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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Vortrieb in langgestreckten Hohlräumen und
Rohren gemäß dem Oberbegriff
des anliegenden Anspruchs 1.
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Mit langgestreckten Hohlräumen sind
Rohre, Kanäle,
gebohrte oder gesprengte Öffnungen
in Gestein oder Schächte
gemeint, die mit oder ohne Schachtring in den Grund (im Zusammenhang
mit Bohrlöchern),
in Metalle oder andere Materialien gebohrt werden.
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Erfindungsgemäß wird die Vorrichtung verwendet,
wenn in solchen Hohlräumen
Inspektionen oder verschiedenartige Arbeiten durchgeführt werden.
Gemäß der Erfindung
kann die Vorrichtung eingesetzt werden, um die Geräte zum Bohren
des Loches vorzutreiben, sie kann aber auch verwendet werden, um
Geräte
durch den Hohlraum zu ziehen.
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In solchen Hohlräumen, Rohren und Kanälen, in
denen man keine Menschen zum Einsatz bringen kann, müssen häufig Inspektions-,
Service- und Wartungsarbeiten und dergleichen durchgeführt werden.
Es kann aber auch notwendig sein, dass man die Vortriebskraft der
die Löcher/Schächte bohrenden
Geräte
erhöht.
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Bei vertikalen Löchern wie beispielsweise Ölbohrlöchern ist
es üblich,
die notwendigen Gerätschaften
durch Schwerkraft nach unten in den Schacht zu ziehen, wenn sie
nicht mit Hilfe eines Rohres nach unten geschoben werden. Bei horizontalen
Löchern
oder Rohren, bei denen Schwerkraft nicht eingesetzt werden kann,
ist für
den Transport der Gerätschaften
eine Vorrichtung zum Ziehen oder Schieben notwendig. Es wurden auch
verschiedene hydraulische Verfahren zum Vorwärtspumpen von Geräten getestet.
Diese Verfahren, die auf Rohren für den Transport von Gerätschaften
basieren, benötigen
sehr viel Raum und Personal, um sie Tag und Nacht zu betreiben,
und darüber
hinaus ist die Transportgeschwindigkeit relativ gering.
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Aus der britischen Patentschrift GB-1,328,886
ist ein Fahrzeug bekannt, das mit einer Rohrschlange gekuppelt ist,
wodurch das Fahrzeug in der Lage ist, die Rohrschlange zu ziehen
oder zu schieben.
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Aus der britischen Patentschrift GB-2,196,715
ist eine Vorrichtung bekannt, die durch Flüssigkeits- oder Gasdruck in
einer Rohrleitung vorgetrieben wird.
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Aus der britischen Patentschrift GB-2,200,970
ist ein Fahrzeug mit motorisch angetriebenen Rädern bekannt, wobei aber der
Vortrieb auch durch Kette und Kettenrad erfolgen kann.
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Aus der
US-PS 4,941,511 ist ein durch ein Gelenk
geteiltes Fahrzeug bekannt, dessen einer Teil die Energiequelle
aufweist und dessen anderer Teil einen mit den Antriebsrädern verbundenen
Motor enthält.
Eine ähnliche
Vorrichtung ist aus der britischen Patentschrift 2,122,713 bekannt.
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Aus der EP-Patentschrift 0,461,964
ist ein Fahrzeug bekannt, bei welchem der Vortrieb durch motorisch
angetriebene Riemen oder Räder
erzeugt wird.
