DE3010974A1

DE3010974A1 - Ventil

Info

Publication number: DE3010974A1
Application number: DE19803010974
Authority: DE
Inventors: Herbert W Beimgraben; Paul A Reinhardt
Original assignee: Baker International Corp
Current assignee: Baker International Corp
Priority date: 1979-03-23
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1980-11-20
Also published as: CA1145644A; FR2452045A1; FR2452045B1; US4275795A; GB2044826A; GB2044826B

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ganz allgemein fluiddruckbetätigte Ventile und insbesondere eine Kombination von einem ümgehungs- und einem Entlastungsventil, das zur Anwendung bei einem fluiddruckbetätigten Bohrmotor für ein in die Tiefe führendes Bohrloch bestimmt ist.

Bohrmotore für ein in die Tiefe führendes Bohrloch der Verdrängerbauart haben einen Rotor und einen Stator, der Moineau-Bauart, die in der US-PS 1 892 217 beschrieben ist und an sich bekannt ist. Der Rotor bei den üblichen Bohrmotoren hat einen Flügel, der mit einem zwei Flügel aufweisenden Stator zusammenarbeitet, der aus Kautschuk oder einem entsprechenden elastomeren Material hergestellt ist. Der Rotor selbst ist ein massives Stahlbauten. Der Rotor führt eine exzentrische oder Orbitalbewegung um die Achse des Stators aus, wobei übermäßige Vibrationen als Folge der Umlaufgeschwindigkeit des Rotors in Verbindung mit der relativ hohen Masse aufgrund der massiven Auslegung auftreten. Hierdurch vermindert sich die Standzeit des Rotors und der dem Motor zugeordneten und mit diesem verbundenen Bauteile.

Das Bohrgewicht der bisherigen Motoranlage wird über eine Lageranordnung auf die Motorwelle übertragen. Diese Lageranordnung wird durch den Bohrschlamm oder ein anderes durch den Strang des Bohrgestänges und durch den Motor selbst gepumpten Fluids geschmiert. Da der Bohrschlamm meist Sand enthält, arbeiten die Lager mit einer abriebsfreundlichen Flüssigkeit, wodurch die Lager eine relativ kurze Standzeit haben, durch die die Zeit beschränkt wird, während der der Motor zum Bohren eines Bohrlochs verwendet werden kann. Als Folge hieraus er-

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gibt sich, daß der gesamte Motor aus dem Bohrloch genommen und die wesentlichen Teile oder der gesamte Motor ersetzt werden muß. Da ein massiver Rotor verwendet wird, ist ein Schnellablaßventil in dem Bohrstrang über dem Motor vorgesehen, das ermöglicht, daß das Bohrfluid das Bohrgestänge auffüllt, wenn die Vorrichtung in dem Bohrloch läuft und die das Bohrfluid aus dem Bohrgestänge ausleitet, wenn der Motor aus dem Bohrloch gehoben wird.

Bei der Verwendung eines Rotors mit einem einzigen Flügel ergibt sich für den Rotor, die Antriebswelle und für die damit verbundene Bohrkrone, daß sie bei relativ hohen Geschwindigkeiten arbeiten müssen. Der Motor kann nur ein niedriges maximales Drehmoment erzeugen. Durch diese hohe Geschwindigkeit wird die Standzeit der Bohrkrone und die Standzeit der Lager beträchtlich verkürzt, wobei sich die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit den zuvor erörterten Vibrationen verstärken. Mit einem Rotor mit einem einzigen Flügel kann nur eine begrenzte Fluiddruckdifferenz verwendet werden, um ein übermäßiges Fluidrutschen zwischen dem Rotor und dem Stator während der Umlaufbewegung des Rotors um die Statorachse zu verhindern, -wodurch sich die von-dem Bohrmotor erzeugte Leistung verringert.

In der US-PS 3 840 080 ist ein Bohrmotor für ein in die Tiefe führendes Bohrloch beschrieben, das einen Rotor mit vielen Flügeln hat, der mit einem Stator mit vielen Flügeln zusammenarbeitet. Bei einer Moineau-Bauart hat der Stator einen Flügel mehr als der Rotor.

Bei einem Bohrmotor mit einem Rotor mit einer Vielzahl von Flügeln ist die anwendbare Druckdifferenz ohne einen unerwünschten prozentualen Anteil bei einem Fluiddurch-

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rutschen wesentlich größer als bei einem Rotor mit einem einzigen Flügel. Bei einer bestimmten Druckdifferenz kann somit ein größeres Bohrgewicht auf die Bohrkrone aufgebracht oder umgekehrt bei einem gegebenen Bohrgewicht kann dies auf die Bohrkrone mit einem geringeren Druckabfall über dem Bohrmotor aufgebracht werden. Da das bei einem gegebenen Druck erzeugte Drehmoment wesentlich größer als bei den üblichen Bohrmotoren ist/ und da die Druckdifferenz über dem Motor größer ist/ führt die Vereinigung dieser Faktoren zu der Fähigkeit des Motors, ein wesentlich größeres Drehmoment als übliche Bohrmotore zu erzeugen.

Da das bei irgendeiner Druckdifferenz in der Vorrichtung erzeugte Drehmoment beispielsweise eindreiviertelmal größer als das bei üblichen Einrichtungen erzeugte ist, kann der Motor bei etwa der zweifachen Druckdifferenz im Vergleich zu üblichen Anlagen betrieben werden. Der Motor kann wenigstens das dreieinhalbfache Drehmoment der üblichen Einrichtungen erzeugen. Beim Bohren hat diese Vorrichtung bzw. dieser Motor die Fähigkeit, mit etwa dem dreieinhalbfachen Bohrgewicht zu arbeiten, das auf die Bohrkrone einwirkt.

Ferner kann der Motor genügend Leistung trotz eines Arbeitens bei wesentlich niederen Drehzahlen als übliche Fluidmotore erzeugen-, so daß Bohrkronen der hohlen Bauart verwendet werden können, ohne daß ihre Bauteile in ;; stärkerem Maße beschädigt werden, so daß die Bohrkrone größere Bohrtiefen bearbeiten kann, bevor sie aus dem Bohrloch genommen und ersetzt werden muß. Hierdurch ergibt sich eine nennenswerte Kostenersparnis beim Bohren pro Bohrtiefe des Bohrlochs und es ist eine geringere Anzahl von Bohrkronen erforderlich, um eine erforderliche

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Länge des Bohrlochs zu bohren. Ferner vermindert sich auch die Zeit beträchtlich/ die erforderlich ist, um Gänge um die Vorrichtung zu erstellen, um die Vorrichtung aus dem Bohrloch zu nehmen und in dieses wieder einzusetzen, wenn die Bohrkronen ausgetauscht werden müssen.

Die Vibration des Rotors wird beträchtlich dadurch vermindert, daß er hohl ausgelegt ist, wodurch sich seine Masse reduziert. Hierdurch verlängert sich die Standzeit des Motors und der diesem zugeordneten Teile. Die Vibration wird auch dadurch vermindert, daß der Bohrmotor bei verminderter Drehzahl arbeiten kann. Aufgrund der Verwendung eines Hohlrotors in Verbindung mit den zuvor angegebenen Vorteilen kann ein Schnellablaßventil in dem Rotor selbst verwendet werden, das geschlossen wird, währenddem das Bohrfluid durch das Bohrgestänge und den Bohrmotor gepumpt wird. Das Ventil öffnet automatisch, um den Bohrschlamm oder ein anderes Fluid aus dem Bohrgestänge über den Hohlrotor, die Motorwelle und die Bohrkrone auszuleiten, währenddem die Vorrichtung aus dem mit Bohrschlamm oder einem anderen Fluid gefüllten Bohrloch entnommen wird. Der Strang des Bohrgestänges füllt sich automatisch mit Bohrschlamm oder-einem anderen in dem Bohrloch befindlichen Fluid, währenddem das Bohrgestänge und die Vorrichtung in dem Bohrloch arbeiten. Das Schnellablaßventil gestattet eine Oberflächenüberprüfung des Werkzeugs, ohne daß man das Werkzeug unter dem Drehtisch einführen muß, da das Bohrfluid über die Ausgänge in die Bohrkrone und nicht zur Seite des Werkstücks gelenkt wird.

Die Vorrichtung ist mit einer Lageranordnung in dem Bohrmotor versehen, die gegen ein Eindringen von Fluiden und Substanzen von außen, wie zum Beispiel Bohrschlamm, abgedichtet ist. Die Lageranordnung ist mit einem öl gefüllt,

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das unter einem höheren Druck als der Außendruck der Lageranordnung steht, wodurch sichergeste3.lt wird, daß auf die Lager selbst reines Öl einwirkt, so daß die Lageranordnung eine lange Standzeit hat. Auch wird hierdurch die Fähigkeit des Lagers verbessert, das Bohrgewicht von dem Bohrgestänge und dem Stator oder dem damit verbundenen Gehäuseabschnitt zu der Bohrkrone zu übertragen, sowie auch die Fähigkeit verbessert wird, radialen oder seitlich gerichteten Bewegungen der Motorwelle in dem Stator oder Gehäuse entgegenzuwirken.

Die Erfindung befaßt sich mit einem druckmittelbetätigten Umgehungs- und Entlastungsventil, das zwischen einer unter Druck stehenden Fluidquelle und einem Fluidströmungsweg angeordnet ist. Bei einem ersten vorbestimmten Druckwert schließt das Ventil und das Fluid umgeht den Strömungsweg. Bei einem weiteren höheren vorbestimmten Druckwert öffnet das Ventil und das Fluid wird in den Fluxdstromungsweg gelenkt. Bei einem dritten vorbestimmten Druckwert schließt das Ventil wiederum. Die Erfindung ist insbesondere zur Anwendung bei einem druckmittelbetriebenen Bohrgerät für ein in die Tiefe führendes Bohrloch geeignet, wobei der Strömungsweg der hohe Innenraum des Rotors ist. Bei dem ersten vorbestimmten Druckwert schließt das Ventil und das Fluid wird zwischen dem Rotor und dem Stator in einem Umgehungsweg geführt/ um eine Bohrkrone bzw. ein Bohrwerkzeug zu drehen. Bei dem zweiten vorbestimmten Druckwert öffnet das Ventil, um das Fluid zu dem Innenraum des Rotors zu lenken, um eine Beschädigung des Rotors und Stators durch zu hohen Fluiddruck zu verhindern. Wenn der Fluiddruck auf den dritten Wert abfällt, schließt das Ventil wiederum, so daß das Bohren fortgesetzt werden kann.

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Bei einer Ausfuhrungsform hat ein Hohldorn eine Einlaßöffnung, die an einem Ende ausgebildet ist, und eine Auslaßöffnung, die am anderen Ende ausgebildet ist. Der Dorn ist gleitend beweglich in einer Hülse derart aufgenommen, daß das unter dem ersten Druckwert stehende Fluid den Dorn in die Hülse bewegt, um die Einlaßöffnung zu verschließen. Bei dem zweiten vorbestimmten Druckwert bewegt das Fluid die Hülse relativ zu dem Dorn, um die Einlaßöffnung für das Fluid freizugeben. Wenn die Einlaßöffnung für das Fluid freigegeben ist, nimmt die dem Fluid ausgesetzte Oberfläche der Hülse zu, so daß eine Feder die Hülse nicht relativ zu dem Dorn bewegen kann, um die Einlaßöffnung zu schließen, bis der Fluiddruck auf den dritten vorbestimmten Wert abgefallen ist. Somit oszilliert dieses Ventil nicht und erzeugt keine Rattergeräusche, wenn der Fluiddruck um den zweiten vorbestimmten Wert schwankt. Eine weitere Feder bewegt den Dorn relativ zu der Hülse, um die Einlaßöffnung freizugeben, wenn der Fluiddruck unter den ersten vorbestimmten Wert abfällt.

Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Umgehungs- und die Entlastungsfunktion des Ventils getrennt. Der Dorn ist gleitend beweglich in bezug zu einer ortsfesten Hülse angeordnet, wenn die ümgehungsfunktion ausgeführt wird. Die bewegliche Hülse ist relativ zu einer zweiten ortsfesten Einlaßöffnung beweglich, wodurch die Entlastungsfunktion gewährleistet wird.

Ein bevorzugter Gedanke nach der Erfindung liegt in einem fluiddruckbetätigten Ümgehungs- und Entlastungsventil, das zwischen einer unter Druck stehenden Fluidquelle und dem hohlen Innenraum einos Rotors in einem fluiddruckbetriebenen Bohrmotor für ein in die Tiefe führendes Bohrloch angeordnet ist. Das Ventil umfaßt einen Hohldorn mit

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einer Einlaßöffnung an einem Ende und einer Auslaßöffnung am anderen Ende, die mit dem Rotorinnenraum verbunden ist, wobei der Dorn in einer beweglichen Hülse gleitend beweglich aufgenommen ist. Ein Fluiddruck unter einem ersten vorbestimmten Wert bewegt den Dorn in die Hülse, um die Einlaßöffnung abzusperren, so daß das Fluid das Ventil umgeht und zwischen dem Stator und dem Rotor strömt, um die Bohrkrone zu drehen. Das Fluid unter einem höheren zweiten vorbestimmten Druck bewegt die Hülse relativ zu dem Dorn, um die Einlaßöffnung freizugeben und den Fluiddruck auf den Rotor und den Stator zu entlasten. Durch die Bewegung der Hülse wird eine größere Fläche dem Fluiddruck ausgesetzt, so daß eine Feder die Hülse zurückführen kann, um die Einlaßöffnung nur bei einem dritten vorbestimmten Zwischendruckwert des Fluids abzusperren. Eine zweite Feder bewegt den Dorn relativ zu der Hülse, um die Einlaßöffnung freizugeben, wenn der Fluiddruck unter den ersten vorbestimmten Wert fällt. Bei zwei alternativen Ausführungsformen arbeitet der Dorn mit einer stationären Hülse und einer beweglichen Hülse zusammen, die mit einer zweiten Einlaßöffnung zusammenarbeitet, um die Umgehungs- und Entlastungsfunktionen voneinander zu trennen. - · -

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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Figur 1 eine Seitenansicht eines fluidbetriebenen Bohrmotors für ein in die Tiefe führendes Bohrloch, der an einem Strang des Bohrgestänges und an einer Bohrkrone in einem Bohrloch befestigt ist/

Figuren 2a, 2b, 2c, 2d, 2e und 2f vergrößerte Ausschnittsansichten der Seitenansicht der Bohranlage nach Figur 1,

Figuren 3a und 3b vergrößerte schematische Viertelschnittansichten der Ventilanordnung von Figur 2a in der geschlossenen Stellung und in der Entlastungsstellung jeweils,

Figur 4 eine Querschnittsansicht längs der Linie 4-4 in Figur 1,

Figur 5 eine vergrößerte Viertelschnittansieht-einer alternativen Ausführungsform der Ventilanordnung in Figur 2a, bei der die Umgehungs- und Entlastungsfunktionen getrennt sind,

Figur 6 eine vergrößerte Viertelschnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der Ventilanordnung von Figue 2a, bei der die Umgehungs- und Entlastungsfunktionen getrennt sind,

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Figur 7 eine vergrößerte Viertelschnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Ventilanordnung in Figur 2a,

Figur 8 eine vergrößerte Draufsicht auf eine alter-■ native Ausführungsform der Universalgelenkbauteilgruppe in Figur 2c,

Figur 9 eine Schnittansicht längs der Linie 9-9 in Figur 8,

Figur 10 eine schematische Querschnittsans'icht einer zweiten alternativen Ausführungsform der Universalgelenk-Bauteilgruppe in Figur 2c, und

Figur 11 eine vergrößerte schematische Viertelschnittansicht der Dichtungsanordnung in Figur 2e.

Ein fluidbetriebener Bohrmotor M für ein in die Tiefe führendes Bohrloch ist in der Zeichnung dargestellt. Sein oberer Abschnitt ist mit einem Rohrstrang P, wie zum Beispiel einem Strang des Bohrgestängerohrs verbunden, das sich zu der Oberseite eines Bohrlochs H, wie zum Beispiel einer anzubohrenden öl- oder Gasquelle erstreckt. Das untere Ende des Motors ist fest mit einer geeigneten drehbaren Bohrkrone A verbunden, der Schneiden B hat, die den Grund C des Bohrlochs bearbeiten. Der Bohrmotor umfaßt einen oberen hydraulischen Motorteil 10, einen unteren Antriebswellenteil 11, der mit der drehbaren Bohrkrone verbunden ist, und eine Universalgelenkanordnung 12, die zwischen den oberen und unteren Teilen angeordnet ist. Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2a ist wie gezeigt ein äußeres Gehäusebauteil 13 vorgesehen,

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das ein Oberteil 14 umfaßt, das einen mit Gewinde versehenen Kasten 15 hat, der mittels der Gewindeverbindung fest mit einem unteren Bolzen 16 eines benachbarten Bohrgestängeabschnitts P verbunden ist. Dieses Oberteil 14 hat einen unteren Bolzen 17, der mittels der Gewindeverbindung fest mit einem äußeren Statorgehäuse 18 verbunden ist. In dem Statorgehäuse 18 ist ein länglicher, aus elastomerem Kautschuk oder einem kautschukähnlichen Material ausgebildeter Stator 19 angebracht, der mit grosser Neigung versehene schraubenförmige Flügel oder Schraubengänge 20 hat, die mit einem länglichen, aus Metall bestehenden hohlen Rotor 21 zusammenarbeiten, der mit großer Neigung versehene schraubenförmige Flügel oder Schraubengänge 22 ähnlich wie die Statorflügel hat. Einzelheiten der Stator- und Rotorflügel und ihr Zusammenwirken sind zum Verständnis der vorliegenden Erfindung unnötig, da sie in der US-PS 1 892 217 beschrieben sind. Es ist ein Statorflügel 20 mehr als Rotorflügel 22 vorgesehen.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 2b, 2c, 2d und 2e ist ein unterer mit Gewinde versehener Kasten 23 des Statorgehäuses 18 mittels einer Gewindeverbindung fest mit dem oberen Ende eines Zwischengehäuseabschnitts 2 4 verbunden. Ein unteres Kastenende 25 ist mittels einer Gewindeverbindung fest mit einem unteren Gehäuseabschnitt oder dem Teil 26 verbunden. Das äußere Gehäusebauteil weist somit das Oberteil 14, das äußere Statorgehäuse 18, den Zwischengehäuseabschnitt 24, den unteren Gehäuseabschnitt 26 und das Lagergehäuse 71 auf. Die Teile 26 und umhüllen eine Lageranordnung 27, die sich zwischen der Motorwelle 11 und den Gehäuseteilen 26 und 71 erstreckt und die die Aufgabe hat, der Radialbewegung der Antriebswelle in dem Gehäusebauteil entgegenzuwirken und das Bohrgewicht von dem Strang des Bohrgestänges P über das Gehäusebauteil

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zu der Bohrkrone A zu übertragen, um die Schneiden B gegen den Boden C des Bohrlochs zu drücken (vgl. Figur 1)

Der Hohlrotor 21 endet in einer rohrförmigen Verlängerung 28/ die fest mit dem oberen Ende einer Universalgelenk-Bauteilgruppe 29 verbunden ist. Die Verlängerung 2 8 hat Seitenöffnungen 30, die eine Fluidverbindung zwischen einem Mitteldurchgang 31 in der Verlängerung und dem Innenraum des Zwischengehäuseteils 24 oder dem Universalgehäuseteil 24 herstellt. Der Mitteldurchgang 31 steht in Verbindung mit einem Innendurchgang 32 in dem Rotor 21, der sich zu dessen oberemEnde erstreckt. Der Durchgang 32 ist mittels einer Umgehungs- und Entlastungsventilanordnung 33 absperrbar.

Die Ventilanordnung 33 wird dazu verwendet, das Bohrgestänge beim Heben und Senken jeweils zu füllen und zu leeren. Die Ventilanordnung 33 arbeitet bei einem vorbestimmten Druckmitteldruck auch so, daß das Fluid bzw. Druckmittel durch den Innenraum des Rotors 21 strömen kann, um eine Belastung des Motors während des Bohrens mit einem so großen Drehmoment oder ein Überdrehen des Motors zu verhindern. Das Ventil"öffnet bei einem vorbestimmten Druckmitteldruck und schließt bei einem niederen vorbestimmten Druckmitteldruck, um Erschütterungen zu vermeiden. Diese Arbeitsweise wird dadurch erreicht, daß die von dem Druckmitteldruck beaufschlagte Fläche vergrößert wird, wenn das Entlastungsventil öffnet.

Wenn das Bohrgestänge abgesenkt oder gehoben wird, dann wird kein Fluid in das Bohrgestänge gepumpt. Demzufolge befindet sich das Ventil 33 in seiner normalen öffnungs-

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Stellung, so daß das Fluid in der Brunnenabsenkung oder in dem Bohrgestänge über den Rotor 21 umgelenkt werden kann. Wenn das Bohren beginnt, schließt der Druckmitteldruck das Ventil 33 und das Druckmittel wird zwischen dem Rotor 21 und dem Stator 19 durchgedrückt. Wenn der Druckmitteldruck größer als ein vorbestimmter Druckmitteldruckwert wird, wird der Entlastungsteil des Ventils betätigt und das Fluid umgeht wiederum den Motor, um eine Beschädigung desselben zu vermeiden.

Wie in Figur 2a gezeigt, ist eine Gleithülse als Abschlußkappe 34 mittels einer Gewindeverbindung fest mit dem oberen Ende eines Hohldorns 35 verbunden, der Öffnungen 36 hat, die in seiner Seitenwandung ausgebildet sind und die in Fluidverbindung mit dem hohlen Innenraum des Oberteils 14 sind. Die Abschlußkappe 34 hat eine an der Außenfläche ausgebildete Radialnut zur Aufnahme eines O-Rings 37a oder eines ähnlichen Dichtungselementes. Ein Organ 109 ist in der Abschlußkappe 34 ausgebildet, das eine Fluidverbindung zwischen der Nut für den O-Ring 37a und dem unteren Ende der Abschlußkappe 34 herstellt. Hierdurch-wird eine Niederdruck- ■ fläche gebildet, die zusätzlich sicherstellt/ daß die Dichtung 37a in ihrer Nut bleibt. Der Dorn 35 ist in einer Gleithülse 38 und einer Gleithülsenverlängerung 39 in Längsrichtung beweglich. Die Hülse 38 hat eine in der Innenwand ausgebildete Radialnut zur Aufnahme eines O-Rings 37b, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Außenfläche des Doms 35 zusammenarbeitet. Das untere Ende der Hülse 38 ist im Durchmesser vermindert und hat darauf ausgebild2te Gewindegänge, die in Gewindegänge eingreifen, die auf der Innenfläche des oberen Endes der Verlängerung 39 ausgebildet sind. Ein Organ

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ist in der Seitenwand der Verlängerung 39 ausgebildet und Schlitze sind in dem Halter 44 ausgebildet, um eine Fluidverbindung zwischen dem Federhohlraum (nachstehend beschrieben) und dem Innenraum des Rotors 21 unterhalb des Organs 46 herzustellen.

