DE2132634A1 - Hydraulischer Motor zum Antreiben eines Gesteinsbohrers,sowie Dichtung zum Abdichten zweier drehbarer Teile,insbesondere fuer einen solchen Motor - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Ψίπ^ΜΑΝ«, 2132634

Dipl.-Ing. RWeickmann, Dipl-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A-Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN SAHA POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

<983921/22>

WILLIAM MAYALL, 6 Arundel Garden, Ash Lane, Rustington,

Sussex, England

Hydraulischer Motor zum Antreiben eines Gesteinsbohrers, sowie Dichtung zum Abdichten zweier drehbarer Teile, insbesondere für einen solchen Motor«

Die Erfindung betrifft Gesteinsbohrer und zwar Bohrer zum Vordringen durch die Erdrinde bis in große Tiefen, beispielsweise zum Erschließen von Erdöl- oder Erdgasvorkommen. Gewöhnlich werden solche Bohrungen unter Verwendung eines Bohrturms vorgenommen, der einen Bohrmeißel mit Hilfe einer rotierenden sogenannten Verrohrung dreht, die aus aneinandergesetzten Rohren besteht und vom Bohrturm auf der Erdoberfläche hinunter bis zum Bohrmeißel reicht, der am Ende des untersten Rohres der Verrohrung befestigt ist« Splitter und Steinbrocken, die von dem rotierenden Bohrmeißel am Boden des Bohrloches losgelöst werden, werden von einer Flüssigkeitsströmung durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen der Verrohrung und der Bohrlochwand zur Oberfläche hochgespült. Die Flüssigkeit wird durch die miteinander verbundenen Rohre, die die Verrohrung bilden, zum Grund des Bohrloches geleitet. Biese Flüssigkeit, die gewöhnlich als Bohrschlamm bezeichnet wird, dient auch zum Kühlen des Bohrmeißels»

Das Drehmoment, das zum Drehen des Bohrmeißels benötigt

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wird, ist ziemlich groß und wird gemeinhin, wie schon erwähnt, durch die Verrohrung vom Bohrturm auf der Oberfläche zum Bohrmeißel übertragene Die beim Übertragen des Drehmomentes in der Verrohrung gespeicherte Energie ist daher beträchtlich, vor allem bei Bohrungen in großen Tiefen, und bringt Schwierigkeiten mit sich, wenn der Bohrmeißel durch ungleichartige Schichten vordringt, die schwankende Drehmomenterfordernisse am Bohrmeißel verursachen. Die Übertragung des notwendigen Drehmomentes vom Bohrturm auf den Bohrmeißel bedingt außerdem eine beträchtliche Wandstärke und Festigkeit der Rohre der Verrohrung, so daß diese schwer und teuer wird. Die Anforderung an die Wandstärke der Rohre steht zudem im Gegensatz zu anderen Erfordernissen dieser Rohre, nämlich daß sie einen großen Innenquerschnitt haben müssen, um den Bohrschlamm in grossen Mengen zum Grund des Bohrloches leiten zu können, damit dieser seine Aufgabe der Kühlung des Bohrmeißels und des Ausspülens erfüllen kann₀ Ferner müssen, wenn ein geradliniges Bohrloch eingeschnitten werden soll, die Rohre der Verrohrung gerade und genau geformt sein, so daß sie das Drehmoment ohne Ablenkung übertragen, die ein Wandern des Bohrmeißels verursachen würde, so daß ein ungerades Bohi?- loch entstünde. Andererseits ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, ein Bohrloch mit einer vorgesehenen Abweichung von der Geradlinigkeit herzustellen wie es manchmal er-» wünscht sein mago

Offensichtlich lassen sich also viele Mängel und Kompromisse in der Konstruktion von Bohrern der oben beschriebenen Art dadurch beseitigen, daß man die zum Drehen des Bohrmeißels erforderliche Drehkraft mit Mitteln erzeugt, die neben dem Bohrmeißel angeordnet sind, und diese Mittel durch ihnen zugeführte Energie antreibt«, Der sogenannte "Turbotoohrer^M ist ein bekannter Vorschlag zur Erreichung dieses Zieles» Der lurbobohrer umfaßt einen hydraulischen Motor in

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der Forint einer Turbine, der am Unterende der Verrohrung anbringbar ist und der dem nach unten strömenden Bohrschlamm Energie entzieht, um Drehkraft zu erzeugen, die den Bohrmeißel relativ zur Verrohrung drehte Das einschlägige Fachgebiet der Technik ist überhäuft mit Vorschlägen für Turbobohrerkonstruktionen, doch hat sich keiner der vorgeschlagenen Turbobohrer als fähig erwiesen,· in der Praxis zusammen mit einem Bohrer herkömmlicher Konstruktion, wie er oben geschildert wurde, einsetzbar zu sein. Ein Grund hierfür ist, daß wegen des hohen Druckes des Bohrschlammes beim Erreichen des Turbobohrers am Grund des Bohrloches dieser Druck kann je nach der Tiefe des Bohrloches 280 kg/ cm (4000 psi) betragen - die nach den bisherigen Konstruktionsprinzipien gebauten Turbobohrer unumgänglich entweder den Bohrmeißel mit einer unerwünscht hohen Rotationsgeschwindigkeit antreiben oder, wenn sie speziell dafür gebaut sind, den Bohrmeißel langsam anzutreiben, ein zu geringes Drehmoment entwickeln. Die zweckmäßige Rotationsgeschwindigkeit des Bohrmeißels, die bei der üblichen Übertragung des Drehmomentes durch die Verrohrung angewandt wird, liegt in der Größenordnung von 30 bis 250 U/min. Die meisten bekannten Turbobohrer laufen mit einer Geschwindigkeit von über 500 U/ min_o Bei solchen Geschwindigkeiten wird die Abnützung von Lagern und anderen Elementen des Turbobohrers beschleunigt und zudem müssen oft Diamantbohrer verwendet werden_e Selbst diejenigen bekannten Turbobohrer, die speziell für eine ge« ringere Drehgeschwindigkeit konstruiert sind, aber ein ungenügendes Drehmoment erzeugen, laufen mit nicht viel weniger als 400 U/min, so daß die erwähnten Kachteile nicht sehr verringert werden_e

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten hydraulischen Motor zum Antreiben von Gesteinsbohrern zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung einen hydraulischen Motor für Gesteinsbohrer vor, der ein

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Gehäuse aufweist, das am Unterende einer Yerrohrung anschließbar ist und einen Stator darstellt und in dem ein Rotor drehbar gehaltert ist, der mit einem Bohrmeißel verbindbar ist und einen Antrieb aufweist, der aus mehreren antreibenden Elementen besteht, die alle am Rotor befestigt und derart angeordnet sind, daß der unter Druck stehende Bohrschlamm, der dem Motor im Betrieb zugeleitet wird, auf sie auftrifft, und die dann, wenn der Druck des Bohrschlamms auf sie einen vorgegebenen Wert übersteigt, zum Rotor elastisch verdrehbar sind, wobei sie derart dem Rotor zugeordnet sind, daß die in ihnen wirksamen Drehmomente beim. Verdrehen vereint auf den Rotor einwirken und diesen drehen.

Bei einem solchen Motor können die antreibenden Elemente derart ausgebildet sein, beispielsweise bezüglich ihrer Verdrehungsfähigkeit zum Rotor, daß man eine Drehung des Rotors mit verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit, nämlich in dem gewünschten Bereich von 30 bis 250 u/min, erzielt, wobei zugleich eine ausreichend hohe Drehkraft auf den Bohrmeißel übertragen wird, da die dem Bohrschlamm entzogene Energie nicht verlorengeht, sondern vielmehr dem Rotor in der Form von Drehkraft in den antreibenden Elementen zugeführt wird. Durch geeignete Konstruktion der antreibenden Elemente und der Art ihrer Zuordnung zum Rotor können die erwünschten Daten durch eine wahlweise Herabsetzung des Bohrschlammdruckes innerhalb weiter Grenzen erreicht werden, beispielsweise durch eine Herabsetzung zwischen etwa 7 und 84 kg/om (100 bis 1200 psi), je nach anderen Gesichtspunkten, etwa dem Bohrschlammdruck, der für den Antrieb des Motors zur Verfügung steht.

