DE2829502A1

DE2829502A1 - Getriebe zur anordnung in einem zwischen zwei kraxialen rohren liegenden ringraum

Info

Publication number: DE2829502A1
Application number: DE19782829502
Authority: DE
Inventors: Horst Schulz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1978-07-05
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1980-01-17
Also published as: IT1162454B; NO151943B; NO792160L; IT7949581A0; FR2430549B1; NO151943C; DE2829502C2; JPS5540380A; GB2024984B; US4254669A; FR2430549A1; GB2024984A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bekannt sind Getriebe, die zur Untersetzung vielstufiger Turbinen, die in einem Rohr untergebracht und diesen nachgeschaltet sind, wobei nur ein Ringraum für das Getriebe zur Verfügung steht, weil in einem koaxial angeordneten, inneren Rohr ein Strömungsmedium durchgeführt werden muß. Der zur Verfügung stehende Ringraum wird dabei stark begrenzt, nach außen durch technische und wirtschaftliche Erwägungen, weil man ja z. B. eine Tiefbohrung mit einem vorgegebenen Durchmesser ausführt und zwischen dem Außendurchmesser des Bohrgerätes und der Bohrlochwand noch ein-ausreichender Zwischenraum zur Förderung des zerkleinerten Bohrgesteins durch das Strömungsmedium verbleiben muß und innen, weil mit Rücksicht auf Menge und Druck des Mediums ein Mindestdurchmesser eingehalten werden muß. Die Dimensionierung zur Erzielung einer hohen Standzeit des Getriebes stellt konstruktive Bedingungen, welche die größtmögliche Untersetzung weiter einschränken.

Die bekannten Getriebe (Druckschrift ARTEP, Institut FRANCAIS DU PETROLE), die aus einem Planetensatz bestehen, erfüllen zwar die Durchmesserbedingungen, haben aus den genannten konstruktiven Bedingungen sowie Dimensionierungsgründen zur Absicherung der Standzeit aber ein Zähnezahlverhältnis zwischen den Zentralrädern von 2,2 bis 1,7 und

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sind damit in ihrem Untersetzungsverhältnis mit 1 zu etwa 3,2 begrenzt. Dies ist nachteilig, weil die Standzeit der Bohrwerkzeuge sehr stark von der Bohrdrehzahl abhängt, die bei dem bekannten Getriebe höher ist als im Hinblick auf die Bohrwerkzeuge (Rollenmeißel) erwünscht ist. Andererseits verlangt der Bohrvorgang eine relativ große Fördermenge von Kühl- und Ausspülmedium, das beim Getriebe durch das Innenrohr bei nicht zu hohem Druckverlust gefördert werden muß. Eine Reduzierung des Durchmessers des Innenrohres zugunsten des Getriebes ist daher nicht möglich, so daß mit diesem Getriebe die optimale Bohrdrehzahl nicht erreichbar ist. Weiterhin ist bei diesem Getriebe eine relativ hohe Lagerbelastung der Planetenlager nicht zu vermeiden, was für die durch das Getriebe übertragbare Leistung und/oder die Standzeit von Bedeutung ist. Bei diesem bekannten Getriebe hängt die Lagerbelastung - außer von der Last selbst - nur von dem konstruktiv festliegenden Abstand der Planetenachsen von der Hauptachse des Getriebes sowie der Anzahl der Planeten - die ebenfalls konstruktiv begrenzt ist - ab.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Getriebe zur Anordnung in einem zwischen zwei koaxialen Rohren liegenden Ringraum zu schaffen, das trotz relativ großem Innenrohr eine Untersetzung ermöglicht, welche deutlich höher liegt als die Untersetzung eines in dem vorgegebenen Ringraum

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möglichen einfachen Planetensatzes mit festgehaltenem äußerem Zentralrad und aber auch deutlich niedriger liegt als das Quadrat der übersetzung eines derartigen Planetensatzes, daß die auf ein bestimmtes Lastmoment bezogenen Planetenlagerkräfte möglichst gering sind und daß durch das Getriebe insgesamt keine Drehzahlrichtungsumkehr bewirkt wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei einem möglichen Zähnezahlverhältnis von 1,7 bis 2,2 zwischen den Zentralrädern, das sich aus den Bedingungen des zur Verfügung stehenden Bauraumes und der für die Standzeit notwendigen Dimensionierung ergibt, kann eine Gesamtuntersetzung von 3,6 bis 4,5 erfüllt werden und gerade dieser Untersetzungsbereich ist im Zusammenhang mit der Turbinendrehzahl und der wirtschaftlichen Bohrwerkzeugdrehzahl besonders günstig.

