DD222078A5

DD222078A5 - Vorrichtung zur axialen abstuetzung einer welle

Info

Publication number: DD222078A5
Application number: DD84264509A
Authority: DD
Inventors: Georges Obrecht
Original assignee: Alsthom Atlantique
Priority date: 1983-06-27
Filing date: 1984-06-25
Publication date: 1985-05-08
Also published as: US4554983A; EP0130494B1; CA1237588A; EP0130494A1; NO842566L; BR8403120A; NO842565L; EP0129861A1; DE3463807D1; EP0129861B1; BR8403121A; DE3468474D1; US4830520A; DD222079A5

Abstract

Die Erfindung ist insbesondere auf unterirdische Turbobohrer anwendbar. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur axialen Abstuetzung einer Welle, mit zwei aufeinandersitzenden Reibringen. Durch die Erfindung soll die Lebensdauer erhoeht werden, die Betriebsdauer auch unter extremer Belastung lang sein und grosse axiale Kraefte uebertragen werden, wobei der Flaechenkontakt der beiden Reibringe auch dann sichergestellt ist, wenn die Welle Kippschwingungen um eine in der Reibebene liegende Achse ausfuehrt. Dies wird durch eine leicht schwimmende Lagerung der Fuehrungsbuchse eines der beiden Reibringe in einer weiteren Buchse ueber einen Kranz von Kugeln und ein elastisches Fuellmaterial erreicht. Fig. 1

Description

A-

Berlin, den 15. 10. 84 AP E 21 B/264 509 3 64 081 23 37

Vorrichtung zur axialen Abstützung einer Wells Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur axialen Abstützung einer Welle, mit einer drehenden Baugruppe, die von der¹'Welle um deren Achse bezüglich eines feststehenden äußeren Körpers in Umdrehung versetzt wird und einen Axialdruck auf diese Welle übertragen soll, und mit einer nichtdrehenden Baugruppe, die so mit dem äußeren Körper verbunden ist, daß sie drehfest ist und einen Axialdruck auf den Körper übertragen kann, wobei die beiden Baugruppen so zusammenwirken, daß sieveine starke axiale Verschiebung der Welle in dem Körper verhindern und zugleich deren Umdrehung erlauben, wobei jede der Baugruppen einen Reibring aufweist, der mindestens eine zur Achse der Welle senkrechte ebene Reibfläche in Form eines zur Welle koaxialen Reibkranzes aus einem harten Material besitzt, die auf der Reibfläche des Reibringes der anderen Baugruppe reibt, wobei die zweite Baugruppe ein elastisches Druckelement aufweist, das den Reibring dieser Baugruppe von hinten ,in axialer Richtung dauerhaft gegen den Reibring der ersten Baugruppe drückt und zugleich eine geringe axiale Verschiebung dieser · Ringe zuläßt sowie sich nach hinten gegen eine Armatur abstützt, und wobei Mittel vorgesehen sind, die die Verdrehung des Reibringes der zweiten Baugruppe bezüglich dieser Armatur um die Achse verhindern und der Axialverschiebung dieses Ringes als Führung dienen.

Sie ist insbesondere anwendbar auf dem Gebiet der Turbobohrer zum Niederbringen von Brunnen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der FR-PS 2 157 206 ist eine Vorrichtung zur axialen Abstützung einer Welle bekannt mit einer drehenden Baugruppe, die von der Welle um deren Achse bezüglich eines feststehenden äußeren Körpers in Umdrehung versetzt wird und einen Axialdruck auf diese iVelle übertragen soll, und mit einer nicht drehenden Baugruppe, die so mit dem äußeren Körper verbunden ist, daß sie drehfest ist und einen Axialdruck auf den Körper übertragen kann. Die beiden Baugruppen wirken 90 zusammen, daß sie eine starke axiale Verschiebung der Welle in dem Körper verhindern und zugleich deren Umdrehung erlauben, Dede der Baugruppen weist mindestens einen Reibring auf, der mindestens eine zur Achse der Welle senkrechte ebene Reibfläche in Form eines zur Welle koaxialen Reibkranzes aus einem harten Material besitzt, die auf der Reibfläche eines . entsprechenden Reibrings der anderen Baugruppe reibt. Die zweite Baugruppe weist ein elastisches Druckelement auf, das den Reibring dieser Baugruppe von hinten in axialer Richtung dauerhaft gegen den Reibring der ersten Baugruppe drückt und zugleich eine geringe axiale Verschiebung dieser Ringe zuläßt und sich nach hinten gegen eine Armatur abstützt. Weiter sind Mittel vorgesehen, die die Verdrehung des Reibringes der zweiten Baugruppe bezüglich dieser Armatur um die Achse verhindern und der Axialverschiebung dieses Ringes als Führung dienen.