Vorzugsweise haben die antreibenden Elemente Schaufelform und sind in einem Ring rund um den Rotorkörper angeordnet· Zweckmäßig erstrecken sie sich mit ihrer größten Abmessung

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parallel zu ihren Drehachsen und parallel zur Drehachse des Rotors, so daß eine große Schaufelfläohe in dem radial beschränkten Raum unterbringbar ist, wie er in einem in ein Bohrloch einzuführenden Motor zur Verfügung steht· In einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung haltert der Rotor einen Ring paralleler, länglicher Schaufeln, deren Längsabmessung sich parallel zur Rotorachse erstreckt. In einem speziellen Pail sind sechs Schaufeln vorgesehen, es können aber nach Wunsch auch mehr oder weniger sein.

In einigen formen der Erfindung können die antreibenden Elemente nichtdrehbar am Rotorkörper an beiden Enden ihrer Drehachsen befestigt sein. Hierzu kann beispielsweise jedes Element an jedem Ende seiner Achse mit einem unrunden Befestigungsklotz versehen sein und die Klötze können in entsprechend geformten Einsenkungen im Rotorkörper aufgenommen und befestigt werden. Das Verdrehen der antreibenden Elemente besteht dann in einem Verwinden des vorzugsweise blattförmigen Mittelteils jedes Elementes zu dessen fixierten Enden, die vorzugsweise mit dem Mittelteil über zylindrische Torsionsstäbe verbunden sind, in denen das Verwinden stattfindet. Eine derartige Anordnung ist jedoch nur dann geeignet, wenn ein verhältnismäßig großer Anteil des Druckes im Bohrschlamm zum Antreiben des Rotors entnommen werden darf oder soll, beispielsweise eine Druckverminderung im Bereich Ton 84 kg/om (1200 psi). Der Rotor kann auch durch eine sehr viel kleinere Druckminderung, beispielsweise von 7 kg/

cm , angetrieben werden, wenn die antreibenden Elemente alle mit ihrem einen Ende ihrer Drehachsen drehbar und am anderen Ende nichtdreh'bar am Rotor gehaltert sind. Zweokmäßi«· gerweise ist zwischen einem sohaufelförmigen Teil und der nichtdrehbaren Befestigung des Elementes ein verhältnismäßig langer zylindrischer Torsionsstab vorgesehen, der eine mit dem schaufeiförmigen Teil vergleichbare Länge hat und in dem die Verwindung im Betrieb stattfindet.

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Die Fläche jedes antreibenden Elementes, auf die im Betrieb der Bohrschlamm auftrifft, kann sich in einem kleinen Winkel von beispielsweise 4 zur Hauptrichtung der Bohrschi amms tr ömung zum Element hin erstrecken,,

Der Strömungsweg des unter Druck stehenden BohrSchlamms im Bereich der antreibenden Elemente im Betrieb kann bei den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sehr unterschiedlich sein. Zwar ist im allgemeinen ein ringförmiger Durchlaß zwischen- dem Rotor und einer benachbarten rohrförmigen Wandung des Gehäuses für die Strömung des Bohrschlamms zu den antreibenden Elementen ausgebildet, der weitere Weg des Bohrschlammes von den verdrillten Elementen weg zum Bohrmeißel, um dessen Kühlung und die Spülung in üblicher Weise zu leisten, kann sehr verschieden sein· Die einzige wichtige Bedingung ist, daß der Strömungsweg die Errichtung eines Druckgefälles an jedem antreibenden Element sowohl vor als auch nach dem Verdrehen gewährleistet, so daß die Verdrillung sowohl hervorgerufen als auch aufrechterhalten wird.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine solche Anordnung getroffen, daß ein Verdrillen der antreibenden Elemente durch den Druck des Bohrschlammes beim Überschreiten eines vorbestimmten Wertes einen oder mehrere Durchlässe für die weitere Strömung des BohrSchlammes öffnet. Dies läßt sich beispielsweise durch eine solche Anordnung der antreibenden Elemente erreichen, daß diese in ihrer unverdrehten Ruhestellung einen oder mehrere Durchlässe für die BohrSchlammströmung zum Bohrmeißel hin versperren, aber dann, wenn sie in einem bestimmten Ausmaß verdrillt werden_f eine eingeengte Strömung des Bohrschlamms zwischen den Elementen zu deren Rückseite und von dort weiter zum Bohrmeis«» sei freigeben» Die Wirkung einer solchen gedrosselten Strömung kann so bemessen werden, daß ein Druckgefälle zwischen

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der Vorder- und der Rückseite der antreibenden Elemente erhalten bleibt, damit die Elemente in ihrer verdrillten lage bleiben·

Ein anderes, zweckmäßiges Beispiel ist der gerade beschriebenen. Anordnung darin gleich, daß die antreibenden Elemente, wenn sie in einem bestimmten Ausmaß verdrillt werden, eine gedrosselte Weiterströmung des Bohrschlammes gestatten, aber in diesem Fall fließt der Bohrschlamm nicht zwischen den Elementen durch, sondern durch eingeengte Kanäle im Rotorkörper, die freigelegt werden, wenn die antreibenden Elemente in genügendem Ausmaß verdreht werden. Bei dieser Ausbildung der Erfindung ist jedes treibende Element mit einer passenden Dichtung versehen mit der Aufgabe, eine Bohrschlammströmung zwischen den Elementen zu verhindern, aber es ist trotzdem notwendig, eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen vorzusehen, um den Unterdruck hinter den treibenden Elementen abzubauen, wenn der Bohrschlamm entspannt wird, und so zu ermöglichen, daß die treibenden Elemente öffnen und den Rotor stoppen·

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Rotorkörper mit einem oder mehreren engen, permanent offenen Durchlässen versehen für die Weiterströmung des Bohr« Schlamms aus dem Bereich der treibenden Elemente· Die Ver— engung solcher Durchlässe gewährleistet, daß das nötige Druckgefälle an den treibenden Elementen entsteht, um die Elemente zu verdrehen und ihre Verdrillung aufrechtzuerhalten

Bei der Ausführungsform der Erfindung, in der ein Ring von treibenden Elementen vorgesehen ist, deren Drehachsen parallel zur Rotorachse verlaufen, erstrecken sich die treibenden Elemente vorzugsweise in der beabsichtigten Rotations« richtung des Rotors, weg von ihren Achsen, so daß das Drehmoment in jedem treibenden Element auf den Rotor in radia-

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ler-Richtung außerhalb der Achse des Elementes angelegt werden kann, wodurch auf den Rotor eine maximale Hebelkraft ausgeübt wird. Um den Rotor in Umdrehung zu versetzen, kann jede zweckmäßige Anordnung zur Übertragung der in den treibenden Elementen entwickelten Drehmomente auf den Rotor getroffen werden. Bei dem Ausführungsbeispiel, in dem ein schaufeiförmiger Teil jedes treibenden Elementes mit dein Rotor über einen zylindrischen Torsionsstab verbunden ist, in dem die Verdrillung erfolgt, ist an dem Stab an oder nächst seinem von der Schaufel entfernt liegenden Ende ein sektorförmiger Vorsprung vorgesehen, der in eine entsprechend geformte Ausnehmung im Rotorkörper aufgenommen ist, so daß dieses Ende des Torsionsstabes sich nicht drehen kann und zugleich das Drehmoment auf den Rotor über die radiale Fläche des Vorsprungs auf derjenigen Seite, die in der Verdrillung des Stabes vorausläuft, übertragen wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Rotor so angeordnet, daß ein Teil des Bohrschlamms an den treibenden Elementen ohne merklichen Durchverlust vorbeigeleitet wird, so daß ein unter hohem Druck stehender Schlamm für andere Zwecke im Bereich· des Bohrmeißels zur Verfügung steht, wie noch genauer erläutert wird.

Der Bohrschlamm ist gewöhnlich ein Schlamm mit starker Scheuerwirkung oder eine Suspension von Sand ,und Steinbrooken. Der Bohrschlamm zirkuliert kontinuierlich durch die Verrohrung, das Bohrloch und einen Klärsumpf, in dem sich die Masse größerer Brocken absetzt· Diese außerordentlich stark scheuernde Flüssigkeit beschädigt verstandlicherweise alle relativ bewegten Flächen, zwischen denen sie durchtritt«, Außerdem steht, wie schon erwähnt, der Bohrschlamm am Grund eines tiefen.Bohrloches unter einem beträchtlichen hydrostatischen Druck, so daß sein Eindringvermögen in Lagerstellen und zwischen relativ zueinander bewegte Teile sehr groß ist*

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Die Lager eines hydraulischen Motors für einen Bohrer sind daher der Gefahr ausgesetzt, mit dem scheuernden Bohr« schlämm, der zum Antreiben des Motors verwendet wird, verunreinigt zu werden. Da diese lager außerordentlich hohen Belastungen und starken Schwankungen der Belastung ausgesetzt sind, ist bisher das Versagen von Lagern ein Grund für die Unzuverlässigkeit der bisher vorgeschlagenen hydraulischen Motoren für Turbobohrer.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Dichtung speziell, aber nicht ausschließlich, zum Schutz der Rotorlager eines hydraulischen Motors zum Antreiben eines Ge st einsbohr er s zu schaff en«.