Die Verbindung der Ausgangswelle mit einem Planetenträger bewirkt, daß nur etwa 75 % des Lastmomentes der Ausgangswelle auf die Planetenräder übertragen wird und sich dadurch eine wesentlich geringere Lagerbelastung der Planetenräder und damit eine noch größere Standzeit ergibt, was gerade bei Tiefbohrungen zu erheblichen technischen und wirtschaftlichen Vorteilen führt.

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Es ist auch möglich, das Lastmoment der Ausgangswelle bei gleicher Standzeit zu erhöhen, was eine Steigerung der Bohrleistung ermöglicht und bei den immer tiefer werdenden Bohrungen besonders vorteilhaft ist.

Die restlichen, etwa 25 % des Lastmomentes werden vom inneren Zentralrad des ersten Planetensatzes aufgenommen, was zu keinen zusätzlichen Dimensionierungsfragen führt. Die Drehrichtung wird beibehalten, was im Hinblick auf die Drehrichtung bereits vorhandener Turbinen sowie der Steigungsrichtung des Äufnahmegewindes für den Bohrmeißel - ein genormtes Gewinde - von Bedeutung ist. Weiter ist die Abstützung des Planetenträgers des ersten Planetensatzes bei dieser getrieblichen Anordnung besonders einfach und damit kostengünstig möglich, weil damit das abzustützende, stillstehende Getriebeteil antriebsseitig und damit in bezug auf das Bohrgerät obenliegend angeordnet ist. Damit ist es möglich, die dem abzustützenden Getriebeteil axial benachbarte Innenkontur des Außenrohres nach innen zu ziehen, wodurch ein bodenartiger Befestigungsflansch gebildet wird, welcher mit dem Außenrohr einstückig ist und die Montage des Getriebes in keiner Weise behindert.

Die hohle und damit als Förderrohr für das Kühl- und Ausspülmedium verwendbare und noch mit der Verzahnung des inneren Zentralrades versehene, einteilig ausgebildete Eingangswelle nach Anspruch 2 ist für die Erfüllung der

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Aufgabe besonders günstig, weil diese Bauweise für die geforderten Funktionen in radialer Richtung besonders raumsparend ist und das innere Zentralrad dadurch kleiner gehalten werden kann.

Eine besonders einfache Abstützung des Bohrkopfes über die Ausgangswelle, den Planetenträger des zweiten Planetensatzes, auf den feststehenden. Planetenträger des ersten Planetensatzes und damit zu dem nicht umlaufenden äußeren Rohr ergibt sich durch ein Drucklager zwischen den beiden Planetensätzen. Besonders vorteilhaft ist auch in diesem Getriebeaufbau mögliche gleiche Verzahnung der beiden verbundenen äußeren Zentralräder.

Im folgenden ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein Getriebe in einem Ringraum zwischen zwei koaxialen Rohren nach der Erfindung.

Das in Fig. 1 teilweise dargestellte Getriebe ist in einem Ringraum zwischen zwei koaxialen Rohren - Innenrohr 1 und Außenrohr 2 - angeordnet und in Planetenbauweise ausge-

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führt. Zwei einfache Planetensätze 10 und 20 - jeweils mit einem inneren Zentralrad 11 und 21, einem äußeren Zentralrad und 22 und einem Planetenträger 13 und 23 - sind zu einem Koppelgetriebe verbunden. Hierbei ist der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes 10 über eine Schraube 3 mit einem bodenartigen Befestigungsflansch 2' an dem Außenrohr fest verbunden, wodurch der erste Planetenradsatz 10 zum Standgetriebe wird. Der Planetenträger 23 des zweiten Planetenradsatzes 20 ist mit der Ausgangswelle 5 des Getriebes verbunden, die als Hohlwelle ausgebildet ist. Die Eingangswelle 1 des Getriebes ist ebenfalls'als Hohlwelle ausgebildet und dient zugleich als Innenrohr zur Durchleitung von einem Strömungsmedium» Die als Innenrohr ausgebildete Eingangswelle 1 trägt gleichzeitig am Außenumfang die Verzahnung und wirkt damit als inneres Zentralrad 21 des zweiten Planetenradsatzes 20. Das innere Zentralrad 11 des ersten Planetenradsatzes 10 ist mit dem Planetenträger 23 des zweiten Planetenradsatzes 20 verbunden. Schließlich sind die beiden äußeren Zentralräder 12 und 22, die vorteilhafterweise übereinstimmende Verzahnung ausweisen, miteinander verbunden. Zwischen den beiden inneren Hälften 13', 23' der Planetenträger 13 und 23 ist ein Drucklager 4 angeordnet.

