DE3019308A1 - Meisseldirektantrieb fuer tiefbohrwerkzeuge - Google Patents

Meisseldirektantrieb fuer tiefbohrwerkzeuge

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meißeldirektantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.
Motoren dieser auf dem Moineau-Prinzip basierenden Art finden in erheblichem Umfang bei Tiefbohrungen als Meißeldirektantrieb oder sogenannte;"Sohlehmotöre" Anwendung,sind in diesen Fällen mit einem oberen Ahschlußende am Gehäuse für eine Verbindung mit dem Bohrstrang versehen und treiben den. Bohrmeißel oder dergl. Bohrwerkzeug über-eine die Motorwelle mit dem Bohrwerkzeug verbindenden Gelenkwelle an. Als Arbeitsmittel findet dabei das Spülungsmedium Anwendung, das durch, den Bohrrohrstrang abwärts gepumpt wird und mit hohen Druck in den Arbeitsraum zwischen dem einen Stator bildenden Gehäuse und der den Rotor bildenden Welle eintritt. Auf seinem,Schraubenlinien förmigen Weg durch den Motor wandelt sich ein Teil der Druckenergie des Arbeitsmittels in Rotationsenergie für die Welle um. Der .Druckabfall innerhalb solcher Mötore hängt von der konstruktiven Auslegung ab und Megt bei der in der Praxis ausgeführten■'Meißeldirektantfieben in der Größenordnung von 25 - 6o bar.
Der;Rotor und die Welle eines solchen Motors sind als schraubenartige Formkörper, ausgeführt, wobei der eine Teil ein elastisch verformbares Material trägt. Teile der Formflächen von Weile und Stator stehen miteinander im Eingriff und bilden einen. Arbeitsraum, in dem das Arbeitsmittel auf die für die Drehmomenterzeugung wirksamen Eingriffsflächen einwirkt. Für ein befriedigendes Arbeiten des Motors ist es wichtig, daß die Formflächen des Arbeitsraumes mit ausreichender Abdichtung in Eingriff stehen, da bei Undichtigkeit die Leistung des Motors sinkt und nicht die auslegungsgemäß angestrebten Werte erreicht.
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Wegen der wechselnden Betriebsbedingungen im. Bohrloch ist eine zuverlässige Abdichtung des Arbeitsraums durch Vorwahl· einer den maßgeblichen Anlagedruck, bestimmenden Übermaßvorgabe nicht geeignet, unter allen Betriebsbedingungen optimale Ergebnisse zu erzielen.
Bei einem bekannten Meißeldirektantrieb wird der für die Dichtungswirkung maßgebliche Anlagedruck zwischen den in Eingriff stehenden Bereichen der Formflächen an die Druck- und Temperaturbedingungen des Arbeitsmittels sowie an die Belastung des Meißels weitgehend angepaßt. Dies geschieht dadurch, daß der auf der Welle in Form einer Ummantelung angeordnete Formkörper als radial verlagerbarer; Membranikörper ausgebildet ist, der durch, den. Druck des Arbeitsmittels oder eines Druckmittels mit einer radial gerichteten Verformungskraft beaufschlagbar ist, die einen vom Druck des Arbeitsmittels oder Druckmittels abhängigen-Anlagedruck zwischen den Formflächen von Welle und Stator erzeugt. Diese Art der Anlagedruckregelung gestattet jedoch nur eine über die gesamte axiale Länge der Welle konstante Beaufschlagung während der entgegengerichtete Druck des Spülungsmediums im Arbeitsraum bei einem mehrgängigen Motor von Kammer zu Kammer abfällt, mit der Folge, daß der Druck in jeder weiteren Arbeitskammer überkompensiert wird und axial zunehmende Reibungsverluste eintreten. .
