DE2829502C2

DE2829502C2 - Getriebe zur Anordnung in einem zwischen zwei koaxialen Rohren liegenden Ringraum

Info

Publication number: DE2829502C2
Application number: DE2829502A
Authority: DE
Inventors: Horst 7990 Friedrichshafen Schulz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1978-07-05
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1982-03-18
Also published as: JPS5540380A; IT7949581A0; NO151943C; GB2024984B; IT1162454B; DE2829502A1; FR2430549B1; US4254669A; NO792160L; NO151943B; GB2024984A; FR2430549A1

Description

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

Bekannt sind Getriebe 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 z. B. eine Tiefbohrung mit einem vorgegebenen Durchmesser ausgeführt wird und zwischen dem Außendurchmesser des Bohrgerätes und der Bohrlochwand noch ein ausreichender Zwischenraum zur Förderung des zerkleinerten Bohrgesteins durch das Strömungsmedium verbleiben muß und nach 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.

Bekannte Getriebe z. B. (Druckschrift ARTEP, Institut FRANCAIS DU PETROLE), die aus einem einfachen Planetengetriebe bestehen, erfüllen zwar die Durchmesserbedingungen, haben jedoch aus den genannten konstruktiven Bedingungen sowie Dimensio nierungsgründen zur Absicherung der Standzeit ein Zähnezahlverhältnis zwischen den Zentralrädern von 2,2 bis 1,7 und sind damit in ihrem Untersetzungsverhältnis zwischen 1 bis 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 &;fördert

ίο 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 rdativ 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.

Aus der US-PS 30 15 973 ist ein Getriebe zur Anordnung in Tiefbohrgestängen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Dieses Getriebe mit zwei gekoppelten Pianetengetrieben ermöglicht Untersetzungen im Bereich von 40 zu I₁ die für gängige Bohrturbinen und Bohrmeißel ungeeignet sind. Darüber hinaus ist der Getriebeaufbau — beide Getriebe haben Stufenplaneten — sehr kompliziert und mit einem hohen Bauaufwand verbunden. Weiter ergeben sich zusätzliche Schwierigkeiten bei den dreistufigen Planeten im Zusammenhang mit der Lastverteilung, da die beiden äußeren Verzahnungen völlig gleich sein müssen.

Außerdem entstehen bei Stufenplaneten mit nur geringen Zähnezahlunterschieden hohe Verluste bei der Zahnwälzleistung.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Getriebe nach dem Oberbegriff vom Anspruch 1 zu schaffen, das in einem Ringraum mit einem relativ großen Innenrohrdurchmesser eine geeignete Untersetzung für gängige Bohrturbinen im Zusammenhang mit einer wirtschaftlichen Drehzahl ermöglicht, das möglichst einfach im Aufbau ist, das die auf ein bestimmtes Lastmoment bezogenen Planetenlagerkräfte und die Verluste bei der Zahnwälzleistung möglichst gering hält und durch das keine Drehzahlrichtungsumkehr bewirkt wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

so 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. 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 Plänetenfäder übertragen wird, wodurch deren Lagerbelastung wesentlich geringer wird und sich eine noch größere Standzeit ergibt, was gerade bei Tiefbohrungen zu erheblichen technischen und wirtschaftlichen Vorteilen führt.

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 kleinen Zentralrad des zweiten Planetengetriebes aufgenommen, was zu keinen zusätzlichen Dimensionierungsfragen führt.

Die Drehrichtung wird beibehalten, was im Hinblick auf die Drehrichtung bereits vorhandener Turbinen sowie der Steigungsrichtung des Aufnahmegewindes für den Bohrmeißel — ein genormtes Gewinde — von Bedeutung ist. Weiter ist die Abstützung des Planetenträgers des zweiten Getriebes 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 kleinen Zentralrades versehene, einteilig ausgebildete Eingangswelle nach Anspruch 2 ist für die Erfüllung der Aufgabe besonders günstig, weil diese Bauweise für die geforderten Funktionen in radialer Richtung besonders raumsparend ist und das kleine Zentralrad dadurch kleiner gehalten werden kann.

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

Ein Getriebe zur Anordnung in Tiefbohrgestängen mit einem festgehaltenen Außenrohr und einem vom Spülungsmedium durchströmten Innenrohr bestehend aus mehreren einfachen Planetengetrieben (Planetensätzen) ist aus der US-PS 2105 091 bekannt. Die Kopplung der kleinen Zentralräder mit dem Planetenträger des jeweils zum Antrieb hin benachbarter. Planetengetriebes bei gleichzeitig festgehaltenen großen Zentralrädern führt nicht zu brauchbaren Untersetzungen, wenn als Antrieb eine Turbine vorgesehen ist. Außerdem ist die Lösung nach dieser Druckschrift mit einem hohen Bauaufwand verbunden.