Ein ähnlicher Stand der Technik geht aus der US-PS 3 858 668 hervor.

Bei den bekannten Vorrichtungen liegt die Rückseite der

Reibringe der ersten Baugruppe, d, h. der mit der Welle drehenden Reibringe, gegen eine Elastomerschicht an, die den axialen Druck erzeugt. Die Verdrehung dieser Ringe wird durch ein Festkleben auf der Elastomerschicht oder durch Sperrglieder an der Welle verhindert. Die axiale Verschiebung erfolgt nur gegen große Reibungskräfte.

Eine solche Vorrichtung kann zwar die Betriebsdauer eines Turbobohrers verlängern, jedoch begrenzt die Abnutzung der Reibflächen die Lebensdauer deutlich. Diese Abnutzung nimmt noch zu, wenn Bohrschlamm zwischen die Reibflächen gelangt, der Abrasivpartikel mitführt.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfugung zu stellen, deren Lebensdauer gegenüber den bekannten Vorrichtungen wesentlich verlängert ist und bei der die Betriebsdauer auch unter extremer Belastung, d. h., wenn Bohrschlamm in die Vorrichtung eindringen kann, lang ist, die große axiale Kräfte überträgt.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur axialen Abstützung einer Welle, mit einer drehenden Baugruppe, die von der Welle um deren Achse bezüglich eines feststehenden äußeren Körpers in Umdrehung versetzt wird und einen Axialdruck auf diese Welle übertragen soll, und

mit einer nichtdrehenden Baugruppe, die so mit dem äußeren Körper verbunden ist, daß sie drehfest ist und einen Axialdruck auf den Körper übertragen kann, wobei die beiden Baugruppen so zusammenwirken, daß sie eine starke axiale Verschiebung der Welle in dem Körper verhindern und zugleich deren Umdrehung erlauben, wobei, jede der Baugruppen einen Reibring aufweist, der mindestens eine zur Achse der Welle senkrechte ebene Reibfläche in Form eines zur Welle koaxia- , len Reibkranzes aus einem harten Material besitzt, die auf der Reibfläche des Reibringes der anderen Baugruppe reibt, Wobei die zweite Baugruppe ein elastisches Druckelement aufweist, das den Reibring dieser Baugruppe von hinten in axialer Richtung dauerhaft gegen den Reibring der ersten Baugruppe drückt und zugleich eine geringe axiale Verschiebung dieser Ringe zuläßt sowie sich nach hinten gegen eine Armatur abstützt, und wobei Mittel vorgesehen sind, die die Verdrehung des Reibrings der zweiten Baugruppe bezüglich dieser Armatur um die Achse verhindern und der Axialverschiebung dieses Ringes als Führung dienen, zu schaffen, die einfach im Aufbau ist und bei der der Flächenkontakt der beiden Reibringe auch dann sichergestellt ist, wenn die Welle Kippschwingungen um eine in der Reibebene liegende Achse ausführt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zweite Baugruppe außerdem eine Führungsbuchse, die bezüglich der Armatur beweglich koaxial zur Achse angeordnet ist und starr den Reibring dieser Baugruppe trägt, und eine Fuhrungsbuchse enthält, die bezüglich der Armatur feststeht, und zur beweglichen Führungsbuchse koaxial und von gleicher axialer Ausdehnung ist, wobei ein radiales Spiel zwischen den beiden

Buchsen vorgesehen ist, um eine leichte Neigung der beweglichen Buchse um eine Neigungsachse zu ermöglichen, die senkrecht zur Wellenachse verläuft, diese im Bereich der axialen Erstreckung der Buchsen schneidet und um diese zu drehen in der Lage ist, und wobei eine solche Neigung insbesondere von einer eventuellen parasitären Neigung der Oberfläche des Reibrings der ersten Baugruppe, die auf den Reibring der zweiten Baugruppe übertragen wird, auf Grund der dauernden axialen gegenseitigen Abstützung der beiden Ringe stammen kann, wobei Paare von Lagerhöhlungen vorgesehen sind, von denen je eine beweglich und eine fest ist und die einander gegenüberliegend in der beweglichen Buchse bzw, der festen Buchse eingeschnitten sind, wobei mindestens eine der Lagerhöhlungen jedes Paares als axial verlaufende Rille ausgebildet ist, wobei in jedem Paar von Lagerhöhlungen eine Kugel mit einem ausreichenden Spiel angeordnet ist, Um eine axiale Verschiebung der beweglichen Buchse durch Abrollen der Kugeln auf der Rillenwand zu ermöglichen, wobei dieses Spiel zugleich ausreichend gering ist, um eine Drehung der beweglichen Buchse um die Wellenachse zu verhindern, und wobei ein Mittel zum Zentrieren der Kugeln vorgesehen ist, derart, daß diese Kugeln sich auf einem zu den beiden Buchsen koaxialen kreis anordnen, wenn die Buchsen koaxial liegen, und durch ihr Abrollen eine Neigung der beweglichen Buchse um eine beliebige Neigungsachse ermöglichen«