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, bei einem Meißeldirektantrieb einen gleichmäßigen Anlagedruck zwischen den in Eingriff stehenden Bereichen der Formflächen zu erzielen und so den optimalen Anlagedruck für jede Kammer hinsichtlich maximalen Wirkungsgrades bei geringstmöglichem Verschleiß einzustellen. Diese Aufgabe wird bei einem Meißeldirektantrieb der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gegebenen Art durch die im kennzeichnenden Teil aufgeführten Merkmale gelöst. Bei allen
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erfindungsgemäßen Ausgestaltungen besitzt der hauptsächlich dem Verschleiß unterworfene Formkörper eine unkomplizierte Raumform, die einfach herzustellen ist und die somit neben geringen Kosten für die Fertigung des Motors an sich auch verhältnismäßig geringe Instandsetzungskosten erfordert'. Weiterhin erleichtert ein Meißeldirektantriebsmotor nach der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Berechnungen für die konstruktive Auslegung, da die radiale Verformung des Formkörpers einem selbsttätigen Regelmechanismus in Abhängigkeit von Drück und Meißelbelastung unterworfen ist und daher Maßtoleranzen in der Herstellung des Formkörpers von weniger großer Bedeutung sind.
Zur Erzielung der radialen Verformung kann der Formkörper auf der Welle sowohl axial verschiebbar als auch in der Winkelposition verdrehbar angeordnet werden. Die nach Art einer schiefen Ebene ausgebildeten Berührungsflächen zwischen Welle und Formkörper müssen dabei in die Richtung der vorgesehenen Verschiebungsriehtungweisen. Bei der axialen Verschiebung des Formkörpers auf der Welle ist es sowohl möglich, die Welle axial zu fixieren und den Formkörper zu verschieben, als auch umgekehrt. Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Welle in mehrere konisch geformte und eine große Steigung der Berührungsflanken aufweisende Abschnitte unterteilt, um ein durch Selbsfhemmen verursachtes Hystereseverhälten bei der Verschiebbarkeit des Formkörpers auf der Welle zwischen der einen und der anderen Bewegungsrichtung.zu verringern.
Eine weitere Ausgestaltung nach der Erfindung sieht vor; daß der Träger des elastischen Formkörpers auf und entlang seiner diesen zugewandten Seite mit über den Umfang verteilt angeordneten"·Rippen
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und der Formkörper rückseitig mit entsprechenden Nuten versehen ist, über die beide wechselseitig formflüssig in Eingriff stehen.
Zahlreiche weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung veranschaulicht sind» Im einzelnen zeigt:
Fig. 1 einen abgebrochenen Längsschnitt durch eine erste Ausführung eines Meißeldirektantriebs nach der Erfindung mit teils geschnittenem, teils in Seitenansicht wiedergegebenen Rotor,
Fig.2 eine Schnittdarstellung ähnlich Fig. 1 einer abgewandelten zweiten Ausführung,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung bei der gegenüber Fig. 1 die Zuordnung zwischen dem feststehenden Teil und dem verschiebbaren Teil des Formkörpers vertauscht ist,
Fig. 4 eine Darstellung, bei der gegenüber Fig. 2 die Zuordnung zwischen dem feststehenden und dem verschiebbaren Teil des Formkörpers vertauscht ist,
Fig. 5 eine räumliche Darstellung eines Abschnitts des Trägers, wie er als weitere Ausgestaltung für die Ausführungsformen gem. der Fig. 1 - 4 anwendbar ist,
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine fünfte Ausführung eines Meißeldirektantriebs.
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Der in den Fig. 1-5 "eranschaulichte Meißeldirektantrieb für ein Tiefbohrwerkzeug umfaßt im einzelnen ein außenseitig zylindrisches Gehäuse 1, das an seinem oberen Einlaßende ein kpnisches Innengewinde 2 für eine Verschraubung mit einem Außengewindeansatz 3 eines Rohrstückes 4 aufweist. An seinem unteren Auslaßende weist das Gehäuse 1 ein konisches Innengewinde 5 für eine Verschraubung mit einem mit Außengewinde versehenen Ansatz 6 eines RohrStücks 7 auf, das irgendeine bekannte oder geeignete Lageranordnung aufnimmt. Die Teile 1, 4 und 7 sind dabei koaxial zu einer gemeinsamen Langsmittelachse 8 angeordnet.
