DE4120421A1

DE4120421A1 - Antriebsvorrichtung mit fortschreitendem hohlraum

Info

Publication number: DE4120421A1
Application number: DE4120421A
Authority: DE
Inventors: Russell D Ide
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-20
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1992-01-09
Also published as: US5007491A; GB2245685A; CA2044943A1; GB9112876D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit fortschreitendem Hohlraum, insbesondere einen Antrieb mit fortschreitendem Hohlraum für Bohrvorrichtungen.

Die Verwendung von Rotationsvorrichtungen mit fortschrei tendem Hohlraum bzw. Einschrauben-Rotationseinrichtungen sowohl für Pumpen als auch für Antriebsmotoren ist wohlbe kannt. Diese Einrichtungen haben eine einzige Welle in Form von einer oder mehreren Schraubenlinien, die im Hohlraum einer flexiblen Auskleidung eines Gehäuses angeordnet ist. Die erzeugende Achse der Schraubenlinie bildet den wahren Mittelpunkt der Welle. Dieser wahre Mittelpunkt der Welle fällt mit ihrer Zentrierspitze zusammen. Charakteristisch hat der ausgekleidete Hohlraum die Form von zwei oder mehr Spiralen (eine Spirale mehr als die Welle) mit der doppelten Steigungslänge der Wellenspirale. Entweder die Welle oder das Gehäuse ist gegen eine Rotation festgelegt; der nichtfest gelegte Teil rollt in bezug auf den festgelegten Teil. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet Rollen die Normalbewegung des nichtfestgelegten Teils von Vorrichtungen mit fortschrei tendem Hohlraum. Bei diesem Rollen bilden die Welle und das Gehäuse eine Serie von dichten Hohlräumen, die jeweils um 180° voneinander beabstandet sind. Während das Volumen des einen Hohlraums zunimmt, nimmt das Volumen des Gegenhohlraums um genau den gleichen Betrag ab. Die Summe der beiden Volumina ist daher eine Konstante.

Bei Verwendung als Motor zum Bohren von Bohrlöchern erzeugt der nichtfestgelegte Teil bzw. Rotor eine Antriebsbewegung.

Die Antriebsbewegung des Rotors ist insofern recht komplex, als er gleichzeitig dreht und sich in bezug auf den Stator seitlich bewegt. Eine vollständige Umdrehung des Rotors re sultiert in einer Bewegung des Rotors von einer Seite des Stators zur anderen und zurück. Der wahre Mittelpunkt des Rotors dreht sich natürlich mit dem Rotor. Bei einer charak teristischen Konstruktion beschreibt jedoch die Drehung des wahren Mittelpunkts des Rotors einen Kreis, der entgegen gesetzt zu der Drehrichtung des Rotors, jedoch mit der glei chen Geschwindigkeit, fortschreitet (d. h. eine entgegen gesetzte Umlaufbewegung ausführt). Dabei wird wiederum ein optimales Betriebsverhalten erzielt, wenn die Bewegung des Rotors exakt gesteuert ist. Eine vollständige Drehung des Rotors resultiert in einer vollständigen Drehung des wahren Mittelpunkts des Rotors in entgegengesetzter Richtung. Somit ist die Antriebsbewegung des Rotors gleichzeitig eine Dre hung, eine Schwingung und eine Gegenumlaufbewegung. Im Fall von Mehrfach-Drehkolbenmotoren ist die Gegenumlaufbewegung ein Vielfaches der Umdrehungsgeschwindigkeit; wenn beispiels weise ein Dreifach-Drehkolbenmotor verwendet wird, ist die Gegenumlaufbewegung dreimal so groß wie die Umdrehungsge schwindigkeit.

Beispiele von Motor- und Pumpenvorrichtungen mit fortschrei tendem Hohlraum sind wohlbekannt. Der Aufbau und die Funk tionsweise dieser Vorrichtungen ist ohne weiteres ersichtlich aus den US-PS′en 36 27 453 (Clark), 20 28 407 (Moineau), 18 92 217 (Moineau) und 40 80 115 (Sims et al).

Ungeachtet des einfachen Aufbaus von Vorrichtungen mit fort schreitendem Hohlraum ist die Verwendung der Vorrichtungen als Motoren für Antriebs- und Bohreinrichtungen schwierig. Diese Schwierigkeit ergibt sich primär daraus, daß es nicht möglich ist, einen Antriebszug vorzusehen, der die komplexe Antriebsbewegung des Rotors (die vorstehend beschrieben wur de) dauerhaft, zuverlässig und kostengünstig bereitstellen kann. Kupplungen, die den Rotor von Motoren mit fortschrei tendem Hohlraum mit dem Bohrer verbinden, müssen in der Lage sein, in kontaminierter, aggressiver Umgebung zu arbeiten, während sie gleichzeitig in der Lage sein müssen, ein sehr hohes Drehmoment aufzunehmen und die Rotationsausgangslei stung des Rotors ohne die Umlauf- bzw. Orbitalbewegung des Rotors zu übertragen.

Es wurde bereits versucht, die komplexe Rotorbewegung in eine Drehbewegung zum Treiben einer Bohrerwelle umzusetzen. Von den Kupplungen, die in Vorrichtungen mit fortschreitendem Hohlraum verwendet werden, ist die bisher erfolgreichste ein Gelenkkreuz, das am treibenden Ende des Rotors befestigt und mit einem an der angetriebenen Bohrerwelle befestigten Ge lenkkreuz verbunden ist. Es ist bekannt, daß solche Gelenk kreuze durch eine gleitende Bewegung von Gelenkzapfen in einer Gelenkanordnung die Umlaufbewegung auflösen oder ihr entgegenwirken. Solche Gelenkkreuze weisen daher charak teristisch Elemente auf, die relativ zueinander gleiten.

Das Prinzip, nach dem eine Gelenkkreuzanordnung funktioniert, ist in Fig. 3 gezeigt. Die Welle A ist an ihren Enden zu einer Gabel oder einem Joch geformt, und zwischen den Schenkeln dieser Gabel ist ein Kreuzstück C schwenkbar ge lagert. Das Kreuzstück C kann sich daher relativ zu der Welle A um die Achse XX drehen. Die andere Welle B hat ebenfalls an ihrem Ende eine Gabel bzw. ein Joch, und die anderen Arme des Kreuzstücks sind zwischen den Schenkeln dieser Gabel schwenk bar gelagert. Daher kann die Welle B um die Achse YY relativ zum Kreuzstück C schwenken, und da letzteres um die Achse XX relativ zu der Welle A schwenkbar ist, kann die Welle B jede Winkellage relativ zur Welle A annehmen. Daraus folgt, daß bei Lagerung der Wellen A und B in Lagern, deren Achsen unter einem Winkel zueinander verlaufen, die Bewegung auf die Welle B übertragen wird und diese sich um ihre Achse dreht; dabei schwingen die Arme des Kreuzstücks in den Schenkeln der Gabeln.

Die Achsen XX und YY schneiden einander im Punkt 0 und sind zueinander senkrecht. Die Achsen der Arme des Kreuzstücks C sind ebenfalls zu ihren jeweiligen Wellen senkrecht. Die Achsen der Wellen A und B schneiden einander ebenfalls im Punkt 0, der allgemein als der "Mittelpunkt" des Kreuzgelenks bezeichnet wird.