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In der DE-Patentschrift 3,206,033
ist ein Fahrzeug gezeigt, bei dem durch ein Schrägrad, dessen Radachse exzentrisch
an einer bezogen auf das Fahrzeug zentrisch positionierten Welle
montiert ist, für
den Vortrieb gesorgt wird. Das Rad ist deshalb hauptsächlich quer
zur Traktionsrichtung ausgerichtet. Die Exzentrizität bewirkt,
dass sich das Rad in Kontakt mit der Rohrwand befindet und dass
sich der Kontaktpunkt mit der Drehung der Welle verlagert. Die Schräglagerung
des Rads bewirkt auch, dass die Verlagerung des Kontaktpunkts einen
Vortrieb erzeugt. Ferner ist das Fahrzeug auch mit radial gerichteten
Rädern
ausgestattet, die an der Rohrwand anliegen, um das Fahrzeug in dem
Rohr zu zentrieren. Außerdem
ist das Fahrzeug mit radial gerichteten Rädern ausgestattet, die an der
Rohrwand anliegen, um das Fahrzeug in dem Rohr zu zentrieren und
um den Antriebsmotor mit einem Gegendrehmoment zu beaufschlagen.
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Aus dem SU-Patent 481 784 ist ein
Fahrzeug bekannt, bei dem mehrere kreuzweise federbelastete Räder angrenzend
an die Oberfläche
des Fahrzeugs montiert sind, so dass die Räder an der Rohrwand anliegen
und das Fahrzeug in der Rohrleitung zentrieren. Wenn sich das Fahrzeug
um seine eigene Achse dreht, bewirken die Räder einendem Radwinkel entsprechenden
Vortrieb. Diese Vorrichtungen erfordern ein Gegendrehmoment.
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Aus dem norwegischen Patent 178,276
ist ein Rohrtraktor bekannt, der für die Bewegung in Kanälen und
Rohren ausgelegt ist, indem die Endbereiche des Traktors mit daran
montierten federbelasteten Armen versehen sind, an denen Querräder montiert
sind, die an der Innenfläche
des Rohres anliegen, so dass die auf die Räder wirkende seitliche Kraft
für den
Vortrieb des Fahrzeugs sorgt, wenn sich die Endbereiche drehen.
Die Endbereiche drehen sich gegenläufig zueinander, und eines
der Enden wirkt als Gegenkraft für
das andere Ende und umgekehrt.
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Aus dem internationalen Patent PCT/GB93/0111
ist ein Tiefbohrwerkzeug zum Bereitstellen einer Drehstütze für eine Tiefbohranordnung,
in die das Tiefbohrwerkzeug integriert ist, bekannt. Das Werkzeug
setzt auch den Drehkontakt mit der Bohrung in eine Längskraft
um, welche die Anordnung entlang der Bohrung dreht. Das Werkzeug umfasst
einen Stabilisator mit Rollen, wobei die Rollenachsen schrägverlaufend
und tangential zu einer fiktiven Helix sind, so dass die natürliche Bahn
des Rollenkontakts mit der Bohrung zusätzlich zu der üblichen
Umfangsbahn eine Längskomponente
hat. Das Werkzeug kann an Bohrsträngen oder in Tiefbohranordnungen
mit Motor verwendet werden. Das Werkzeug kann auch ein Kabel ziehen,
welches das Werkzeug mit elektrischer/hydraulischer Energie für die Vortriebsmaschinerie
versorgt.
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Die heutigen Zug-/Schubvorrichtungen
bergen eine Reihe von Nachteilen. Zum ersten sind sie sehr komplex,
ihr Arbeitsbereich ist beschränkt
und sie werden nur für
bestimmte Vorgänge/Aufgaben, die
sie ausführen
sollen, hergestellt. Ebenso bestehen strenge Anforderungen hinsichtlich
der Umgebung, in der sie eingesetzt werden.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung
eine neue und verbesserte Vortriebsvorrichtung für den Transport (Schieben/Ziehen)
durch Rohre/Hohlräume
zur Verfügung
zu stellen.
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Ferner ist es eine Aufgabe, eine
Vorrichtung zur Verfügung
zu stellen, die unabhängig
von der Gestalt des Hohlraums eine höhere Zugkraft bewirken kann
und die geringere Anforderungen an die Festigkeit/Härte der
Innenwand des Rohres/Hohlraums stellt.