Der Dorn 35, die Hülse 38 und die Hülsenverlängerung 39 sind ebenfalls in einem Gleithülsengehäuse 40 und einem Druckfedergehäuse 41 in Längsrichtung beweglich. Die Hülse 38 hat eine Radialnut in ihrer Außenwand zur Aufnahme eines O-Rings 37c, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Innenwand des Gehäuses 40 zusammenarbeitet. Das Gehäuse 40 hat einen Innenflansch, der mit einem Anschlag 42 zusammenarbeitet, der auf der Außenfläche der Hülse 38 ausgebildet ist. Das untere Ende des Hülsengehäuses 40 hat darauf ausgebildete Außengewindegänge, die in Innengewindegänge eingreifen, die auf dem oberen Ende des Federgehäuses 41 ausgebildet sind. Eine Radialnut ist in der Außenwand an dem zuunterst liegenden unteren Ende des Hülsengehäuses 40 zur Aufnahme eines O-Rings 37d ausgebildet, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Innenwand des Federgehäuses 41 zusammenarbeitet.

Das Federgehäuse 41 hat am unteren Ende einen verminderten Durchmesser, das das obere" Ende eines Flansches bildet. Die Hülse 38, die Hülsenverlängerung 39, das Hülsengehäuse 40 und das Federgehäuse 41 bilden somit einen Hohlraum zur Aufnahme einer Schraubenfeder 43 des Entlastungsventils. Das obere Ende der Feder 43 liegt gegen die untere Fläche des durchmessergrößeren Abschnitts der Hülse 38 und das untere Ende gegen die obere Fläche des Flansches des Federgehäuses 41 an. Die Feder 43 übt eine Druckkraft aus, die versucht, den Anschlag 42 gegen den Innenflansch des Hülsengehäuses 40 zu drücken.

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Das untere Ende des Federgehäuses 41 liegt auf dem oberen Ende eines Organhalters 44 auf. Der Halter 44 hat auf seiner Innenwand Gewindegänge/ die in Gewindegänge auf der Außenwand des unteren Endes des Dorns 35 eingreifen. Der Halter 44 hat auch eine erste radiale Nut, die in seiner Innenwand ausgebildet ist und zur Aufnahme eines O-Rings 37e dient, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit dem Endabschnitt der Außenwand des Dorns unterhalb der Gewindegänge zusammenarbeitet. Der Halter 44 ist auf seinem Zwischenabschnitt zwischen den Enden stufenförmig abgesetzt, um einen Innenflansch zu bilden, der auf der unteren Endfläche des Dorns 35 aufliegt. Der untere Abschnitt des Halters 44 hat eine zweite Radialnut, die in der Innenwand ausgebildet ist und zur Aufnahme des äußeren Abschnitts eines Schnapprings 45 dient. Das untere Ende des Halters 44 hat einen nach innen weisenden Radialflansch, wobei der Flansch und der Schnappring 45 so zusammenarbeiten, daß sie einen austauschbaren Hohlkörper 46 dazwischen halten und aufnehmen. Der Halter 44 hat eine dritte Radialnut, die in der Innenwand zwischen dem unteren Endflansch und der Schnappringnut ausgebildet ist und zur Aufnahme eines O-Rings 37f dient, der unter Bildung eines dichten' Abschlusses mit der Außenwand des Rohrkörpers 46 zusammenarbeitet.

Das untere Ende des Federgehäuses 41 hat auf der Außenwand ausgebildete Gewindegänge, die in ähnliche Gewindegänge eingreifen, die auf der Innenwand des oberen Endes des Rotors 21 ausgebildet sind. Somit liegt die obere Endwand des Rotors 21 gegen die untere Wand des Flansches zwischen den oberen und unteren Abschnitten des Federgehäuses 41 an. Das zuunterst liegende untere Ende des Federgehäuses 41 hat eine Radialnut in der Außenwand zur Aufnahme eines O-Rings 37g, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Innenwand des Rotors 21 zusammenarbeitet.

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Eine Schraubendruckfeder 47 hat ein oberes Ende/ das gegen die äußere Stufe in dem Halter 44 anliegt und ihr unteres Ende liegt gegen eine Innenschulter 48 in dem Rotor 21 an.

Arbeitsweise der ümgehungs- und Entlastungsventilanordnung

Die Ümgehungs- und Entlastungsventilanordnung 33 ist in den Figuren 2a in ihrer unbetätigten Stellung gezeigt. Unter Bezugnahme auf die Figuren 1, 2a, 3a und 3b ist die Ventilanordnung gezeigt, wenn unter Druck stehendes Fluid an der Oberseite des Rohrstrangs P eingeleitet wird. Der Druckmitteldruck wirkt auf den Dorn 35, die hüTsenförmige Abschlußkappe 34 und das Organ 46. Das Fluid kann um die Außenseite des Ventils 33 und durch die Öffnungen 36 strömen. Somit kann Fluid durch den hohlen Innenraum des Dorns 35 und das Organ 46 in den Mitteldurchgang 32 des Rotors 21 fließen. Wenn der Druckmitteldruck ansteigt, wird die Abschlußkappe 34 in das obere Ende der Hülse 38 gedrückt und der O-Ring 37a dichtet das Ventil 33 gegen eine Fluiddurchströmung ab. Bei einem weiteren Druckmittelanstieg wird die Abschlußkappe 34 und der Dorn 35 nach unten gedrückt, und die Feder wird zusammengedrückt, bis das untere Ende der Abschlußkappe 34 eine Innenschulter 49 in der Hülse "38 berührt. Durch diese Schulter wird eine weitere Abwärtsbewegung des Dorns 35 in bezug zu der Hülse 38 verhindert. Das das Ventil 33 umgehende Fluid treibt den Rotor 21 an.

Wenn die Abschlußkappe 34 die Schulter 49 berührt, wirkt der Druckmitteldruck zuerst auf eine Fläche eines Kreises mit einem Radius R1 + R2, um die Hülse 38 mit der Abschlußkappe 34 und dem Dorn 35 mit dem Halter 34 nach unten zu drücken, die Federn 47 und 43 geringfügig zusammenzudrücken, bis der Halter 34 die Innenschulter 108 des

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Rotors 21 berührt. Hierdurch wird eine weiter abwärts gerichtete Bewegung des Dorns bezüglich des Gehäuses 40 verhindert. Bei steigendem Druck wirkt dieser auf eine Fläche, die gleich der Differenz zwischen der Fläche eines Kreises mit einem Radius von R1 + R2 und der Fläche eines Kreises mit einem Radius R1 ist, um die Hülse 38 nach unten zu drücken und die Feder 43 weiter zusammenzudrücken. Der allein auf die freiliegenden Oberflächen dör Hülse 38 wirkende Druckmitteldruck reicht nicht aus, um die Feder 43 zusammenzudrücken. Wenn sich die Hülse 38 in bezug zu dem Dorn 35 und des Hülsengehäuses 40.nach unten bewegt, werden die Öffnungen 36 wiederum freigelegt und ein Teil des Fluids strömt durch die Ventilanordnung 33 zu dem Mitteldurchgang 32 in dem Rotor 21. Eine weitere Bewegung der Hülse 38 ist durch die Verlängerung "39 verhindert, die in Berührung mit der Schulter des Halters 44 kommt, der in Berührung mit der Schulter 108 des Rotors 21 ist. Somit arbeitet das Ventil 33 als eine Druckentlastungseinrichtung bei einem vorbestimmten Motordrehmoment, um eine Beschädigung der Bohranlage zu vermeiden und der Motor kommt zum Stillstand.

Bei offenem Ventil beaufschlagt der Druckmitteldruck den Dorn 35, die Abschlußkappe 34 und das Organ 46, wodurch diese niedergehalten werden. Bei offenem Ventil beaufschlagt das Druckmittel bzw. Fluid eine Fläche, die gleich der Differenz zwischen der Fläche eines Kreises mit einem Radius von R1 + R2 und der Fläche eines Kreises mit einem Radius R3 ist, da die inneren oberen Flächen der Hülse 38 nunmehr freiliegen. Somit wird ein niedrigerer Fluiddruck zum Offenhalten des Ventils als zuBi öffnen benötigt. Bei jeder Strömungsgeschwindigkeit ist der von der Hülse 38 erfaßte Druck der höchste, da

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der Druck unterhalb des Organs 46 erfaßt wird. Durch diese Arbeitsweise werden Erschütterungen und ein wechselweises Öffnen und Schließen verhindert, wenn der Druck um den öffnungsdruck schwankt. Ein nennenswerter Druckabfall tritt auf, wenn das Ventil offen bleibt, was sich an der Oberfläche feststellen läßt, wodurch der Bedienungsperson angezeigt wird, daß das Entlastungsventil betätigt ist.

Wenn nach dem Stillstand des Motors das Ventil 33 geschlossen werden soll, wird die Bohranordnung M von dem Boden C des Bohrlochs H angehoben. Da der Motor nur sehr wenig Druck benötigt, um den Rotor in diesem Zustand in Drehung zu versetzen, beginnt das Fluid um das Ventil zu strömen, um den Rotor zu drehen. Wenn der Motor die Arbeitsgeschwindigkeit erreicht hat, strömt so wenig Fluid durch das Ventil, daß der Druck nicht ausreicht, daß das Ventil in der Öffnungsstellung bleibt und das Ventil kehrt in seine Ausgangsarbeitsstellung gemäß Figur 3a zurück. Auch beim Heben und Senken der Bohranlage bzw. des Bohraggregats M nimmt das Ventil 33 automatisch die in Figur 2a gezeigte Stellung ein, in der es einen FluidTstrom durchläßt.

Alternative Ausfuhrungsform des Umgehungs- und Entlastungsventils

In Figur 5 ist eine alternative Ausführungsform eines Umgehungs- und Entlastungsventils zur Anwendung bei einer fluidbetriebenen Bohranlage für ein in die Tiefe führendes Bohrloch gezeigt. Das Ventil stellt eine Kombination eines Tellerventils als Umgehungsventil und einem gesonderten Gleithülsenventil als Entlastungsventil dar. Eine Hülsenkappe 201 ist mittels einer Gewindeverbindung fest mit dem oberen Ende eines Hohldorns 202 verbunden, der

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in seiner Seitenwand ausgebildete öffnungen 203 hat/ die in Fluidverbindung mit dem hohlen Innenraum des Oberteils 14 (nicht gezeigt) sind. Die Kappe 201 hat am unteren Abschnitt einen verminderten Durchmesser/ der einen Sitz für eine Elastomerdichtung 204 bildet/ die eine nach unten weisende geneigte Kontaktfläche 205 hat.

Der Dorn 202 hat einen radial nach außen weisenden Flansch 206, der unterhalb der öffnungen 203 ausgebildet und mit einem Außengewinde am unteren Ende versehen ist. Eine hohle Dornverlängerung 207 hat Innengewindegänge auf ihrem oberen Ende, die in die Außengewindegänge des Dorns 202 eingreifen. Die Verlängerung 207 hat einen unterhalb der Gewindegänge ausgebildeten Flansch 208/ wobei das untere Ende des Dorns 202 und der Flansch 208 so zusammenarbeiten, daß sie dazwischen ein Organ 209 einschließen. Die Verlängerung 207 hat auch Längsschlitze 210/ die in ihrer Seitenwand ausgebildet sind.