Fig. 3 zeigt zwar eine bestimmte Schwenkverbindung, es spielt aber keine Rolle, wie die Schwenkfunktion erreicht wird. Es ist nur notwendig, daß die Welle B unabhängig um zwei ein ander schneidende senkrecht verlaufende Achsen wie XX und YY relativ zur Welle A schwenkbar ist. Um dieses Ergebnis zu erreichen, gibt es viele bekannte Konstruktionen.

Die oben beschriebene einzelne Gelenkkreuzanordnung hat einen Nachteil, der bei einigen anderen Ausführungsformen der Gelenkanordnung nicht vorhanden ist. Wenn die beiden Wellen durch eine einzelne Gelenkkreuzanordnung miteinander verbun den sind und eine dieser Wellen mit absolut konstanter Ge schwindigkeit dreht, dreht die andere Welle nicht mit einer konstanten Geschwindigkeit, sondern mit einer Geschwindig keit, die während zwei Teilen jeder Umdrehung geringfügig größer und während der beiden anderen Teile der Umdrehung geringfügig kleiner als die Konstantgeschwindigkeit der ersten Welle ist, d. h. die Geschwindigkeit ändert sich zyklisch. Die Größe dieser Geschwindigkeitsschwankung hängt von dem Winkel zwischen den Achsen der beiden Wellen ab und ist 0°, wenn dieser Winkel 0° ist, wird jedoch ziemlich groß, wenn der Winkel groß ist. Dieser Nachteil ist in Anwendungs fällen wie etwa beim Bohren von Bohrlöchern von praktischer Bedeutung, weil es hier wesentlich ist, eine konstante Ge schwindigkeit zu unterhalten. Der Nachteil kann dadurch beseitigt werden, daß zwei Gelenkkreuzanordnungen mit einer Zwischenwelle verwendet werden (wie die Fig. 2A und 2B zei gen), wobei die Anordnung der Zwischenwelle derart ist, daß zwischen der ersten und der zweiten Ansatzwelle gleiche Winkel gebildet und die Drehachsen der Zwischenwelle parallel zueinander sind. Die durch das eine Gelenkkreuz eingeführte Unregelmäßigkeit wird dann durch die von dem zweiten Gelenk kreuz eingeführte, gleiche und entgegengesetzte Unregel mäßigkeit aufgehoben.

Bisherige Versuche der Anwendung von Gelenkkreuzen an Motoren zum Abteufen von Bohrungen weisen mehrere Nachteile auf, und zwar insbesondere hinsichtlich der Zuverlässigkeit. Der Hauptgrund liegt dabei darin, daß die in Bohrvorrichtungen mit fortschreitendem Hohlraum eingesetzten Fluide häufig ab tragend sind oder sehr schnell abtragend werden. Diese abtra genden Fluidströme zwischen den relativ zueinander bewegten (gleitenden) Flächen des Gelenkkreuzes führen zu sehr raschem Verschleiß.

Es wurde bereits versucht, die gleitenden Gelenkflächen eines Gelenkkreuzes gegenüber Schmutzstoffen oder starken Vibra tionen zu isolieren. Beispiele solcher Konstruktionen sind in den folgenden US-PS′en angegeben: 27 27 370 (Holland), 32 62 284 (Maxwell-Holroyd), 35 45 232 (Neese et al) und 48 61 314 (Mazziotti). In diesen bekannten Fällen tritt jedoch immer eine Gleitbewegung zwischen der Dichtung und einer der Flächen der Bauelemente des Gelenkkreuzes auf. Auf grund dieser Gleitbewegung ist die Dichtung nicht wirklich hermetisch, und die Bauelemente des Gelenkkreuzes sind nicht vollständig isoliert. Somit besteht die Gefahr einer Ver schmutzung, und zwar insbesondere unter Hochdruck wie etwa beim Bohren von Bohrlöchern.

Ein anderer Typ einer Gelenkanordnung für motorische Antriebe zum Abteufen von Bohrungen ist in der US-PS 47 72 246 (Wenzel) beschrieben. Dort ist eine Druckausgleichsanordnung angegeben, die die Druckdifferenz über die Dichtung signifi kant vermindert. Infolgedessen wird die Gefahr eines Aus tritts von Bohrklein in die Gelenkanordnung verringert. Ungeachtet dieses Vorteils ist die Konstruktion aber kompli ziert und teuer. Außerdem sind die Bauelemente der Gelenk kreuzanordnung nicht vollständig isoliert, weil die Abdich tung nicht hermetisch ist. Infolgedessen besteht eine gewisse Gefahr der Verschmutzung der Gelenkkreuzanordnung.

Die Notwendigkeit einer gewissen Abdichtung der Bauelemente einer Gelenkkreuzanordnung ist somit zwar erkannt worden, aber die Notwendigkeit für eine vollständige Isolierung die ser Bauelemente und eine zuverlässige Möglichkeit, dies zu erreichen, sind bisher nicht bekannt.

Die Erfindung überwindet die bei bekannten Einrichtungen mit fortschreitendem Hohlraum auftretenden Probleme unter Be reitstellung eines Antriebszugs mit einer Einrichtung mit fortschreitendem Hohlraum und einer hermetischen Kreuzgelenk anordnung, die die komplexe Bewegung des Rotors in eine ein fache Drehbewegung der Antriebswelle für den Bohrer umsetzt. Der Antriebszug ist dabei gegenüber bekannten Antriebszügen mit fortschreitendem Hohlraum kostengünstig, zuverlässig und robust.

Ferner wird durch die Erfindung eine verbesserte Bohrvor richtung angegeben, die einen Bohrstrang, einen Antriebszug mit fortschreitendem Hohlraum und eine Bohrkrone umfaßt. Der Antriebszug weist dabei eine Einrichtung mit fortschreitendem Hohlraum und eine hermetische Kupplung auf. Die Einrichtung mit fortschreitendem Hohlraum ist mit dem Unterende des Bohr strangs verbunden und hat einen Stator, einen darin angeord neten Rotor und Mittel zum Leiten von Fluiden durch den Sta tor, um den Rotor anzutreiben. Die hermetische Kupplung hat eine erste Ansatzwelle, eine zweite Ansatzwelle, eine Zwi schenwelle und ein Paar von hermetischen Gelenkanordnungen. An einem Ende der ersten Ansatzwelle ist eine Gabel bzw. ein Joch mit wenigstens zwei miteinander fluchtenden Öffnungen gebildet, und an einem Ende der zweiten Ansatzwelle ist ebenfalls eine gleichartige Gabel bzw. ein Joch gebildet. Die Zwischenwelle weist an jedem ihrer beiden Enden ein Joch auf. Die Zwischenwelle ist über die Gelenkanordnungen am einen Ende mit der ersten Ansatzwelle und am anderen Ende mit der zweiten Ansatzwelle verbunden. Die Verbindung zwischen den Wellen über die Gelenkanordnungen ist derart, daß die Kupp lung als ein doppeltes Gelenkkreuz funktioniert. Die Bohrkrone hat ein mit dem zweiten Ende der zweiten Ansatz welle verbundenes rohrförmiges Gehäuse, das mit der zweiten Ansatzwelle drehbar ist. Die Kupplung setzt die komplexe Rotorbewegung in eine drehende Bohrbewegung um eine Achse um, die von der Rotorachse versetzt und dazu parallel ist.

Der Antriebszug mit fortschreitendem Hohlraum gemäß der Er findung kann auch als folgendes umfassend angesehen werden: eine Gehäusekonstruktion, einen Stator mit einer Längsachse, einen im Stator angeordneten Rotor mit einem wahren Mittel punkt, eine erste und eine zweite Ansatzwelle und eine Zwischenwelle, die die Ansatzwellen über die hermetischen Gelenkanordnungen wie ein doppeltes Kreuzgelenk verbindet.