Zur Lösung dieser weiteren Aufgabe sieht die Erfindung eine Dichtung zum Abdichten zweier gegeneinander rotierender Teile, beispielsweise einer Rotorwelle und eines Lagergehäuses, vor, die einen Packen innerer und äußerer Spaltringpaare aufweist, bei denen die zwei Ringe jedes Paares eng ineinandergepaßt sind und ihre Spalte nahe beeinander, aber in einem gewissen Abstand auf dem Umfang voneinander haben und die an der sich zwischen den Spalten erstreckenden Zwischenfläche bleibend miteinander verbunden, etwa hartverlötet weich, verlötet oder verschweißt sind, wobei die Spalte der jeweils benachbarten Ringpaare in dem Packen gegeneinander versetzt sind und der äußere Ring jedes Paares gegen eine Drehung relativ zu dem äußeren der beiden Teile, zwi·· sohen denen die Dichtung liegt, gesichert ist_o

Bei einer speziellen Anwendung dieses Erfindungsmerkmals zum Schutz eines Lagers eines hydraulischen Motors für einen Gesteinsbohrer ist eine Dichtung der oben beschriebenen Art zwischen einem zylindrischen Gehäuse, das an eine Verrohrung anschließbar ist, und einer in dem Gehäuse drehbar ge·»

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halterten Rotorwelle, die den Bohrmeißel trägt, vorgesehen, um ein Lager dieser Welle gegen das Eindringen von Bohrschlamm zu schützen, wobei der äußere Spaltring jedes Paares gegen eine Drehung relativ zum Gehäuse gesichert ist und die inneren Spaltringe des Packens sich um die Rotorwelle drehen und wobei die Außenflächen der äußeren Spaltringe von dem Gehäuse nach innen beabstandet sind, so daß dazwischen ein ringförmiger Zwischenraum gebildet ist, dem Bohrschlamm oder Spülmittel unter hohem Druck zugeführt wird, so daß die Spaltringe in dichtende Anlage an der Rotorwelle gepreßt werden,»

Vorzugsweise besteht eine solche Dichtung aus einem Packen von mindestens sechs (vorzugsweise mindestens acht Paaren) innerer und äußerer Spaltringe und auf jeder Seite (d.io oben und unten) der lageranordnung eines hydraulischen Motors ist vorzugsweise eine Dichtung mit mindestens zwei solchen Packen vorgesehen, die durch Abstandsringe voneinander getrennt sind, welche auf der Rotorwelle frei beweglich sind.

Trotz der hohen Wirksamkeit solcher Dichtungen, die zum Schutz der Lager des Rotors eines hydraulischen Motors für einen Gesteinsbohrer gegen das Eindringen von Bohrschlamm vorgesehen sind, ist es günstig, die Lager noch mit weiteren Schutzmitteln auszustatten, um die Zeitspannen zwischen den Wartungen möglichst lang machen zu können«

Weiter sieht die Erfindung einen hydraulischen Motor zum Antrieb eines Gesteinsbohrers vor, der ein an eine Verrohrung anschließbares Gehäuse und eine mittels Lagern in dem Gehäuse drehbar gehalterte und mit einem Bohrmeißel verbindbar e Rotorwelle, sowie Dichtungen zwischen der Rotorwelle und dem Gehäuse auf jeder Seite der Lager vor, wobei der die Lager enthaltende Raum zwischen den Dichtungen mit Schmiermittel gefüllt wird und wobei mindestens ein Zylin«

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der mit einem Kolben vorgesehen ist, welcher mit diesem Raum in Verbindung steht, und Mittel vorgesehen sind, um Bohrschlamm unter einem Druck, der mindestens so hoch ist wie der außerhalb der Dichtungen im Betrieb herrschende Bohrschlammdruck, auf diejenige Seite des Kolbens, die von dem Raum entfernt liegt, zu leiten, um das darin enthaltene Schmiermittel unter Druck zu setzen_o Die Tatsache, daß der Bohrschlamm dem Zylinder unter einem Druck zugeleitet wird, der mindestens so hoch ist wie derjenige des Schlamms an der Außenseite der Dichtungen im Betrieb, so daß das Schmiermittel seinerseits auf einem Druck gehalten wird, der mindestens so hoch ist wie der Druck auf die Außenseite der Dichtungen, hält den Bohrschlamm von den Dichtungen und aus dem die Lager enthaltenden Raum herausο In einer Ausführungsform steht der Zylinder mit dem die Lager enthaltenden Raum über einen Einlaß zu diesem Raum nächst einer der Dichtungen, vorzugsweise der unteren, in Verbindunge Torzugsweise sind auch Mittel vorgesehen, um den unter Druck stehenden Bohrschlamm zu einer Stelle zwischen den Enden von mindestens einer der Dichtungen (vorzugsweise derjenigen, nächst der der Schmiermitteleinlaß angeordnet ist) zu leiten, und von dieser Stelle ist ein Austrittsweg für den Bohrschlamm aus dem Gehäuse zu einem Auslaß außerhalb der Dichtungen vorgesehen, so daß nicht das Schmiermittel, sondern Bohrsohlamm unter dem in dem Lagerraum herrschenden Druck ausleckte

In einer Ausführungsform der Erfindung hat die Kolben- und Zylinderanordnung zum Unterdrucksetzen des Schmiermittels ringförmige Gestalt, wobei der Zylinder ein zwischen der Rotorwelle und dem Gehäuse eingeschlossener Ring isto Zylinder und Kolben können jedoch auch von üblicher Form und nächst dem im Gebrauch oberen Ende des Motors über dem Rotor angeordnet sein, wobei diejenige Kammer des Zylinders, die im Betrieb Schmiermittel enthalten soll, über eine sich in Längsrichtung in dem Rotor erstreckende Leitung an den

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die lager enthaltenden Raum angeschlossen isto Der Zylinder ist zweckmäßigerweise so bemessen, daß er eine ziemliche Schmiermittelmenge, Z₀B. etwa 34 "Liter (9 Gallonen) Fett aufnehmen kann, so daß trotz kleiner im Betrieb unvermeidlicher Leckverluste nur in großen Zwischenräumen nachgefüllt werden muß_e

In einem solchen hydraulischen Motor können die Dichtungen von der oben beschriebenen Art sein oder auch nicht«.

Zwischen dem Gehäuse und dem Rotor eines erfindungsgemäßen hydraulischen Motors müssen Axiallager vorgesehen sein, die die in einer Richtung auftretenden Axialdrucke aufnehmen können und die so konstruiert sind, daß sie bei vielen Verdrillungen in der Praxis fluktuieren und immer wieder zurückkehren_o Vorzugsweise ist in dem erfindungsgemäßen hydraulischen Motor mindestens ein Axiallager eingebaut, wie es in der britischen Patentanmeldung Nr₀33142/69 (Serial ITr, ) beschrieben isto In seiner zweckmäßigsten Form stellt ein solches Axialdrucklager auch ein Radiallager dar, aber auch dann sollte ein hydraulischer Motor vorzugsweise weitere Radiallager enthalten, um den Rotor im Gehäuse zu zentrieren.