Vorteilhafterweise bestehen die beiden Lagerhöhlungen jedes Rillenpaares aus zwei einander gegenüberliegenden Rillen und das Zentriermittel besteht aus einem elastischen und weichen Füllmaterial, das die Rillen füllt.

Zweckmäßigerweise weist die Rille der beweglichen Buchse zwei Endanschläge auf, die die axiale Bewegung der Kugeln begrenzt.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß das axiale D_ruckelement zwischen einer rückwärtigen Seite der beweglichen Buchse und der Armatur zusammengedrückt wird und daß die Bahn der.Kugeln durch vordere und rückwärtige Anschläge in den Rillen der beweglichen Buchse begrenzt ist, so daß die Kugeln zuerst radial in die Rillen der beweglichen Buchse während der Montage der Vorrichtung, d. h. solange die bewegliche Buchse noch nicht ganz axial in die feste Buchse von vorne eingesetzt ist, eingeführt werden und dann die Kugeln axial zwischen den einander gegenüberliegenden Rillen alle zugleich bis an den hinteren Anschlag gleiten und die bewegliche Buchse axial von hinten geschoben wird, wobei die bewegliche Buchee gegen das elastische Druckelement in Anlage kommt.

Vorzugsweise ist die feste Buchse die bewegliche Buchse umgibt und die Armatur mit dem äußeren Körper fest verbunden, so daß die Montage der Vorrichtung um die Welle herum vor dem Anbringen des äußeren Körpers erfolgt.

Es ist von Vorteil, wenn die bewegliche Buchse und das elastische Druckelement im wesentlichen drehsymmetrisch zur Achse der Welle geformt sind.

In weiterer Ausführung ist vorgesehen, daß die Welle die Turbinenwelle eines unterirdischen Bohrermotors ist, während der äußere Körper das Rohrgestänge der Turbine bildet, wobei die mit dem äußeren Körper fest verbundene Armatur die Form einer mit axialen Durchlässen versehenen Platte zum axialen Durch-

laß des Bohrschlamms, der die Motorenergie der Turbine liefert.

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Vorteilhafterweise ist eine der Lagerhöhlungen jedes Paares im wesentlichen halbkugelförmig gestaltet und nimmt eine Kugel auf, die in der dieser Höhlung gegenüberliegenden Rille abrollt, und daß die verschiedenen halbkugelförmigen Höhlungen auf einem zur Buchse, in die sie eingeschnitten sind, koaxialen Kreis verteilt sind und das Zentriermittel bilden,

Zweckmäßigerweise sind die Reibringe so hergestellt und montiert, daß der sich periodisch verändernde Neigungswinkel des Reibrings der zweiten Baugruppe auf Grund der größten vorhersehbaren parasitären Neigung des Reibrings der ersten Baugruppe geringer als 1/100 Radiant ist, so daß die maximale Verringerung des radialen Abstands eines Endes einer Rille der beweglichen Buchse zur entsprechenden Rille der festen Buchse in Grenzen bleibt«

Die Führungsbuchsen können natürlich verschiedene Formen aufweisen, beispielsweise die Form eines Käfigs, dessen Käfigstangen mit Rinnen versehen sind und parallel zur Achse verlaufen. Diese Stangen sind miteinander über einen Ring verbunden. Zur Vereinfachung der Herstellung sind die bewegliche Buchse und das elastische Druckmittel jedoch vorzugshalber drehsymmetrisch zur Wellenachse. Gleiches gilt für die feste Buchse. Weiterhin, ist es günstig, wenn die feste Buchse die bewegliche Buchse umgibt und wenn die Armatur mit dem äußeren Körper fest verbunden ist, so daß sich die Montage der Vorrichtung um die Welle vor dem Anbringen

des äußeren Körpers erleichtern läßt.