An seiner Innenseite bietet das Gehäuse 1 eine Formfläche 9, die ggfs. zur Verschleißminderung sowie zur Korrosionsverringerung mit einer geeigneten Oberflachenbeschichtung versehen sein kann. Die konkrete Formgestaltung der Formfläche wird durch Schraubengänge, links- oder rechtsgängig definiert. Bei dem dargestellten Beispiel wird die Formfläche von einem zehngängigen Schraubengewinde gebildet. Das Gehäuse 1 stellt bei der dargestellten Ausführung einen Stator dar.
Im Gehäuse 1 ist eine in diesem dreh- und begrenzt radial verlagerbar, einen Rotor bildende und als Ganzes mit Io bezeichnete Welle angeordnet, die aus einem Kernstück oder Träger 11 aus Stahl oder dergl. und aus einer Wellenummante-* lung 12 aus einem Elastomer, z.B. Gummi, Polyurethan usw. besteht. Letzeres kann durch ggfs. mit einem Vorüberzeug aus elastomeren Material versehene Glasfasern, Metall-filamente
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z.B. Stahldrähte, oder dergl. verstärkt sein. Die Ummantelung 12 weist an ihrer Außenseite eine Formfläche 13 auf, deren Formgestalt auf die der Formflache 9 des Gehäuses abgestimmt ist und sich aus schraubenlinienförmigen Gewindezähnen zusammensetzt, die bei dem dargestellten Beispiel einem 9-gängigem Schraubgewinde entsprechen. Es versteht sich, daß die Gangzahlen unter Beibehaltung der bekannten notwendigen Gang—
.Zahldifferenzen je nach den jeweiligen Erfordernissen entsprechend abweichend gewählt werden können. Es versteht sich ferner, daß anstelle der dargestellten Einstufigkeit des Schraublinienverlaufs eine zwei- oder sonst geeignete Mehrstufigkeit vorgesehen werden kann. Die Formflachen 9, 13 greifen in der Art einer Schraubverzahnung in einander und begrenzen gemeinsam einen Arbeitsraum 14, der bei mehrgängiger Rotor/Stator-Ausführung eine entsprechende Anzahl von schraubenlinienförmigen Kanälen umfaßt. An seiner Unterseite ist der Träger II der Welle Io über ein Universalgelenk 15 oder dgl. mit einer Zwischenwelle 16 verbunden, deren nicht dargestelltes unteres Ende sich über ein Universalgelenk oder dergl. an einem koaxial zur Achse 8 drehbar gelagerten Teil abstützt, mit dem das Bohrwerkzeug verbunden sein kann. Die Zwischenwelle 16 bildet die einzige Axialabstützung für die Welle Io und erlaubt dieser die für die Funktion notwendige exzentrische Taumelbewegung im Betrieb.
Der die Wellenunmmantelung 12 bildende Formkörper aus elastischem Material ist auf dem Wellenkern oder -Träger 11 abgestützt. Während der Träger 11 eine konisch geformte, sich nach unten radial aufweitende Oberfläche 17 aufweist, besitzt der Formkörper eine komplementär geformte Innenfläche 18. Bei einer gegenseitigen axialen Verschiebung zwischen Formkörper und Träger gegen die sich aufweitende Oberfläche ergibt sich eine radiale Dehnung des elastischen Formkörpers 12 und somit ein höherer Anlagedruck zwischen den Formflächen 13 des Formkörpers und den Formflächen des Gehäuses 1. An seinem unteren Ende ist der Formkörper 12
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über eine Scheibe .19 und eine Spiralfeder 2o auf einer Schulter 21 des Trägers 11 abgestützt. Am oberen Ende erhält der Formkörper 12 durch einen auf seiner Stirnfläche aufliegenden Spannring 22 eine Vorspannung. Diese Vorspannung läßt sich durch einen oder mehrere selbsthemmende Schrauben 23 einstellen, deren Gewinde in Sacklöcher 24 des Trägers eingeschraubt sind und deren Kopf auf den Spannring 22drückt.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführung des Erfindungsgegenstandes unterscheidet sich in der Gestaltung der Oberfläche des Trägers 11 und der Innenfläche des Formkörpers 12 von derjenigen in Fig. 1. Während in Fig. 1 die genannten Flächen aLs einteiliger Konus ausgeführt sind, bietet der in Fig. 2 dargestellteTräger" 11 eine mehrteilige Konusoberfläche 117 (im Ausführungsbeispiel 4-stufig) und der Formkörper 12 auf seiner Innenseite das komplementäre Gegenstück TJ8. Die Aufteilung in mehrere Konussegmente gestattet die Wahl eines höheren Steigungswinkels zwischen den Gleitflächen von Träger und Formkörper .