In einer zweckmäßigen Ausführung verkörpert ein hydraulischer Motor sowohl den ersten als auch den dritten Hauptgesichtspunkt der Erfindung, wobei die Dichtungen nach dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung ausgebildet sein können oder auch nicht«, Der Erfindungsumfang erstreckt sich jedoch auch auf hydraulische Motoren, die nur eines der erfindungsgemäßen Merkmale verkörpern und die beschriebenen Dichtungen enthalten können oder nicht«

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung gehen aus der nachfolgenden genauen Beschreibung von Ausführungsbei-

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spielen anhand der beigefügten Zeichnungen hervor_o Bs zeigen ϊ

Figo 1a bis 1d einen Achsschnitt durch einen erfindungsgemäßen hydraulischen Motor;

Figo2 bis 10 Querschnitte nach den entsprechend numerierten Schnittlinien in Mg.1t

Der Motor weist ein Gehäuse 1 in Form eines zylindrischen Rohres auf, das sich vom einen bis zum anderen Ende des Motors erstreckt und an seinem oberen Ende ein mit Innengewinde versehenes Anschlußstück 2 trägt, mit dem es an das unterste Rohr einer Verrohrung angeschlossen wird· Das untere Ende des Rohres ist ebenfalls mit einem Innengewinde 3 versehen, um ein Endstück 4 aufzunehmen. Das Rohr 1 dreht sich im Betrieb nicht und stellt den Stator des Motors dar_o

In dem Rohr 1 ist ein Rotor drehbar gelagert, der eine Rotorwelle 5 aufweist, die auf dem größten Teil ihrer Länge in einem abgedichteten Lagersystem gehaltert ist. Die Rotorwelle 5 ist rohrförmig und ist an ihrem oberen Ende mit sechs Antriebszapfen 6 an das Unterende des Rotorantriebs angeschlossen. Ihr unteres Ende ist bei 7 in radialer Richtung verbreitert und dann als ein angeformtes Endpaßstück 8 ausgebildet mit einem A.P.I. Innengewinde 9 für den Anschluß eines nicht gezeigten Bohrmeißels»

Beginnend am oberen Ende, d.i. in Figo 1a links, wird nunmehr die Konstruktion des hydraulisohen Motors im Detail beschrieben·

Das obere Anschlußstück 2 für die Befestigung am unteren Rohr einer Verrohrung beherbergt ein Bodenventil 10, das automatisch arbeitet und einen Auslaß für die Bohrschlammsäule in der Verrohrung öffnet, wenn der Bohrschlamm vom

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Druck entlastet wird, ZoB. wenn die Verrohrung aus dem Bohrloch herausgezogen wird. Das Bodenventil hat ein Ventilgehäuse 11, das in dem. Anschlustück 2. mittels einer Klemmutter 12 befestigt ist und gegen das Innere des Anschlußstückes 2 durch Dichtungsringe 13 abgedichtet ist. Das Ventilgehäuse 11 weist einen querliegenden Teil 14 auf, der drei Auslaßkanäle 15 für den Bohrschlamm bildet, die über, eine ringförmige Einsenkung 16 an der Innenwand des Anschlußstückes 2 zu einem diese Wand durchziehenden Auslaß 17 führen» Der Teil 14 des Ventilgehäuses hat auch noch drei Kanäle 18 für die Strömung des unter Druck stehenden BohrSchlammes, die ständig offen sindo Wenn der Bohrschlamm unter Druck steht, verhindert ein Absperrglied 19» daß der Schlamm in die Auslaßkanäle 15 gelangt. Das Absperrglied ist verschieblich in dem Ventilgehäuse des Bodenventils gehaltert und mit einem zentral angeordneten Stöpsel 20 versehen, der sich in eine Mittenöffnung 21 des querliegenden Teils 14 des Ventilgehäuses legen kann, die zu den Auslaßkanälen 15 führte An dem Absperrglied 19 bzwo am Teil 14 des Ventilgehäuses sind Verschleißringe 22 und 23 aus Wolframkarbid vorgesehen, die sich gegeneinanderlegen, wenn das Ventil geschlossen ist, und rund um den Stöpsel 20 ist ein Gummidichtring 24 angebracht, der gegen den Verschleißring 23 abdichtete Das Absperrglied 19 wird in den Ventilgehäuse von einer Schraubenfeder 25 nach oben gedruckt, so daß das Ventil automatisch öffnet, wenn der Bohrschlamm druckentlastet wird, aber von dem unter Druck stehenden Bohrschlamm gegen die Kraft der Feder 25 in seiner Schließstellung gehalten wirde Durchlässe, die zwischen Rippen 26 des Absperr— gliedes gebildet sind, lassen den unter Druck stehenden Bohrschlamm im Betrieb hinter das Absperrglied und weiter durch die Kanäle 18 im Teil 14 des Ventilgehäuses strömen_e

Der nächste Teil des Motors unter dem Bodenventil 10 ist ein Zylinder mit Kolben, dessen Zweck es ist, unter Druck

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stehendes Schmiermittel, speziell Fett, den Dichtungen und Lagern vielter unten im Motor zuzuführen< > Der Zylinder 27 dieser Einheit (von dem in Figo 1a nur ein kleiner Teil sei« ner länge gezeigt ist) wird an seinem unteren Ende von einer Manschette 28 gehaltert, auf die der Zylinder aufgeschraubt ist«, Die Manschette 28 ist mit radialen Rippen 30 versehen, die sich gegen die Innenwand des G-ehäuserohres 1 anlegen, um so den Zylinder 27 und andere, noch zu "beschreibende Teile, die in der Manschette gehaltert sind, zu zentrieren Am oberen Bnde ist am Zylinder 27 ein konisches Paßstück 31 angeschweißt, das einen axialen Kanal 32 für die Strömung des unter Druck stehenden Bohrschlammes in den Zylinder aufweist· Der Zylinder beherbergt einen Kolben 33, der von dem Druck des Bohrschlammes nach unten gepreßt wirdo Im Betrieb wird der gesamte Zylinderraum 34 unterhalb des Kolbens 33 mit Fett gefüllt, das unter Druck den Dichtungen und Lagern des Motors zugeführt wirde

An seinem oberen Ende wird der Zylinder 27 von einer Buchse 35 gehalten, die in das Gehäuserohr eingeschraubt ist und mit dem Paßstück 31 durch Stege 36 starr verbunden ist, die zwischen sich Durchlässe für den Bohrschlamm bilden« Wenn der Zylinder 27 sich im Betrieb von oben gesehen im Uhrzeigersinn drehen soll, ist die Buchse 35 mit dem Gehäuse durch ein Linksgewinde verbundene

Die Manschette 28, an der der Zylinder 27 gehaltert ist, nimmt das obere Ende des Rotors für den Motor mittig aufβ Das obere Ende des Rotors hat die Form einer Welle 37, auf deren oberem Ende eine Kappe 38 aufgeschraubt ist, siehe bei 39· Die Kappe 38 ist mit einer Öffnung 40 für den Durchtritt des unter Druck stehenden Schmierfettes vom Zylinderraum 34 in eine Bohrung 41 der Welle 37 versehen» Das Schmierfett kann auch in den engen Ringspalt zwischen der

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äußeren Zylinderflache der Kappe 38 und der Innenwand der Manschette 28 eintreten, um ein in der Manschette 28 vorgesehenes Lager für das obere Ende der Welle 37 zu schmieren» Dieses Lager hat die Form einer Hülse 42 aus gehärtetem Stahl, die in einer Einsenkung in der Manschette 28 festgehalten ist und sich auf einer Lagerbuchse 43 dreht, die von der Kappe 38 auf der Welle 37 fixiert ist«, Zwischen einem Absatz 45 der Manschette 28 und einer im unteren Ende der Manschette eingeschraubten Gegenmutter 46 ist eine insge« samt mit 44 bezeichnete Dichtung (siehe auch Figo2) eingefügt, die aus zwei axial beabstandeten Packen 47 von Paaren innerer und äußerer Spaltringe 48 und 49 besteht. Jeder Packen 47 enthält acht solche Spaltringpaare und die Ringe jedes Paares sind im Festsitz ineinandergepaßt (siehe Fig.2). Die Spalte 50 der Ringe eines jeden Paares haben in Umfangsrichtung einen kleinen Abstand voneinander und die beiden Ringe sind an der sich zwischen den Spalten erstreckenden Zwischenfläche 51 fest miteinander verbunden· Die Verbindung zwischen den Ringen kann durch Hartlöten, Schweißen oder Weichlöten je nach dem verwendeten Material erfolgen. Die aufeinanderfolgenden Ringpaare jedes Packens sind mit ihren Spalten 50 gegeneinander versetzt· In der in Figo2 gezeigten speziellen Ausbildung sind die Spalte 50b des zweiten Ringpaares von oben her um 180° gegen die Spalte 50 des obersten Paares versetzt, während die Spalte der übrigen Ringpaare die durch die Bezugsziffern 50c bis 50h in Pig·2 gekennzeichneten Lagen einnehmen_o

Jeder äußere Ring 49 trägt einen radialen Ansatz 52 (Fig«2), der in eine von sechs in der Manschette 28 ausgeformten Keilnuten 53 eingreift, so daß alle Ringe 48 und 49 gegen Drehung gesichert sind. Die Packen 47 sind voneinander durch Abstandsringe 54 getrennt, die auf einer auf der Welle 37 festsitzenden Buchse 55 frei beweglich sind. Sämtliche Ab- ■