Wie bereits erwähnt, besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, die Abnutzung der zwei Reibflächen zu verringern. Diese Abnutzung wird bei den bekannten Vorrichtungen dadurch erhöht, daß die beiden Reibflächen nicht genau koplanar sind und daß sie demgemäß nur an einzelnen Punkten miteinander in Berührung stehen» So ergibt sich beim Stand der Technik eine ungleichmäßige Verteilung der Druckkräfte und eine Anreicherung von Abrasivpartikeln zwischen diesen Flächen in den Bereichen, in denen letztere nicht in Kontakt stehen, und zwar insbesondere* wenn Bohrschlamm in die Vorrichtung eindringen kann. Durch die Erfindung wird dagegen erreicht, daß die beiden Reibflächen stets flächig aufeinanderllegen, indem einem der Reibringe die Möglichkeit verliehen wird, sich in jede Richtung bei jeder Umdrehung der Welle leicht neigen zu können·

Hier ist festzustellen, daß die aus der obengenannten US-PS 3 858 668 bekannte Vorrichtung auch die Möglichkeit einer Neigung eines der Re-ibringe vorsieht« Dort handelt es sich jedoch im wesentlichen um eine geringe axiale Verschiebung ohne Schwingung unter der Wirkung einer großen Kraft. Es scheint, daß auf Grund der Starrheit des verwendeten Elastomermaterials oder der Metall/Metallreibung in Höhe der Führung die Neigung sich nur unter großen Kräften einstellt. Andererseits erscheint es schwer, diesen Mangel zu beheben, indem etwa die Starrheit des Elastomermaterials oder die Reibungskräfte im Führungsbereich verringert werden, da es andererseits notwendig ist, um andere zu einer erhöhten Ab-

nutzung führende Erscheinungen zu verhindern, den Reibringen ein möglichst geringes Spiel in Drehrichtung um die Achse der Welle bezüglich der übrigen Teile der Baugruppe zu verleihen^ zu der diese Ringe gehören. Ein solches Spiel wäre wegen der Gefahr von Drehmomentschlägen von großem Nachteil-

Andererseits sind Kugellager bekannt, die eine axiale Verschiebung einer Welle in einer Buchse ohne nennenswertes Spiel in Drehrichtung zulassen. Die Kugel wird dort zwischen zwei einander gegenüberliegenden Rillen gehalten. Solche Kugellager sind beispielsweise in der FR-PS 2 258 104 oder der GB-PS 2 073 285 beschrieben. Sie lassen keine Neigung der Welle in der Buchse zu.

Solche ähnlichen Kugellager werden in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet, wobei darauf geachtet ist, daß Neigungen der Welle bezüglich der Buchse erleichtert werden, ohne daß ein übermäßiges Spiel auftritt. Diese Neigung ergibt sich auf Grund der Tatsache, daß in Höhe der einzelnen Kugeln jede ' Neigung durch Drehung um eine bestimmte Neigungsachse zum Teil zu einer axialen Verschiebung der Kugeln führt, die nach Richtung und Amplitude je nach dem betrachteten Rillenpaar unterschiedlich ist, wobei diese Verschiebung durch das Abrollen einer Kugel in ihren Rillen erleichtert wird.

Aueführungsbeispiel·

Die Erfindung soll nachfolgend anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig, 1: einen Axialschnitt I-I aus Fig. 2 einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2: einen Schnitt quer zur Achse gemäß den Linien II-II aus Fig. 1 dieselbe Vorrichtung;

Fig. 3: ein Detail III aus Fig. 2 in vergrößertem Maßstab; .

Fig. 4 eine Variante zu der erfindungsgemäßen Vorrichbis 6: tung in Darstellungen entsprechend den Fig. 1; 2 und 3.

Die erste erfindungsgemäße Vorrichtung, die in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, besitzt eine erste Baugruppe, die mit der Welle 2 um deren Achse 22 umläuft, während ein äußerer Körper 13 feststeht, mit dem eine zweite Baugruppe verbunden ist. Axiale Kräfte sollen zwischen den beiden Baugruppen von der Welle 2 auf den Körper 13 und umgekehrt übertragbar sein. Die erste Baugruppe enthält mehrere Reibringe 1, die axial aufeinanderfolgen und je mit zwei voneinander abgewandten Reibflächen versehen sind, von denen nur eine dargestellt ist. Diese Reibfläche reibt gegen die Reibfläche eines Reibringes 6 in der zweiten Baugruppe. Die zweite Baugruppe besitzt weiter ein elastisches Druckelement 17, das auf die der Reibfläche abgewandte Seite des Reibringes 6 dieser Baugruppe in axialer Richtung drückt und damit diesen Reibring 6 gegen den Reibring 1 der ersten Baugruppe dauerhaft drückt, sowie eine geringfügige axiale Verschiebung der beiden Ringe 1; 6 ermöglicht. Das Druckelement 17 stützt sich rückwärts gegen eine Armatur 12 ab. Die zweite Baugruppe enthält außerdem eine