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Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer
Vorrichtung, die ohne jegliches Gegendrehmoment arbeiten kann. Schließlich ist
es eine Aufgabe, eine kürzere
Vortriebsvorrichtung mit einem geringeren Gewicht zu schaffen, die
deshalb einfacher in der Handhabung ist und pro Fahrt mehr Gerätschaften tragen
kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die
im Kennzeichen des anliegenden Anspruchs 1 angegebenen Merkmale
gekennzeichnet.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Mit der Erfindung wird eine einfach
gebaute Vorrichtung geschaffen, die einfach zu betreiben ist und
einen großen
Arbeitsbereich abdeckt, und insbesondere kann die Vorrichtung in
Kanälen
mit variablem Querschnitt und variablem Durchmesser arbeiten, das
heißt
in einem Arbeitsbereich der Vorrichtung innerhalb eines maximalen
und eines minimalen Durchmessers für ihren Betrieb. Die Vorrichtung
hat eine einfache Konstruktion, so dass sie in verschiedenen Größen eine
Zug-/Schubarbeit in Löchern
verrichten kann, deren Durchmesser in einem Bereich von Millimetern
bis zu mehreren Metern rangiert.
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Ferner ist die Vorrichtung für eine automatische
Einstellung der Zugkraft ausgelegt, unabhängig von der Gestalt des Hohlraums.
Dies findet statt, wenn die Zugrolle (das Gleitelement) gegen die
Federkraft ihre Orientierung von ihrer bezogen auf die Längsachse
der Vorrichtung Position des maximalen Winkels in eine Position
senkrecht zur Längsachse ändert. Dann
dreht sich die Vorrichtung mit laufenden Rädern, so dass der Vortrieb
der Vorrichtung Null wird. Dadurch vermeidet man eine Überlastung
der Vorrichtung, wenn die Masse des zu ziehenden und/oder zu schiebenden
Werkzeugs zu groß wird. Der
Kontaktpunkt der Traktionsrollen in Richtung auf die Rohrwand verlagert
sich in einer schlupffreien Umlaufbewegung um die Rohrwand.
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Es ist auch unerheblich, ob der Hohlraum entweder
winkelförmig
oder rund ist, und der Durchmesser kann kontinuierlich geändert werden,
solange er innerhalb des maximalen/minimalen Durchmessers für den Betrieb
der Vorrichtung bleibt. Im Gegensatz zu vorbekannten Traktionsmechanismen, die
einheitliche Löcher
erfordern, passt diese Vorrichtung in jede Art von Loch.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung
erfordert aufgrund der Tatsache, dass ihr Motordrehmoment innerhalb
der Vorrichtung eine interne Gegenkraft hat, kein Gegendrehmoment.
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Die Vorrichtung kann hohe Schub-/Zugkräfte erzeugen,
sie kann in variierenden Durchmessern arbeiten und sich an variierende
Lochgeometrien anpassen, sie kann abhängig von der Last die Geschwindigkeit
und die Schub-/Zugkraft automatisch variieren und sie schont die
Innenwand des Hohlraums.
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Die Vorrichtung verfügt über eine
einfache Konstruktion, da sie aus einer Anzahl von jeweils einfach
gebauten Rollelementen besteht, die einzeln vorgesehen sein können oder
deren mehrere hintereinander montiert sein können.
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Die einzelnen Elemente 1 sind
relativ zueinander und senkrecht zur Fahrtrichtung/Längsachse der
Vorrichtung bewegbar. Die in einer Gruppe montierten Rollelemente
drehen sich mit gleicher Geschwindigkeit.