Der Stator und der Rotor haben zusammenwirkende spiralige Lappen, die in jedem Querschnitt in Kontakt miteinander liegen. Der Stator hat einen spiraligen Lappen mehr als der Rotor, so daß zwischen Rotor und Stator eine Mehrzahl von Hohlräumen definiert ist. Der Rotor dreht in dem Stator derart, daß der wahre Mittelpunkt des Rotors um die Stator achse umläuft; die Umlaufbahn hat einen vorbestimmten Radius. Die Umlaufbahn ist konstant und unterliegt keiner Änderung, so daß die Rotorbewegung exakt gesteuert werden kann. Die Umlaufbewegung des Rotors bewirkt ein Fortschreiten der Hohl räume in Richtung der Statorachse.

Die erste Ansatzwelle hat eine Längsachse sowie ein erstes und ein zweites Ende in Längsrichtung. Das erste Ende der ersten Ansatzwelle ist mit dem Rotor verbunden und damit be wegbar. Das zweite Ende der ersten Ansatzwelle ist entweder zu einem Joch mit wenigstens zwei miteinander fluchtenden Öffnungen geformt oder direkt mit einer solchen Anordnung bzw. einem anderen Gelenkelement verbunden.

Die zweite Ansatzwelle hat eine Längsachse, die mit der Sta torachse im wesentliche kollinear ist, sowie ein erstes und ein zweites Ende in Längsrichtung. Die zweite Ansatzwelle ist im Gehäuse so gelagert, daß ihre Längsachse feststeht, und die zweite Ansatzwelle ist um ihre Längsachse drehbar. Das zweite Ende der zweiten Ansatzwelle ist entweder zu einem Joch mit wenigstens zwei miteinander fluchtenden Öffnungen geformt oder direkt mit einer solchen Anordnung bzw. einem anderen Teil einer Gelenkanordnung verbunden.

Die Zwischenwelle ist an jedem Ende entweder mit einem Joch geformt oder direkt mit einer solchen Anordnung oder einem anderen Gelenkteil verbunden. Jedes Joch hat wenigstens zwei miteinander fluchtende Öffnungen. Die Zwischenwelle ist durch die Gelenkanordnungen am einem Ende mit der ersten Ansatz welle und am anderen Ende mit der zweiten Ansatzwelle in be kannter Weise verbunden, so daß die erste Ansatzwelle, die Zwischenwelle und die zweite Ansatzwelle durch die Gelenk anordnungen nach Art eines doppelten Gelenkkreuzes schwenkbar miteinander verbunden sind.

Aufgrund dieser Konstruktion kann sich die erste Welle um ihre Achse drehen und um die Achse der zweiten Ansatzwelle umlaufen, während sich die zweite Ansatzwelle gleichzeitig um ihre Längsachse dreht. Auf diese Weise wird die komplexe Rotorbewegung in eine einfache Drehbewegung zum Antreiben der Bohrvorrichtung eines Bohrers zum Abteufen von Bohrungen auf gelöst.

Zusätzlich zu der oben im einzelnen beschriebenen Einrichtung mit fortschreitendem Hohlraum weist der Antriebszug nach der Erfindung eine hermetische Kupplung auf. Die hermetische Kupplung umfaßt die versetzten Ansatzwellen, die Zwischen welle und die die Ansatzwellen miteinander verbindenden Gelenkanordnungen.

Im Gebrauch erzeugt ein Fluidstrom durch den Statorhohlraum die komplexe Antriebsbewegung des Rotors. Die hermetische Kupplung ist an dem Ende des Rotors befestigt, das aus dem Fluidauslaßende des Stators vorsteht. Durch die Kupplung wird die Rollbewegung des Rotors in eine Drehbewegung im wesent lichen um eine einzige Achse mit der gleichen Geschwindigkeit aufgelöst bzw. umgesetzt.

Es wurde gefunden, daß Kupplungen bei einem Einsatz im Bohr loch am zuverlässigsten sind, wenn die gleitenden Bauelemente der Gelenkverbindung gegenüber der Umgebung vollständig iso liert sind. Außerdem wurde gefunden, daß es ungeachtet der Relativbewegung zwischen Kupplungsbauelementen möglich ist, die relativ zueinander bewegten Flächen in einer Kupplung, die in einem Antriebszug mit fortschreitendem Hohlraum zum Abteufen von Bohrungen verwendet wird, vollständig zu isolie ren bzw. hermetisch dicht zu machen. Teilweise ist die Erfin dung das Ergebnis der vom Erfinder gemachten Erfahrung, daß Gelenkkupplungen so ausgelegt werden können, daß sie die komplexe Bewegung eines Antriebszugs mit fortschreitendem Hohlraum zum Abteufen von Bohrungen auflösen, ohne daß große Winkelabweichungen zwischen benachbarten Wellen in der Ge lenkanordnung auftreten. Indem die Kupplung ausreichend lang gemacht wird, kann die Rotorbewegung tatsächlich durch eine Kupplung aufgelöst werden, ohne daß die Wellenteile um mehr als 5° versetzt werden. Das bedeutet, daß bei einer Kupplung für eine Bohreranordnung zum Abteufen von Bohrlöchern der Betrag der Bewegung zwischen den relativ zueinander beweg lichen Teilen normalerweise kleiner als 1,27 mm (0,05′′) ist. Daraus folgt, daß speziell zum Einsatz in Bohreinrichtungen mit fortschreitendem Hohlraum für Bohrlöcher bestimmte Kupp lungen nicht die Flexibilität aufweisen müssen, die charak teristisch von Kreuzgelenkkupplungen verlangt wird. Diese Erkenntnis hat es ermöglicht, eine Kupplung zu konstruieren, die zwar begrenzte, aber ausreichend große Flexibilität auf weist und vollständig isolierte gleitende Bauelemente hat.

Die Erfindung betrifft somit einen Antriebszug mit fort schreitendem Hohlraum, wobei die komplexe Rotorbewegung auf gelöst wird durch eine Kreuzgelenkkupplung (bevorzugt mit Kreuzgelenken an jedem Kupplungsende), die so modifiziert ist, daß die Gleitflächen in dem Kreuzgelenk vollständig isoliert bzw. hermetisch gekapselt sind.

Insbesondere ist gemäß der Erfindung das Kreuzgelenk von dem Typ, bei dem jedes Jochelement einen Schwenkzapfen aufweist, der unverdrehbar in den miteinander fluchtenden Öffnungen aufgenommen ist. Der Zapfen verläuft außerdem durch eine Zylinderöffnung in einem Torsions-Verbindungselement. Er wünschtenfalls kann in der Öffnung des Torsionselements eine Buchse befestigt sein, die die Zylinderöffnung zum Durchtritt des Zapfens definiert. Die Zapfen sind in der Öffnung schwenkbar, um die erforderliche Schwenkbewegung zwischen den Wellen zuzulassen. Jede Gruppe von Wellen ist durch zwei derartige quer verlaufende Schwenkzapfen verbunden, die in Längsrichtung versetzt und quer angeordnet sind. Der Versatz erlaubt die Verwendung größerer Zapfen, um die Drehmoment leistung zu erhöhen. Die Queranordnung der Zapfen stellt sicher, daß die Wellen nach Art eines Gelenkkreuzes schwenk bar miteinander verbunden sind.