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staiibringe 54 und Dichtringpacken 47 werden von lederstahl*· ringen 56 axial zusammengepreßt. Die inneren Spaltringe jedes Packens werden von Schmierfett, das auf die Außenseite der lagerbuchse geleitet wird, dichtend an die Buchse 55 auf der Welle 37 gepreßt. Zwischen dem obersten Federstahlring 56 und dem Absatz 45 der Manschette 28 ist ein Abstandsstück 57 vorgesehene

Zweck der Dichtung 44 ist es, den unter Druck stehenden Bohrschlamm vom Lager 42 fernzuhalten· Der Bohrschlamm strömt vom Oberende des Zylinders 27 in dem zwischen dem Zylinder und dem Gehäuserohr 1 gebildeten Eingspalt nach unten und von dort durch die zwischen den Rippen 30 an der Manschette 28 gebildeten Durchlässe· Wenn der Bohrschlamm das untere Ende der Gegenmutter 46 auf der Manschette 28 erreicht, verzweigt sich sein Strom in zwei Teile. Etwas Bohrschlamm fließt durch einen ringförmigen Kanal 58 in eine zweite Bohrung 59 in der Welle 37 und der restliche Bohrschlamm fließt rund um die Außenseite des Rotorantriebe, um den Rotor in der unten beschriebenen Weise anzutreiben·

Nachstehend wird der Rotorantrieb im Detail beschrieben. Der untere Teil der Welle 37 bildet einen oberen Teil des Antriebsj ein unterer Teil desselben wird von einem annähernd rohrförmigen Körper 60 gebildet, der bei 61 auf das untere Ende der Welle 37 aufgeschraubt ist. Die Struktur des Antriebs ist auch in den Schnittansichten der I'ig.3 "bis 10 gezeigt, von den Fig.5 und 6 in der gleichen Schnittebene liegen. Pig«5 zeigt jedoch die den Rotor antreibenden Sohaufeln in ihrer Ruhestellung, während Pig·6 die Schaufeln in den Stellungen zeigt, die sie während der Drehung des Rotors einnehmen. Die Welle 37 und der rohrförmige Körper bilden zusammen mit den verschiedenen an ihnen gehalterten und abgestützten Elementen den oberen Teil des Rotors des hydraulischen Motors, während der Stator von dem Gehäuse-

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rohr 1 gebildet wird.

Ein Ring von sechs den Eotor antreibenden Elementen in der Form von Schaufeln 62 ist rund um die Welle 37 nahe deren unterem Ende angeordnet. Jede Schaufel 62 ist an ihrem oberen Ende mit einem zylindrischen Befestigungsbolzen 63 versehen, der drehbar in einer von sechs Bohrungen in einem oberen Haltering 64 für die Schaufeln aufgenommen ist; der Haltering ist auf der Welle 37 drehbar gehaltert und gegen diese durch einen Dichtring 65 abgedichtete Der Haltering 64 ist in seiner lage auf der Welle 37 durch sechs Sechskantschrauben 66 fixiert, die in einem Bund 67 befestigt sind, welcher bei 68 auf die Welle 37 aufgekeilt ist. Die Sechskantschrauben 66 sichern auf diese Weise den Haltering 64 gegen eine Drehung auf der Welle 37. Pur eine genaue Lageeinstellung der Schaufeln in Umfangsrichtung, um deren untere Enden in einer noch zu beschreibenden weiteren Halterung in die richtige lage zu bringen, sind die Schlitze in dem Bund 67, durch die die Schrauben 66 gesteckt sind, in Umfangsrichtung etwas verbreitert. Auf der Oberseite des Halteringes 64 für die Schaufeln ist eine Mutter 69 mit einem eingesetzten Verschleißring 70 festgeschraubt, die von einem Sicherungsring 71, der gleich der Mutter 69 auf die Welle 37 aufgeschraubt ist, in ihrer lage fixiert ist» Ein G-ummidiohtungsring 72, der mit passenden bogenförmigen Ausschnitten zur Aufnahme der Befestigungsbolzen 63 versehen ist, ist in.die Bodenfläche des Halteringes 64 für die Schaufeln eingelegte

Die Schaufeln 62 sind also an ihren oberen Enden in dem Haltering 64 mittels ihrer Befestigungsbolzen 63 drehbare An ihren unteren Enden sind sie jedoch auf folgende Weise gegen Drehung gesicherte

Mit dem unteren Ende jeder Schaufel ist ein Torsionsstab

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73 fest verbunden, der auch zur Halterung dient und in einem von sechs ringförmig angeordneten Schlitzen 74 in der Außenfläche des den unteren Teil des Antriebs bildenden Rohrförmigen Körpers 60 aufgenommen isto Die äußersten unteren Enden der Torsionsstäbe greifen in löcher 75 in dem Körper 60, so daß die Stäbe in Umfangsrichtung festgelegt sind ο Die Torsionsstäbe 73 dürfen sich nicht drehen, wenn der Motor läuft, sondern sie sollen sich nur verwinden, so daß die Schaufeln 62 einen begrenzten Rotationsspielraum haben. Jeder Torsionsstab ist daher gegen Drehung durch den Eingriff eines sektorförmigen Teils 76 des Stabes (siehe Fig.9) in eine entsprechend geformte öffnung in dem ihm zugeordneten Schlitz 74 im rohrförmigen Körper 60 gesicherte Wie noch erklärt wird, werden die Schaufeln im Betrieb zu einer Drehung im Uhrzeigersinn - von oben gesehen — gezwungen und an der entsprechenden Seite des sektorförmigen Teils 76 jedes Torsionsstabes 73 ist in dem den Stab aufnehmenden Schlitz des Körpers 60 ein geeignet geformtes Verschleißstück 77 vorgesehen» Die Verschleißstücke 77 lassen sich bequem austauschen, wenn sie abgenützt sindo Auf diese Weise ist jeder Torsionsstab 73 an seinem unteren Ende gegen Drehung gesichert. Er kann sich aber auf seiner Länge zwischen dem Bereich der Schnittansicht von Figo9 und dem unteren Ende der zugehörigen Schaufel 62 verwinden, so daß er eine Drehung der Schaufel um die Achse des Torsionsstabes gestattet. Die Befestigungsbolzen 63 am oberen Ende der Schaufeln sind mit den Torsionsstäben 73 auf einer Achse angeordnet und diese Achse ist die früher schon erwähnte Drehachse der Schaufele

Auf dem größten Teil ihrer Länge haben die Schaufeln 62 die in den Fig«3 und 4 gezeigte Querschnittsform und die Drehachsen der Schaufeln sind in diesen Figuren bei 78 angedeutet. In den Fig.4 und 5 sind die Schaufeln in ihrer Ruhe-

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Stellung gezeigt, doi» wenn sich der Rotor nicht bewegt. Im Betrieb "bringt die Drehung der Schaufeln im Uhrzeigersinn zum Antreiben des Rotors diese in die in I¹Ig₀3 und 6 gezeigte Stellung, in der die gebogenen inneren Flächen 79 sich genau an die Oberfläche der Welle 37 anlegen.

Um zu verstehen, auf welche Weise der unter Druck stehende Bohrschlamm den Rotor antreibt, sei daran erinnert, daß eine Strömung des BohrSchlamms an der Außenseite des Rotors, vorbei an der oberen Halterung der Schaufeln 62, nach unten stattfindet, so daß sich unter Druck stehender Bohrschlamm in dem ringförmigen Raum 80 zwischen den Außenflächen 81 (Figo3 und 4) <3er Schaufeln und der Innenwand des G-ehäuserohres 1 findet. Der Schlammdruck bewirkt eine Drehung der Schaufeln im Uhrzeigersinn, von oben gesehen, die von einer Verdrillung der Torsionsstäbe 73 in der oben beschriebenen Weise begleitet ist, und ein einen vorgegebenen Wert über« steigender Schlammdruck bewirkt eine Rotation der Schaufeln in die Stellungen der Figo3 und 6, in denen sich ihre Innenflächen 79 gegen die Welle 37 anlegen. In diesem Fall wird die in den Torsionsstäben 73 erzeugte Torsion auf den rohrförmigen Körper 60 des Rotors übertragen, und zwar auf dem Weg über die sektorförmigen Teile 76 der Torsionsstäbe und die Verschleißstücke 77, so daß der Rotor im Uhrzeigersinn angetrieben wird. Die Schaufeln haben in ihren Endflächen G-ummidichtungsstreifen 82 eingelegt, die zwischen ihren zugehörigen Schaufeln und den Rückflächen 84 der benachbarten Schaufeln gepreßt werden, wenn die Schaufeln durch den Schlammdruck nach innen gedreht werden, so daß der Schlamm von den Zwischenräumen 85, die anfänglich zwischen den Innenflächen 79 der Schaufeln und der Welle 37 vorhanden sind (siehe Fig.4 und 5)> ferngehalten wird. Ein Abzug 86 verbindet die Zwischenräume 85 hinter den Schaufeln mit einem Bereich reduzierten Schlammdruckes unter dem Antrieb, um das Vakuum, das erzeugt wird, wenn der Schlamm druckent—