Führungsbuchse 28, die bezüglich der Armatur 12 beweglich ist und zur Welle 2 koaxial angeordnet ist. Si trägt starr den Reibring 6 dieser Baugruppe, Schließlich weist diese Baugruppe noch eine Führungsbuchse 33 auf, die mit der Armatur 12 starr verbunden ist. In die bewegliche 28 und die feste Buchse 33 sind je Rillen 30 bzw. 32 parallel zur Achse einander gegenüberliegend eingeschnitten, zwischen denen sich eine Kugel 31 befindet. Diese Kugeln 31 besitzen ein Spiel, das ausreicht, um eine leichte axiale Verschiebung der beweglichen Buchse 28 durch Abrollen der Kugeln 31 auf den Rändern der .Rillen 30 zu ermöglichen. Das Spiel darf aber auch nicht zur groß sein, damit die bewegliche Buchse 33, sich nicht um die Achse der Welle 2 drehen kann. Ein solches Spiel reicht aber aus, um eine periodische Neigung der beweglichen Buchse 28 zu ermöglichen»

Natürlich wird die Steifigkeit des axialen Druckelements 17 so gering gewählt, daß diese leichte Neigung durch variable Deformation entlang seinem Umfang ermöglicht wird. Vorzugsweise wird die Steifigkeit geringer gewählt, als wenn es nur darum, ginge, voraussehbare axiale Verschiebungen abzufangen» Dieses Element 17 besteht vorzugsweise aus einer kegelstumpfförmigen Ringscheibe aus Federstahl.

Die Welle 2 ist im vorliegenden Beispiel die Turbinenwelle eines unterirdischen Bohrers,-während der äußere Körper 13 das Rohrgestänge dieser Turbine darstellt. Die mit dem äußeren Körper 13 fest verbundene Armatur 12 liegt in Form einer ringförmigen Platte vor, die mit Durchlässen 23 für den Bohrschlamm versehen ist, falls letzterer die treibende Ener-

gie der Turbine liefert.

Wenn auch die Reibringe 1; 6 vorzugsweise als ersetzbare Auflagen ausgebildet sind, so könnten sie auch Bestandteil von ausgedehnten Monoblockanordnungen sein, von denen die eine beispielsweise die Welle 2 und die andere beispielsweise die bewegliche Buchse 28 umfaßt.

Vorzugsweise sind die Rillen 30; 32 mit Endanschlägen versehen, die das Einlegen der Kugeln 31 bei der Montage erleichtern und ihr Herausfallen verhindern. Der Winkel A der periodischen Neigung, der der Ring 6 auf Grund der größtvorhersehbaren parasitären Neigung des Reibrings 1 unterliegen kann, sollte nicht zur groß sein. Die Reibringe 1; 6 werden für ' den Fall ausgelegt, daß dieser Winkel kleiner als 1/100 Radiant ist. Ein solcher Wert ist leicht einzuhalten. Andererseits besteht im Fall üblicher- Turbobohrer auf Grund der eventuellen Krümmung des Bohrlochs nur sehr selten die Gefahr, daß dieser Wert überschritten wird.

Wie aus Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, ist der Querschnitt dieser Rillen 1; 6 halbkreisförmig. Der Abstand R des Kugelmittelpunktes von der Wellenachse hängt ab von den Nenndimensionen der Vorrichtung und kann zwischen 15 und 200 mm betragen. Das radiale Spiel der Kugel 31 in der Rille 28 wird zwischen 0,05 mm und 0,2 mm gewählt, während das Spiel in Umfangsrichtung ebenfalls zwischen diesen Werten gewählt wird, solange keine Neigung und keine Kraft vorliegt.

Das elastische Druckelement 17 wird zwischen der Rückseite

der beweglichen Buchse 28 und der Armatur 12 komprimiert.