Ein rohrförmiges Hülsengehäuse 211 hat ein oberes Ende, das eine nach oben weisende geneigte Kontaktfläche 212 hat, auf der Riefelungen bzw. Vertiefungen ausgebildet sind. Der untere Abschnitt des Gehäuses 211 ist im Innendurchmesser vergrößert und hat Innengewindegänge/ die darauf ausgebildet sind, um das mit Außengewinde versehene obere Ende eines rohrförmigen Federgehäuses 213 aufzunehmen. Das Gehäuse 213 hat eine Radialnut, die auf seiner Außenfläche ausgebildet ist und zur Aufnahme eines O-Rings 214 dient, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Innenfläche des unteren Endes des Gehäuses 211 zusammenarbeitet. Das Gehäuse 211 hat einen nach innen weisenden Flansch 215, der derart ausgebildet ist, daß der Dorn 202, die Verlängerung 207, das Hülsengehäuse 211 und das Federgehäuse 213 einen Hohlraum zur Aufnahme einer Schraubenfeder 216 bilden. Das obere Ende

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der Feder 216 liegt gegen die untere Fläche des Flansches 206 und das untere Ende der Feder gegen die obere Fläche des Flansches 215 an/ um den Dorn 202 bezüglich des Hülsengehäuses 211 in seiner gezeigten Lage zu halten und den Innenraum 32 des Rotors 21 in Fluidverbindung mit dem oberen Bohrgestängerohr zu bringen.

Eine rohrförmige Ventilhülse 217 überlappt einen Mittelabschnitt des Hülsengehäuses 213, das Längsschlitze hat, die in der Seitenwand des Gehäuses ausgebildet sind. Ein Bolzen 209 erstreckt sich von der Seitenwand der Hülse 217 durch den Schlitz 218 und den Schlitz 210 radial nach innen. Typischerweise erstreckt sich der Bolzen durch ähnliche Schlitze, die den Schlitzen 218 und 210 gegenüberliegend ausgebildet sind/ um sowohl die Hülse 217 als "auch die Verlängerung 207 in Gleitbewegung bezüglich des Federgehäuses 213 zu führen. Dieser Bolzen 219 hält die Schlitze zur maximalen Durchströmung ausgerichtet/ wenn das Ventil durchströmt ist/ d.h. wenn die Hülse 2T7 nach unten verschoben wird. Auch hält der Bolzen 219 die Verschlußkappe 201 in Berührung mit dem Gehäuse 211, wenn das Ventil durchströmt wird, um mögliche Erschütterungen des Ventiltellers- zu"unterbinden.

Das Federgehäuse 213 hat eine äußere, nach innen größer werdende, radiale Nut, die in der Seitenwand ausgebildet ist und zur Aufnahme eines O-Rings 220 oder einer anderen Art einer Dichtung dient, die unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Innenseitenwand am oberen Ende der Hülse 217 zusammenarbeitet. Ein Organ 221 ist in der Seitenwand des Gehäuses 213 ausgebildet, um eine Fluidverbindung zwischen der Nut für den O-Ring 220 und den Innenraum des Gehäuses 213 über dem Schlitz 218 herzustellen. Hierbei ist eine Niederdruckfläche vorgesehen, die hilft, daß die Dichtung 220 in der Nut bleibt.

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Das untere Ende des Federgehäuses 213 ist im Durchmesser vermindert und hat auf seiner Außenseitenwand ausgebildete Gewindegänge. Diese Gewindegänge greifen in Gewindegänge ein, die auf der Innenseitenwand des oberen Endes eines zweiten rohrförmigen Hülsengehäuses 222 ausgebildet sind. Das untere Ende des Gehäuses 222 ist im Innendurchmesser kleiner, um eine Schulter zu bilden, die ein Organ 223 gegen das untere Ende des Federgehäuses 213 abschließt. Das untere Ende des Gehäuses 222 hat auf der Außenseitenwand ausgebildete Gewindegänge, die in Gewindegänge eingreifen, die auf der Innenseitenwand des oberen Endes des Rotors 21 ausgebildet sind. Zusätzlich hat das untere Ende des Gehäuses 22 ein Organ 110, das in der Seitenwand ausgebildet ist, um eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum des Gehäuses 222 und dem zuvor beschriebenen Federhohlraum herzustellen.

Der Rotor 21 hat auf der oberen Außenseitenwand ausgebildete Gewindegänge, die in Gewindegänge eingreifen, die auf der unteren endseitigen Innenseitenwand eines zweiten rohrförmigen Federgehäuses 225 ausgebildet sind. Der Rotor 21 hat einen radial verlaufenden Flansch 226, der auf seiner Außenseitenwandflache ausgebildet ist.- Das untere Ende des Gehäuses 225 liegt auf der oberen Fläche des Flansches 226 auf. Das Gehäuse 225 hat eine Radialnut, die in der Innenseitenwand über den Gewindegängen ausgebildet ist, und zur Aufnahme eines O-Rings 227 dient, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Außenseitenwand des oberen Endes des Rotors 21 zusammenarbeitet. Die mittleren und oberen Abschnitte des Gehäuses 225 haben einen vergrößerten Innendurchmesser. Das untere Ende der Hülse 217 hat eine Radialnut, die in der Außenseitenwandfläche ausgebildet ist und zur Aufnahme eines O-Rings

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dient/ der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Innenseitenwand des oberen Endes des Gehäuses 225 zusammenarbeitet. Eine zweite Radialnut ist in der Innenseitenwand des unteren Endes der Hülse 217 zur Aufnahme eines O-Rings 229 ausgebildet, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Außenseitenwand des oberen Endes des Gehäuses 222 zusammenarbeitet. Die Hülse 217, das Hülsengehäuse 222, der Rotor 21 und das Federgehäuse 225 bilden einen Hohlraum für eine Schraubenfeder 230. Das obere Ende der Feder 2 30 liegt gegen das untere Ende der Hülse 217 und das untere Ende der Feder gegen die Schulter an, die am unteren Ende des Gehäuses 225 ausgebildet ist. Die Ventilhülse 217 kann sich somit gleitend zwischen den gegenüberliegenden Flächen des Gehäuses 222 und des Gehäuses 225 von der dargestellten Lage nach unten bewegen, bis der*Bolzen 219 den Grund des Schlitzes 210 unter Einwirkung der Feder 230 berührt. Dies setzt .selbstverständlich voraus, daß der Schlitz 210 bereits in seine tiefstliegende Lage verschoben worden ist und sich nicht in der in Figur 5 gezeigten Lage befindet.

Arbeitsweise der alternativen Ausführungsform des Umgehungs- und Entlas-tungsventils- ·

Beim Arbeiten und während des Hebens und Senkens ist das Ventil in der gezeigten Stellung, um einen Fluidstrom zwischen dem Innenraum 32 des Rotors 21 und dem oberen Bohrgestängerohr (nicht gezeigt) über die öffnungen 20 3 und den Innenraum des Ventils zu schaffen. Wenn das unter Druck stehende Fluid in die Brunnensenkung nach unten gepumpt wird, werden die Abschlußkappe 201, der Dorn 202, das Organ 209 und die Verlängerung 207 nach unten entgegen der Feder 216 in bezug zu dem Gehäuse 211 gedrückt, bis die Flächen 205 und 212 in Berührung sind, um den Innenraum des Ventils von dem unter Druck stehenden Fluid ab-

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zuschließen. Nunmehr umgeht das Fluid das Ventil, um den Rotor 21 zum Bohren anzutreiben. Der Druckmitteldruck wirkt auf eine Fläche, die etwa gleich der Fläche eines Kreises mit dem Radius R1 ist.

Der Entlastungsteil des Ventils wird wirksam/ wenn der Druckmitteldruck auf eine Fläche wirkt, die gleich der Differenz der Flächen eines Kreises mit einem Radius R2 + R3 und eines Kreises mit einem Radius R2 ist. Diese Fläche reicht aus, um die Feder 230 zu überwinden. Dann bewegt sich die Hülse 217 in bezug zu dem Gehäuse 213 nach unten, um den Schlitz 218 zum Durchlassen eines Fluidstroms freizugeben. Das Fluid strömt durch den Innenraum des Ventils, um den auf den Rotor 21 einwirkenden Druck zu vermindern.

Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist bei diesem Entlastungsventil ein geringerer Druck zum Offenhalten als zum öffnen erforderlich. In der Öffnungsstellung wirkt der Druckmitteldruck auf eine Fläche, die gleich der Differenz von Flächen eines Kreises mit einem Radius R2 + R3 und eines Kreises mit einem Radius R4 ist. Die Hülse 217 erfaßt ebenfalls den höchsten Druckabfall infolge der Fluidverbindung von der Unterseite des Organs 223. Das Ventil erzeugt somit keine Erschütterungen bzw. Klappergeräusche. Ferner sind die Umgehungs-'und Entlastungsfunktionen im Gegensatz zu dem in Figur 2a gezeigten Ventil voneinander getrennt.

Zweite alternative Ausführungsform eines umgehungs- und Entlastungsventils

In Figur 6 ist eine zweite alternative Ausführungsform eines Umgehungs- und Entlastungsventils gezeigt. Dieses

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Ventil stellt eine Kombination eines Tellerventils als Umgehungsventil und eines Tellerventils als Entlastungsventil dar. Das Entlastungsventil ist von der Bauart mit vollständiger Öffnung, wobei bei einem Fluiddurchgang durch die Gleithülse eine Druckdifferenz erzeugt wird, die eine Feder überwindet, die versucht, das Ventil zu schließen.

Eine hülsenförmige Abschlußkappe 241 ist mittels einer Gewindeverbindung fest mit dem oberen Ende eines Hohldorns 242 verbunden, der eine in der Seitenwand ausgebildete Öffnung 243 hat. Die Abschlujßkappe 241 hat einen unteren Abschnitt mit vermindertem Durchmesser, der einen Sitz für eine Elastomerdichtung 244 bildet, die eine nach unten weisende schräg verlaufende Kontaktfläche 245 hat.

Der Dorn 2 42 hat einen radial nach außen weisenden Flansch 2 46, der unterhalb der Öffnung 243 ausgebildet ist. Ein rohrförmiges Hülsengehäuse 247 hat ein oberes Ende, das eine nach oben weisende geneigte Kontaktfläche 248 hat. Die mittleren und unteren Abschnitte des Gehäuses 247 haben einen vergrößerten Innendurchmesser und sind mit innigen Gewinden-versehen, die in Gewindegänge eingreifen, die auf der Außenseitenwand an dem unteren Ende eines rohrförmigen Federgehäuses 249 ausgebildet: sind. Das Gehäuse 249 hat einen radial verlaufenden Innenflansch 250-.- · Der Dorn 242 und das Gehäuse 249 bilden einen Hohlraum für eine Schraubenfeder 251. Das obere Ende der Feder 251 liegt gegen die untere Fläche des Flansches 246 und das untere Ende der Feder gegen die obere Fläche des Flansches 250 an. Der Dorn 242 hat eine Öffnung 113, die in der Seitenwand ausgebildet ist und eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum des Dorns 242 und dem Federhohlraum herstellt.

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Das Gehäuse 249 hat eine nach oben weisende Außenschulter 252, die in der Nähe des unteren Endes ausgebildet ist und auf der Außenseitenwand über der Schulter Gewindegänge hat. Die Gewindegänge greifen in Innengewindegänge ein, die an dem äußerst liegenden unteren Ende eines Federgehäuses 253 ausgebildet sind, das auf dem Flansch 252 aufliegt. Das Federgehäuse hat eine Radialnut, die in seiner Innenseitenwand oberhalb der Gewindegänge ausgebildet ist und zur Aufnahme eines O-Rings 254 dient, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Außenseitenwand des Gehäuses 249 zusammenarbeitet, Die mittleren und oberen Abschnitte des Gehäuses 25 3 sind radial nach außen zu den unteren Abschnitten versetzt, um eine Innenschulter 255 zu bilden.