Ein höherer Steigungswinkel .vermindert die Gefahr einer Selbsthemmung des Formkörpers bei seiner Rückkehr in die Ausgangsposition nach einem Abfall des axial auf ihn ausgeübten Druckes. Ferner ermöglicht diese Ausfuhrüngsform eine relative Konstanthaltung der Wandstärke des Formkörpers über die gesamte axiale Länge der Welle betrachtet, was sich auf die gleichmäßige Verteilung des Anlagedrucks zwischen den Berührungsflächen 13;; 9 des Formkörpers und des Gehäuses bei axialer Druckbeaufschlägurig des Formkörpers günstig auswirkt.
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Wird für den Antrieb eines Bohrwerkzeugs Arbeitsmittel in Form von Spülungsmedium durch den Bohrstrang abwärts gepumpt, so durchströmt das Arbeitsmittel den Arbeitsraum 14 unter Aufprägung einer Drehbewegung auf die Welle lo. Durch die Drosselwirkung des Motors auf den Druck des Spü— lungsmediums entsteht im Bohrstrang unterhalb des Motors ein niedrigerer Druck als im Bohrstrang oberhalb des Motors. Die dem höheren Druck im oberen Bohrstrang ausgesetzte Stirnfläche des Formkörpers 12 versucht deshalb in Strömungsrichtung auszuweichen. Durch das Entlanggleiten des Formkörpers auf dem Träger tritt eine Aufweitung des Formkörpers auf , was zu einem höheren Anlagedruck zwischen den Anlageflächen 13; 9 des Formkörpers der Wellenummantelung und des Gehäuses führt. Es baut sich dabei eine durch die Steigung des Konus und durch die Wirkung der Feder 2o bestimmte Gegenkraft auf, die soweit ansteigt, bis ihre axiale Komponente das Gleichgewicht zu der durch die Druckdifferenz zwischen dem oberen und unteren Rohrstrang hervorgerufenen Kraft erlangt. Bei entsprechender Auslegung des Motors wird sich dieses Gleichgewicht unter allen in Frage kommenden Arbeitsbedingungen einstellen, so daß der Anlagedruck stets den optimalen Wert hinsichtlich der für das abzugebende Drehmoment erforderlichen Dichtwirkung und einem möglichst geringen Verschleiß annimmt. Eine mittels der Schraube 23 einstellbare Vorspannung sorgt dafür, daß bei niedrigen Drücken oder Druckabfällen bereits eine ausreichende Dichtwirkung vorhanden ist und somit die Regelung bei zunehmendem Druck und steigender Belastung ohne Verzögerung wirksam werden kann.