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Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden
Zeichnungen näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
komplette Vortriebsvorrichtung, die sich im Inneren eines Hohlraums/Rohres
bewegen kann, wobei auch die Drehrichtung der Rollelemente dargestellt
ist;
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2 in
drei verschiedenen Schnitten ein Beispiel der Konstruktion eines
Rollelements, wobei die geneigten Flächen des Rollelements und ein
Gleitelement (ein Lager wie beispielsweise ein Kugellager) dargestellt
sind, dessen äußerer Teil
um die Umfangsfläche
des Rollelements drehbar ist;
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3 eine
Mehrzahl von Rollelementen, die hintereinander montiert sind, wobei
die Rollelemente in einem rohrförmigen
Hohlraum geschnitten dargestellt sind und wobei die Pfeile die Kompression
der Rollelemente zeigen, durch die sie nach außen in Richtung Innenwand des
Hohlraums gedrängt
werden;
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4 die
gleiche Darstellung wie in 3, jedoch
zusätzlich
mit der zentralen Welle, die sich durch die Anordnung erstreckt,
wobei in dieser Figur auch ein sich radial erstreckender Langschlitz
gezeigt ist, dessen Erstreckung definiert, wie weit ein Rollelement
hinsichtlich der Welle radial verschoben werden kann;
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5 das
Rollelement von vorne betrachtet, wenn die Vorrichtung fünf oder
mehr hintereinander montierte Rollelemente besitzt, wobei die Rollelemente
auf solche Weise montiert sind, dass sie eine gegenseitige Verlagerung
von 72° (Grad)
aufweisen;
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6 die
Bewegung der Vorrichtung beim Vorwärtsbewegen, von der Seite betrachtet;
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7 die
Verankerung eines eine Federkonstruktion aufweisenden Rollelements;
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8 ein
Beispiel für
die praktische Verwendung der Vorrichtung.
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Zunächst wird auf die 1 und 2 Bezug genommen, wovon 1 die komplette Vorrichtung zum Vortrieb
in einem Hohlraum 13, zum Beispiel in einer Felsformation,
zeigt.
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Die Vorrichtung enthält eine
Mehrzahl von Rollelementen 1, die in einer Reihe aneinandergelagert
sind. Jedes Rollelement 1 hat initial eine zylindrische
Form, bei der jede ebene Endfläche
abgeschnitten ist, um im Hinblick auf die ebene radiale Oberfläche geneigte
Gleitflächen 15 zu
bilden, wie das deutlich in 2 dargestellt
ist. In der Gleitrichtung umfassen die Oberflächen von zwei benachbarten
Flächen
miteinander korrespondierende nut- und federartige Führungsmittel
zum Definieren der Gleitrichtung der Rollelemente, während diese
einer axialen Kompression ausgesetzt werden und dadurch in einem
zwischen den Oberflächen
definierten Winkel (siehe unten) radial voneinander weg gleiten.
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Die beiden einander zugewandeten
geneigten Oberflächen
von zwei benachbarten Rollelementen, die aneinandergelagert sind,
müssen
den gleichen Winkeln zur Längsachse
X durch das Element aufweisen. Dieser Winkel liegt in einem Bereich
von 0 bis 90°.
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Wenn die Elemente aneinandergelagert
sind und ihre geneigten Oberflächen
in der axialen Richtung einander zugekehrt sind und wenn die Anordnung
einer axialen Kompression ausgesetzt wird, gleiten die Elemente 1 in
der radialen Richtung. Die zueinander geneigten Oberflächen 15 an
zwei benachbarten Elementen 1 gleiten dann auf solche Weise
entlang einander, dass sie in einer Richtung radial nach außen gleiten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung können
die Gleitflächen
von zwei benachbarten Rollelementen eine solche Form haben, dass
sich die Elemente gegenseitig um 180° in die entgegengesetzte Richtung
verschieben. In diesem Fall erfährt
die zentrale Welle keine Belastung. Jedoch kann ein beliebiger Innenwinkel
gewählt
werden.
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Wie in 2 gezeigt
ist, hat jedes Rollelement einen sich in der axialen Richtung durch
das gesamte Element erstreckenden Schlitz 30. Der Schlitz erstreckt
sich in der radialen Richtung von der zentralen Welle 32 und
ein Stück
in Richtung auf die Außenwand 33 des
Elements. Alternativ dazu kann der Schlitz ganz offen sein und die
Wand 33 durchgreifen. Der Schlitz 32 ist derart
bemessen, dass das Element auf die sich hindurch erstreckende zentrale Welle 11 aufgereiht
und unter Begrenzung durch die äußeren Erstreckungen
des Schlitzes an der Welle in radialer Richtung nach außen und
nach innen verschoben werden kann. Die zentrale Welle 11 erstreckt
sich durch sämtliche
Elemente 1 hindurch.