Der Leistungsfluß erfolgt von der Eingangswelle 1 und damit von dem inneren Zentralrad 21 auf die Planetenräder und damit auf den Planetenträger 23 und die Ausgangswelle

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Das innere Zentralrad 11 dreht sich mit gleicher Drehzahl wie die Ausgangswelle 5 und versetzt das äußere Zentralrad und damit auch das äußere Zentralrad 17 infolge des stillstehenden Planetenträgers 13 in eine langsamere, gegenläufige Drehbewegung. Infolge dieser gegenläufigen Drehbewegung des äußeren Zentralrades 17 gegenüber der Ausgangswelle 5 tritt, im zweiten Planetenradsatz 20 eine Leistungsverzweigung auf, wodurch ein Teil der Leistung am äußeren Zentralrad 22 abgeführt wird und über das äußere Zentralrad 12 und das innere Zentralrad 11 dem Planetenträger 23 des zweiten Planetenradsatzes wieder zugeführt wird, und zwar als Kupplungsleistung, welche die Planetenradlagerung 26 des zweiten Planetenradsatzes 20 nicht belastet. Dies bedeutet, von der Lastseite her gesehen, daß das Lastmoment von der Ausgangswelle 5 nur z. T. vom Planetenträger 23 des zweiten Planetenradsatzes aufgenommen wird. Nimmt man folgende Zähnezahlen an

inheres Zentralrad 11 = Zähnezahl 48, inneres Zentralrad 21 = Zähnezahl 40, äußeres Zentralrad 12 = Zähnezahl 84, äußeres Zentralrad 22 = Zähnezahl 84,

so ergibt sich eine Gesamtübersetzung von i = 4,30 und eine Lastaufteilung von 72 % für die Planeten 24 des zweiten Planetenradsatzes 20 und 28 % für das innere Zentralrad 11.

29.06.1978

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Claims

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN 2829502 Aktiengesellschaft Friedrichshafen Getriebe zur Anordnung in einem zwischen zwei koaxialen Rohren liegenden Ringraum Patentansprüche

1. Getriebe zur Anordnung in einem zwischen zwei koaxialen Rohren liegenden Ringraum in Planetenbauweise mit einer Eingangswelle und einer hierzu gleichachsigen Ausgangswelle/ dadurch gekennzeichnet, daß zwei einfache Planetensätze (10, 20) mit jeweils einem inneren Zentralrad (11, 21), einem'äußeren Zentralrad (12, 22) und einem Planetenträger (13, 23) zu einem Koppelgetriebe mit Leistungsverzweigung so verbunden sind/ daß die Eingangswelle (1) mit dem inneren Zentralrad (21) des der Ausgangswelle am nächsten liegenden zweiten Planetensatzes (20),

der Planetenträger (23) dieses zweiten Planetensatzes (20) mit der Ausgangswelle (5),
der Planetenträger (13) des ersten Planetensatzes (10) mit dem feststehenden Außenrohr (2),

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das innere Zentralrad (11) des ersten Planetensatzes (10) mit dem Planetenträger (23) des zweiten Planeteasatzes (20) verbunden ist und die beiden äußeren Zentralräder (12, 22) miteinander verbunden sind.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Eingangswelle (1) wohl als Rohr ausgebildet ist und einstückig die Verzahnung des inneren Zentralrades (21) des zweiten/ einfachen Planetensatzes (20) trägt.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß die beiden äußeren Zentralräder (12, 22) gleiche Verzahnung tragen und die beiden einfachen Planetensätze (10, 20) über ihre Planetenträger (13, 23) und ein dazwischenliegendes Drucklager abgestützt sind.

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