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Da bei einer zu geringen Steigung der Kegeloberfläche die Reibung zwischen dem Formkörper 12 und dem Träger 11 eine Rückkehr des Formkörpers durch sein Konstraktionsbestreben in den axialen Ausgangszustand verhindern kann, ist das Vorsehen einer ausreichenden Steigung zwischen den Berührungsflächen von Formkörper und Träger zweckmäßig. Wegen der begrenzten radialen Ausdehnung, die eine Ausführung dieser Steigung erlaubt, ist eine Unterteilung in mehrere gleichartige Konusabschnitte eine geeignete Lösungsmöglichkeit. Die Hysterese zwischen Ausdehnung und Zusammenziehung des Trägers 12 bei Ansteigen bzw. Abfallen des Druckes wird dadurch verringert,und das Regelverhalten besser»
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird wie in Fig. 1 dargestellt ein einteiliger Konus 217 als Träger 11 mit komplementärer Innengestaltung 218 des Formkörpers 12 eingesetzt. Im Gegensatz zu der Ausführungsform in Fig. 1 ist hier aber ein axial unverschiebbarer abgestützter Formkörper 12 vorgesehen, der von einem axial verschiebbaren Träger 11 ausgefüllt wird. Die untere Stirnfläche des Formkörpers 12 ruht auf der Stirnfläche der Wandung einer Hülse 25, die im inneren eine in axialer Richtung verlaufende Innenvernutung aufweist, in die entsprechende Federn 27 des Trägers eingreifen. Die untere Stirnfläche des Trägers 11 wird durch eine Spiralfeder 26 gegen den Boden der Hülse 25 abgestützt. Das obere Ende des Trägers 11 ist als etwa auf den Durchmesser des Formkörpers 12 herausragende Schulter 28 ausgebildet, durch die mehrere Schrauben 29 geführt sind, die mit ihrem
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Gewinde andererseits in Bohrungen oder in einen mit der WeLLenummantelung verbundenen Ring 3o hineingeschraubt sind. Mittels dieser Schrauben läßt sich der Träger I1 axial gegen, den Druck der Feder 26 und die Kontraktionskräfte des Formkörpers 12 vorspannen.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausfiihrungsform beinhaltet eine Kombination der im Zusammenhang mit der Fig. 2 und der Fig.3 beschriebenen Merkmale. Einerseits ist, wie in Fig. 2 beschreiben, die Berührungsfläche 317] 318 zwischen dem Träger und dem Formkörper 12 in Form eines mehrstufigen Konus ausgeführt, andererseits ist, wie in Fig. 3 beschrieben, der Formkörper 12 axial unverschiebbar abgestützt, während der Träger 11 in einer Nut/Feder-Verzahnung radial fixiert aber axial verschiebbar angeordnet ist. Der Vorteil der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen mit einem axial unverschiebbaren Formkörper besteht in der unter allen Betriebsbedingungen konstanten Phasenbeziehung zwischen den in Eingriff stehenden Formfläche τ. 9; 13 der Welle Io und des Gehäuses 1. Dadurch wird die für die auslegungsgemäße Leistungsabgabe erforderliche exakte Justierung der Welle Io im Gehäuse 1 gewährleistet.
Da das Drehmoment des Motors von den mit dem Arbeitsmedium in Eingriff stehenden Flächen der We11enummantelung aufgebracht und über den Wellenkern, die Universalgelenke und weitere Zwischenwellen dem Bohrwerkzeug zugeführt wird, müssen die Verbindungsflächen zwischen der Wellenummantelung und dem Wellenkern so beschaffen sein, daß sie das Drehmoment übertragen können. Sollte die Haftreibung bei einer glatten Oberfläche nicht ausreichen und besteht zudem die Gefahr einer Verwindung des Formkörpers 12, so können gem. Fig. 5 der
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Träger 11 auf und,entlang seiner Außenseite mit über den Umfang verteilt angeordneten Rippen 31 und der hier nicht dargestellten Formkörper rückseitig mit entsprechenden Nuten versehen sein, über die beide wechselseitig in formschlüssigen Eingriff stehen. Eine solche Vielkeil- oder Nut/Feder-Verbindüng sichert ungeachtet auftretender radialer oder axialer Verlagerungsbewegungen des Formkörpers in Bezug auf seinen Träger eine ständige gleichmäßig verteilte Drehmomentübertragung unter Ausschluß relativer Verdrehbewegung zueinander sowie unter Ausschluß unkontrollierter Verformungen und Verwindungen in einzelnen Bereichen oder Zonen des Formkörpers.