Die Gleithülse 25 6 ist zwischen der Innenwand des Gehäuses 253 und der Außenwand des Gehäuses 249 in der Nähe einer öffnung 257 angeordnet, die in der Seitenwand des Gehäuses 249 ausgebildet ist. In der unteren Innenseitenwand der Hülse 256 ist eine Radialnut zur Aufnahme eines O-Rings 258 ausgebildet, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Außenseitenfläche des Gehäuses 249 unterhalb der Öffnung 257 zusammenarbeitet. Eine weitere Radialnut ist in dem durchmessergrößeren Zwischenabschnitt der Außenseitenwandflache der Hülse 25 6 'ausgebildet, die zur Aufnahme eines O-Rings 259 dient, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der oberen Innenseitenwand des Gehäuses 253 zusammenarbeitet .

Das Gehäuse 249, das Gehäuse 253 und die Hülse 256 bilden einen Hohlraum zur Aufnahme einer Schraubenfeder 260. Das obere Ende der Feder 260 liegt gegen das untere Ende der Hülse 25 6 und das untere Ende der Feder gegen die

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obere Fläche der Schulter 255 an. Die Feder 260 drückt das obere geneigte Ende der Hülse 256 in Dichtungsberührung mit einer Elastomerdichtung 261, die in dem unteren Ende des Gehäuses 247 festgelegt ist.

Die Mittelwand des Gehäuses 249 hat eine öffnung/ mit der unter Bildung eines dichten Abschlusses ein Meßrohr 256 entweder durch Anschweißen oder durch andere geeignete Mittel fest verbunden ist/ und die im Innenraum des Rotors 21 zu dem unteren Ende (nicht gezeigt) verläuft.

Das Gehäuse 249 ist unter Bildung eines dichten Abschlusses fest mit dem Rotor 21 durch Schweißen oder andere geeignete Mittel verbunden.

Die Hülse 256 hat eine verschließbare Öffnung 264, die eine Verbindung zwischen dem Durchgang 262 gestattet. An ihrem oberen Ende ist die Öffnung mit einem Stopfen 115 durch den Durchgang 263 in einen Federhohlraum verschlossen, der um die Feder 260 ausgebildet ist. Über das Rohr 265 wird erreicht, daß das System mit öl, Fett oder ähnlichen geeigneten Fluiden gereinigt wird und die Hohlräume und Durchgänge mit diesen Mitteln aufgefüllt werden. Hierdurch wird sichergestellt,, daß der Druck von dem unteren Rotor 21 (nicht gezeigt) zu der Unterseite der Hülse 256 für die nachstehend zu beschreibende Ventilfunktion genau erfaßt wird.

Das als Tellerventil ausgebildete Umgehungsventil arbeitet ähnlich wie das in Figur 5 gezeigte Ventil. Der Druckmitteldruck wirkt auf die Fläche an der Oberseite der Verschlußkappe 2 41 ein und drückt über den Dorn die Verschlußkappe und den Dorn 242 entgegen der Feder nach unten. Wenn die Flächen 245 und 248 in dichten Ein-

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griff kommen, wird das Ventil nicht von Fluid durchströmt.

Obgleich in der Zeichnung nicht dargestellt, kann der Umgehungsteil des in Figur 2a gezeigten Ventils auch ein Tellerventil sein. Ferner sind verschiedenartige Dichtungsausbi!düngen in Verbindung mit Tellerventilen möglich, mit denen die Dichtungswirkung im Umgehungsventil verbessert werden kann.

In Figur 7 ist ausschnittshaft eine Viertelschnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform des in Figur 2a gezeigten Ventils gezeigt» Wenn das Umgehungsventil oder das Entlastungsventil im offenen Zustand ausfällt, strömt der Großteil des unter Druck stehenden Fluids durch den Mittelteil des Rotors und der Motor kann nicht bohren. Die Bohrvorrichtung muß aus der Brunnensenkung gezogen und repariert werden. Die Erfindung überwindet diese Schwierigkeit, indem ein Sieb bzw. ein Netzwerk auf dem Ende des Gleitdorns vorgesehen ist. Dieses Gitter bzw. Netzwerk wird dadurch verstopft, daß geeignete Materialien von oben eingegeben werden. Nunmehr baut sich ein Druckmitteldruck auf und drückt das Ventil entweder in seine Schließstellung oder was häufiger passiert, wird verstopft, so daß das Fluid um das Ventil 43 strömt und den Motor startet.

Das Gitter 273 ist so sorgfältig mit öffnungen versehen, daß es nur hierfür geeignete Materialien aufnimmt, die klein genug sein müssen, damit sie durch den Motor und die Bohrkrone gehen, ohne diese zu verstopfen. Andererseits müssen die Perforationen des Gitters 273 so groß genug sein, daß sie im Normalzustand verlorengegangenes Zirkulationsmaterial durchlassen. Das Gitter 273 hat auch den Vorteil, daß es mit einem Material betrieben werden kann, das so klein gewählt werden kann, das andere Anlagen

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über dem Werkzeug verstopft werden können. Bei einer typischen Arbeitsweise reicht beispielsweise zum Verstopfen des Gitters ein Material mit einem Durchmesser von etwa 6,3 mm (1/4 inch) aus.

Ein abgewandelter Organhalter 44' ist mittels einer Gewindeverbindung an dem unteren Ende des Dorns 35 angebracht. Der Halter 44 in Figur 2a wurde dadurch verändert/ daß die Nut für den Schnappring 45 vergrößert wurde. Die Nut für den O-Ring 37f und der Innenflansch am unteren Ende sind weggelassen. Ein austauschbares rohrförmiges Organ 271 hat einen radi-al nach außen weisenden Flansch 272, der an seinem unteren Ende ausgebildet ist. Das Organ 271 erstreckt sich in dem Dorn und der Flansch 272 liegt auf dem unteren Ende des Dorns auf. Ein rohrförmiges Gitter 273 hat einen Flansch 274, der an seinem oberen Ende ausgebildet ist und am bodenseitigen Ende geschlossen ist. Das Gitter 273 ist unterhalb des Organs 271 derart angeordnet, daß die Flansche 272 und 274 aneinander anstoßen und der Halter 44^J auf das Ende des Dorns 35 aufgeschraubt ist, um das Organ und das Gitter zu halten. Das Gitter kann mit kleinen Kautschukkörpern oder Körpern aus irgendeinem anderen geeigneten Material mit einer Größe verstopft werden, mit der das Material durch die öffnung des Ventils, aber nicht durch die öffnungen des Gitters durchgehen kann.

Universalgelenk

Wie in den Figuren 1 und 2b gezeigt, ist das untere Ende der Rotorverlängerung 28 in eine Ausnehmung (nicht gezeigt) in dem oberen Ende der Universalgelenk-Bauteilgruppe 2 9 geschraubt, die detailliert in Figur 2c gezeigt ist. Eine rohrförmige Rohrschutzeinrichtung 49

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ist über die Verbindung der Verlängerung 28 und das Universalgelenk 2 9 gelegt. Wenn sich der Rotor 21 dreht, reibt die Schutzeinrichtung 49 gegen den Innenraura des Gehäuses 24, wodurch das untere Ende des Rotors stabilisiert wird. Hierdurch wird die Radialbelastung auf das Universalgelenk vermindert und der Stator 19 ist vor hohen Seitenbeanspruchungen geschützt.

Die UniversalgeleAk-Bauteilgruppe 29 umfaßt ein im Handel erhältliches Doppeluniversalgelenk. Die Universalgelenk-Bauteilgruppe 29 umfaßt zwei Universalgelenkverbindungen, bei denen ein oberes Ende der Bauteilgruppe mittels einer Gewindeverbindung an der Rotorverlängerung 2 8 und ein unteres Ende mittels einer Gewindeverbindung an dem oberen Ende der Antriebswellenverlängerung 50 der Antriebs we 1-le 11 angebracht, ist. Da sich der Rotor 21 in einer exzentrischen oder Orbitalbahn um die Längsachse des Stators 19 bei seiner Drehbewegung bewegt, überträgt die Bauteilgruppe 2 9 diese Bewegung auf die Motorantriebswelle 11. Jede Gelenkverbindung ist durch eine elastische Abdeckung 51 abgeschlossen, die an jedem Ende durch eine Spanneinrichtung befestigt ist, um zu verhindern, daß Bohrschlamm oder andere Fluide, die durch das Gehäuse 24 strömen, in das Universalgelenk eindringen und die Arbeitsweise der Universalgelenke beeinträchtigen.

Jede Spanneinrichtung weist einen C-Ring 52 auf, der mit einer Bandklemme 53 zusammengedrückt ist, um die Abdeckung in eine bogenförmige Nut zu quetschen, die auf der Außenseite der Bauteilgruppe ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eins vorbestimmte Kraft ausgeübt werden und es sind keine scharfen Kanten da, die sich in die Abdeckung einschneiden. Die Antriebswellenver-

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längerung 50 ist mittels einer Gewindeverbindung in eine Ausnehmung in dem unteren Ende der Bauteilgruppe 29 geschraubt. Ein Rückschlagventil 54 ist mittels einer Gewindeverbindung durch die Bodenwand der Aussparung am unteren Ende eingeschraubt, um eine Verbin-, dung mit dem hohlen Innenraum der Universalgelenk-Bauteilgruppe herzustellen. Öl oder Fett kann in die Unterbaugruppe über das Ventil 54 gedrückt werden, um die Abdeckung 51 geringfügig aufzublasen. Unter den hydrostatischen Bedingungen am Grund des Bohrlochs wird jegliche in das Schmiermittel eingeschlossene Luft verdichtet, jedoch verhindert ein.Überschuß an Schmiermittel, daß die Abdeckungen in Berührung mit den bewegenden Teilen der Verbindung kommen, wodurch die Standzeit der Abdekkungen verbessert wird.

Alternative Ausführungsform des Universalgelenks

In Figur 8 ist eine alternative Ausführungsform der Universalgelenk-Bauteilgruppe von Figur 2c gezeigt« Der Unterschied ist darin zu sehen, daß der Axialdruck über ein Kugelgelenklager und das Drehmoment über einen einzigen großen Bolzen aufgenommen wird, der sich im Innenraum eines Gleitstücks dreht. Da der Axialdruck und die Drehmomentbeanspruchungen getrennt sind, ist dieses Gelenk widerstandsfähiger als ein übliches Universalgelenk mit derselben Abmessung.

Diese alternative Ausführungsform der Universalgelenk-Bauteilgruppe umfaßt ein oberes Endgehäuse 281, das eine mit Gewinde versehene Ausnehmung hat, die mit der Rotorverlängerung 28 (nicht gezeigt) zusammenarbeitet. Ferner umfaßt sie ein unteres Endgehäuse 282, das eine mit Gewinde versehene Ausnehmung hat, die mit der Antriebswellenverlängerung 50 zusammenarbeitet. Jedes End-

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gehäuse hat ein darin ausgebildetes Lager zur Aufnahme einer Kugel, die an dem Ende einer Welle 283 ausgebildet ist. Jede Kugel hat einen Bolzen 284, der die Kugel durchzieht. Die Enden des Bolzens erstrecken sich in öffnungen, die in den Wänden des Lagers ausgebildet sind. Ein Gleitstück 285 ist über jedes Ende jedes Bolzens mittels eines Paßsitzes angebracht und wird an Ort und Stelle durch eine rechteckige Unterlagsscheibe 286 und eine Schraube 287 gehalten. Ein Paar paralleler Flächen des Gleitstücks 285 berühren gleitend ein Paar gegenüberliegender Flächen der öffnung, die im allgemeinen parallel zur Längsachse der Welle 283 ist.