Die Außenabmessung des Zapfens ist ferner geringer als die Innenabmessung der im Torsionselement geformten zylindrischen Bohrung, so daß bei Koinzidenz der Achsen von Zapfen und Bohrung zwischen der Zapfenaußenfläche und der Bohrungsinnen fläche (die durch eine Buchse definiert sein kann) ein Ring raum gebildet ist. Eine Mehrzahl von Rollen ist in dem Ring raum zwischen dem Zapfen und der Öffnung angeordnet. Die Rollen sorgen für eine bewegliche Lagerung des Zapfens und übertragen ein Drehmoment zwischen Kupplungselementen. Die Zwischenräume zwischen den Rollen, dem Zapfen und der Öffnung sind mit einem Elastomer wie etwa Gummi ausgefüllt. Bevorzugt ist das Elastomer sowohl mit dem Schwenkzapfen als auch mit der Innenfläche der Bohrung oder Buchse haftend verbunden.

Das Elastomer füllt sämtliche derartigen Öffnungen vollstän dig aus, so daß die Gleitverbindung vollkommen isoliert ist, wodurch das Eindringen von Bohrklein und anderen Abrieb ver ursachenden Stoffen verhindert ist. Im Gebrauch verformt oder dehnt sich das Elastomer, um eine Bewegung der Rollen und des Zapfens zuzulassen. Um ein Dehnen zu erleichtern, kann das Elastomer zwischen dem Bereich, an dem es mit dem Schwenk zapfen verbunden ist, und dem Bereich, an dem es mit der In nenseite der Bohrung bzw. Buchse haftend verbunden ist, unbe festigt sein. Durch diese Ausbildung wird die Kupplungs lebensdauer erheblich verlängert.

Die Gelenkanordnung umfaßt also einen Schwenkzapfen, der je weils am zweiten Ende der ersten Ansatzwelle, am ersten Ende der zweiten Ansatzwelle sowie am ersten und am zweiten Ende der Zwischenwelle befestigt ist, und ein Torsionselement mit zwei darin geformten quer verlaufenden Zylinderbohrungen. Bevorzugt sind die Zapfen an den Wellenjochen mit Sicherungs stiften oder dergleichen befestigt. Jeder Schwenkzapfen ver läuft durch eine der zylindrischen Bohrungen und ist davon so beabstandet, daß zwischen dem Zapfen und der Bohrung ein ringförmiger Zwischenraum gebildet ist. Eine Mehrzahl von Rollen ist in diesem Ringraum so angeordnet, daß die Zapfen in ihren Bohrungen rollengelagert sind. Die Gelenkanordnungen weisen ferner ein Elastomer auf, das die Rollen umschließt und den Ringraum im wesentlichen ausfüllt. Das Elastomer ist so flexibel, daß es ein Verschwenken der Ansatzwellen in bezug auf die Zwischenwelle zuläßt.

Die Gelenkanordnungen können ferner eine in der Bohrung be festigte Buchse aufweisen, so daß die Innenfläche der Buchse als Bohrungsinnenfläche dient. Dadurch wird die Montage der Kupplung vereinfacht, und es ist möglich, verschiedene Werk stoffe für das Torsionselement und die zylindrische Bohrung zu verwenden.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Ansicht des Gesamtaufbaus der Bohrvorrichtung gemäß der Erfindung zum Abteu fen einer Bohrung;

Fig. 2A eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teils der hermetischen Kupplung nach der Erfindung;

Fig. 2B eine Seitenansicht des anderen Teils der hermeti schen Kupplung;

Fig. 3 eine Perspektivansicht einer konventionellen Kreuz gelenkanordnung;

Fig. 4 einen teilweise weggebrochenen Schnitt entlang den Linien gemäß Fig. 2;

Fig. 5 einen Schnitt entlang den Linien nach Fig. 4; und

Fig. 6 einen Schnitt entlang den Linien nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau einer Bohrvorrichtung mit fort schreitendem Hohlraum, wobei der Antriebszug mit fortschrei tendem Hohlraum verwendet ist. Die Vorrichtung umfaßt einen Bohrstrang 15, einen Antriebszug mit fortschreitendem Hohl raum, eine Bohrer-Antriebswelle 16 und eine Bohrkrone 26. Der Antriebszug umfaßt eine Einrichtung mit fortschreitendem Hohlraum und eine hermetische Kupplung zur Umsetzung der Be wegung des Rotors der Einrichtung, d. h. der Umlaufbewegung und der Drehbewegung des Rotors, in eine Drehbewegung um eine einzige Achse mit der gleichen Geschwindigkeit.

Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt die Vorrichtung A mit fortschreiten dem Hohlraum einen Stator, einen Rotor, einen Durchlaß 11 für Fluid, das zwischen Stator und Rotor strömt, und einen Durch laß 20 zum Austritt des Fluids aus diesem Raum. In der Zeich nung sind das Gehäuse 10 und seine flexible Auskleidung 14 drehfest gehalten, so daß sie als Stator der Einrichtung A dienen, während die Welle 12 der Rotor ist. Das Gehäuse 10 ist rohrförmig, und sein Innenraum steht mit einem Einlaß 11 im oberen Teil der Auskleidung 14 in Verbindung unter Bildung eines Fluiddurchlasses in die Vorrichtung A mit fortschrei tendem Hohlraum. Ein Auslaß 20 im unteren Teil der Ausklei dung 14 dient zum Fluidaustritt aus der Einrichtung A. Die Welle 12 ist präzise so gesteuert, daß sie innerhalb der Aus kleidung 14 rollt. Die Vorrichtung A mit fortschreitendem Hohlraum ist am unteren Ende eines Bohrstrangs 15 befestigt.

Das Unterende der Rotorwelle 12 weist eine Wellenkupplung 18a auf. Dadurch kann der Rotor 12 zu einer Ansatzwelle der Kupplung (noch zu beschreiben) gerichtet werden. Die Kupplung liegt im unteren Teil des Gehäuses 10 und ist in Fig. 1 nicht erkennbar. Wie bereits gesagt, ist ein Ende der Kupplung über ein Gewinde, eine Keil-Nut-Verbindung oder dergleichen direkt mit der Rotorwelle 12 verbunden. Das andere Ende der Kupplung ist in gleicher Weise mit einer Antriebswelle 16 für die Bohrkrone verbunden. Charakteristisch hat die Kupplung geson derte Ansatzwellen, die mit der Rotorwelle 12 und der An triebswelle 16 über Verbindungseinrichtungen wie etwa Gewinde 18b, Keil-Nuten und dergleichen verbunden sind. Selbstver ständlich könnte erforderlichenfalls eine Ansatzwelle mit jeder dieser Wellen integral ausgebildet (bzw. verbunden) sein. Die Antriebswelle 16 für die Bohrkrone ist mit einer konventionellen Bohrkrone 26 drehbar verbunden.

Der Antriebszug mit fortschreitendem Hohlraum wirkt als Hydromotor bzw. -antriebseinrichtung zum Antrieb der Bohrvor richtung von Fig. 1. Dabei wird ein Druckfluid, normalerweise Wasser, das darin suspendierte Teilchen mitführt, die allge mein als Bohrklein bezeichnet werden, in die Einrichtung mit fortschreitendem Hohlraum eingepreßt. Der Rotor 12 erzeugt aufgrund der Einwirkung des Fluidstroms eine Antriebsbe wegung, die gleichzeitig eine Drehbewegung, eine Schwingbewe gung und eine Umlaufbewegung ist. Die nachstehend beschriebe ne Kupplung, die am Rotor 12 am Anschlußpunkt 18a befestigt ist und mit dem beschriebenen wahren Mittelpunkt 28 des Ro tors fluchtet, wandelt diese Antriebsbewegung des Rotors in eine drehende Antriebsbewegung im wesentlichen um eine einzi ge Achse um.

