planetenräderlager auch bei großen auf den Steg wirkenden Drehmomementen, sowie die gleichmäßige Verteilung der Last zwischen den Planetenrädern.

Durch die in Anspruch 2 vorgeschlagene ballige Ausführung der dem Steg zugeordneten Lagerschalen-Oberfläche wird die Selbsteinstellung der Planetenradlager auch bei fehlender Parallelität der Planetenradachse und Längsachse des Untersetzungsgetriebes in der Radialebene gewährleistet Die flache Ausführung der zum Planetenrad liegenden Lagerschalen-Oberfläche gemäß Anspruch 3 ermöglicht es, die Montagelänge des Planetenrades mit den Lagern und Lagerschaien zu verkürzen, wodurch das Belastungsvermögen des Untersetzungsgetriebes weiter erhöht wird.

Die in Anspruch 4 vorgeschlagene Anordnung der Lagerschalen mit den Planetenrädern in Gruppen, bei denen die Abstände zwischen den Achsen benachbarter Planetenräder, die zu einer Gruppe gehören, kleiner als die Abstände zwischen den Achsen benachbarter Planetenräder sind, die zu verschiedenen Gruppen gehören, erhöht ebenfalls die Belastbarkeit des Untersetzungsgetriebes und die Steifigkeit des Stegs, da zum Vergleich mit einer gleichmäßigen Verteilung der Pianetenräder im Ringraum das Trägheits- bzw. Widerstandsmoment des Stegs in seinem Querschnitt durch die Aussparungen erhöht werden. Bei einer Anordnung der benachbarten Planetenräder in Gruppen mit möglichst minimalen Achsabständen gemäß Anspruch 5 wird die größte Festigkeit gewährleistet

Die Ausführung gemäß Anspruch 6 mit einer Reibungsstufe des Untersetzungsgetriebes, die eine Feder zum gegenseitigen Andrücken der Reibglieder mit einer vorgegebenen Kraft enthält, beseitigt die Gefahr von Drehmoment-Spitzenwerten, da bei Auftreten solcher Spitzen ein kurzzeitiges Rutschen der Reibglieder stattfindet.
Durch die Ausführung der Lagerungen der Eingangs- bzw. Abtriebswelle in Form von Pendellagern gemäß Anspruch 7 kann gleichzeitig die Drehbewegung der Wellen übertragen und eine Winkelversetzung ihrer Achsen kompensiert werden.

Die Verbindung der Zusatzlagerungen der Eingangs- bzw. Abtriebswelle mit dem Gehäuse mittels elastischer Glieder gemäß Anspruch 8 gewährleistet die erforderliche Orientierung der Wellenachsen bei der Aufbewahrung, Beförderung und beim Zusammenbau der Bohrlochsohlenantriebe. Diese Lagerungen können gemäß Anspruch 9 als radiale Gummi-Metall-Gleitlager ausgeführt sein.

Dadurch, daß jeder Trennhohlraum gemäß Anspruch 10 durch Dichtungen, ein rohrförmiges Glied und einen an der Welle befestigten Deckel begrenzt ist

so und das rohrförmige Glied mit dem Gehäuse einen Kanal für die Bohrspülung bildet, bleibt die Pufferflüssigkeit im Trennhohlraum lange erhalten, weil die kinetische Energie des entlang des Untersetzungsgetriebes laufenden Bohrspülungsstromes durch den Deckel gedämpft und die Bohrspülung in den Ringkanal abgeleitet wird. Durch eine gemäß Anspruch 11 vorgesehene Zusatzdichtung in Form einer elastischen Membrane, welche an der Abdichtungsseite mit dem rohrförmigen Glied verbunden ist und an der gegenüberliegenden Seite die Welle dichtend umfaßt, wird eine Mischung der Pufferflüssigkeit mit der Bohrspülung zuverlässig vermieden.

Wenn gemäß Anspruch 12 die Dichte der Pufferflüssigkeit im Trennhohlraum höher ist als die Dichte der Bohrspülung, besteht keine Gefahr des Aufschwimmens der Pufferflüssikgeit in der Bohrspülung, und diese wird die Dichtung nicht erreichen.
Wenn gemäß Anspruch 13 als Pufferflüssigkeit ein

Schmierstoff benutzt wird, erhöht dies die Lebensdauer der Dichtungen und beeinträchtigt nicht die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes, wenn Pufferflüssigkeit in die ölgefüllte Kammer eindringt. Dadurch kann der Trennhohlraum als Schmierstoff-Reservebehälter benutzt und der Flüssigkeitsverlust aus der ölgefüllten Kammer kompensiert werden, hiermit entfällt die Anordnung eines ölers der am wenigsten zuverlässigen Baugruppe.