Wie in Figur 9 gezeigt, werden die Axialkräfte, die in Längsrichtung wirken, von den gegeneinanderliegenden Flächen der Kugel und des Lagers aufgenommen.' Der "Bolzen 284 ist mittels einer Preßpassung in die Kugel eingepaßt. Somit drehen sich der Bolzen 284, die Unterlagsscheibe 2 86 und die Schraube 287 relativ zu dem Gleitstück 285. Das Drehmoment, das um die Längsachse umläuft, wird von den gegeneinanderIiegenden Flächen der Gleitstücke und den öffnungen über die Kugel und den Bolzen aufgenommen.

Jede Kugel- und Lagerfläche oder das Universalgelenk als Ganzes ist mit einer Elastomerdichtung (nicht gezeigt) auf ähnliche Art und Weise wie bei. der Universalgelenk-Bauteilgruppe 2 9 nach Figur 2c bedeckt.

Zweite alternative Ausfuhrungsform eines Universalgelenks

In Figur 10 ist schematisch eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der Universalgelenk-Bauteilgruppe 2 9 von Figur 2 gezeigt. Diese Bauteilgruppe hat ein unteres Endgehäuse 2 91 mit einer mit Gewinde ver-

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sehenen Ausnehmung zur Aufnahme der Antriebswellenverlängerung (nicht gezeigt). Ein Schmierrohr 292 ist in die Bodenwand der Ausnehmung eingeschraubt, um eine Verbindung mit dem Lager herzustellen, das in dem Endgehausie 291 ausgebildet ist. Das andere Ende des Rohrs 292 ist mittels einer Gewindeverbindung in einem Schmiermittelrückschlagventil 293, wie zum Beispiel einem Schrader-Ventil, aufgenommen. Eine Kugel 294 hat ein Paar darin ausgebildete Schlitze/ die einen Winkelabstand von 180° haben und um 90° bezüglich einander verdrehbar sind. Einer der Schlitze nimmt gleitend beweglich eine Platte 295 auf, die mittels einer Preßpassung in einen Schlitz eingepaßt ist, der in der Wand des Lagers ausgebildet ist. Ein Paar von mit Gewinde versehenen Befestigungselementen 2 96 werden verwendet, um zu verhindern, daß sich die Platte beim Arbeiten löst.

Der Schlitz auf der anderen Seite der Kugel 294 nimmt gleitend beweglich eine Platte 297 auf, die mittels einer Preßpassung in einen Schlitz eingepaßt ist, der in einem Lager in dem Ende einer Welle 298 ausgebildet ist, die das untere Endgehäuse 291 mit einem ähnlichen oberen Endgehäuse (nicht gezeigt) verbindet. Zwei mit Gewinde versehene Befestigungselemente 296 werden verwendet, um zu verhindern, daß sich die Platte 2 97 beim Arbeiten löst. Ein mit Gewinde versehenes Befestigungselement 2 99 durchzieht die öffnungen in der Platte 295 und die Kugel 294 und greift mittels einer Gewindeverbindung in die Platte 297 ein, um das untere Endgehäuse 291 und die Welle 298 beim Zusammenbau und vor der Installierung zusammenzuhalten, wobei Druckkräfte die Bauteilgruppe zusammenhalten.

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Beim Arbeiten wird die Axialbeanspruchung durch die Kugel und das Lager und die Drehmomentbeanspruchung über die Platten aufgenommen. Die Platten 295 und 297 gleiten in Schlitzen in der Kugel 2 94, wenn sich das Universalgelenk dreht. Hierbei wird, das Drehmoment von dem oberen Endgehäuse (nicht gezeigt) auf die Welle 298 und dann auf das untere Endgehäuse 2 91 übertragen. Jede Kugel- und Lagerfläche ist mit einer Elastomerdichtung auf ähnliche Art und Weise wie bei der Universalgelenk-Bauteilgruppe 29 von Figur 2c überzogen.

Antr iebsweIle

In den Figuren 2c, 2d, 2e und 2f ist der Antriebswellenabschnitt 11 der Bohranlage gezeigt. Das untere Ende der Antriebswelle 11 hat einen mit Gewinde versehenen Kasten 55, der an der Welle ausgebildet ist und zur Aufnahme eines mit Gewinde versehenen Bolzens 56 der Bohrkrone A dient. Das obere Ende der Antriebswelle 11 ist in die Antriebswellenverlängerung 50 eingeschraubt. Ein Schiffslager 57 mit einer elastomeren Innenhülse, die an einer starren Außenhülse angebracht ist, liegt auf einem Flansch auf, der auf der Innenseitenwand des oberen Endes des Gehäuses 26 ausgebildet ist. Ein Keil 58 ist durch einen Schlitz sowohl in der Außenseitenwand des Lagers 57 als auch in der Innenseitenwand des Gehäuses 26 festgehalten,.um zwischen diesen Bauteilen eine relative Verdrehung zu verhindern. Eine Lagersicherungsmutter 59 ist in dem oberen Ende des Gehäuses 26 mittels einer Gewindeverbindung aufgenommen, um das Lager 57 festzulegen. Eine Lagerhülse 60 ist an der Antriebswellenverlängerung 50 in Gleitberührung mit dem Schiffslager 57 angebracht und liegt gegen den unteren Flansch der Verlängerung 50 an. Eine radial verlaufende Schraube oder ein radial verlaufender Bolzen 51 ist in der Seitenwand

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der Verlängerung 50 befestigt, um die Lagerhülse 60 festzulegen. In der Außenfläche der Verlängerung 50 sind Kanäle ausgebildet, die einen Fluidstrom zwischen der Verlängerung und der Lagerhülse durchlassen. Ein geringer Anteil des Fluidstroms zwischen der Lagerhülse 60 und dem Schiffslager 57 wird jedoch verwendet, um das Schiffslager zu schmieren. Das Schiffslager stabilisiert die Antriebswelle 11 und nimmt Radialbeanspruchungen auf, die von der Universalgelenk-Bauteilgruppe übertragen werden.

Die Antriebswelle 11 hat eine Vielzahl von Öffnungen 62, die in ihrer Seitenwand ausgebildet sind. Die Außenfläche der Antriebswellenseitenwand ist unterhalb der .öffnungen mit Gewinde versehen, um eine rohrförmige Antriebswellenmutter 63 aufzunehmen. Eine 'innere Radialnut ist in dem oberen Ende der Mutter 63 ausgebildet, um einen O-Ring 64 festzuhalten, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Seitenwand der Antriebswelle 11 zusammenarbeitet. Das obere Ende der Mutter 63 über der O-Ringnut hat einen vergrößerten Innendurchmesser, so daß sich eine Schulter bildet.

Ein rohrförmiger Federhalter 65 hat ein in der Nähe der unteren Enden des Schiffslagers 57 und der Hülse 60 liegendes oberes Ende". Ein Außenflansch ist an dem oberen Ende des Halters 65 ausgebildet, der eine untere Fläche hat, die auf dem oberen Ende einer Schraubenfeder 66 aufliegt. Eine rohrförmige Kolbenhülse 67 hat Innengewindegänge, die auf dem oberen Ende ausgebildet sind und in Gewindegänge eingreifen, die auf der Außenseitenwand des Halters 65 ausgebildet sind. Die Hülse 67 hat ein unteres Ende mit vergrößertem Durchmesser, das auf einem innen

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radial verlaufenden Flansch aufliegt, der an einem oberen ortsfesten Dichtungshalter 68 ausgebildet ist. Das Gehäuse 26, der Halter 65, die Hülse 67 und der Halter

68 bilden einen Hohlraum oder Zylinder zur Aufnahme der Feder 66. Ein Ringkolben 69 ist an dem unteren Abschnitt des Hohlraums angeordnet und in diesem gleitend beweglich. Die Oberfläche des Kolbens liegt gegen das untere Ende der Feder 66 an. Der Kolben 69 hat auch eine innere und eine äußere Radialnut zur Aufnahme von O-Ringen 70, die unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Außenseitenwand der Hülse 67 und der Innenseitenwand des Gehäuses 26 zusammenarbeiten.

Das untere Ende des Halters 68 wird von einem oberen Ende eines Lagergehäuses 71 getragen, das mittels einer Gewindeverbindung in dem unteren Ende des Gehäuses 26 aufgenommen ist. Während der Montage wird der Hohlraum unterhalb dem Kolben 69 mit Schmiermittel/ typischerweise öl, über eine Öffnung in der Seitenwand des Gehäuses 26 gefüllt, die dann mit Hilfe eines Rückschlagventils geschlossen wird, das nachstehend näher erläutert wird. Das Schmiermittel kann über eine weitere Öffnung in dem Gehäuse 26 ausgeleitet werden, die normalerweise mit einem Stopfen 72 verschlossen ist. Das Schmiermittel wird unter Druck gesetzt eingeleitet und versucht den Kolben

69 nach oben zu drücken, um die Feder 66 zusammenzudrücken. Während des üblichen Betriebs hält die Feder 66 das Schmiermittel unter einem Druck/ der größer als der Druckmitteldruck außerhalb ist, wodurch verhindert wird, daß Fluid in das Lager eindringen kann. Die Lage des Kolbens 69 in dem Hohlraum ist ein vorteilhafter Anzeiger für die ölmenge in dem Lagerteil. Die Lage des Kolbens wird mit Hilfe eines Druckmessers für das Schmiermittel erfaßt. Ferner kommt der Kolben nicht in Berührung mit den rotierenden

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Teilen, so daß man eine bessere Abdichtung als bei bisher vorhandenen Anlagen erreicht.

Das untere Ende der Antriebswellenmutter 63 liegt auf dem oberen Ende einer rohrförmigen oberen Führungshülse 73 auf, die drehfest mit der Antriebswelle 11 verkeilt ist. Die Hülse 73 hat eine darin ausgebildete innere radiale Nut/ die. einen O-Ring 74 aufnimmt, der unter Bildung eines dichten Abschlusses mit der Außenseitenwand der Antriebswelle 11 zusammenarbeitet. Eine Dichtungs-Bauteilgruppe 75 hat ein oberes Ende, das an dem unteren Ende der Kolbenhülse 67 angebracht ist und ein unteres Endö, das an dem oberen Ende des Gehäuses 71 angebracht ist. Ein Mittelabschnitt der Bauteilgruppe 75 ist drehfest mit der oberen Führungshülse 7 3 verkeilt. Die Dichtungsbäuteilgruppe wird nachstehend näher erläutert.

Das untere Ende der Hülse 73 liegt auf der oberen Fläche eines Innenlaufrings 76 eines Zylinderrollenlagers 77 auf. Der Laufring 76 wird von einer Distanzhülse 78 getragen, die ihrerseits einen Axialdrucklagerdruckring 79 trägt. Das Lager 77 ist durch eine Distanzhülse 80 abgestützt, die ihrerseits von einem Axialdrucklagerdistanzring 81 getragen wird. Ein Zylinderrollendrucklager 82 ist zwischen dem Ring-79 und dem Distanzring 81 festgehalten.

