DEV0009538MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 30. September 1955 Bekanntgemacht am 29. November 1956

IDEUTSCHESPATENTAMT

An Antriebseinrichtungen für Tiefbohranlagen . ist es bereits bekannt, entweder Strömungswandler oder aber Strömungskupplungen zur Kraftübertragung zu verwenden. Diese Übertragungsmittel erzielen einerseits auf Grund ihrer stoß- und schwingungsdämpfenden Wirkung und infolge des sanften Anf ahrens eine Schonung und Erhöhung der Lebensdauer der übrigen Getriebeelemente, andererseits vermeiden sie ein Abwürgen und Überlasten des

ίο Antriebsmotors. Der Strömungswandler gestattet zudem eine vorteilhafte Momentwandlung, wodurch die Zahl der erforderlichen Gänge des Schaltgetriebes verringert und die Bedienung vereinfacht wird. Dabei wurde auch schon vorgeschlagen, den verwendeten Wandler oder die Strömungskupplung regelbar auszubilden ■— sei es mit Schaufelverstellung, Füllungsregelung od. dgl. —, so daß die Regelung der Leistung an der hydrodynamischen Kraftübertragung vorgenommen werden kann und sich dabei nicht oder nur beschränkt regelbare einfache und billige Antriebsmotoren verwenden lassen.

Es wurde nun gefunden, daß sich derartige Bohrwerksantriebe gemäß vorliegender Erfindung bedeutend verbessern lassen. Die Erfindung geht dabei von einer Antriebseinrichtung für Tiefbohranlagen mit einem Elektromotor oder einer Brennkraftmaschine als Antriebsmaschine und einer hydrodynamischen Kraftübertragung zum wechselweisen Antrieb von mindestens zwei der Arbeits-

609 709/115

V9538 VI/5a

maschinen der Bohranlage (Hubwerk, Spülpumpe und Bohrtisch) aus. Erfindungsgemäß ist für den Antrieb der Arbeitsmaschine(n) mit unterschiedlichen Drehmomenten und Drehzahlen, insbesondere für den Hubwerksantrieb, ein Strömungswandler vorgesehen, während für den Antrieb der Arbeitsmaschine(n) mit im wesentlichen gleichbleibender Drehzahl, insbesondere für den Antrieb der Spülpumpe(n) oder/und des Bohrtisches, eine

ίο Strömungskupplung verwendet wird, und wobei außerdem der Strömungswandler und die Strömungskupplung sowie vorzugsweise auch deren Eingangsübersetzungen und ein Teil deren Ausgangsübersetzungen zu einer geschlossenen Baueinheit mit gemeinsamem Getriebegehäuse vereinigt sind. Der Strömungswandler und die Strömungskupplung sind dabei vorzugsweise durch Füllen und Entleeren der Kreisläufe wechselweise ein- und ausschaltbar.

Es sind zwar vorwiegend im Fahrzeugbau sowie für Antriebe von schwer anlaufenden Maschinen auch schon hydrodynamische Kraftübertragungen bekanntgeworden, die aus einem Wandler und einer hierzu parallel geschalteten Strömungskupplung

bestehen. Hierbei arbeiten aber Wandler und Kupplung im Gegensatz zum Anmeldungsgegenstand stets mit ein und derselben Arbeitsmaschine zusammen, während es bei Tiefbohranlagen gemäß der Erfindung darum geht, mehrere verschiedenartige Arbeitsmaschinen in möglichst günstiger Weise anzutreiben.

Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung ermöglicht es nunmehr, die Spülpumpen und gegebenenfalls auch den Bohrtisch, die beide eine nahezu konstante Drehzahl verlangen und während des größten Teiles der Betriebszeit arbeiten, über eine Strömungskupplung anzutreiben, da diese dazu besonders geeignet ist und mit ihrem hohen Wirkungsgrad von 97 bis 98% eine gute Wirtschaf tlichkeit gewährleistet. Das Hubwerk erfordert dagegen ein stark wechselndes Moment, das insbesondere zum Beschleunigen des Bohrgestänges beim Beginn des Ziehens sehr hoch ist; hierfür stellt der S trömungs wandler mit seiner Fähigkeit zur Drehmomentwandlung (also Vervielfachung des Motormoments) das geeignetste Übertragungsmittel dar. Der mäßige Wirkungsgrad des Wandlers kann dabei ohne weiteres in Kauf genommen werden, da das Hubwerk nur während verhältnismäßig kurzer Zeiten in Betrieb ist. Durch die Vereinigung des Wandlers, der Strömungskupplung und gegebenenfalls auch deren Eingangsübersetzungen und eines Teiles der Ausgangsübersetzungen zu einer Baueinheit mit gemeinsamem Gehäuse wird der infolge Verwendung zweier Strömungskreisiläufe erhöhte Bauaufwand wieder verringert, da zahlreiche Getriiebebatiteile, wie der Ölsumpf, die Füllpumpe nebst zugehöriger Steuereinrichtung, ein eventueller Ölkühler, Wellen, Lager usw. für beide Strömungskreisläufe gemeinsam verwendet werden. Da der Wandler und die Strömungskupplung nur wechselweise eingeschaltet werden, läßt sich eine weitere Vereinfachung noch dadurch erzielen, daß der gemeinsame Ölsumpf, die Füll- ' pumpe und der Ölkühler nur für den Betrieb mit einem der Strömungskreisläufe bemessen sind, und daß ferner beide Strömungskreisläufe auch eine gemeinsame Eingangsübersetzung und eine teilweise gemeinsame Ausgangsübersetzung erhalten.