Die Fig. 2A und 2B zeigen den allgemeinen Aufbau der Kupp lung. Insbesondere umfaßt die Kupplung eine erste Ansatz welle 30, eine zweite Ansatzwelle 40, eine Zwischenwelle 50 und zwei Torsionselemente 70. Jedes Torsionselement 70 ist mit zwei quer verlaufenden zylindrischen Bohrungen 73 ausge bildet. Schwenk- bzw. Verbindungszapfen 80 durchsetzen die Bohrungen und sind unverdrehbar an ihren Enden mit den Jochen so verbunden, daß sie die erste Ansatzwelle 30 mit einem Ende der Zwischenwelle 50 und die zweite Ansatzwelle 40 mit dem anderen Ende der Zwischenwelle 50 verbinden. Das Tor sionselement bildet zusammen mit den Schwenkzapfen 80 sowie Rollen 90 und Elastomer 95, die noch beschrieben werden, eine Gelenkanordnung mit versetzten Zapfenabschnitten. Die Gelenk anordnung ist jedoch nicht starr, da die Zapfenabschnitte so ausgelegt sind, daß sie mit den Jochen unverdrehbar verbunden und in bezug auf das Torsionselement schwenkbar sind.

Jede Ansatzwelle 30, 40 hat einen Verbindungsteil 18b, mit dem die Ansatzwellen entweder mit dem Rotor 12 oder der An triebswelle 16 für den Bohrer in der beschriebenen Weise ver bindbar ist. Dabei ist zwar eine bestimmte Verbindungsein richtung, d. h. ein Gewinde auf dem Ende der Ansatzwelle, gezeigt, aber es könnten auch andere Verbindungseinrichtungen wie Keil-Nut-Verbindungen oder dergleichen verwendet werden. Außerdem könnten, wie bereits gesagt, die Ansatzwellen inte gral mit der Rotorwelle 12 oder der Antriebswelle 16 für den Bohrer ausgebildet sein.

Wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird, ähnelt die Verbindung der vorgenannten Bauteile der Kupplung einem kon ventionellen doppelten Gelenkkreuz. Dabei hat jede Ansatzwelle 30, 40 ein Joch 32 bzw. 42 am einen Ende. Die Joche 32, 42 weisen wenigstens zwei miteinander fluchtende Öffnungen 33, 43 zur Aufnahme von die Torsionselemente durch setzenden Schwenkzapfen auf. Ebenso ist an jedem Ende der Zwischenwelle 50 ein Joch 52 geformt. Jedes Joch hat wenig stens zwei miteinander fluchtende Öffnungen 53. Schwenkzapfen 80, die quer angeordnet sind und Torsionselemente 70 durch setzen, sind in den fluchtenden Öffnungen mit Sicherungs stiften 82 befestigt.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Torsionselement 70 zwischen der ersten Ansatzwelle 30 und der Zwischenwelle 50 identisch mit dem Torsionselement 70 zwischen der zweiten Ansatzwelle 40 und der Zwischenwelle 50. Jedes Torsionsele ment 70 ist so geformt, daß es in die entgegengesetzten Joche der Ansatzwelle und der Zwischenwelle verläuft, wie die Fig. 2A und 2B zeigen. Das Torsionselement 70 umfaßt zwei Zylin derbohrungen 73, die quer verlaufen (Fig. 2B). Die Zylinder bohrungen 73 dienen der Aufnahme der Schwenkzapfen 80. Wie Fig. 4 am besten zeigt, verlaufen die Schwenkzapfen 80 durch die Zylinderbohrungen 73 hindurch und in die entgegengesetz ten Öffnungen jedes Jochs 32, 42, 52. Die Enden der Schwenk zapfen 80 sind in den Öffnungen 33, 43, 53 durch Sicherungs stifte 82 oder dergleichen gesichert.

Die Sicherungsstifte 82 sichern die Schwenkzapfen 80 drehbar an den Jochen ihrer jeweiligen Wellen. Aufgrund dieser Ver bindung und dadurch, daß die Schwenkzapfen 80 durch die Boh rungen 73 und das Torsionselement 70 verlaufen, sind die Wellen in bezug auf die Torsionselemente schwenkbar. Aufgrund der alternierenden Querausrichtung der Öffnungen und damit der alternierenden Queranordnung der Schwenkzapfen sind die Wellen 30, 40 und 50 miteinander durch die Torsionselemente 70 nach Art eines doppelten Gelenkkreuzes miteinander verbunden.

Aus der obigen Beschreibung ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei der Kreuzgelenkanordnung nach der Erfindung eine Relativbewegung zwischen der Oberfläche des Schwenkzapfens 80 und der Oberfläche der in den Torsionselementen 70 geformten Zylinderbohrungen 73 stattfindet.

Wie Fig. 4 zeigt, kann zur Vereinfachung der Montage bzw. Verringerung der Kosten eine zylindrische Buchse 75 mit ihrem Außenumfang in der Zylinderbohrung verklebt oder anderweitig befestigt sein. Dies kann die Montage vereinfachen, wie nach stehend beschrieben wird. Außerdem wird durch das Vorsehen der Buchse eine Bohrungsfläche aus einem Hochleistungswerk stoff vorgesehen. Wenn natürlich das Torsionselement 70 aus einem Hochleistungswerkstoff ausreichender Güte besteht oder irgendein anderer Grund vorliegt, ist eine gesonderte Buchse nicht notwendig, so daß die Buchse 75 entfallen kann. Wenn, wie bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, eine gesonderte Buchse vorgesehen ist, hat die Innenfläche der Buchse die Funktion der Zylinderbohrung. Somit findet eine Relativbe wegung zwischen der als Bohrung dienenden Innenfläche der Buchse 75 und dem Schwenkzapfen 80 statt.

Da das Eindringen von Abriebmaterial zwischen diese beiden Gleitflächen verhindert werden muß, ist es sehr wichtig, die se Gleitflächen gegenüber der Umgebung zu isolieren. Dies wird hier durch den Einsatz einer von Elastomer umschlossenen Rollenanordnung erreicht. Insbesondere sind dabei die Zylin derbohrungen 73 in dem Torsionselement 70 größer als der Außendurchmesser der Schwenkzapfen 80. Wenn also die Achsen der Zylinderbohrung 73 (oder gegebenenfalls der Buchse 75) und des Schwenkzapfens 80 koinzident sind, verbleibt zwischen dem Außenumfang des Schwenkzapfens und der Zylinderbohrungs fläche 73 bzw. der Innenfläche der Buchse 75 ein ringförmiger Zwischenraum.

Wie die Fig. 4 und 5 am besten zeigen, umgibt eine Vielzahl von zylindrischen Rollen 90 den Außenumfang des Schwenkzap fens 80, und die Rollen verlaufen zwischen dem Schwenkzapfen 80 und dem Inneren der Zylinderbohrung 73 des Torsionsele ments 70. Die zylindrischen Rollen 90 bestehen bevorzugt aus irgendeinem Hochleistungswerkstoff hoher mechanischer Festig keit wie etwa Stahl. Daher ergibt sich durch die zylindri schen Rollen 90 ein Vollkontakt zwischen den Schwenkzapfen 80 und dem Torsionselement 70 für die Drehmomentübertragung. Die Rollen dienen außerdem der beweglichen Lagerung des Schwenk zapfens in der Zylinderbohrung 73.