Fig. 6 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Gegenstandes des Erfindung und unterscheidet sich von den in Fig. i - 4 dargestellten Versionen durch den unterschiedlichen Riehtungssinn der Steigung zwischen den Berührungsflächen 417; 418 des Trägers 11 und des Formkörpers 12. Die Steigung der Berührungsflächen 417; 418 verläuft hier über das Bogenmaß, so daß die Außenfläche 417 ces Trägers 11 und entsprechend die Innenfläche 418 des komplementär gestalteten Formkörpers 12 ein Profil aufweist, daß wie bei einem Sägezahnrad für ein Richtungsgesperre geformt sind, wobei allerdings von der Funktion her keine Gemeinsamkeit mit einer solchen Anordnung besteht. Der Träger zeigt mehrere, gleichmäßig auf dem Umfang verteilte und sich längs des Trägers erstreckende, im Querschnitt zahnartige Erhebungen. Die zahnartige Kontur ist so gestaltet, daß der Flänkenverlauf.der Zähne im ürehrichtungssinn 32
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betrachtet zwischen.eittem^inijmalajjstand 34 und einem Maximalabstand 35 von der Wellenachse 33 stetig ansteigt. Die Verbindungslinie^"'zwischen ^aem-von. der Wellenachse 33 entferntesten Flankenpunkt 35, der einen Flanke zu "dam zur Wellenachse -33 nächsten Punkt 34 der benachbarten Flanke verläuft in Richtung des Wellenradius oder im spitzen Winkel dazu. Die Anzahl der zahnartigen Erhebungen wird vorzugsweise gleich der Anzahl der Schraubengänge des Form— körpers gewählt. Die sich parallel zu. Wellenachse erstrecken— denFlankenflachen können axial verlaufen oder z.B. der Wendelung der Außenfläche des Forrakörpers folgen. -Der Flan— kensteigungswinkel gemessen zwischen einer Tangente parallel zuJB Flankenverlauf und einer im gleichen Betrachtengsort senkrecht zum Wellenradius verlaufenden Linie ist größer gewählt als der Reibungswinkel O des Keibungsbeiwertes zwischen dem Material des Trägers II und; dem-des FonnkSrpers 12,- In axialer Richtung sind der Träger 11 und de'r 'Formkörper 12 uinverschiefo— bar fixiert. _-" ; . . . ■ . ■
Wird für den Antrieb eines; Bohrwerkzeuges Arbeitseittel durch den ifotor gepurapt, so wird durc;h den Druck des Arbeitsnmittels eine auf die EingrifffsflächeM T3 des Fore... >rpers 12 einwirkende, drehiiEOEiientauifbauende.-Kraft.^.aiiisgeubt. Dieses DrelieoBent wird über die flach verlaufenden Flanken 417;,418 der Verzahnung zwischen Formkörper 12 und Träger II fiber die Lager J5 und die Zwischenwelle 16 dem Bohrwerkzeug zugeführt. Sobald bei einer
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starken Belastung des Bohrwerkzeugs ein entsprechendes Gegendrehmoment auftritt, kann der Fall eintreten, daß die Haftreibung zwischen dem Formkörper 12 und dem Träger 11 auf den Sägezahnflanken 417; 418 zu klein wird und sich der Formkörper 12 verdreht. Dabei wird der Formvkörpeir 12 auf seiner Innenseite aufgeweitet und übt nun, •einerseits hervorgerufen durch sein Kontraktionsbestreben, andererseits durch den Gegendruck zwischen den Berührungsflächen 13; 9 des Fonnkörpers mit dem Außenring eine größere Anpreßkraft auf die flachen sägezahnförmigen Flanken 417 des Trägers 11 und auf die Formflächen 9 des Gehäuses 1 auf. Die für die Mitnahme des Trägers 11 erforderliche Häftrei— : bungskraft wird auf diese Weise erhöht und gleichzeitig wird die Abdichtung desArbeitsraums 14 für das Arbeitsmittel gesteigert.. Bei Abnahme des Belastungsmoments kehrt der Formkörper 12 auf dem Träger ΓI wieder in seine Ausgangsposition bzw. bei geringer Abnahme in eine Zwischenposition zurück.
Diegenannte Ausführüngsform verbindet zahlreiche Vorteile der eingangs erläuterten Ausführungsbeispiele miteinander* So wird durch die axiale Fixierung von Träger und Formkörper die Phasenbeziehung der Formflächen von Welle und Gehäuse bei Belastung nicht geändert oder beeinflußt. Durch entsprechende Wahl der Flankensteilheit der Zahnflanken kann eine Selbsthemmung der ^rerschiebbärkeit der Wellenummantelung auf der Oberflache des Kerns ausgeschaltet werden.- Ferner kann auch auf gesonderte Nuten zur formschlüssigen Drehmomentübertragung zwischen Formkörper und Träger verzichtet werden, da diese Funktion bereits durch kombinierte form-und reibschlüssige Kopplung der sägezahnartigen Berührungsflächen übernommen wird.