Eine ähnliche Dichtungs-Baugruppe ist unterhalb des Axialdruckrings 79 angeordnet und umfaßt eine untere Lagerdistanzhülse 83, ein Zylinderrollendrucklager 84, einen Lagerträger und einen Halter 85, sowie einen inneren Laufring 86, ein Zylinderrollenlager 87, eine untere Führungshülse 88 und eine Dichtungs-Bauteilgruppe 89. Der Halter 85 hat einen radial nach außen weisenden Flansch,

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der an dem oberen Ende ausgebildet ist/ das auf dem oberen Ende eines unteren Dichtungsgehäuses 90 aufliegt. Das obere Ende des Gehäuses 90 ist mittels einer Gewindeverbindung mit dem unteren Ende des Lagergehäuses 71 verbunden .

Eine zylindrische Abschlußkappe 91 ist an dem unteren Ende des Gehäuses 90 mit Hilfe von geeigneten, mit Gewinde versehenen Befestigungselementen angebracht. Ein Dichtungshalter 92 ist mittels einer Gewindeverbindung in dem oberen Ende der Abschlußkappe 91 aufgenommen/ um das untere Ende der Dichtungs-Bautei!gruppe 89.zu halten. Das obere Ende der Dichtungs-Bauteilgruppe ist an dem Dichtungsgehäuse 90 angebracht und ein Mittelabschnitt ist drehfest mit der Hülse 88 verkeilt. Ein Antriebswellenbund 93 ist mittels Bolzen mit dem mit Gewinde versehenen Kasten 55 verbunden und mit der Hülse 88 verkeilt.

Obgleich in Figur 2e nicht gezeigt/ ist in der Seitenwand des unteren Dichtungsgehäuses 90 eine öffnung ausgebildet/ die zur Aufnahme eines Rückschlagventils (nicht gezeigt) und zur Aufnahme eines lösbaren Stopfens (nicht gezeigt) bestimmt ist, der ähnlich wie der Stopfen 72 ausgebildet ist. Bei entnommenem Stopfen kann unter Druck stehendes Schmiermittel in den Innenraum der Lageranordnung gedrückt werden.

Der Bohrschlamm oder andere Fluide außerhalb der Lageranordnung werden von einem Eindringen durch .das uivter Druck stehende Schmiermittel und in den Dichtungs-Bauteilgruppen 75 und 89 gehindert.

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In Figur 11 ist eine vergrößerte Viertelschnittansicht der Dichtungs-Bauteilgruppe 75 gezeigt/ die ähnlich wie die Dichtungs-Bauteilgruppe 89 ausgebildet ist. Eine Drucklagerunterlagsscheibe 101 ist an einem Haltering mit Hilfe von geeigneten mit Gewinde versehenen Befestigungselementen 103 angebracht. Der Ring 102 hat eine Vielzahl von öffnungen, die in der unteren Fläche ausgebildet sind und zur Aufnahme der oberen Enden der Schraubenfedern 104 dienen. Die unteren Enden der Federn liegen auf der unteren Fläche einer oberen Drehdichtung 105 an. Der Halter ist mit der oberen Führungshülse 73 (Figur 2d) verkeilt und dreht sich mit der Antriebswelle 11. Die zuvor beschriebenen Elemente liegen gegen eine stationäre Dichtung 108 an, die auf die Kolbenhülse 67 (Figur 2d) mittels Stiften angebracht ist.

Die Dichtungen 105 und 106 sind aus einem Metall hergestellt und bleiben mit Hilfe der Federn 104 in Flächenkontakt, um eine Dichtung bei einem sehr geringen Druck zu erreichen. Die Unterlagescheibe 103 dreht sich entgegen einem Drucklagersitz 107, so daß der Halter 102 eher von dem Gehäuse als der Antriebswelle abgestützt wird. Eine derartige Dichtung kann einen radialen Auslauf besser als eine Elastomerdichtung aufnehmen und sie steht im Gleichgewicht zum Hochdruck und zum Gegendruck. Diese Dichtung kann auch Axialschwingungen aufnehmen.

Arbeitsweise des Motors

Im normalen Betriebszustand ist die Bohrkrone A an dem unteren Ende der Antriebswelle 11 befestigt und das Oberteil 14 ist an dem unteren Ende des Strangs des Bohrgestänges P befestigt. Wenn die Bohrvorrichtung durch das Bohrfluid in dem Bohrloch H auf den Boden C abgesenkt wird.

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öffnet das Umgehungs- und Entlastungsventil 33, so daß Fluid durch die Öffnungen oder Düsen (nicht gezeigt) in der Bohrkrone A nach oben strömen kann. Das Fluid strömt in einen Mitteldurchgang 122 in der Bohrkrone über einen Mitteldurchgang 123 in der Antriebswelle, strömt aus den Öffnungen 62 in dem Ringraum über den Lagern, über das Schiffslager 57 und die Kanäle in der Antriebswellenverlängerung 50 und in den Raum 125 zwischen dem Gehäuse 24 und der Universalgelenk-Bauteilgruppe 29 aus. Das Fluid tritt dann in die Seitenöffnungen 30 des Mitteldurchgangs 31 ein und bewegt sich im Innendurchgang 32 des hohlen Rotors 21 über das offene Ventil 33 nach oben bis in das Bohrgestänge P.

Wenn die Bohrkrone A den Grund C des Bohrlochs H erreicht, wird Bohrschlamm oder ein anderes Fluid über das Bohrgestänge P nach unten gepumpt. Bei einem vorbestimmten Druck schließt das Ventil 33 und lenkt das Fluid derart, daß es zwischen dem Rotor 21 und dem Stator 19 strömt, so daß der Rotor umläuft. Das Fluid folgt dem zuvor beschriebenen Weg in Gegenrichtung, so daß es aus der Bohrkrone A ausgegeben wird, um die Schneiden und Schneidwerkzeuge zu reinigen und in Querrichtung nach außen abzuspritzen. Das Fluid geht dann über einen Ringraum zwischen der Bohranlage und dem Bohrloch nach oben.

Während des Bohrvorgangs wird ein geeignetes Bohrgewicht auf die Bohrkrone A dadurch aufgebracht/ daß ein Teil des Gewichts des Bohrgestänges P auf dem Gehäusebauteil 13 aufliegt. Dieses Gewicht wird über das Oberteil 14, das Gehäuse 18, das Gehäuse 24, das Gehäuse 26/ das Lagergehäuse 71, den Drucklagerdistanzring 81/ das Drucklager 82, den Drucklagerring 79, die Distanzhülse 83/ den Innenlaufring 86, die Führungs-

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ORIGINAL INSPECTED

hülse 88 und den Antriebswellenbund 93 übertragen. Das Gewicht wird dann über den mit Gewinde versehenen Kasten 55 auf die Bohrkrone A übertragen, um die Schneiden gegen den Grund und in den Grund des Bohrlochs H zu drücken.

Wenn die Bohrkrone A vom Grund C des Bohrlochs angehoben werden soll, währenddem Fluid durch den Bohrmotor M und den Rotor 21 gepumpt wird und währenddem das Universalgelenk 12, die Antriebswelle 11 und die Bohrkrone umlaufen, liegt der Drucklagerring 79 auf dem unteren Axiallager 84 auf, um den nach unten gerichteten Axialdruck auf den Rotor dadurch abzustützen, daß das Bohrfluid den Flügeln 22 und dem Gewicht der Bohrkronenantriebswelle 11 dem darüberliegenden Universalgelenk entgegenwirkt.

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Zusammengefaßt befaßt sich die Erfindung mit einem Umgehungs- und Entlastungsventil, das von dem unter Druck stehenden Fluid betätigt wird. Obgleich das Ventil bei vielen FluidströmungsSteuerfunktionen verwendet werden kann, ist es insbesondere zur Anwendung bei einer fluidbetriebenen Bohrvorrichtung für ein in die Tiefe führendes Bohrloch geeignet, wobei das Ventil den Fluidstrom zwischen dem Rotor und dem Stator regelt. Bei der Umgehungsfunktion des Ventils wird das Fluid zwischen dem Rotor und dem Stator so gelenkt, daß die Bohrkrone in Drehung versetzt wird. Bei der Entlastungsfunktion wird das Fluid zu dem hohlen Innenraum des Rotors gelenkt, um eine Beschädigung infolge von zu hohen Drücken zu vermeiden, die durch ein hohes Drehmoment erzeugt werden, das auf die Bohrkrone und den Antrieb, einwirkt.

Das Ventil hat eine Einlaßeinrichtung, die dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt ist und eine Auslaßeinrichtung, die mit einem Fluidströmungsweg verbunden ist. Das Ventil umfaßt einen Hohldorn und eine rohrförmige Hülse, die den Dorn gleitend beweglich aufnimmt. Die Einlaßeinrichtung kann eine Einlaßöffnung umfassen, die in einem Ende des Dorns ausgebildet ist und die Auslaßeinrichtung kann eine Auslaßöffnung umfassen, die an dem anderen Ende des Dorns ausgebildet ist. Eine' erste druckempfindliche Einrichtung umfaßt die Fläche des Dorns, die dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt ist, wobei bei einem ersten vorbestimmten Fluiddruckwert der Dorn sich gleitend in der Hülse bewegt, um die Einlaßöffnung abzusperren. ■ -

Bei einer Ausfuhrungsform umfaßt die zweite druckempfindliche Einrichtung die Fläche der Hülse, die dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt ist, wenn die Einlaß-

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Öffnung abgesperrt ist, wobei bei einem zweiten vorbestimmten Druckwert sich die Hülse in bezug zu dem Dorn gleitend bewegt/ um die Einlaßöffnung für das unter Druck stehende Fluid freizugeben/ so daß sich ein Fluidstrom zwischen der Einlaßeinrichtung und der Auslaßeinrichtung bildet. Eine dritte druckempfindliche Einrichtung umfaßt die Flächen der Hülse, die dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt sind, wenn die Einlaßöffnung für das unter Druck stehende Fluid frei ist, wobei bei einem dritten vorbestimmten Druckwert eine Feder die Hülse in bezug zu dem Dorn gleitend bewegt, um die Einlaßöffnung abzusperren.