Zur vollständigen Isolation der Anordnung füllt ein Elastomer 95 sämtliche Öffnungen zwischen benachbarten Rollen sowie zwischen den Rollen und dem Schwenkzapfen 80 und den Rollen und dem Torsionselement 70 vollständig aus. Fig. 4 zeigt deutlich, daß die Rollen 90 nur teilweise über die Länge des Schwenkzapfens 80 verlaufen und das Elastomer 95 den übrigen Teil des Ringraums zwischen dem Schwenkzapfen 80 und dem Tor sionselement 70 ausfüllt. Somit füllt das Elastomer sämtliche Öffnungen zwischen den beweglichen Teilen der Kupplung voll ständig aus, so daß die Gleitflächen vollständig isoliert sind und der Eintritt von Bohrklein und anderem Abriebmate rial ausgeschlossen ist.

Bevorzugt ist das Elastomer wenigstens an den Enden der mit Elastomer ausgefüllten Anordnung mit dem Schwenkzapfen 80 und der Innenseite der Buchse 75 haftend verbunden bzw. verklebt. Beispielsweise ist das Elastomer mit dem Zapfen und der Buch se an Bereichen 95b in Fig. 4 verklebt. Das gewährleistet eine hermetische Abdichtung zwischen dem Schwenkzapfen 80 und der Buchse 75. Um jedoch ein Strecken des Elastomers zur Aufnahme der Bewegung zwischen dem Schwenkzapfen 80 und der Buchse 75 zu erleichtern, ist das Elastomer an einem Bereich 95u zwischen den verklebten Bereichen 95b nicht verklebt; die unverklebten Bereiche dehnen sich leichter.

Im Gebrauch verformt oder dehnt sich das Elastomer 95 und läßt eine ausreichende Bewegung der Rollen 90 und Schwenkzap fen 80 zu, so daß die Kupplung die zur Auflösung der komple xen Rotorbewegung in eine einfache Drehbewegung der Bohrer- Antriebswelle 16 erforderliche Winkelversetzung von 5° an nehmen kann.

Wie Fig. 6 zeigt, kann der Körper der Kupplung einen abge flachten Teil aufweisen, um ein Verdrehen der Kupplung mit tels eines Sechskantschlüssels oder dergleichen zu ermögli chen, damit die Verbindungsteile 18b in jeweils komplementäre Verbindungsteile wie etwa 18a geschraubt werden können.

Die gezeigte Kupplung wird bevorzugt unter Anwendung einer gesonderten Buchse 75 zusammengebaut, die von dem Schwenk zapfen 80 so beabstandet ist, daß zwischen der zylindrischen Innenfläche der Buchse 75 und der Außenfläche des Schwenk zapfens ein Ringraum gebildet ist. Die Rollen werden in die sem Ringraum angeordnet. Nach dem Zusammenbau der Rollen 90, der Schwenkzapfen 80 und der Buchsen 75 wird durch Einspritz öffnungen 95o Elastomer 95 eingepreßt, um sämtliche Leerräume in der zusammengebauten Konstruktion auszufüllen. Das Elasto mer 95 fließt in Verriegelungsöffnungen 95i unter Bildung einer mechanischen Verriegelung mit der Buchse 75. Dann wird die Außenfläche der Zylinderbuchse 75 mit dem Inneren der Zylinderbohrung 73 des Torsionselements 70 unter Einsatz von Epoxid oder dergleichen haftend verbunden, so daß die Zylin derbuchse 75 als Teil des Torsionselements 70 wirkt. Damit wird die Innenfläche der Buchse 75 effektiv die Zylinderboh rung 73.

Wie vorstehend gesagt, sind in jedem Torsionselement 70 zwei derartige Baugruppen aus Schwenkzapfen, Rollen und Buchse an geordnet. Die beiden Schwenkzapfen sind quer angeordnet, wie die Fig. 2A und 2B am besten zeigen. In diesem zusammenge fügten Zustand hat das Torsionselement mit den beiden darin befestigten Baugruppen aus Schwenkzapfen, Rollen und Buchsen die Funktion einer hermetischen Gelenkanordnung mit flexiblen Bolzenansätzen. Die Bolzenansätze, d. h. die Schwenkzapfen 80, werden dann mit Sicherungsstiften 82 drehbar an den Joch elementen der Wellen gesichert. Die Sicherungsstifte 82 kön nen mittels Epoxid 82e an ihren Enden festgelegt werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Ende des Schwenk zapfens 80 in einer gesonderten Jochdurchführung 52b aufge nommen. Es ist bekannt, daß die Verwendung einer solchen Durchführung in einigen Fällen die Montage vereinfacht.

Claims

1. Antriebsvorrichtung mit fortschreitendem Hohlraum, gekennzeichnet durch
eine Gehäusekonstruktion (10);
einen Stator (10, 14) mit einer Längsachse;
einen im Stator angeordneten Rotor (12) mit einem wahren Mittelpunkt;
wobei Stator und Rotor jeweils zusammenwirkende spiralige Lappen haben, die in jedem Querschnitt miteinander in Kontakt liegen, und der Stator einen spiraligen Lappen mehr als der Rotor hat, so daß zwischen Rotor und Stator eine Mehrzahl von Hohlräumen definiert ist, und der Rotor in dem Stator so rotiert, daß der wahre Mittelpunkt des Rotors um die Stator achse umläuft, wobei die Umlaufbahn einen vorbestimmten Ra dius hat und die Umlaufbewegung ein Fortschreiten der Hohl räume in Richtung der Statorachse bewirkt;
eine erste Ansatzwelle (30) mit einer Längsachse und einem ersten und einem zweiten Ende in Längsrichtung, wobei ihr erstes Ende mit dem Rotor verbunden und damit bewegbar ist und ihr zweites Ende ein Joch (32) aufweist;
eine zweite Ansatzwelle (40) mit einem ersten und einem zweiten Ende in Längsrichtung und mit einer mit der Stator achse im wesentlichen kollinearen Längsachse, wobei die zwei te Ansatzwelle in der Gehäusekonstruktion um ihre Längsachse drehbar gelagert ist und ihr zweites Ende ein Joch (42) auf weist;
eine hermetische Kreuzgelenkanordnung, die das an der ersten Ansatzwelle (30) vorgesehene Joch (32) mit dem an der zweiten Ansatzwelle (40) vorgesehenen Joch (42) verbindet und die aufweist: wenigstens zwei quer verlaufende Zylinder bohrungen (73), die jeweils von einem zylindrischen Schwenk zapfen (80) so durchsetzt sind, daß zwischen der Außenfläche jedes zylindrischen Schwenkzapfens (80) und der Innenfläche seiner Zylinderbohrung (73) ein ringförmiger Zwischenraum ge bildet ist, eine Vielzahl von in dem ringförmigen Zwischen raum angeordneten Rollen (90) und ein Elastomer (95), das die Rollen umschließt und den ringförmigen Zwischenraum im we sentlichen ausfüllt, so daß die Rollen gegenüber der Umgebung der Kreuzgelenkanordnung isoliert sind;
wobei die hermetische Kreuzgelenkanordnung die erste und die zweite Ansatzwelle (30, 40) so miteinander koppelt, daß die erste Ansatzwelle (30) um ihre Achse drehen und um die Achse der zweiten Ansatzwelle umlaufen kann, während gleich zeitig die zweite Ansatzwelle (40) um ihre Längsachse dreht.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ansatzwelle (30) mit dem Rotor (12) integral verbunden ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ansatzwelle (30) durch eine Gewindekupplung (18b) mit dem Rotor (12) verbunden ist.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ansatzwelle (40) in der Gehäusekonstruktion in Lagern drehbar gelagert ist.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in der Gehäusekonstruktion in Lagern drehbar gelagerte Welle (16), an der die zweite Ansatzwelle (40) befestigt ist.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Bohrkrone (26), die mit der zweiten Ansatzwelle (40) funktionsmäßig verbunden und davon angetrieben ist.