Wenn schließlich gemäß Anspruch 14 der Trennhohlraum hydraulisch mit einer ölgefüllten Kammer verbunden ist, weiche zusätzlich ebenfalls Pufferflüssigkeit enthält, so bleibt ein konstantet Druck in der Kammer auch bei Änderungen der Betriebstemperatur erhalten, und wegen der großen Dichte der Pufferflüssigkeit wird das Eindringen der Bohrspülung in die luftdicht geschlossenen Baugruppen erschwert.

In der Praxis wird zweckmäßigerweise ein Salz von Untersetzungseinheiten mit verschieden Übersetzungsverhältnissen vorrätig gehalten, so daß ohne Wechsel der Arbeitsorgane und der Antriebs-Lagerungsbaugruppen durch direkt am Bohrturm ausgeführte Auswechslung einiger Untersetzungseinheiten die erforderlichen Kennwerte des Antriebs erhalten werden können.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt der Untersetzungseinheit; F i g. 2 einen Axialschnitt durch das Planetengetriebe; F i g. 3 den Schnitt III-III nach F i g. 2; F i g. 4 den Schnitt IV-IV nach F i g. 3; F i g. 5 den Schnitt V-V nach F i g. 2; F i g. 6 einen Längsschnitt durch einen Teil der Unter-Setzungseinheit mit einer Ausführungsvariante des Trennhohlraumes und

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine der Ausführungsvarianten der Untersetzungseinheit.

Die Untersetzungseinheit für Tieflochantriebe enthält ein zylinderförmiges Hohlgehäuse 1 (Fig. I), das mit Übergangsstücken 2 und 3 verbunden ist, durch die im Gehäuse 1 die Teile der Untersetzungseinheit befestigt werden. Ein Untersetzungsgetriebe 4, welches Sonnen-und Kronenräder, Stege und Planetenräder mit Lagern enthält, ist in der ölgefüllten Kammer Λ untergebracht, die durch einen zylinderförmigen Mantel 5, eine Eingangswelle 6 mit Dichtung 7 und eine Abtriebswelle 8 mit einer Dichtung 9 gebildet ist Das Untersetzungsgetriebe ist mit der Eingangswelle 6 und der Abtriebswelle 8 durch eine Zahnkupplung !0 verbunden. Die gelenkartigen Lagerungen der Wellen 6 und 8 sind als Pendelrollenlager 11 ausgeführt. Die Dichtungen 7 und 9 sind mit Trennhohlräumen B bzw. Cversehen, die mit Pufferflüssigkeit gefüllt sind, welche eine Berühung der Dichtungen durch Bohrspülung verhindert Der Hohlraum B ist durch die Dichtung 7, eine fest an der Welle 6 sitzende Büchse 12, ein luftdicht an dem Mantel 5 befestigtes und über der Dichtung 7 angeordnetes rohrförmiges Glied 13 sowie durch einen Deckel 14 begrenzt der über dem rohrförmigen Glied 13 angeordnet und auf der Welle 6 durch die Büchse 12, Büchsen 15,16 und eine Kupplungshälfte 17 befestigt ist, die auf den Gewindestumpf der Welle 6 aufgeschraubt ist

Der Trennhohlraum Centhält auch mit dem Mantel 5 verbundene rohrförmige Glieder 18 und 19 und einen Deckel 20, der auf der Welle 8 durch Büchsen 21, 22 mittels einer Kupplungshälfte 23 befestigt ist, die auf den Gewindestumpf der Welle 6 geschraubt wird. Die Pufferflüssigkeit, die die Hohlräume Sund Cfüllt, wird nach folgenden Bedingungen ausgewählt: starke Klebrigkeit am Metall (Adähsion) und keine Neigung zur Bildung von chemischen und mechanischen Verbindungen mit den Komponenten, die in der Bohrspülung enthalten sind. Es werden bevorzugt Pufferflüssigkeiten benutzt, deren Dichte diejenige der Bohrspülung übertrifft und die Schmiereigenschaften unter den Betriebsverhältnissen aufweisen. Ein Kanal D zum Durchlauf der Bohrspülung ist als Ringraum ausgeführt, einerseits zwischen dem Gehäuse 1 und mit ihm verbundenen Büchsen 24 und 25, andererseits durch den Mantel 5 und die mit ihm verbundenen rohrförmigen Glieder 13 und 18.