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Wenn die Rollelemente eine axiale
Kompression erfahren, werden die Rollelemente durch die schräg geschnittenen
Gleitflächen 15 veranlasst,
in Richtung auf die Wand des Hohlraums zu drücken, in dem sie arbeiten.
Wenn die Vorrichtung in einem Hohlraum vorwärts "treibt", schieben die hinten liegenden Rollelemente 1 die
in der Anordnung weiter vorne liegenden Rollelemente an und bewirken,
dass auch diese nach außen
in Richtung auf die Innenwand 13 des Hohlraums gedrückt werden.
Diese Druckkraft erhöht
sich mit der Kraft, die die Vortriebsvorrichtung auf die Gerätschaften
ausüben
muss, die sie bewegt/transportiert. 1 zeigt
die Gruppe von Vortriebssegmenten, die zwischen dem Motorabschnitt 6 und
einem Geräteabschnitt 5 (einschließlich eines
Geräteabschnitts 10)
an dem anderen Ende der Welle montiert sind. Diese Abschnitte 6 und 5/10 werden
zur Erzeugung der notwendigen axialen Kompression der Rollelemente
verwendet, so dass diese nach außen gedrückt werden.
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In 2 ist
jedes der Rollelemente 1 von einem kreisförmigen Gleitelement 4 mit
Schnappring umgeben, das relativ zu dem Rollelement 1 gleitet. Ein
Kugellager 2 umfasst einen Statorteil 40, der
vertieft in einem Sitz in der kreisförmigen Außenfläche des Rollelements montiert
ist. Dadurch stellt das Gleitelement 4 eine kreisförmige Rotorschale
dar, die sich über
das Kugellager 2 an der Außenseite des Stators 40 dreht.
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Das Gleitelement 4 ist auf
solche Weise montiert, dass es einen Winkel zur Längsachse
X durch das Rollelement bildet. Dieser Winkel definiert den Steigungswinkel
(die Steigung) der Vorrichtung während
des Vortriebs, d.h. er entscheidet, wie schnell sich die Vorrichtung
durch den Hohlraum schraubt.
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Alle Rollelemente sind auf solche
Weise hergestellt, dass der Stator- und Rotorteil des Gleitelements
den gleichen (nicht senkrechten) Winkel hinsichtlich der zentralen
Achse X definieren.
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In der bevorzugten Ausführungsform,
in der zwei hergestellte Rollelemente einander zugewandt sind und
so montiert sind, dass sich ihre jeweiligen Schlitze 180° in der entgegengesetzten
Richtung erstrecken, weisen die beiden Gleitelemente bei Betrachtung
der Vorrichtung von einer Seite in die jeweils entgegengesetzte
Richtung. Da die Elemente radial um 180° in entgegengesetzter Richtung
verlagert sind, bilden die einander diametral gegenüberliegenden
Punkte der jeweiligen Rotorteile 4 ein Widerlager an der
Innenwand des Hohlraums.
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Wenn bei der Vorrichtung, die aus
einer Mehrzahl von identischen Rollelementen besteht, die Rollelemente
eine Kompression in der axialen Richtung erfahren, werden sie in
gegebenen Richtungen radial nach außen gedrängt, bis ein Punkt an den Rotorteilen
des Lagers den Kontakt zur Innenwand des Hohlraums bildet.
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Eine Gruppe von Rollelementen, die
zwischen den Gleitflächen
einen gegebenen Winkel aufweisen, ist in 1 gezeigt. Die Gleitflächen sind
auf solche Weise ausgebildet, dass die beiden ersten Rollelemente
von links gesehen im wesentlichen in einer Richtung (nach oben in
der Figur) geschoben werden, während
die nächsten
beiden Rollelemente sich in die entgegengesetzte Richtung (nach
unten in der Figur) bewegen.