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lastet wird, abzubauen, damit die Schaufeln öffnen und damit den Rotor stoppen können₀ Ein solcher Abzug verhindert auch das Entstehen von hohem Druck im Schlamm hinter den Schaufeln, falls die Dichtungsstreifen 82 etwas undicht sein sollten, so daß das notwendige Druckgefälle an den Schaufeln im Betrieb erhalten bleibt_o

Es sind Mittel vorgesehen, um den unter Druck stehenden Bohrschlamm aus dem die Schaufeln 62 umgebenden ringförmigen Raum 80 in gedrosselter Strömung entweichen zu lassen, wenn sich der Rotor dreht» Hierzu ist jede Schaufel 62 an ihrem unteren Ende mit einer angeformten, radial nach außen sich erstreckenden Stufe 87 versehen, die einen axialen Schlitz 88 hat} in dem Schlitz ist ein Wolframkarbideinsetz 89 aufgenommen, der mit einem eingeengten Durchlaß 90 für die Schlammströmung versehen ist. Der Schlitz 88 reicht etwas in die Außenfläche 81 der Schaufeln hinein, so daß der Einsatz 89 zur Fläche 81 etwas nach innen versetzt ist (siehe Pig.3 und 4). Wenn sich die Schaufeln im Betrieb nach innen drehen, wird ^eder Durchlaß 90 allmählich mit einem von sechs in einem Ring angeordneten Kanälen 91 in volle Deckung gebracht, die in dem rohrförmigen Körper 60 ausgebildet und an ihrer Außenseite von Leisten 92 (lig.1 und 8) verschlossen sind. Wie aus den ]?igo1 und 7 deutlich wird, werden die Einlasse zu den Kanälen 91 im Körper 60 von Wolframcarbid einsätzen 93 gebildet und führen von dort in schrä« ge Kanäle 94» durch die der Bohrschlamm ins Innere des rohrförmigen Körpers 60, d.i. in den Mittelraum 95 gelangt, der in den Fig.1 und 9 erkennbar ist» In die obere Absehlußflä·» ehe des rohrförmigen-Körpers 60 ist ein Gummidichtungsring 96 eingelegt, der gegen die Bodenflächen der Schaufeln 62 abdichtet·

Der Bohrsohlamm, der zum Drehen des Rotors verwendet wurde, verliert dabei nur einen verhältnismäßig geringen Teil seines Druckes; bei dem speziellen Ausführungsbeispiel lag

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der Druckverlust in der Gegend von ca. 17 kg/cm (250 psi). Dieser Bohrschlamm fließt, nachdem er seine Antriebsleistung vollbracht hat, ungestört durch einen zentralen Kanal in der restlichen Länge der Vorrichtung zum Bohrmeißel, um dort noch die herkömmlichen Kühl- und Spülfunktionen zu erfüllen» Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors und damit auch des Bohrmeißels, die auf die oben beschriebene Weise zustande kommt, liegt im Bereich von 200 bis 250 U/ min.; dies ist eine übliche und erwünschte Rotationsge« schwindigkeit für einen Bohrmeißel einer derartigen Vorrichtung· Zugleich aber geht ein Großteil der dem Bohrschlamm entzogenen Energie nicht verloren, sondern wird in Drehkraft umgesetzt, so daß damit der Bohrmeißel sich sowohl mit der gewünschten Geschwindigkeit dreht als auch mit der notwendigen Energie versorgt wird,,

Die verbleibende Länge des Rotors unter dem eben beschriebenen Antrieb ist in dem Gehäuserohr 1 mit Hilfe von noch zu beschreibenden abgedichteten Lagern drehbar gehalterte Dieser untere Teil des Rotors besteht in der Hauptsache aus der bereits erwähnten rohrförmigen Rotorwelle 5» die mit Hilfe der schon erwähnten sechs Antriebszapfen 6 mit dem unteren Ende des Rotorantriebs, und zwar mit dem Boden des rohrförmigen Körpers 60, der das untere Ende des Antriebs darstellt, verbunden isto Der rohrförmige Körper 60 ist zum oberen Ende der Rotorwelle 5 auch noch durch eine Mutter 97 fixiert, die auf die Rotorwelle 5 aufgeschraubt ist und sechs in einem Ring angeordnete Sechskantschrauben 98 trägt, die in Gewindelöcher im unteren Ende des Körpers 60 eingeschraubt sind, um letzteren gegen eine Drehung zur Rotorwelle zu sichern. Das obere Ende der Rotorwelle 5 ist also gegen einen Absatz 99 im Inneren des rohrförmigen Körpers 60 festgezogen und die Stoßstelle ist mit einer Gummidichtung 100 versehen«,

Da natürlich der Antrieb in dem Gehäuserohr 1 drehbar ist,

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existiert zwischen dem unteren Endbereich des Antriebs und· der Innenwand des G-ehäuserohres ein Ringspalt 101, in dem unter Druck stehender Bohrschlamm im Betrieb vorhanden isto Dieser Bohrschlamm, der nicht die engen Durchlässe 90 passiert hat, steht unter dem gleichen Druck, wie wenn er am Oberende des Motors eintritt, und dieser Druck wird im folgenden als "Oberdruck" bezeichnete Dieser Bohrsohlamm füllt noch einen weiteren Ringspalt 102, der zwischen einer langen Mutter 103, die auf die Rotorwelle 5 aufgeschraubt ist, und der Innenwand eines Verbindungsstückes 104 liegt, dessen Zweck es ist, einen oberen und einen unteren Teil des äußeren G-ehäuserohres 1 miteinander zu verbinden„ Dieser Oberdruck-Schlamin erreicht schließlich das Oberende einer Dichtung 105, die den Zweck hat, Bohrschlamm von den Radial— lagern und Axiallagern der Rotorwelle fernzuhalten Diese Dichtung 105 ist von gleicher Konstruktion wie die oben beschriebene Dichtung 44»

der Unterteilung des G-ehäuserohres 1 in zwei über das Verbindungsstück 104 miteinander verbundene Teile ist es, den oberen Teil des G-ehäuserohres leicht abnehmbar zu machen, damit der Antrieb zugänglich wird und im Bedarfsfall von der Rotorwelle 5 abgenommen werden kann₀

Nunmehr wird anhand der Figd die Konstruktion und Arbeitsweise der Schmierung für die Radiallager und Axiallager der Rotorwelle 5 beschrieben©

Es sei daran erinnert, daß die Welle 37, die den oberen Teil des Körpers des Antriebs bildet, mit zwei Bohrungen 41 und 59 versehen ist, die unter Druck (Oberdruck) stehendes Schmierfett aus dem Zylinder 27 bzw. Oberdruck-Bohrschlanm enthalten. In dem unteren Ende der Schmierfettbohrung 41 der Welle 37 ist ein Rohr 106 befestigt, das sich gerade durch das Innere der Rotorwelle 5 bis zu deren unteren En-

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de erstreckt. In gleicher Weise ist in dem unteren Ende der Bohrschlammbohrung 59 in der Welle 37 ein Rohr 107 befestigt, das ebenfalls bis zum unteren Ende der Rotorwelle 5 reicht. Zweck des Rohres 106 ist es, Schmiermittel zu den Radial« und Axiallagern zu leiten, um diese zu schmieren_e Der Oberdruck-Bohrschlamm wird zu dem Zweck durch das Rohr 107 zum unteren Ende des Motors geleitet, daß er ein Aussikkern von Schmiermittel aus den Lagern an diesem unteren Ende verhindert· Wie dies geschieht, wird nachstehend beschriebene

Die Lagerung für die Rotorwelle 5 weist ein Haupt-Axiallager, das insgesamt mit 108 bezeichnet ist, ferner unter diesem zwei Radiallager 109 und 110 in 3?orm von Buchsen und ein drittes Radiallager 111 in Form einer Buchse oberhalb des Axiallagers auf. Die Dichtung 105 liegt oberhalb des Radiallagers 111 und verhindert das Eindringen von Oberdruck-Bohrschlamm in das Kopfende der gesamten Lageranordnung!» Eine zweite Dichtung 112 (die in ihrer Konstruktion ebenfalls der Dichtung 44 entspricht) hat die Aufgabe, den Bohrschlamm am unteren Ende der Lageranordnung am Eindringen zu hindern.