Die Untersetzungseinheit wird in den Tieflochantrieb so eingebaut, daß das Übergangsstück 2 mit dem Gehäuse der Arbeitsorganen-Baugruppe, das Übergangsstück 3 aber mit dem Gehäuse der Lagerungs-Baugruppe des Antriebs verbunden wird. In entsprechender Weise wird die Welle 6 durch die Kupplungshälfte 17 mit der Treibwelle des Antriebs drehmomentübertragbar verbunden, die Welle 8 aber durch die Kupplungshälfte 23 in ebensolcher Weise mit der Welle der Lagerungs-Baugrupp des Antriebs. Dabei ermöglicht die Wellenverbindung eine gegenseitige Verschiebung der Verbindungskupplungen in Axialrichtung ohne Erzeugung erheblicher Axialkräfte an den Pendellagern 11; gleichzeitig dienen diese Verbindungen als zusätzliche Lagerungen der Wellen 6 und 8.

Beim Betrieb des Bohrlochantriebs wird die Welle 6 von der Treibwelle des Antriebs angetrieben, weiter wird die Drehung über die Zahnkupplung 10 auf die Treibweüe des Untersetzungsgetriebes 4 übertragen, in dem die Drehzahl gesenkt und das Drehmoment entsprechend erhöht wird. Die Drehung mit den abgeänderten Kennwerten wird durch die zweite Zahnkupplung 10 der Ausgangswelle 8 und weiter über die Kupplungshälfte 23 und Welle der Lagerungsbaugruppe dem Bohrwerkzeug (Meißel) übertragen. Ungleichachsigkeiten der Weilen 6 und 8 in bezug auf die mit ihnen verbundenen Wellen der benachbarten Baugruppen werden infolge Benutzung von Pendellagern durch die Winkelverschiebungen der Wellen 6 und 8 der Untersetzungseinheit ohne Erzeugung von Radialkräften an den Lagerungen kompensiert Dadurch, daß die Dichtungen 7 und 9 neben den Pendellagern 11 liegen, ist auch bei einem größtmöglichen Ausschlag der Winkelverschiebungen der Achsen der Wellen 6 und 8 ihr Radialspiel sehr gering (bis 0,2 mm), eine für den Normalbetrieb von in Tieflcchantricbcn benutzten Gleitringdichtungen zulässige Größe. Das Fehlen eines Axialspiels an den Pendellagern 11 und der unerhebliche Ausschlag der Radialschwingungen der Wellen 6 und 8 an der Dichtungsstelle bilden gute Bedingungen für einen langdauernden Betrieb der Dichtungen, was seinerseits bei dauerhafter Aufrechterhaltung der Schmierung in der Kammer A eine Verlängerung der Lebensdauer der Pendellager 11 begünstigt

Die mit Pufferflüssigkeit gefüllten Trennhohlräume B und C verhindern eine Berührung der Dichtungen 7 und 9 mit der Bohrspülung, die Schleifteilchen enthält, und das Austragen der Schmierung durch die Bohrspülung aus den Hohlräumen ist infolge Differenz zwischen ihren Wichten und anderer oben erwähnter Eigenschaften der Flüssigkeit erschwert Der Deckel 15 schützt die Pufferflüssigkeit im Hohlraum gegen das Austragen durch die Bohrspülung, indem er kinetische Energie