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Dadurch wird die Vorrichtung zentriert,
das heißt
sozusagen, dass sie den kompletten Umfang abdeckt, 72° × 5 = 360°. Um eine
solche Balance zu erreichen, muss die Summe der gegenseitigen Verlagerungen
zwischen den Elementen 360° betragen. Dadurch
wird ein Rollelement relativ zu dem ihm zugekehrten benachbarten
Rollelement um eine gegebene Anzahl von Graden um die Welle 11 gedreht/verlagert,
so dass die Summe der Winkelverschiebung für alle Elemente in der Reihe
die genannten 360° beträgt.
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Wenn fünf Rollelemente in der Reihe
montiert sind, beträgt
der Winkelversatz zwischen den jeweiligen Rollelementen 72°, so dass
die Summe der Winkelversätze
360° beträgt.
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1 zeigt
auch einen Motor 6, der mit Hilfe eines Getriebes 7 die
Rotationskraft auf die Rollelemente 1 und die Gegenrotationskraft
auf den äußeren Teil
des Gleitelements 4 überträgt. Die
Rotationskraft wirkt zwischen dem Stator 40 und dem Rotorteil des
Gleitelements 4. Die Tatsache, dass die Rotationskraft
zwischen dem inneren und dem äußeren Teil des
Gleitelements arbeitet, bewirkt, dass sich das Rotationsdrehmoment
zwischen dem Stator und dem Rotor des Motors in dem Gleitelement
ausgleicht, und dadurch hat der Motor ein Gegendrehmoment. Wird
der Motor reversiert, bewegt sich die Vorrichtung in der entgegengesetzten
Richtung. Die Rollelemente sind normalerweise drehfest miteinander
verbunden, während
sie von der Mitte der Anordnung und nach außen zur Peripherie der Anordnung über einen
Freiheitsgrad verfügen,
so dass es genügt,
das dem Motor 6 und dem Getriebe 7 am nächsten gelegene Rollelement
mit Motorkraft zu versorgen, um die Drehung der gesamten Anordnung
von Rollelementen zu bewirken. Wenn der Motor läuft, zeigt die in 1 dargestellte Vorrichtung
eine gekrümmte Vorwärtsbewegung,
wobei sie sich in allen Abschnitten gleichzeitig krümmt. Der äußere Teil
des Gleitsegments stellt Punkt für
Punkt den Kontakt mit der Innenwand des Hohlraums her und bewirkt
eine axial gerichtete Kraft, so dass sich die Vorrichtung in der gewünschten
Richtung vorwärtsbewegt.
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Beim Vortrieb in einem Hohlraum 13,
in dem die Durchmesser zwischen dem minimalen und dem maximalen
Durchmesser der Vortriebsvorrichtung liegen, sind sämtliche Vortriebssegmente 1 mit
Abnutzungskörpern 4a an
dem äußeren Teil
der kreisförmigen
Gleitelemente oder dergleichen stets in Kontakt mit der Hohlraumwand.
Falls die Anordnung einen separaten Motor 6 und ein Getriebe 7 aufweist, wie
in der Figur gezeigt, bewegt sie sich vorwärts, ohne mit der zentralen
Welle 11 drehgekuppelt zu sein. Sie verfügt in diesem
Fall über
eine Zugkraft am hinteren Ende 6 und über eine Schubkraft am vorderen
Ende 10, während
die Rollelemente 1 gleichzeitig nach außen gedrängt werden. Die Gestaltung
der Vortriebsvorrichtung verleiht der Vorrichtung einen außenseitigen
wendelförmigen
Kanal, durch welchen ein Fluid wie beispielsweise eine Flüssigkeit
hindurchströmen
kann. Das Fluid kann auch die zentrale Welle durchströmen.