7. Bohrvorrichtung, gekennzeichnet durch
einen Bohrstrang (15);
eine Einrichttung (A) mit fortschreitendem Hohlraum, die mit dem Unterende des Bohrstrangs verbunden ist und aufweist:
einen Stator (10, 14) mit einer Längsachse, einen im Stator angeordneten Rotor (12) mit einem wahren Mittelpunkt und einen Durchlaß (20) zum Leiten von Fluiden durch den Stator zum Antreiben desselben, so daß der wahre Mittelpunkt des Rotors rotiert und um die Statorachse umläuft;
eine hermetische Kupplung mit einem ersten und einem zwei ten Ende, eine erste Ansatzwelle (30) am ersten Ende und eine zweite Ansatzwelle (40) am zweiten Ende, wobei an einem Ende der ersten Ansatzwelle (30) ein Joch (32) und an einem Ende der zweiten Ansatzwelle (40) ein gleichartiges Joch (42) gebildet ist, eine hermetische Gelenkanordnung mit we nigstens zwei Schwenkzapfen (80) und wenigstens einem Tor sionselement (70), wobei der eine Schwenkzapfen (80) an dem Joch (32) der ersten Ansatzwelle (30) und der andere Schwenkzapfen (80) an dem Joch (42) der zweiten Ansatzwelle (40) befestigt ist, so daß die beiden Ansatzwellen mitein ander durch die Gelenkanordnung verbunden sind, wobei jedes Torsionselement (70) mit wenigstens zwei Zylinderbohrungen (73) ausgebildet ist, die zueinander quer verlaufen, und sich jeweils ein Schwenkzapfen (8) durch eine der in einem Tor sionselement (70) gebildeten Zylinderbohrungen (73) erstreckt und von der Bohrung so beabstandet ist, daß zwischen dem Schwenkzapfen (80) und der Bohrung (73) ein ringförmiger Zwi schenraum gebildet ist, in dem eine Vielzahl von Rollen (90) vorgesehen ist, wobei ein Elastomer (95) die Rollen (90) um schließt und den ringförmigen Zwischenraum im wesentlichen ausfüllt, so daß der ringförmige Zwischenraum und die Rollen gegenüber der Umgebung der Gelenkanordnung isoliert sind;
wobei die erste Ansatzwelle (30) der hermetischen Kupp lung an dem Rotor (12) befestigt ist und ihre Achse mit dem wahren Mittelpunkt des Rotors fluchtet und damit rotiert; und
wobei eine Bohrer-Antriebswelle (16) mit der zweiten Ansatzwelle (40) der hermetischen Kupplung verbunden ist und mit der zweiten Ansatzwelle rotiert;
so daß die hermetische Kupplung die Umlauf- und die Dreh bewegung des Rotors in eine Drehbewegung der Bohrer-Antriebs welle (16) um eine Achse umsetzt, die von der Rotorachse versetzt und dazu parallel ist.

8. Antriebsvorrichtung mit fortschreitendem Hohlraum zur Ver wendung in einer Bohrvorrichtung zum Abteufen von Bohrungen, gekennzeichnet durch
eine Gehäusekonstruktion (10);
einen Stator (10, 14) mit einer Längsachse;
einen im Stator angeordneten Rotor (12) mit einem wahren Mittelpunkt; wobei Stator und Rotor jeweils zusammenwirkende spiralige Lappen haben, die in jedem Querschnitt miteinander in Kontakt liegen, und der Stator einen spiraligen Lappen mehr als der Rotor hat, so daß zwischen Rotor und Stator eine Mehrzahl von Hohlräumen definiert ist, und der Rotor in dem Stator so rotiert, daß der wahre Mittelpunkt des Rotors um die Statorachse umläuft, wobei die Umlaufbahn einen vorbe stimmten Radius hat und die Umlaufbewegung ein Fortschreiten der Hohlräume in Richtung der Statorachse bewirkt;
eine erste Ansatzwelle (30) mit einem ersten und einem zweiten Ende in Längsrichtung, die mit ihrem ersten Ende an dem Rotor (12) mit diesem bewegbar verbunden ist;
eine erste Gelenkanordnung mit einem ersten und einem zweiten Ende in Längsrichtung, wobei diese Enden der ersten Gelenkanordnung in bezug aufeinander um zwei quer verlaufende Achsen schwenkbar sind und das erste Ende der Gelenkanordnung an der ersten Ansatzwelle (30) mit dieser bewegbar verbunden ist;
eine Zwischenwelle (50) mit einem ersten und einem zweiten Ende in Längsrichtung, wobei das erste Ende der Zwischenwelle an dem zweiten Ende der ersten Gelenkanordnung mit dieser be wegbar befestigt ist und die erste Gelenkanordnung dadurch die erste Ansatzwelle (30) mit der Zwischenwelle (50) so verbindet, daß sie um die genannten beiden Achsen bewegbar sind;
eine zweite Gelenkanordnung mit einem ersten und einem zweiten Ende in Längsrichtung, wobei diese beiden Enden in bezug aufeinander um zwei Achsen schwenkbar sind und das erste Ende der Gelenkanordnung an dem zweiten Ende der Zwi schenwelle (50) mit dieser bewegbar befestigt ist;
eine zweite Ansatzwelle (40) mit einem ersten und einem zweiten Ende in Längsrichtung, wobei das erste Ende der zwei ten Ansatzwelle mit dem zweiten Ende der zweiten Gelenkan ordnung damit bewegbar verbunden ist, so daß die zweite Ge lenkanordnung die Zwischenwelle (50) mit der zweiten Ansatz welle (40) um die vorgenannten beiden Achsen schwenkbar ver bindet;
eine Bohrer-Antriebswelle (16), die um eine vorbestimmte Achse drehbar angeordnet und mit der Bohrkrone (26) der Bohr vorrichtung zum Antrieb der Bohrkrone funktionsmäßig ver bunden ist, wobei die Antriebswelle (16) ein erstes und ein zweites Ende in Längsrichtung hat und ihr erstes Ende mit der zweiten Ansatzwelle (40) mit dieser drehbar verbunden ist;
wobei die erste Gelenkanordnung wenigstens drei Teile auf weist, die relativ zueinander beweglich sind, und wobei die Oberflächen dieser Teile, die in bezug aufeinander beweglich sind, von Elastomer umschlossen sind, so daß sie gegenüber der Umgebung vollständig isoliert sind und das Eindringen von abtragenden Stoffen ausgeschlossen ist; und
wobei die zweite Gelenkanordnung wenigstens drei Teile aufweist, die relativ zueinander beweglich sind, und die Oberflächen dieser Teile, die in bezug aufeinander beweglich sind, von Elastomer umschlossen sind, so daß sie gegenüber der Umgebung vollständig isoliert sind und das Eindringen von abtragenden Stoffen verhindert ist.