Die Verschiebung der Kugeln 31 wird durch einen vorderen und einen hinteren Anschlag an den beweglichen Rillen 30 begrenzt. Dadurch kann man die Kugeln 31 zuerst radial in die beweglichen Rillen 30 während der Montage der Vorrichtung einschieben, solange die mobile Buchse 28 noch nicht vollständig axial in die feste Buchse 33 von vorne eingeführt ist· Dann kann man die Kugeln 31 axial nach hinten zwischen der festen und der beweglichen Rille 30; 32 glei-.ten lassen und schließlich die bewegliche Buchse 28 axial nach hinten drücken, bis sie gegen das elastische Druckelement 17 und dieses gegen die Armatur 12 anliegt. Dies entspricht der Betriebsstellung, solange keine Kräfte auftreten. Λ,

Ein elastisches oder weiches Füllmaterial Pl? wird einerseits verwendet als Zentriermittel, das die Kugeln 31 elastisch in ihre zentrale Lage zurückdrückt, und andererseits zum Schutz des. die Kugeln 31 enthaltenden mechanischen Systems gegen die aggressive Umwelt.

Um Verformungen dieses Materials zu ermöglichen, sind Kompensationsöffnungen OC im hinteren Teil der festen Buchse 33 vorgesehen.

Das Innenvolumen der Führungsbuchse 28 wird beispielsweise nach dem Einführen der Kugeln 31 mit einer Flüssigkeit gefüllt, die anschließend wieder entfernt wird und an den Wanden eine Klebebeschichtung hinterläßt. Diese Flüssigkeit

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gönnte auch vorab durch Bestäuben oder mit einem Pinsel auf die Bestandteile des Mechanismus aufgebracht werden.

Darauf füllt man das Volumen mit dem Füllmaterial PR· Hierzu werden die Kompensationsöffnungen OC verschlossen und die Achse 22 senkrecht gestellt, wobei die Ausgangsöffnung OS oben ist und die Kugeln 31 durch Schwerkraft bis an den Boden ihrer Rillen 30; 32 gebracht werden. Die bewegliche Buchse 28 befindet sich dann am oberen Ende ihres Bewegungsspielraums in losem Kontakt mit dem elastischen Druckelement 17.« Das einzufüllende Material PR ist ursprünglich sehr dünnflüssig und wird langsam in die Ausgangsöffnung OS eingefüllt, bis das Volumen voll ist, Durch Evakuieren und Entspannung auf Atmosphärendruck werden Blasen aus dem Produkt entfernt.

Die Pblymerisierung des elastischen Füllmaterials PR erfolgt dann bei Umgebungstemperatur oder einer etwas höheren Temperatur, um die Dauer des Verfestigens zu verkürzen.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß das elastische Material PR entgegen den Befürchtungen den Betrieb des Systems nicht behindert. Es scheint insbesondere, daß nach Inbetriebnahme des Systems zahlreiche chemische Bindungen im Inneren des Materials in den Zonen aufgebrochen werden, in denen die Kugeln 31 in Kontakt mit den.Flanken der Rillen 30; 32 abrollen und in denen besonders große Kräfte auftreten, d, h, größer als 100 N/mm · Das Füllmaterial PR verhält sich also etwa wie eine Flüssigkeit, während in allen restlichen Bereichen des Volumens der interne Zusammenhalt des Materials

erhalten bleibt.

Das Füllmaterial PR sucht die Kugeln 31 alle in einer gemeinsamen Ebene zu halten, d« h. in Stellungen verteilt auf einem zu den beiden Buchsen 28; 33 koaxialen Kreis* sofern die Buchsen 28; 33 koaxial sind. Es ist klar, daß bei einer solchen Lage der Kugeln 31 die bewegliche Buchse 28 am leichtesten um eine beliebige Neigungsachse geneigt werden kann.

Das Füllmaterial PR kann also den Bewegungen der funktioneilen Teile leicht durch elastische Verformung und Ausweichen in die Kompensationsöffnungen OC nachgeben, ohne daß das Material zerrissen wird oder von den metallischen Wänden abhebt, · :'„

Im allgemeinen muß das Füllmaterial PR zumindest vorzugsweise folgenden Bedingungen genügen:

- Ausgezeichnete Haftung auf dem Metall (oder einem anderen Material) der Buchsen 28; 33, wenn möglich, soll die Haf-r tungskraft größer als die Eigenfestigkeit gegen Scher- oder Zugkräfte sein, also größer als zwischen 3 und 30 N/mm (Zugkräfte).

- Da das Material auf Grund der Bewegungen der Bauteile Reiß- und Längskräften unterliegt, sollte es eine große Reißfestigkeit besitzen, und zwar zwischen 20 und 200 N/cm bei einer Längung von zwischen 150 und 700 %, .

Die mechanische und innere Arbeit des Materials kann Wärme erzeugen, die das Material ohne weiteres abgeben können soll. Die Wärmeleitfähigkeit sollte also so hoch wie möglich sein

und jedenfalls größer als 0,1 W/m K.