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Wie bemerkt, ist es die Befestigung
der Gleitelemente an den Rollelementen, die eine Vorwärtsbewegung
der Vortriebsvorrichtung bewirkt, wenn sich die Rollelemente um
ihre eigene Achse drehen. Die Gleitelemente sind auf solche Weise
montiert, dass sie einen Neigungswinkel auf derjenigen Seite des
Rollelements, die in Richtung auf die Wand des Hohlraums 13 gedrängt wird,
aufweisen. Der Neigungswinkel des Gleitelements 4 stellt
den Winkel dar, in dem sich der Rotorteil (mit dem äußeren Abnutzungskörper) des
Gleitelements an der inneren Wand des Hohlraums abrollt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann die Konfiguration des Gleitelements einen Federmechanismus
umfassen, der das Gleitelement verlagern kann, so dass sich der
Winkel der Elemente von einem maximalen Winkel in eine zur Achse
senkrechte Position ändert.
Dieser Mechanismus ist in den 7A–C dargestellt.
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7 zeigt
das in seinem Sitz montierte, das Rollelement 1 umgebende
Rotorelement 4. In seiner geneigten Position wird das Rollenelement 4 mittels einer
Federkonstruktion 50 aus einer Anzahl von kreisförmigen und/oder
gewellten Blattfedern (oder einer Schraubenfeder zum Beispiel),
die das Rollelement ebenfalls umgibt, festgeklemmt. Wenn die von der
Vorrichtung zu ziehende/schiebene Last allmählich zunimmt, wie das mit
den Pfeilen F in 7 dargestellt
ist, nimmt auch der "Zug" des Anbringungspunkts
oder der Oberfläche
des Rotorteils in Richtung auf die Innenwand des Hohlraums zu. Der Rotorteil
schwenkt dann in Richtung auf seine Nullposition, in der sich die
Vorrichtung ohne jeglichen Vortrieb lediglich dreht. Unmittelbar
bevor die Vorrichtung zum Stillstand kommt, verfügt die Vorrichtung über ihre
größte Zugfähigkeit,
zeigt jedoch den kleinsten Steigungswinkel/Geschwindigkeit. Man kann
sagen, dass die Vorrichtung ihre Übersetzung von ihrem größten Steigungswinkel
nach unten bis zu ihrem kleinsten (Null) Steigungswinkel kontinuierlich ändert.
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Dadurch nimmt die Traktionskraft
zu, wenn die Feder zusammengedrückt
wird, so dass der vorgenannte Steigungswinkel abnimmt, die Vortriebsvorrichtung
ihre Geschwindigkeit verlangsamt und die Traktionskraft zunimmt.
Wenn die Traktionskraft ausreichend groß ist, wird der genannte Winkel
in Richtung auf einen Steigungswinkel von Null Grad reduziert (d.h.
senkrecht zur Achse), und die Vortriebsvorrichtung befindet sich
im Stillstand und schiebt mit einer konstanten Kraft. Ein Steigungswinkel
von Null Grad für
den Rotorteil des Gleitelements stellt sich ein, wenn er senkrecht
zur zentralen Welle 11 liegt, und es sieht aus, als würde sich
der Rotorteil 4 des Gleitelements ohne jeglichen Steigungswinkel
um eine Welle drehen (nicht rutschen). Eine mögliche Außenhaut oder Membrane (1) kann vorzugsweise befestigt
werden, d.h. in einem Schlitz zwischen dem inneren und äußeren Teil
(Abnutzungskörper 4a)
der Gleitelemente. Dann ist nur der äußere Abnutzungskörper von
außen
sichtbar.
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3 zeigt
eine Mehrzahl von Rollelementen 1, die hintereinander in
einem langgestreckten Hohlraum 13 montiert sind. Die Figur
zeigt, wie die Rollelemente 1 einander axial druckbeaufschlagen und
wie dies alle Rollelemente 1 nach außen in Richtung auf die Innenwand
des Hohlraums 13 drängt.
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4 zeigt
im wesentlichen das Gleiche wie 3,
jedoch ist in dieser Figur die zentrale Welle 11 dargestellt.
Die Figur zeigt, dass die zentrale Welle bezüglich der Drehung von den Rollelementen 1 abgekuppelt
ist. Die Figur zeigt auch die Einschränkungen im Hinblick auf den
maximalen und den minimalen Durchmesser, wenn eine gerade Welle
durch die Vortriebsvorrichtung geführt wird. Das Rollelement 1 kann
sich so weit von der Mittelposition rund um die zentrale Welle 11 bewegen,
wie es das Langloch in dem Rollelement 1 zulässt.