9. Antriebsvorrichtung mit fortschreitendem Hohlraum zum An treiben einer Antriebswelle eines Bohrers zum Abteufen von Bohrungen um eine einzige Achse, gekennzeichnet durch
eine Gehäusekonstruktion (10);
einen Stator (10, 14) mit einer Längsachse;
einen in dem Stator angeordneten Rotor (12) mit einem wahren Mittelpunkt; wobei Stator und Rotor relativ zueinander so angeordnet sind, daß zwischen ihnen eine Mehrzahl von Hohlräumen definiert ist, und der Rotor in dem Stator so ro tiert, daß die Hohlräume zwischen Rotor und Stator in Rich tung der Statorachse fortschreiten;
eine Bohrer-Antriebswelle (16), die in dem Gehäuse um eine vorbestimmte Achse drehbar angeordnet ist und ein erstes und ein zweites Ende in Längsrichtung hat, wobei das zweite Ende mit einer Bohrkrone (26) funktionsmäßig verbunden ist, um die Bohrkrone um eine vorbestimmte Achse zu drehen;
eine flexible Kupplung mit einem ersten und einem zweiten Ende in Längsrichtung, wobei das erste Ende der flexiblen Kupplung mit dem Rotor (12) und das zweite Ende mit dem ersten Ende der Bohrer-Antriebswelle (16) verbunden ist und die flexible Kupplung eine erste Ansatzwelle (30) mit einem ersten und einem zweiten Ende in Längsrichtung, eine zweite Ansatzwelle (40) mit einem ersten und einem zweiten Ende in Längsrichtung sowie eine Zwischenwelle (50) mit einem ersten und einem zweiten Ende in Längsrichtung aufweist, wobei das zweite Ende der ersten Ansatzwelle (30) schwenkbar mit dem ersten Ende der Zwischenwelle (50) und das erste Ende der zweiten Ansatzwelle (40) schwenkbar mit dem zweiten Ende der Zwischenwelle (50) verbunden ist, so daß die Kupplung um zwei Querachsen beweglich ist; und
wobei die Schwenkverbindung zwischen der ersten Ansatz welle (30) und der Zwischenwelle (50) sowie der zweiten Ansatzwelle (40) und der Zwischenwelle (50) durch eine Ge lenkanordnung erreicht ist, die aufweist: jeweils einen am zweiten Ende der ersten Ansatzwelle (30), am ersten Ende der zweiten Ansatzwelle (40) und am ersten und am zweiten Ende der Zwischenwelle (50) befestigten Schwenkzapfen (80) sowie ein Torsionselement (70), in dem zwei quer verlaufende Zylin derbohrungen (73) gebildet sind, wobei jeder Schwenkzapfen (80) eine der Zylinderbohrungen (73) durchsetzt und von den Bohrungswandungen so beabstandet ist, daß zwischen dem Schwenkzapfen (80) und der Zylinderbohrung (73) ein ringför miger Zwischenraum definiert ist, und in dem ringförmigen Zwischenraum eine Vielzahl von Rollen (90) angeordnet ist, um die Schwenkzapfen (80) in den Zylinderbohrungen (73) gleitend abzustützen, wobei die Gelenkanordnungen ferner ein Elastomer (95) aufweisen, das die Rollen umschließt und den ringförmi gen Zwischenraum im wesentlichen ausfüllt, und das Elastomer flexibel ist, so daß es ein Verschwenken der Ansatzwellen (30, 40) relativ zu der Zwischenwelle (50) zuläßt.

10. Antriebsvorrichtung mit fortschreitendem Hohlraum zum Drehen einer Bohrer-Antriebswelle um eine einzige Achse, gekennzeichnet durch
eine Gehäusekonstruktion (10);
einen Stator (10, 14) mit einer Längsachse;
einen im Stator angeordneten Rotor (12) mit einem wahren Mittelpunkt; wobei Stator und Rotor jeweils zusammenwirkende spiralige Lappen haben, die in jedem Querschnitt miteinander in Kontakt liegen, und der Stator einen spiraligen Lappen mehr als der Rotor hat, so daß zwischen Rotor und Stator eine Mehrzahl von Hohlräumen definiert ist, und der Rotor in dem Stator so rotiert, daß der wahre Mittelpunkt des Rotors um die Statorachse umläuft, wobei die Umlaufbahn einen vorbe stimmten Radius hat und die Umlaufbewegung ein Fortschreiten der Hohlräume in Richtung der Statorachse bewirkt;
eine erste Ansatzwelle (30) mit einer Längsachse und einem ersten und einem zweiten Ende in Längsrichtung, wobei das erste Ende mit dem Rotor (12) damit bewegbar verbunden ist und das zweite Ende ein Joch (32) aufweist;
eine Zwischenwelle (50), die aufweist: ein erstes und ein zweites Ende in Längsrichtung, ein an jedem Ende gebildetes Joch (52), ein zwischen dem Joch (52) der Zwischenwelle (50) und dem Joch (32) der ersten Ansatzwelle (30) sich erstrec kendes Torsionselement (70), das mit zwei quer verlaufenden Bohrungen (73) ausgebildet ist und mehrere Schwenkzapfen (80) aufweist, wobei ein Schwenkzapfen (80) jeweils eine Bohrung (73) durchsetzt und an einem der Joche festgelegt ist;
eine Vielzahl von umfangsmäßig beabstandeten Rollen (90), die die Schwenkzapfen (80) in den Bohrungen (73) abstützen, und ein zwischen den Schwenkzapfen (80) und der Bohrung (73) verlaufendes und die Vielzahl von Rollen (90) umschließendes Elastomer (95);
eine zweite Ansatzwelle (40) mit einer mit der Stator achse im wesentlichen kollinearen Längsachse sowie mit einem ersten und einem zweiten Ende, die in der Gehäusekonstruktion um ihre Längsachse drehbar gelagert ist, wobei das zweite Ende der zweiten Ansatzwelle (40) mit der Bohrer-Antriebs welle (16) funktionsmäßig verbunden ist und diese um eine vorbestimmte Achse dreht und das erste Ende der zweiten Ansatzwelle (40) mit einem Joch (42) ausgebildet ist;
wobei zwischen dem Joch (42) der zweiten Ansatzwelle (40) und dem Joch (52) am zweiten Ende der Zwischenwelle (50) ein Torsionselement (70) verläuft, das mit zwei quer verlaufenden Bohrungen (73) und einer Mehrzahl von Schwenkzapfen (80) ver sehen ist, wobei jeder Schwenkzapfen an einem der Joche fest gelegt ist und eine der Bohrungen (73) mit Abstand durch setzt, so daß das Joch schwenkbar mit dem Torsionselement (70) verbunden ist, und wobei eine Vielzahl von Rollen (90) die Schwenkzapfen (80) in den jeweiligen Bohrungen (73) abstützt und ein Elastomer (95) die Rollen (90) umschließt und zwischen den Schwenkzapfen (80) und den Bohrungen (73) verläuft, so daß die Rollen (90) gegenüber der Umgebung der Kupplung und damit sämtliche beweglichen Teile der Kupplung gegenüber der Umgebung vollständig isoliert sind.

11. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ansatzwelle (30) mit dem Rotor (12) integral ausgeführt ist.

12. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ansatzwelle (40) mit der Bohrer-Antriebswelle (16) integral ausgeführt ist.