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Bei den fünf beschriebenen Äüsführungsformen des Erf in— dungs-Gegenstandes wird der Druckunterschied zwischen dem Eintritt und dem Austritt des Arbeitsmittels als Stellgröße für die Andruckkraft der Formflächen der Welle auf die Formflache des Gehäuses genutzt. Diese Stellgröße wirkt bei den in den Fig. 1-4 beschriebenen Ausführungsforraen in axialer Richtung.während sie in der Arbeitskammer des Motors auf die Eingriffsfläche der Ummantelung in tangentialer Richtung umgelenkt wird. In allen Fällen ergibt sich somit eine lastabhängige Verstellung, so daß die Dichtwirkung für das benötigte Drehmoment gerade erzielt und die Verschleißer— sctieinungen auf dem vertretbaren Minimum gehalten wird.
Wenn im Vorstehenden die Erfindung anhand von. Meißeldirektantriebe bildenden Motoren beschrieben wurde, so versteht sich doch, daß Motore in der Ausgestaltung nach der Erfindung nicht auf ein solches bevorzugtes Einssatzgebiet beschränkt sind, sondern in anderen Anwendungsgebieten eingesetzt werden können, bei denen analoge Betriebsbedingungen vorliegen. Neben der im Vorstehenden im Detail beschriebenen Anwendung als Meißeldirektantrieb kann der Antrieb auch grundsätzlich für alle Drehan— triebsaufgaben eingesetzt werden, wie sie in einem Bohrloch bzw. Bohrrohr in gegebenen Falle erforderlich ,sind.
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Claims (1)

  1. P ATEN T A N W Ä L T E
    Dr. V. Busse · Dipl.-Ing. D. Busse
    Dipl.-Ing. E. Bünemann
    Osnabrück · Großhandelsring 6 Osnabrück, den 19. Mai 1980
    Christensen, Inc.
    1937 South 3oo West, Salt Lake City,
    Utah 84125, USA
    Patentansprüche:
    1. Heißeldirektantrieb für Tiefbohrwerkzeuge, bestehend aus einem in axialer Hauptrichtung von einem Einlaßende zu einem Auslandende durchströmbaren Gehäuse und einer in diesem dreh- und begrenzt radial verlagerbar angeordneten Welle, die mit einander zugewandten Formflächen in der Art einer Schraubverzahnung ineinander greifen und gemeinsam einen Arbeitsraum für ein flüssiges oder gasförmiges Arbeitsmedium begrenzen, der diesem bei einem Durchtritt einen Strömungsweg in Gestalt einer zumindest eingängigen und zumindest einstufigen Schraubenlinie vorgibt, wobei eine der beiden Formflächen in einem Formkörper aus elastisch verformbaren Material ausgebildet ist, in bei relativer Drehbewegung zwischen Gehäuse und Welle axial wandernden Bereichen unter Druck an der anderen starr, ausgebildeten Formfläche abdichtend anliegt und mit einer radial gerichteten Verformungskraft beaufschlagbar ist, die sich in Abhängigkeit von dem auf der Einlaßseite des Gehäuses im Arbeitsmedium herrschenden Druck verändert, und wobei der .Formkörper auf der Welle als Träger angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (12) und der Träger (11) durch Druckbeaufschlagung hinsichtlich eines parallel zu einer zur Wellenachse (8) zylindrischen Bezugsfläche verlaufenden Freiheitsgrades gegenseitig verschiebbar sind und daß die Berührungsflächen (18, 118, 218, 318, 418; 17, 117, 217, 317, 417) von Formkörper (12) und Träger (11) in Richtung des Freiheitsgrades geneigt sind, und zwar im Sinne einer radial nach außen gerichteten Verformungskraft bei Druckbeaufschlagung.