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Die Vortriebsvorrichtung kann auch
ohne eine gerade zentrale Welle 11 hergestellt werden, wobei
in diesem Fall der maximale/minimale Durchmesser der Vortriebsvorrichtung
ein anderes Verhältnis
aufweisen.
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5 zeigt
eine Vorderansicht der Vortriebsvorrichtung (Schnitt A-A in 1).
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Die Figur zeigt, dass alle Rollelemente 1 gleichzeitig
in Kontakt sind und dass ein schraubenförmiger Kanal an der Außenseite
der Vortriebsvorrichtung auf solche Weise gebildet wird, dass ein
Fluid außerhalb
der Vortriebsvorrichtung vorbeiströmen kann.
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6 zeigt
die Bewegung der Vortriebsvorrichtung, wenn diese sich vorwärts bewegt/windet, von
der Seite betrachtet.
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Die Figur zeigt eine Lösung, bei
der Rollelemente mit einer Membrane 3, wie zum Beispiel
einer Gummi- oder einer Metallmembrane in Akkordeonform, gegenseitig
verbunden sind. Die Membrane kann über die komplette Konstruktion
gezogen sein und ist an dem Rotorelement an jedem der Rollelemente
und an der äußeren Abdeckung
des Motors angebracht. Der Motor dreht die Rollelemente, und die äußeren Teile
sorgen für
die genannte vorwärtswindende
Bewegung.
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Wenn die Rollelemente der Vorrichtung
nicht an der Innenwand des Hohlraums anliegen, liegt die Vorrichtung
ohne die genannte Membrane still. Mit der Membrane jedoch windet
sich die Vorrichtung in einer Vorwärtsrichtung, selbst wenn sie
auf einer ebenen Oberfläche
liegt, da die Rollelemente untereinander drehverbunden sind.
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Die oberste Figur zeigt einen Schnitt
durch eine Abschnitt ohne Rollelemente. Die Pfeile zeigen die Bewegungsrichtung
der verschiedenen Elemente in der Anordnung. Der große Pfeil
zeigt die Vorwärtsbewegungsrichtung
zu der Vorrichtung.
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Die untere Figur zeigt das Gleiche
wie die obere Figur, jedoch wird die Vortriebsvorrichtung hier von
der Außenseite
betrachtet. Es sind der Abnutzungskörper 4a des Gleitelements 4 und
die Membrane 3 dargestellt. Wenn die Membrane 3 bei
dieser Ausbildung verwendet wird, sind die äußeren Teile der Gleitelemente 4 untereinander
drehbar verbunden.
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Wenn im übrigen das Gleitelement seinen
eigenen Motorantrieb hat, dreht sich die innere Antriebseinheit
und beaufschlagt die konischen Teile mit einer Schubkraft, so dass
sich der Kontaktpunkt des äußeren Rings
mit der Wand des Hohlraums schraubenförmig nach vorne verlagert.
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Außerdem schützt die Membrane die Gleitelemente 4 vor
dem Einfluss von Schmutz und Partikeln, und die Gleitelemente können zu
Schmier- und Kühlzwecken
von Öl
umgeben sein.
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6 zeigt
einen möglichen
Weg für
die Benutzung dieser Vortriebsvorrichtung beim Bohren von Löchern in
Felsformationen hin zu einem Wasserreservoir. Diese Vortriebsvorrichtung
kann in allen Größen hergestellt
und für
Arbeitsvorgänge
in sämtlichen
langgestreckten Hohlräumen
eingesetzt werden, bei denen ein Vortrieb notwendig ist.
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Die Erfindung soll durch die obenstehenden Beispiele
ihrer Ausführungsform
nicht eingeschränkt werden.
Vielmehr sind zahlreiche Abwandlungen möglich, ohne den Rahmen der
Erfindung zu verlassen, der in den Ansprüchen angegeben ist.