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.

Das in F i g. 1 teilweise dargestellte Getriebe ist in einem Ringraum zwischen zwei koaxialen Rohren — Innenrohr 1 und Außenrohr 2 — angeordnet und in Planetenbauweise ausgeführt Zwei einfache Planetangetriebe (10 und 20) — jeweils mit einem kleinen Zentralrad 11 und 21, einem großen Zentralrad 12 und 22 und einem Planetenträger 13 und 23 — sind zu einem Koppelgetriebe verbunden. Hierbei ist der Planetenträger 13 des zweiten Planetengetriebes 10 über eine Schraube 3 mit einem bodenartigen Befestigungsflansch 2' an dem Außenrohr 2 fest verbunden. Der Planetenträger 23 des ersten Planetengetriebes 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 kleines Zentralrad 21 des ersten Planetengetriebes 20. Das kleine Zentralrad 11 des zweiten Planetengetriebes 10 ist mit dem Planetenträger 23 des ersten F'^.netengetriebes 20 verbunden. Schließlich sind die beiden großen Zentrairäder 12 und 22, die vorteilhafterweise übereinstimmende Verzahnung ausweisen, miteinander verbunden. Zwischen den beiden inneren Hälften 13', 23' der Plane'enträger 13 und 23 ist ein Drucklager 4 angeordnet

Der Leistungsfluß erfolgt von der Eingangswelle 1 und damit von dem kleinen Zentralrad 21 auf die Planetenräder 24 und damit auf den /Manetenträger 23 und die Ausgangswelle 5. Das kleine Zentralrad 11 dreht sich mit gleicher Drehzahl wie die Ausgangswelle 5 und versetzt das große Zentralrad 12 und damit auch das große Zentralrad 22 infolge des stillstehenden Planetenträgers 13 in eine langsamere, gegenläufige Drehbewegung. Infolge dieser gegenläufigen Drehbewegung des großen Zentralrades 22 gegenüber der Aüsgangswelle 5 tritt im ersten Planetengetriebe 20 eine Leistungsverzweigung auf, wodurch ein Teil der Leistung am großen Zentralrad 22 abgeführt wird und über das große Zentralrad 12 und das kleine Zentralrad 11 dem Pianetenträger 23 des ersten Planetengetriebes wieder zugeführt wird, und zwar als Kupplungsleistung, welche die Planetenradlagerung 26 des ersten Planetengetriebes 20 nicht belastet. Dies bedeutet, von der Lastseite her gesehen, daß das Lastmoment von der Ausgangswelle 5 nur z.T. vom Planetenträger 23 aufgenommen wird. Nimmt man folgende Zähnezahlen an

kleines Zentralrad 11
kleines Zentralrad 21
großes Zentralrad 12
großes Zentralrad 22

Zähnezahl 48.
Zähnezahl 40,
Zähnezahl 84,
Zähnezahl 84,

so ergibt sich eine Gesamtübersetzung von /=4,30 und eine Lastaufteilung von 72% für die Plaivüen 24 des ersten Planetengetriebes 20 und 28% für das kleine Zentralrad 11.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Getriebe zur Anordnung in Tiefbohrgestängen zwischen einem drehfesten Außenrohr und einem drehbaren und vom Spüiungsmedium durchströmten Innenrohr, bestehend aus zwei gekoppelten Planetengetrieben, bei dem das Innenrohr zur Ausgangsseite (in Richtung Bohrmeisel) hin als Ausgangswelle gebildet ist, bei dem die als Hohlwellenteil ausgebildete Eingangswelle mit dem kleinen Zentralrad des ersten Getriebes, dessen großes Zentralrad mit einem Zentralrad des zweiten Getriebes und dessen Träger mit einem Glied des zweiten Getriebes und mit der Ausgangswelle und bei dem ein Glied eines der beiden Getriebe mit dem drehfesten Außenrohr verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe aus zwei einfachen Planetengetrieben besteht und daß der eingangsseitige Träger (13) des zweiten Getriebes mit dem Außenrohr (2), die beiden großen Zentralräder (12, 22) beider Getriebe, der Träger (23) des ersten Getriebes mit dem kleinen Zentralrad (11) des zweiten Getriebes und das ausgangsseitige kleine Zentralrad (21) des ersten Getriebes mit der als Innenrohr ausgebildeten Eingangswelle (1) verbunden sind.

2. Getriebe nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die als Rohr ausgebildete Eingangswelle (1) einstückig die Verzahnung des kleinen Zentralrades (21) des ersten Getriebes (20) trägt.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beide-:, großen Zentralräder (12, 22) gleiche Verzahnung tragen und die beiden Getriebe (10, 20) über ihre Tnjer (13, 23) bnd ein dazwischenliegendes Drucklager abgestützt sind.