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Claims

PATEN rANWÄ'.TE .A. GRÜNECKER

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H. KINKELDEY

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K. SCHUMANN

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8 MÜNCHEN

MAXIMlLIANSTRASSe A3

P 14 845

21. März 1980

BAKER DiTEENATIONAL CORPORATION

City Parkway V7est, Orange, California 92668, USA

Ventil

Patentansprüche

Ventil mit einem Einlaß für eine unter Druck stehende Fluidquelle und einem Auslaß, der mit dem Fluidströmungsweg verbunden ist, gekennze ichnet durch eine erste druckempfindliche Einrichtung (35), die auf das unter Druck stehende Fluid bei einem ersten vorbestimmten Wert anspricht, um den Fluidstrom zv/ischen dem Einlaß (36) und dem Auslaß (46) abzusperren, eine zweite druckempfindliche Einrichtung (38), die auf das unter Druck stehende Fluid bei einem zweiten vorbestimmten Wert anspricht, der größer als der erste vorbestimmte Wert ist, um einen Fluidstrom zwi-

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TELEFON (OBO) 22 28 62 TE-LEiX OS-2Q3BO TELEGRAMME MONAPAT T6LEKOPIERER

sehen dem Einlaß (36) und dem Auslaß (46) durchzulassen, und eine dritte druckempfindliche Einrichtung (34, 38), die auf das unter Druck stehende Fluid bei einem dritten vorbestimmten Wert anspricht, der zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten Werten liegt, um den Fluidstrom zwischen dem Einlaß (35) und dem Auslaß (36) abzusperren, nachdem der Fluidstrom von der zweiten (ersten) druckempfindlichen Einrichtung (38) gebildet worden ist. "
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich .net, daß ein Hohldorn (35) und eine Hülse (38) vorgesehen sind, die den Dorn (35) gleitend beweglich aufnimmt, daß der Einlaß eine Einlaßöffnung (36), die an einem Ende des Dorns (35) ausgebildet ist, der Auslaß eine Auslaßöffnung (46), die am anderen Ende des Dorns (35) ausgebildet ist, die erste druckempfindliche Einrichtung eine Fläche des Dorns (35), die dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt ist, umfaßt, wobei bei dem ersten vorbestimmten Druckwert das auf die Fläche einwirkende unter Druck stehende Fluid den Dorn (35) in die Hülse (38) gleitend bewegt, um die Einlaßöffnung (36) abzusperren.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich-.n e t durch eine Feder (47), die der Bewegung des Dorns (35) in die Hülse (38) einen Widerstand entgegensetzt.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite druckempfindliche Einrichtung eine erste Fläche der Hülse (38) umfaßt, die dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt ist, wenn die Einlaßöffnung (36) abgesperrt ist, wobei bei dem zweiten vorbestimmten Druckwert

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das unter Druck stehende, auf die erste Fläche einwirkende Druckmittel die Hülse (38) relativ zu dem Dorn (35) gleitend bewegt/ um die Einlaßöffnung (36) für das unter Druck stehende Fluid freizugeben und eine Fluidströmungsverbindung zwischen dem Einlaß (36) und dem Auslaß (46) herzustellen.
5. Ventil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Feder (43), die der Bewegung der Hülse (38) einen Widerstand entgegensetzt.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte druckempfindliche Einrichtung die erste und eine zweite Fläche der Hülse (38) umfaßt, die dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt sind, wenn die Einlaßöffnung (36) für das unter Druck stehende Fluid freigegeben ist, und das unter Druck stehende Fluid die Feder (47 bzw. 43) beaufschlagt, wobei bei diesem dritten vorbestimmten Druckwert die Feder (47 bzw. 43) die Hülse (38) gleitend relativ zu dem Dorn (35) bewegt, um die Einlaßöffnung (36) abzusperren.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite. Hülse (40) auf der Hülse (38) gleitend.beweglich aufgenommen ist, daß der Einlaß eine zweite Einlaßöffnung (218) umfaßt, die in der ersten Hülse (38) ausgebildet ist und in Fluidverbindung mit dem Auslaß (46) steht, und daß die zweite druckempfindliche Einrichtung eine erste Fläche der zweiten Hülse (40) umfaßt, die dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt ist, wenn die zweite Einlaßöffnung durch die zweite Hülse (40) abgesperrt ist, wobei bei diesem zweiten vorbestimmten

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Druckwert das die erste Fläche beaufschlagende unter Druck stehende Fluid die zweite Hülse (40) gleitend relativ zu der ersten Hülse (38) bewegt, um die zweite Einlaßöffnung (218) für das unter Druck stehende Fluid freizugeben und eine Fluidströmungsverbindung zwischen dem Einlaß (36) und dem Auslaß (46) herzustellen.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ge-· kennzeichnet durch eine Feder (47, 216), die der Bewegung der zweiten Hülse (40, 209) einen Widerstand entgegensetzt.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte druckempfindliche Einrichtung die erste Fläche und eine zweite Fläche der zweiten Hülse (40) umfaßt, die dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt ist, wenn die zweite Einlaßöffnung (218) für das unter Druck stehende Fluid frei ist, und dem die Feder (216) ausgesetzt ist, wobei bei diesem dritten vorbestimmten Druckwert die Feder (216) die zweite Hülse (40) relativ zu der ersten Hülse (38) gleitend bewegt, um die zweite Einlaßöffnung (218) zu verschließen.
10. Fluiddruckbetcitigtes Umgehungs- und Entlastungsventil, das zwischen einer unter Druck stehenden Fluidquelle und einem Fluidströmungsweg vorgesehen ist, gekennzeichnet durch:

einen hohlen, ein Organ enthaltenden Dorn (35), dessen eines Ende geschlossen und der unter Druck stehenden Fluidquelle über eine Einlaßöffnung (36) ausgesetzt ist, die in der Nähe des geschlossenen Endes

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ausgebildet ist und der eine Auslaßöffnung (46) hat, die am anderen Ende des Dorns (35) ausgebildet ist und mit dem Stromungsfluidweg gekoppelt ist, und

eine Hülse (38), die ein offenes Ende hat, das der unter Druck stehenden Fluidquelle ausgesetzt ist, um den Dorn (35) gleitend beweglich aufzunehmen,

wobei bei einem ersten vorbestimmten Fluiddruckwert die von dem unter Druck stehenden Fluid bei der Beaufschlagung des Organs des Dorns (35) erzeugte Kraft den Dorn (35) in die Hülse (38) gleitend bewegt, um die Einlaßöffnung (36) zu verschließen, und

wobei bei einem höheren zweiten vorbestimmten Fluiddruckwert die von dem unter Druck stehenden Fluid unter Beaufschlagung einer ersten Fläche des offenen Endes der Hülse (38) erzeugte Kraft die Hülse (38) relativ zu dem Dorn (35) gleitend bewegt wird, um die Einlaßöffnung (36) für das unter Druck stehende Fluid freizugeben und eine Fluidströmungsverbindung zwischen der unter Druck stehenden Fluidquelle und dem Fluidströmungsweg herzustellen.
11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Feder (47) vorgesehen ist, die der Bewegung der Hülse (38) einen Widerstand entgegensetzt, daß die Hülse (38) eine zweite Oberfläche an dem offenen Ende hat, daß das geschlossene Ende des Dorns (35) über der zweiten Fläche liegt, wenn die Einlaßöffnung (36) abgesperrt ist, und daß die zweite Fläche dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt ist, wenn die Einlaßöffnung (36) für das unter Druck ftehende Fluid freigegeben ist, wobei bei einem dritten vorbestimmten Druckwert die von dem unter Druck stehenden Fluid unter Beeiufschla-

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gung der ersten und der zweiten Fläche der Hülse (38) erzeugte Kraft kleiner als die von der Feder (47) erzeugte Kraft ist, die die Hülse (38) relativ zu dem Dorn (35) gleitend bewegt/ um die Einlaßöffnung (36) abzusperren.
12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Feder (43) vorgesehen ist, die der Bewegung des Dorns

(35) einen Widerstand entgegensetzt, wobei die von dem unter Druck stehenden Fluid unter Beaufschlagung der Fläche des geschlossenen Endes erzeugte Kraft kleiner als die von der zweiten Feder (43) erzeugte Kraft ist, die den Dorn (35) relativ zu der Hülse

(38) gleitend bewegt, um die Einlaßöffnung (36) für das unter Druck stehende Fluid freizugeben, wenn der Fluiddruck unterhalb den ersten vorbestimmten Druckwert abfällt.
13. Fluiddruckbetätigtes Umgehungs- und Entlastungsventil, das zwischen einer unter Druck stehenden Fluidquelle und einem Fluidströmungsweg angeordnet ist, gekennzeichnet durch:

einen Hohldorn (35), der ein geschlossenes Ende hat, das der unter Druck stehenden Fluidquelle über eine erste Einlaßöffnung (36) ausgesetzt ist, die in der Nähe des geschlossenen Endes ausgebildet ist, und der eine Auslaßöffnung (46) hat, die in der Nähe des anderen Endes ausgebildet ist und mit dem Fluidströmungsweg verbunden ist,

eine erste Hülse (38), die den Dorn (35) gleitend beweglich aufnimmt und eine darin ausgebildete zweite Einlaßöffnung (218) hat, die mit dem Fluidströmungs-

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weg verbunden ist/ und

eine zweite Hülse (40), die auf der ersten Hülse (38) gleitend beweglich aufgenommen ist und eine erste fluiddruckempfindliche Einrichtung hat,

wobei bei einem ersten vorbestimmten Wert des Fluiddrucks die von dem unter Druck stehenden Fluid unter Beaufschlagung der Fläche des geschlossenen Endes erzeugte Kraft den Dorn (35) in die erste Hülse (38) gleitend bewegt, um die erste Einlaßöffnung (36) abzusperren, und

wobei bei einem höheren zweiten vorbestimmten Wert für den Fluiddruck die von dem unter Druck stehenden Fluid unter Beaufschlagung der ersten fluiddruckempfindlichen Einrichtung erzeugte Kraft die zweite Hülse (40) relativ zu der ersten Hülse (38) gleitend bewegt, um die zweite Einlaßöffnung (218) für das unter Druck stehende Fluid freizugeben und eine Fluidverbindung zwischen der unter Druck stehenden Fluidquelle und dem Fluidströmungsweg herzustellen.
14. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Feder (43) vorgesehen ist, die der Bewegung der zweiten Hülse (40) einen Widerstand entgegensetzt, wobei die zweite Hülse (40) eine zweite fluiddruckempfindliche Einrichtung hat, und wobei die bei einem dritten dazwischenliegenden Fluiddruckwert unter Beaufschlagung des unter Druck stehenden Fluids der ersten und zweiten druckempfindlichen Einrichtungen erzeugte Kraft kleiner als die durch die erste Feder (43) erzeugte Kraft ist, die die zweite Hülse (40) relativ zu der ersten Hülse (38) gleitend bewegt, um die zweite Einlaßöffnung (218) abzusperren.

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15. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste druckempfindliche Einrichtung eine erste Fläche auf der zweiten Hülse (40) umfaßt, die der unter Druck stehenden Fluidquelle ausgesetzt ist, daß die zweite, fluiddruckempfindliche Einrichtung eine zweite Fläche auf der zweiten Hülse (40) umfaßt, daß die erste Hülse (38) die zweite Fläche überdeckt, wenn die zweite Einlaßöffnung (280) abgesperrt ist, und die zweite Fläche dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt ist, wenn die zweite Einlaßöffnung (218) für das unter Druck stehende fluidfrei ist..
16. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste druckempfindliche Einrichtung einen Durchgang (32) umfaßt, der zwischen der unter Druck stehenden Fluidquelle und dem Fluidströmungsweg vorgesehen ist, und daß die zweite fluiddruckempfindliche Einrichtung eine Fläche auf der zweiten Hülse (40) umfaßt, wobei die erste Hülse (38) diese Fläche überdeckt, wenn die zweite Einlaßöffnung (218) abgesperrt ist, und diese Fläche dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt ist, wenn die zweite Einlaßöffnung (218) für das unter Druck stehende Fluid frei ist.
17. Fluidbetriebene Bohranlage für ein in die Tiefe führendes Bohrloch mit einem Stator, einem Hohlrotor, einer unter Druck stehenden Fluidquelle und einem Ventil, das zwischen der unter Druck stehenden Fluidquelle und dem Innenraum des Rotors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil

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eine erste druckempfindliche Einrichtung (35), die auf das unter Druck stehende Fluid bei einem ersten vorbestimmten Wert anspricht, um den Fluidstrom durch das Ventil (33) zu blockieren, und

eine zweite druckempfindliche Einrichtung (38) aufweist, die auf das unter Druck stehende Fluid bei einem höheren zweiten Druckwert anspricht, um eine Fluidverbindung über das Ventil (33) herzustellen.

18- Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte fluiddruckempfindliche Einrichtung (40) vorgesehen ist, die auf das unter Druck stehende Fluid bei einem dritten Zwischendruckwert anspricht, um den Fluidstrom durch das Ventil (33) zu blockieren, nachdem eine Fluidverbindung durch die zweite druckempfindliche Einrichtung (38) hergestellt worden ist.

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