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dämpft und den Strom in den Ringkanal D ableitet. Nach der Bildung einer ausreichend großen Menge der Pufferflüssigkeit im Hohlraum B kann letzterer als eine Vorrichtung (Öler) dienen, die die Verluste des Schmierstoffes aus der Kammer A kompensiert. Verluste kommen in der Hauptsache aus der unteren Dichtung 9 vor, da die Bohrspülung einen Teil des Druckwertes im Kanal D verliert, der Druckwert aber in der ölgefüllten Kammer A bleibt ungefähr konstant, wodurch die Erzeugung eines Druckgefälles an der erwähnten Dichtung an der Seite der Kammer A begünstigt wird. Bei Verlusten sinkt der Druckwert in der Kammer A, dabei sinkt der Wert des Druckgefälles an der Dichtung 9, und an der Dichtung 7 steigt das Druckgefälle, das aus dem Hohlraum B in die Kammer A gerichtet ist Unter Einwirkung dieses Druckgefälles dringt die Pufferflüssigkeit, die Schmiereigenschaften aufweist, in die Kammer A und kompensiert hiermit die Ölverluste. Als Pufferflüssigkeit können beschwerte und durch erhöhtes spezifisches Gewicht gekennzeichnete ölsorten, konsistentes Fett, Kunststoffe sowie flüssige Metalle und Legierungen benutzt werden. Die Auswahl der Pufferflüssigkeit wird so vorgenommen, daß bei der Mischung der letzteren mit dem Schmierstoff, der in der Kammer A vorhanden ist, keine Senkung der Schmiereigenschaften beider Flüssigkeiten erfolgt. Zum Nachfüllen der Schmierstoffvorräte in der Kammer A und in den Hohlräumen Sund C sind im Gehäuse 1 öffnungen für Ventile und Verschlüsse ausgeführt (in den Zeichnungen nicht angedeutet).

Zur Verbesserung der Orientierung der Wellen 6 und 8 bei Beförderung der Untersetzungseinheiten in horizontaler Stellung sowie beim Einbau der Einheit in den Bohrlochantrieb ist es zweckmäßig, die erwähnten Wellen mit Sonder-Radiallagerungen zu versehen, die mit dem Gehäuse 1 durch elastische Glieder verbunden werden, welche eine Senkung der radialen Belastung auf die Lagerungen bei Ungleichachsigkeit der zu verbindenden Wellen begünstigen. In Fig. 1 sind die erwähnten Lagerungen durch aus Gummi und Metall gefertigte Radial-Gleitlager 26 mit Büchsen 27 dargestellt, bei denen die Gummieinfassungen des Lagers 26 als elastische Glieder dienen.

Das Planetengetriebe der Einheit kann in Abhängigkeit von den Bedingungen für das Durchführen von wirksamen Bohrarbeiten verschiedene Bauarten und Übersetzungsverhältnisse aufweisen. Ein möglicher Aufbau des Untersetzungsgetriebes 4 ist in F i g. 2 dargestellt Es enthält Stufen eines Planetengetriebes, die Sonnenräder 28 und 29, Kronenräder 30 und 31, Planetenräder 32, 33 mit Lagern 34 und Stege 35 und 36 aufweisen. Die Getriebestufen werden miteinander durch Kupplungen 37 verbunden, die das Drehmoment übertragen. Die Kupplungen können als Zahn- oder Vielnutkupplungen ausgeführt werden. Die Treibwelle 38 des Getriebes ist durch die Kupplungshälfte 39 und Kupplung 10 (Fig. 1) mit der Eingangswelle 6, die getriebene Welle des Untersetzungsgetriebes aber (der Steg 36) durch die Kupplung 10 mit der Abtriebswelle 8 verbunden. Die erste Reibungsstufe des Untersetzungsgetriebes ist so aufgebaut daß sie als Vorrichtung dient welche den Einfluß der Drehmoment-Schwankungen auf den Betrieb des ganzen Untersetzungsgetriebes verhindert Dies wird dadurch erreicht daß die Reibungsstufe mit einer Feder 40 versehen ist die auf der Welle 38 montiert wird und das Andrücken der Sonnenkegelräder 28 an die kegelförmigen Oberflächen der Planetenräder 32 ausführt welche ihrerseits durch zylinderförmige Oberflächen an das Kronenrad 30 angedrückt werden, das mit dem Gehäuse 1 der Untersetzungseinheit verbunden ist. Die Kenngrößen der Feder 40 sind so angenommen, daß die Kraft für das gegenseitige Andrücken der Reibglieder 28, 32, 30 eine Übertragung des maximalen Drehmoments gewährleistet, das zum normalen Betrieb des Bohrwerkzeugs erforderlich ist. Bei Schwankungen des Drehmoments, die kurzzeitig auftreten und eine Zerstörung der Untersetzungsgetriebeglieder verursachen können, erfolgt in den Reibkontakten der Stufe ein kurzzeitiges Rutschen, der Drehmomentimpuls sinkt.