    .'.130049/0085
    019308
    2. Meißeldirektantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) radial unverschiebbar gelagert ist und eine sich zum unteren Ende ausdehnende Konusform (17) aufweist und daß der Formkörper (12) mit seiner komplementären Innenfläche (18) axial verschiebbar auf dem Träger (11) anliegt, am unteren Ende gegen den Träger federnd (15;2o;21) abgestützt ist und am oberen Ende durch einen einstellbaren Vorspannring (22;23) vorspannbar ist.
    3. Meißeldirektantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) eine mehrteilige, koaxial hintereinander geschaltete Konusoberfläche (117) aufweist und die Innenfläche (118) des Formkörpers (12) eine zum Träger (11) komplementäre Form aufweist.
    4. Meißeldirektantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) als in einer Nut/Feder-Verbindung (27) axial verschiebbarer und in einer Hülse (25) federnd (26) abgestützter, sich nach unten verjüngender einteiliger Konus (217) ausgebildet ist, daß der Formköprer (12) auf seiner Innenseite (218) eine komplementäre Form aufweist und axial nicht verlagerbar auf der Hülse (25) abgestützt ist, und daß der Träger (11) an seiner Oberseite über eine Vorspanneinrichtung (28, 29, 3o) vorspannbar ist.
    5. Meißeldirektantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (II) eine mehrteilige koaxial hintereinander geschaltete Konusoberfläche (317) aufweist und daß der Formköprer (12) auf seiner Innenseite (318) eine zu der mehrteiligen Konusoberfläche komplementäre Form aufweist.
    6. Meißeldirektantrieb nach einem der Anspräche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) des. elastischen Formkörpers (12) auf und entlang seiner diesem zugewandten Seite mit über den umfang verteilt angeordneten Rippen (31) und der Formkörper rückseitig mit entsprechenden Nuten
    130049/0086
    versehen sindyüberdie beide wechselseitig formschlüssig in Eingriff
    ;7. Meißeldirektantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger O1) des Formkörpers (12) auf und entlang seiner dem Formkörper zugewandten" Seite mit einem sägezahnartigen Profil versehen ist, dessen Flänkenverlauf (417) jeweils zwischen einem Minimalabstand (34) und einem Maximalabstand (35) von der Wellenachse (33) in Drehrichtung (32) betrachtet stetig ansteigt und daß die Verbindungslinie (36) zwischen dem von der Welienachse (33) entferntesten Elankenpunkt (35) der einen Flanke zum zur Wellenachse ^33) nächsten Punkt (34) der benachbarten Flanke in Richtung des Wellenradius oder wenigstens im spitzen Winkel dazu verläuft und daß der Formkörper (12) auf seiner dem Träger zugewandten Seite komplementär zu dem: sägezahnartigen Profil geformte Ausnehmungen (418) aufweist.
    8.;.-:-'-. Meißeldirektantrieb nacfc Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Flänkenverlauf und einer rechtwinklig zum Radius der Wellenachse stehende Bezugslinie gemessene Winkel .(=*-) größer ist als der Reibüngswinkel j; des Reibungswertes zwischen dem Träger (11) und dem Formkörper ,(12) .
    9ν"-"-' Meißeldirektantrieb nach Anspruch . 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Flänkenprofil (417;418) axial zur Welienachse (33) verläuft.
    lOi ■; Meißeldirektantrieb- nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Flankenprofil (417j418) nach Art einer Schraubenlinie parallel zur Schraubenlinie der Außenverzahnung (13) des Formkörpers (12) verläuft.
    30193G8
    11. Meißeldirektantrieb nach einem der Ansprüche 7 bis To, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der sägezahnartigen Elanken gleich der Anzahl der Gänge des Formkürpers gewählt ist.
    12. Meißeldirektantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (II) gegen eine Feder (2o;26) .mit einer bei steigender Vorspannung steigender Federkonstante abgestützt ist.
    13. Meißeldirektantrieb, nach einem der Ansprüche 2 bis 6 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) innerhalb eines durch Einsatz entsprechender Federn (2o;26) wählbaren Druckbereiches durch den einstellbaren Vorspannring (22;23) bzw. die Vorspannrichtung (28;29;3o) mit einer im wesentlichen konstanten Vorspannung einstellbar ist.
    130049/008 5
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