Da die Bewegungen des mechanischen Systems das Material verformen, sollten die von dem Material erzeugten Gegenkräfte so gering wie möglich sein und durch einen möglichst kleinen Young-Modul definiert sein, der vorzugsweise zwischen 0,5

2 ' ·

und 20 N/mm liegt.

Das Material kann aus der Gruppe der Chlorosilanen oder speziellen Siloxanen bestehen.

Natürlicher Gummi oder künstliche Elastomere wie z. B. Polybutadien würden sich zwar aus der Sicht des mechanischen und des Haftverhaltens eignen, sie sind jedoch schwieriger zu verarbeiten und benötigen teue.re Werkzeuge für das Einbringen* '

In einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in den Fig. 4; 5; 6 dargestellt ist, wird kein Füllmaterial PR für die elastische Halterung der Kugeln 31 verwendet«. Die Zentrierung der Kugeln 31 erfolgt hier dadurch, daß die Rillen 30 durch einfache halbkugelförmige Lagerhöhlungen 30c ersetzt sind, die in die Buchse 28 eingeschnitten sind und die Zentriermittel für die Kugeln 31 bilden. Die Kugeln 31 können in diesen Höhlungen gedreht werden, während sie in den Rillen 32 abrollen.

Es ist abschließend zu bemerken, daß Neigungsbewegungen

theoretisch unmöglich sind, wenn gar kein Spiel vorliegt.

Tatsächlich genügt bereits ein Spiel in der Größenordnung von 0,02 bis 0,1 mm bevorzugt. ,

Claims

Erfindunqsanspruch

ψ /

!•Vorrichtung zur axialen Abstützung einer Welle, mit einer drehenden Baugruppe, die von der Welle um deren Achse bezüglich eines feststehenden äußeren Körpers in Umdrehung versetzt wird und einen Axialdruck auf diese Welle über« tragen soll, und mit einer nichtdrehenden B_augruppe, die so mit dem äußeren Körper Verbunden ist, daß sie drehfest ist und einen Äxialdruck auf den Körper übertragen kann, wobei die beiden Baugruppen so zusammenwirken, daß sie eine starke axiale Verschiebung der Welle in dem Körper verhindern und zugleich deren Umdrehung erlauben, wobei jede der Baugruppen einen Reibring aufweist, der mindestens eine zur Achse der Welle senkrechte ebene Reibfläche in Form eines zur Welle koaxialen Reibkranzes aus einem harten Material besitzt, die auf der Reibfläche des Reibringes der anderen Baugruppe reibt, wobei die zweite Baugruppe ein elastisches Druckelement aufweist, das den Reibring dieser Baugruppe von hinten in axialer Richtung dauerhaft gegen den Reibring der ersten Baugruppe drückt und zugleich eine geringe axiale Verschiebung dieser Ringe zuläßt sowie sich nach hinten gegen eine Armatur abstützt, und wobei Mittel vorgesehen sind, die die Verdrehung des Reibrings der zweiten Baugruppe bezüglich dieser Armatur um die Achse verhindern und der Axialverschiebung dieses Rings als Führung dienen, gekennzeichnet dadurch, daß die zweite Baugruppe außerdem eine Führungsbuchse (28), die bezüglich der Armatur (12) beweglich koaxial zur Achse • (2) angeordnet ist und starr den Reibring (6) dieser Baugruppe trägt, und eine Führungsbuchse (33) enthält, die

bezüglich der Armatur (12) feststeht und zur beweglichen Führungsbuchse koaxial un von gleicher axialer Ausdehnung ist, wobei ein radiales Spiel (36) zwischen den beiden Buchseh (28; 33) vorgesehen ist, um eine leichte Neigung der beweglichen Buchse (28) um eine Neigungsachse zu ermöglichen, die senkrecht zur Wellenachse (22) verläuft, diese im Bereich der axialen Erstreckung der Buchsen (28; 33) schneidet und um diese zu drehen in der Lage ist, und wobei eine solche Neigung insbesondere von einer eventuellen parasitären Neigung der Oberfläche des Reibrings (1) der ersten Baugruppe, die auf den Reibring (6) der zweiten Baugruppe übertragen wird, auf Grund der dauernden axialen gegenseitigen Abstützung der beiden Ringe (1; 6) stammen kann, wobei Paare von Lagerhöhlungen vorgesehen sind, von denen je eine (30) beweglich und eine (32) fest ist und die einander gegenüberliegend in der beweglichen Buchse (28) bzw. der festen Buchse (33) eingeschnitten sind, wobei mindestens eine der Lagerhöhlungen (30; 32) jedes Paares als axial verlaufende Rille ausgebildet ist, wobei in jedem Paar von Lagerhöhlungen (30; 32) eine Kugel (31) mit einem ausreichenden Spiel angeordnet ist, um eine axiale Verschiebung der beweglichen Buchse (28) durch Abrollen der Kugeln (31) auf der Rillenwand zu ermöglichen, wobei dieses Spiel zugleich ausreichend gering ist, um eine Drehung der beweglichen Buchse (28) um die Wellenachse (22) zu verhindern, und wobei ein Mittel (PR; 3Oc) zum Zentrieren der Kugeln (31) vorgesehen ist, derart, daß die Kugeln (31) sich auf einem zu den beiden Buchsen (28; 33) koaxialen Kreis anordnen, wenn die Buchsen (28; 33) koaxial liegen, und durch ihr Abrollen eine Neigung