Die zweite Stufe des Untersetzungsgetriebes mit Verzahnung enthält eine Vorrichtung, die eine Überlastung des Getriebes verhindert. Diese Vorrichtung enthält Lagerschalen 41 (F i g. 3, 4) mit den in ihnen untergebrachten Lagern 34 der Planetenräder 33, die in den Aussparungen E des Steges 36 angeordnet sind. Ein Teil E\ einer jeden Aussparung, die der Lagerschale 41 zugeordnet ist, wird als zylinderförmige Oberfläche ausgeführt, deren Achse senkrecht zur Längsachse des Untersetzungsgetriebes läuft (die mit der Achse des Sonnenrades 29 zusammenfällt) und die Längsachse schneidet Die Oberfläche F der Lagerschale 41, die der zylinderformigen Fläche Fi der Aussparung E zugeordnet ist, wird ballig ausgebildet (F i g. 4). Die Oberfläche G der Lagerschale 41 (F i g. 3), die dem Planetenrad 33 gewendet ist, ist flach ausgeführt. Die Planetenräder 33 mit Lagern 34 und Lagerschalen 41 sitzen im Ringraum zwisehen dem Sonnenrad 29 und Kronnenrad 31 ungleichmäßig verteilt und gruppenweise (F i g. 5); somit sind die Abstände zwischen den Achsen benachbarter Planetenräder 33a und 336, die der einen Gruppe gehören, kleiner als die Abstände zwischen den Achsen benachbarter Planetenrädern 336 und 33c, die verschiedenen Gruppen gehören. Dementsprechend sind die Querschnittsflächen und Widerstandsmomente der Stegglieder 36a und 36i> ungleich.
Alle erwähnten Sonderheiten der Ausführung der Zahnradstufe des Untersetzungsgetriebes bezwecken eine Erhöhung des Belastungsvermögens der schwächsten Glieder des Untersetzungsgetriebes (Lager 34, Planetenräder 33 und Steg 36 des Untersetzungsgetriebes 4). Dabei erreicht ihr Belastungsvermögen solche Werte, die zur Übertragung eines Drehmomentes ausreichen, das für einen normalen Meißelbetrieb erforderlich ist Beim Übertragen des Drehmoments durch das Untersetzungsgetriebe 4 wird sein Steg 36 einer Verdrehung (Torsion) in bezug auf die Längsachse unterworfen; dabei werden die Glieder des Stegs 36a und 366 (F i g. 5) in bezug auf die Achsen x-x und y-y gebogen, was durch eine Drehung der Achsen der Planetenräder 33 (F i g. 3) um einen gewissen Winkel begleitet wird. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Untersetzungsgetriebes 4 wird das summare Widerstandsmoment der Stegglieder 36a und 36b im Vergleich zur Ausführung des Untersetzungsgetriebes mit gleichmäßiger Anordnung der Planetenräder im Ringraum erhöht Die maximale Wirksamkeit wird in demjenigen Fall erreicht, wenn die Achsabstände der Planetenräder 33a und 33b minimal vorgenommen werden, wobei alle Forderungen für die Fertigungsgerechtigkeit (Montagegerechtigkeit) des Planetengetriebes eingehalten werden. Die Spannungen in den oben erwähnten Steggliedern werden dadurch noch mehr gesenkt weil bei erheblicher Größe des Halbmessers R (F i g. 3) der zylinderförmigen Oberfläche eine Konzentration von Spannungen an den Übergangsstellen von den längsgerichteten

Steggliedern 36a zu den quergerichteten Steggliedern 36c in der Praxis nicht vorhanden ist Durch die flache Ausführung der Oberflächen G kann die Gesamtlänge der Aussparung E verkürzt werden, wodurch eine Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit des Steges begünstigt wird. Gleichzeitig aber ermöglicht es die Anordnung der Planetenräder in den Lagerschaien 41, ihre Durchmesser und die Grenzbelastung im Vergleich zur Ausführung der Lager im Inneren der Planetenräder selbst zu erhöhen. Die Arbeitsbedingungen der Lager 34 werden noch mehr verbessert infolge der balligen Gestalt der Lagerschale 41, die es ermöglicht, eine Selbsteinstellung der Lager 34 bei Schiefstellungen der Achsen der Planetenräder 33 in zwei gegenseitig senkrechten Ebenen auszuführen.