Die Konstruktion des Axiallagers 108 ist von der Art, wie sie in der britischen Patentanmeldung Wr₀33142/69 (Serial Nr. ) des gleichen Anmelders im einzelnen beschrieben ist. Eine solche Axiallagerstruktur weist einen inneren und einen äußeren Stapel von Ringen 113 bzw. 114 auf, die auf der Rotorwelle 5 bzw« am G-ehäuserohr 1 befestigt sind und gebogene ringförmige Eckflächen haben, die sechs axial beabstandete Laufrillen für Gruppen von Lagerkugeln 115 bilden,, Dabei ist eine solche Anordnung getroffen, daß der Axialdruck von der Rotorwelle 5 auf das Gehäuserohr 1 durch eine Schubbeanspruohung in den Lagerkugeln übertragen wird. Die benachbarten Paare der die Laufrillen bildenden Ringe 113 und 114 (sowohl der inneren wie der

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äußeren) sind durch Abstandsringe 116 getrennt, so daß die Weite jeder Laufrille etwas größer bemessen ist als der Kugeldurchmesser. Demzufolge werden bei Auftreten eines Schubes am Lager die Kugeln jeder Gruppe zwischen zwei sich diagonal gegenüberstehenden laufrillenbildenden Ringen eingeklemmt, wogegen sie von dem anderen Ringpaar nicht berührt werden_e Jeder innere laufrillenbildende Ring 113 dreht sich in und steht in Kontakt mit seinem angrenzenden äußeren Laufring 114, so daß diese Lagerkonstruktion nicht nur in seiner Hauptfunktion als Axialdrucklager sondern auch als Gleitlager wirkte

Jedes Radiallager 109 bis 111 weist eine Lagerbuchse aus gehärtetem Stahl auf, die am Gehäuserohr 1 befestigt ist und sich auf einer Buchse 117 aus einer Reihe solcher Buchsen dreht, die auf der Rotorwelle 5 sitzen und an dieser mittels der schon erwähnten langen Mutter 103 befestigt sind. Was das oberste Radiallager 111 betrifft, so ist dessen Lagerbuchse durch einen Sperring 118 festgelegt, der bei 119 in das Gehäuserohr 1 eingeschraubt ist. Der Sperring legt sich auch gegen das Oberende des äußeren Ringstapels 114 des Axiallagers 108, um diesen in dem Gehäuserohr 1 zu fixieren.

Die beiden unteren Radiallager 109 und 110 weisen ebenfalls Lagerbuchsen aus gehärtetem Stahl auf, die in dem Gehäuserohr 1 mittels zweier Muffen 120 und 121 festgelegt sind, die ihrerseits zwischen dem unteren Ende des äußeren Ringstapels 114 des Axiallagers und dem Bndstück 4 des Gehäuse« rohres 1 lagefixiert und gegen letzteres durch einen 0-Ring 122 abgedichtet sind· Die untere Dichtung 112 für die gesamte Lageranordnung ist in dem Endstück 4 angebracht.

Das Fett zum Sofcmieren der Lager wird vom Rohr 106 durch ein Absehlußstiiok 123 dieses Rohres und von dort durch drei Kanäle 124 zugeführt, die zwisohen dem unteren Ende der Ro-

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torwelle 5 und der untersten Buchse 117 gebildet sind, und gelangt in einen ringförmigen Kanal 125, der in einem Packungsring 126 am oberen Ende der Dichtung 112 liegt_o Von dieser Stelle aus kann das Schmierfett in zwei Richtungen fließen,, Erstens fließt. es rund um die Außenseite der Dichtung 112 bis zu-deren unterem Ende und zweitens tritt es nach oben durch die gesamte Lageranordnung bis zum Oberende der obersten Dichtung 105· Dabei ist zu beachten, daß das in dieser Weise zugeleitete Schmiermittel unter "Überdruck" steht, weil es von dem Oberdruck-Bohrschlamm unter Druck gesetzt ist, der dem Kolben 33 am Oberende des Motors zugeführt wird ο Folglich hat das Schmiermittel, das das Oberende der oberen Lagerdichtung 105 erreicht, den gleichen Druck wie der Bohrsohlamm, der, wie schon beschrieben, sich am Oberende der Dichtung befindet, wohin er durch den Ringspalt 102 gelangt ist. Daher hat der Oberdruck-Bohrschlamm am Oberende der Dichtung 105 kaum das Bestreben, in diese Dichtung einzudringen und in die Lager zu gelangen. In dem Verbindungsstück 104 ist nächst dem Oberende der Dichtung 105 ein Entlüftungsstöpsel 127 vorgesehen, um den Motor ganz mit Schmiermittel auffüllen zu können,,

Zweck der Zuleitung von Oberdruck-Bohrschlamm zum unteren Ende des Motors über das Rohr 107 ist es, ein merkliches Aussickern von Schmiermittel durch die untere Dichtung 112 zu verhindern,, Dieser Bohrschlamm wird über ein Abschlußstüok 128 des Rohres 107 und durch einen Kanal 129 in dem Endpaßstück 8 der Rotorwelle zu einem Kanal in der unterster Buchse 117 geleitet und von dort zu einer Ringnut 131 in dieser Buchse innerhalb der Dichtung 112„ Auf diese Weise gelangt Oberdruek-Bohrschlamm zu einer Stelle in der Dichtung 112 zwischen deren Enden und von dieser Stelle kann er entlang, der Innenseite der Dichtung aus dem Motor heraus zu einem Auslaß 132 sickern_o Dieses Aussickern erfolgt aufwand der-Tatsache, daß der Druck des BohrSchlamms, der

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auf die Außenseite des Motors austritt, etwa um 70 kg/cm (1000 psi) geringer ist als der Oberdruoko Da der ins Innere der Dichtung 112 geleitete Bohrschlamm den gleichen Oberdruck hat wie das dem Oberende der Dichtung zugeführte Schmiermittel, wird ein Austreten des Schmiermittels durch die Dichtung praktisch verhinderte Es findet höchstens ein lecken von Bohrschlamm statt und dieser ist natürlich leicht aufzubringend

Uni den Motor neu mit Schmiermittel füllen zu können, wenn er aus einem Bohrloch herausgezogen ist, um den Bohrmeißel auszutauschen, ist ein Stöpsel 133 vorgesehen, der die Kanäle 124 zugänglich macht· Die Abschlußstücke 123 und 128 der Rohre 106 und 107 sind durch einen Sperring 134 fixiert, der in das Endpaßstück 8 der Rotorwelle eingeschraubt ist. An beiden Abschlußstücken 123 und 128 sind dichtende Vorstöße 135 vorgesehen, die sich verformen, wenn der Sperring 134 festgezogen wird, so daß die AbSchlußstücke gegen das Endpaßstüfifk 8 abgedichtet sind.

Aus obiger Beschreibung wird deutlich, daß die Erfindung mindestens in ihrem oben beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten zweckmäßigen Ausführungsbeispiel einen hydraulischen Motor zum Antreiben eines Ge st einsbohr er s schafft, der zahlreiche Vorzüge gegenüber den bisher bekannten Motoren vom Turbobohrertyp hat. An vorderster Stelle unter diesen Vorzügen steht die Art des Motorantriebs, der für eine Drehung des Bohrmeißels mit der gewünschten Geschwindigkeit sorgt und zugleich eine reichliche Energiemenge auf den Bohrmeißel überträgt, sowie die Gestaltung des Druckschmier— systems für die Lagerung des Rotors,

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Claims (1)

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Ansprüche

1. Hydraulischer Motor zum Antreiben eines Gesteinsbohrers, gekennzeichnet durch ein an das Unterende einer Verrohrung anschließbares Gehäuse (1), das einen Stator bildet, durch einen in diesem Gehäuse drehbar gehalterten Rotor, der mit einem Antrieb versehen ist, welcher mehrere Treibelemente (62) aufweist, die an dem Rotor gehaltert und derart angeordnet sind, daß der dem Motor im Betrieb zugeleitete, unter Druck stehende Bohrschlamm auf sie auftrifft, und die von dem Bohrschlammdruck, wenn dieser eine vorgegebene Höhe übersteigt, relativ zum Rotor elastisch verdrehbar sind und eine solche Beziehung zum Rotor haben, daß die in den verwundenen Treibelementen wirksamen Drehkräfte gemeinsam auf den Rotor einwirken und diesen drehen_o

Hydraulischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibelemente die Form von Schaufeln (62) haben«,

3ο Hydraulischer Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibelemente in einem Ring rund um den Körper des Rotors angeordnet sind.