der beweglichen Buchse (28) um eine beliebige Neigungsachse ermöglichen.
2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß, die beiden Lagerhöhlungen jedes Rillenpaares aus zwei einander gegenüberliegenden Rillen (30; 32) bestehen und daß das Zentriermittel aus einem elastischen und weichen Füllmateii al (PR) besteht, das die Rillen'füllt.
3. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Rille (30) der beweglichen Buchse (28) zwei Endanschläge auf weist,. die die axiale Bewegung der Kugeln (31) begrenzt.
4. Vorrichtung nach Punkt 2_# gekennzeichnet dadurch, daß das axiale Druckelement (17) zwischen einer rückwärtigen Seite der beweglichen Buchse (28) und der Armatur (12) zusammengedrückt wird und daß die Bahn der Kugeln (31) durch vordere und rückwärtige Anschläge in den Rillen (30) der beweglichen Buchse (28) begrenzt ist, so daß die Kugeln (31) zuerst radial in die Rillen (30) der beweglichen Buchse (28) während der Montage der Vorrichtung, d. h, solange die bewegliche Buchse (28) noch nicht ganz axial in die feste Buchse (33) von vorne eingesetzt ist, eingeführt werden und dann die Kugeln (31) axial zwischen den einander gegenüberliegenden Rillen (30; 32) alle zugleich bis an den hinteren Anschlag gleiten und schließlich die bewegliche Buchse (28) axial nach hinten geschoben wird, wobei die bewegliche Buchse (28) gegen das elastische Druckelement (17) in Anlage kommt.
5. Vorrichtung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die feste Buchse (33) die bewegliche Buchse (28) umgibt und die Armatur (12) mit dem äußeren Körper (13) fest verbunden ist» so daß die Montage der Vorrichtung um die Welle (2) herum vor dem Anbringen des äußeren Körpers (13) erfolgt.
6» Vorrichtung nach Punkt 4, gekennzeichnet" dadurch, daß die bewegliche Buchse (28) und das elastische Druckelement (17), im wesentlichen drehsymmetrisch zur Achse (22) der Welle (2) geformt sind«
7. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Welle (2) die Turbinenwelle eines unterirdischen Bohrermotors ist, während der äußere Körper (13) das Rohrgestänge der Turbine bildet, wobei die mit dem äußeren Körper (13) fest verbundene Armatur (12) die Form einer mit axialen Durchlässen (23) versehenen Platte zum axialen Durchlaß des Bohrschlamms, der die Motorenergie der Turbine liefert, aufweist.
8. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine der Lagerhöhlungen (3Oc) jedes Paares im wesentlichen halbkugelförmig gestaltet ist und eine Kugel (31) aufnimmt, die in der dieser Höhlung (3Oc) gegenüberliegenden Rille (32) abrollt, und daß die verschiedenen halbkugelförmigen Höhlungen (3Oc) auf einem zur Buchse (28), in die sie eingeschnitten sind, koaxialen Kreis verteilt sind und das Zentriermittel bilden,
9. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die

Reibringe (1; 6) so hergestellt und montiert sind, daß der sich periodisch verändernde Neigungswinkel des Reibringes (6) der zweiten Baugruppe auf Grund der größten vorhersehbaren parasitären Neigung des Reibringes (1) der ersten Baugruppe geringer als 1/100 Radiant ist, so daß die maximale Verringerung des radialen Abstands eines Endes einer Rille (30) der beweglichen Buchse (28) zur entsprechenden Rille (32) der festen Buchse in Grenzen bleibt.

- Hierzu 2 Seiten Zeichnungen -