Die Abwandlung der Ausführung des Trennhohlraumes B (F i g. 6) enthält eine Zusatzdichtung, die als elastische Membrane 42 gefertigt ist. Eine Seite der Membrane 42 ist durch Metallringe 43 bewehrt, wodurch die Einpressung der Membrane 42 in das rohrförmige Glied 13 durchgeführt werden kann. An der anderen Seite umfaßt die Membrane die Büchse 12 (die auf der Welle 6 mit einen Übermaß von 5 bis 7 mm sitzt) zur Abdichtung der Welle 6, wobei diese mit der Büchse 12 gemeinsam drehbar ist Die beschriebene Zusatzdichtung teilt den Hohlraum Bin zwei Teile B\ und B2. Im Hohlraum B\ ist die Pufferschmierflüssigkeit, im Hohlraum Bi wird die Pufferflüssigkeit allmählich durch die Bohrspülung ersetzt Bei Verlust der Flüssigkeit aus der Kammer A wird der Schmierstoffvorrat aus dem Hohlraum B\ nachgefüllt. Der Vorzug der beschriebenen Ausführungsabwandlung besteht in einer längerdauernden Aufrechterhaltung der Pufferflüssigkeit im Hohlraum B.

Die Abwandlung der Ausführung der Untersetzungseinheit nach Fig. 7 unterscheidet sich von der Hauptausführung nach F i g. 1 dadurch, daß der Trennhohlraum B hydraulisch durch den Kanal L mit der ölgefüllten Kammer ^4 verbunden ist, in der das Untersetzungsgetriebe 4 und Lagerungen 11 untergebracht sind; dabei sind die Kammer A wie auch der Hohlraum B mit einer Pufferflüssigkeit gefüllt, die Schmiervermögen auf-1 weist. Bei einem solchen Aufbau wird der Druck der! Bohrspülung aus dem Hohlraum B durch den Kanal L\ in die Kammer A übertragen. Bei Warmeänderungen j der Flüssigkeitsmenge in der Kammer A infolge Flüssig-1 keitslauf im Kanal L wird sich der Druckwert in der Kammer A nicht ändern; deshalb arbeitet die Dichtung 7 in der Praxis ohne Druckgefälle. Die Aufgabe der' Dichtung 7 besteht nur darin, bei einer nicht ausreichenden Reinigung jener Bohrspülung, die im Oberteil des Hohlraumes B über der Pufferflüssigkeit vorhanden ist, das Eindringen von Festteilchen (Schleifteilchen) in die Kammer A zu verhindern. Deshalb wird die Dichtung 7 einfacher ausgeführt, als die für die Hauptausbildung (Fig. 1), z. B. in Form eines Schlitz- und Labyrinthverschlusses. Die Untersetzungseinheit die nach diesem Aufbau (F i g. 7) ausgeführt ist, ist von einfachster Bauart, ausreichend zuverlässig und durch lange Lebensdauer gekennzeichnet