4p Hydraulischer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß sich die Treibelemente mit ihrer größten Abmessung parallel zu ihren Drillaohsen und parallel zur Rotationsachse des Rotors erstrecken«

ο Hydraulischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibelemente aus einem Ring paralleler, langgestreckter Schaufeln bestehen, deren Längen sich parallel zur Rotorachse .erstrecken·

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6ο Hydraulischer Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sechs Treibelemente (62) vorgesehen sinde

7· Hydraulischer Motor nach einem der vorangehenden An·* Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Treibelement (62) an einem Ende seiner Drillachse an dem Rotor drehbar gehaltert und an dem anderen Ende mit dem Rotor nichtdrehbar verbunden ist_e

8« Hydraulischer Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Treibelement einen verdrillbaren zylindrischen Torsionsstab (73) aufweist, der sich zwischen einem schaufeiförmigen Teil des Treibelementes und der nichtdrehbaren Halterung desselben erstreckte

Hydraulischer Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Torsionsstab (73) jedes Treibelementes an oder nächst dessen von dem schaufeiförmigen Teil abliegenden Ende ein sektorförmiger Vorsprung (76) vorgesehen ist, der in eine entsprechend geformte Ausnehmung in dem Rotorkörper (60) aufgenommen ist, so daß dieses Ende des Torsionsstabes gegen Drehung gesichert ist und zugleich das Drehmoment über die radiale Fläche auf derjenigen Seite des Vorsprungs, die bei der Verdrillung

des Torsionsstabes im Betrieb vorausläuft, auf den Rotorkörper überträgtο

10· Hydraulischer Motor naoh einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung, daß beim Verwinden der Treibelemente duroh den einen bestimm·· ten Wert übersteigenden Bohrsohlammdruok mindestens ein beschränkter Durchlaß (90,91) für die Weiterströmung des Bohrschlämmes geöffnet wirdo

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11o Hydraulischer Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (91) in dem Rotorkörper (60) ausgebildet sind und jedem Treibelement ein solcher Durohlaß.zugeordnet ist, der für die Schlammströmung geöffnet wird, wenn"sich das zugehörige Treibelement in einem vorbestimmten Ausmaß verdreht.

12· Hydraulischer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkörper (60) mit einem oder mehreren ständig offenen, engen Durchlässen (91) für die Weiterströmung des Bohrschlammes aus dem Bereich der Treibelemente versehen ist„

13o Hydraulischer Motor nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor derart angeordnet ist, daß ein Teil des Bohrschlammes die Treibelemente ohne merklichen Druckverlust umgehtο

14· Hydraulischer Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Dichtung (44) zwischen dem Gehäuse (1) des Motors und einer Rotorwelle (37»5) zum Schutz der lager dieser Welle gegen das Eindringen von Bohrschlamm, die aus einem Packen (47) von paarweisen inneren und äußeren Spaltringen (48,49) besteht, wobei die beiden Ringe eines jeden Paares eng ineinandergepaßt sind und ihre Spalte (50) in einem kleinen Abstand in Umfangsriohtung nahe beieinander liegen und die Ringe an der sich zwischen den Spalten erstreckenden Fläche (51) bleibend miteinander verbunden, beispielsweise hartgelötet, weichgelötet oder ▼erschweißt sind, wogegen die Spalte der jeweils benachbarten Ringpaare in dem Packen gegeneinander versetzt sind, wobei ferner der äußere Spaltring jedes Paares gegen eine Drehung relativ zum Gehäuse (1) gesichert und die inneren Spaltringe des Packens um die Rotor—

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•welle (37) drehbar sind, und wobei die Außenflächen der äußeren Spaltringe vom Gehäuse nach innen beabstandet sind, so daß dazwischen ein ringförmiger Zwischenraum entsteht, in den Bohrschlamm oder Schmiermittel unter hohem Druck eingeführt wird, um die Spaltringe dichtend gegen die Rotorwelle zu pressen_o

15. Hydraulischer Motor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (44) bzw. jede solche Dichtung aus einem Packen (47) von mindestens sechs Paaren innerer und äußerer Spaltringe besteht_o

16o Hydraulischer Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (44) oder jede solche Dichtung mindestens zwei solche Packen (47) von Spaltringen aufweist, die voneinander durch Abstandsringe (54) getrennt sind, die auf der Rotorwelle (37) frei beweglich sind.

17. Hydraulischer Motor nach einem der vorangehenden An*· sprüche, gekennzeichnet durch eine lageranordnung (108, 109,110,111), die eine Rotorwelle (5) in dem Gehäuse (1) haltert und an deren beiden Seiten je eine Dichtung (105, 112) zwischen der Rotorwelle und dem Gehäuse angebracht ist, wobei der die lageranordnung enthaltende Raum zwisohen den beiden Dichtungen mit Schmiermittel gefüllt wird, und durch mindestens einen Zylinder (27) mit einem Kolben (33), der mit dem Raum in Verbindung steht, wobei Mittel vorgesehen sind, um Bohrschlamm unter einem Druok, der mindestens so hoch ist, wie der im Bohrschlamm auf der Außenseite der Dichtungen im Betrieb herrschende Druok, der von dem genannten Raum abliegenden Seite des Kolbens zuzuführen, um das im Zylinder enthaltene Schmiermittel unter Druok zu setzen.

18. Hydraulischer Motor nach Anspruch 17, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß der Zylinder (27) mit dem die Lageranordnung enthaltenden Raum über einen Einlaß (124,125) zu diesem Raum nächst einer (112) der Dichtungen in Verbindung stehto

19. Hydraulischer Motor nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß unter Druck stehender Bohrschlamm zu einer Stelle zwischen den Enden von mindestens einer Dichtung (112) geleitet wird und ein Austrittsweg für den Bohr schlamm aus dem G-ehäuse von dieser Stelle zu einem Auslaß (132) außerhalb der Dichtung vorgesehen ist.

2Oo Hydraulischer Motor nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß zur Leitung des unter Druck stehenden Bohrschlamms ein Rohr (107) vorgesehen ist, das den Rotor von oberhalb desselben in Längsrichtung durchziehte

ο Hydraulischer Motor nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (27) mit dem Kolben (33) nächst dem Kopfende des Motors oberhalb des Rotors angeordnet ist und daß die im Betrieb Schmiermittel enthaltende Kammer (34) des Zylinders mit dem die Lageranordnung enthaltenden Raum über ein Rohr (41,106) verbunden ist, das sich in dem Rotor in dessen Längsrichtung erstreckt·

22. Dichtung zum Abdichten zweier Teile, von denen sich der eine im anderen dreht, z.B. für eine Rotorwelle und ein Lagergehäuse, insbesondere für einen hydraulischen Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch einen Packen (47) von paarweisen inneren und aus— seren Spaltringen (48,49) in einer solchen Anordnung, daß die beiden Ringe eines jeden Paares eng ineinander-

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gepaßt sind, ihre Spalte in einem kleinen Abstand in Umfangsriohtung eng beieinander liegen und die beiden Spaltringe an der sioh zwischen den Spalten erstreckenden Fläche (51) fest miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Hartlöten, Weichlöten oder Verschweißen, und daß die Spalte jeweils benachbarter Spaltringpaare in dem Paoken gegeneinander versetzt sind, wobei der äußere Spaltring jedes Paares gegen eine Drehung relativ zu dem äußeren der beiden Teile, zwischen welchen die Dichtung vorgesehen ist, gesichert isto

Hydraulischer Motor zum Antreiben eines Gesteinsbohrers, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch ein an eine Verrohrung anschließbares Gehäuse (1), in dem eine Rotorwelle (37»5) mittels einer Lageranordnung (44,108,109,110,111) drehbar gehaltert ist, an die ein Bohrmeißel anschließbar ist, durch zwischen der Rotorwelle (5) und dem Gehäuse auf jeder Seite der Lageranordnung angebrachte Dichtungen (105, 112), die einen Raum einschließen, der die Lageranordnung enthält und mit Schmiermittel gefüllt wird, und mit dem mindestens ein Zylinder (27), in dem ein Kolben (33) aufgenommen ist, in Verbindung steht und durch eine Anordnung zum Zuleiten von Bohrschlamm unter einem Druck, der mindestens so hoch ist wie der an der Aus« senseite der Dichtungen im Betrieb herrschende Bohrsohlammdruok, auf die dem genannten Raum abgekehrte Seite des Kolbens, um das in dem Raum enthaltene Schmiermittel unter Druck zu setzen.,

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