Die Anwendung der oben beschriebenen technischen Lösungen ermöglicht es, eine einfache und zuverlässige Bauart der Untersetzungseinheit für Tieflochantrieb zu entwickeln, durch die Bohrungen mit verschiedenen Arten von Antrieben in der Praxis auf eine beliebige heute erreichbare Bohrlochtiefe mit vorhandener hydraulischer Ausrüstung der Bohranlagen niedergebracht werden können. Infolge Unabhängigkeit der Einheit und ihres ölschutzsystems können diese Einheiten am zweckmäßigsten als ein Satz aus einigen Untersetzungseinheiten eingesetzt werden, die mehrere Übersetzungsverhältnisse zur Verfügung stellen, welche bei ein und denselben Arbeitsorganen und Lagerungsbaugruppen der Antriebe eine Mannigfaltigkeit der Betriebskennwerte bilden, die für verschiedene Bohrungsverhältnisse erforderlich sind. Die erwähnten Untersetzungseinheiten können als Satz zur Bohranlage geliefert werden; die erforderlichen Kennwerte des Antriebs aber können direkt an der Bohranlage durch Auswechslung oder nacheinanderfolgende Verbindung von einigen Untersetzungseinheiten erreicht werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Untersetzungseinheit für Tieflochantriebe, mit einem Gehäuse, einem Untersetzungsgetriebe, das Sonnen- und Kronenräder, Stege und Planetenräder mit im Ringraum zwischen den Rädern angeordneten Lagern aufweist, einer Eingangs- und einer Antriebswelle, deren zum Untersetzungsgetriebe hin gelegene Enden in Radialstützlagern gelagert sind, einer ölgefüllten Kammer und einem ölschutzsystem mit Dichtungen, die neben den Radialstützlagern auf der dem Untersetzungsgetriebe abgewandten Seite angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe (4) in Aussparungen (E) eines der Siege (35) sitzende Lagerschalen (41) mit in ihnen angeordneten Lagern (34) der Planetenräder (33) enthält, wobei ein Teil (Et) einer jeden den Lagerschalen (41) zugeordneten Aussparung (E) als zylindrische Oberfläche ausgebildet ist, deren Längsachse senkrecht zur Längsachse des Untersetzungsgetriebes (4) verläuft und diese Längsachse schneidet, daß die Lager (11) der Eingangswelle (6) und der Abtriebswelle (8) als gelenkartige Baugruppen ausgeführt sind, durch die die Wellen (6, 8) gegeneinander abwinkelbar gelagert sind, und daß jede Dichtung (7, 9) mit einem Trennhohlraum (B, C) versehen ist, der mit Pufferflüssigkeit gefüllt ist, die die jeweilige Dichtung (7,9) von der Bohrspülung getrennt hält

2. Untersetzungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Steg (36) zugeordnete Oberfläche der Lagerschale (41) ballig ausgeführt ist

3. Untersetzungeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Planetenrad (33) liegende Oberfläche der Lagerschale (41) flach ausgeführt ist

4. Untersetzungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschalen (41) mit den Planetenrädern (33) in Gruppen angeordnet und die Abstände zwischen den Achsen benachbarter, zu einer Gruppe gehörender Planetenräder (33) kleiner als die Abstände zwischen den Achsen benachbarter Planetenräder (33) sind, die zu verschiedenen Gruppen gehören.

5. Untersetzungseinheit nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestmögliche Abstände zwischen den Achsen benachbarter Planetenräder (33).

6. Untersetzungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Stufe des Untersetzungsgetriebes (4) eine Reibungsübertragung mit einer Feder (40) aufweist, welche die Reibglieder (28, 32, 30) mit einer vorgegebenen Kraft aneinanderdrückt.

7. Untersetzungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkartigen Baugruppen als Pendellager ausgeführt sind.

8. Untersetzungseinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zusatzlagerungen (26) der Eingangswelle (6) und der Abtriebswelle (8), die durch elastische Glieder mit dem Gehäuse (1) verbunden sind.

9. Untersetzungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch elastische Glieder mit dem Gehäuse (1) verbundenen Lagerungen (26) als radiale Gummi-Metall-Gleitlager ausgeführt sind.

10. Untersetzungseinheit nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß jeder Trennhohlraum (B, C) durch eine der Dichtungen (7,9) e-n rohrförmiges Glied (13, 18), das mit dem Gehäuse (1) verbunden ist, und einen an der Welle (6,8) befestigten Deckel (14, 20) begrenzt ist, wobei das rohrförmige Glied (13,18) mit dem Gehäuse (1) einen Kana! (DJ für die Bohrspülung bildet

11. Untersetzungseinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der einer der Dichtungen (7) zugeordnete Trennhohlraum (B) eine Zusatzdichtung (42) aufweist, die als elastische Membrane ausgeführt ist, wobei ein Teil der Membran, der mit dem rohrförmigen Glied (13) verbunden ist, an der Seite der Dichtung (7) angeordnet ist, und der gegenüberliegende Teil der Membrane die Welle (6) dichtend umfaßt

12. Untersetzungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Pufferflüssigkeit im Trennhohlraum (B, C) höher ist als die Dichte der Bohrspülung.

13. Untersetzungseinheit nach Anspruch 12, gekesinzeichnet durch eine Schmierflüssigkeit als Pufferflüssigkeit.

14. Untersetzungseinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennhohlraum (B) hydraulisch mit einer ölgefüllten Kammer (A) verbunden ist, die zusätzlich ebenfalls Pufferflüssigkeit enthält