Nach einer zweckmäßigen weiteren Ausbildung ist der Strömungswandler in seiner Leistungs- ' aufnahme regelbar ausgebildet, vorzugsweise mit verstellbaren Leit-, Pumpen- oder Turbinenschaufeln. Diese Ausführungsform gestattet die Verwendung eines einfachen und billigen Kurzschlußläufermotors oder einer beschränkt regelbaren Brennkraftmaschine als Antriebsmotor, da dann die willkürliche Leistungsregelung am Wandler vorgenommen werden kann. Hierbei läßt sich z. B. die Last am Hubwerk selbst bei Verwendung eines Kurzschlußläufermotors genau so feinfühlig "■■ anheben und senken, als wie bei Verwendung eines gut regelbaren Antriebsmotors. Ferner, kann beispielsweise durch völliges Schließen der Wandlerschaufeln in Verbindung mit einer Schaltbremse für das dann noch übertragene geringe Restmoment ein vollkommenes Stillsetzen der Abtriebswelle — etwa zum Schalten eines mechanischen Ganges — erzielt werden, ohne daß dabei der Antriebsmotor abgeschaltet werden müßte. Nach schnellem Wiederöffnen der Wandlerschaufeln steht sofort ein großes Anzugsmoment zur Verfügung, was insbesondere für die kurzen Hübe beim Aus- und Einbau des Bohrgestänges von Bedeutung ist.

Aus im wesentlichen gleichen Gründen kann auch die Strömungskupplung regelbar ausgebildet und mit einer an sich bekannten Einrichtung zur Füllungsänderung versehen sein. Hierbei ist eine Kupplungsausführung mit konstantem Betriebsmittelzufluß und mit beweglichem Schöpf rohr zur Steuerung des Betriebsmittelabflusses zweckmäßig. Es kann aber auch umgekehrt der Betriebsmittelzufluß steuerbar sein und ein ständiger Betriebsmittelabfluß durch unveränderbare Abspritzdüsen erfolgen. ■ i°5

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand einiger Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. ι eine schematische Darstellung einer vollständigen Tiefbohranlage mit zwei erfindungsgemäßen Antriebssätzen,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die hydrodynamische Kraftübertragung eines erfindungsgemäßen Bohrwerksantriebes und

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 etwas abgewandelte Strömungskraftübertragung, deren in das Getriebegehäuse eingebaute Ausgangsübersetzung ein Kegelradwendegetriebe sowie ein Zweigangzahnradgetriebe aufweist.

Nach dem Schema der Fig. 1 sind für den Spülpumpen- und Hubwerksantrieb zwei erfindungs- " gemäße Antriebssätze vorgesehen. Jeder dieser Sätze besteht aus einem Kurzschlußläufermotor 1 (bzw. 1'), einer elastischen Kupplung 2 (2'), sowie dem hydrodynamischen Getriebe 3 (3'), das in einem gemeinsamen Gehäuse einen Wandler W (W), eine

709/115

V9538 VI/5a

hierzu parallel geschaltete Strömungskupplung K (K') sowie ein Kegelradwendegetriebe 4 (4') enthält. Der Antrieb der Spülpumpe 5 (bzw. 5') erfolgt bei eingeschalteter Strömungskupplung, über das genannte Kegelradgetriebe, die Schaltkupplung 6 (6') und den Kettenantrieb 7 (7'). Zum Antrieb des Hübwerkes werden die Wandler beider Antriebssätze gefüllt, die dann über die Kegelradwendegetriebe 4, 4', die Kettentriebe 8, 8', Kupplungen 9, 9', das Zweigangzahnradgetriebe 10, 11 mit Wechselkupplung 12 und Vorgelege 13 auf die Hub trommel 14 wirken. Für den Bohrtisch 15 ist im vorliegenden Beispiel ein Einzelantrieb mit einem Kurzschlußläufermotor 16 und einer hydraulischen Kraftübertragung 17 mit einer Strömungskupplung vorgesehen. Der Bohrtisch kann hilfsweise auch von dem Motor 1 oder i' über die Strömungskupplung K (bzw. K'), das Kegelradgetriebe 4 (4'), das Hubwerksgetriebe 8 bis 13 (8', 9', 10 bis 13) und die Kettentriebe 18 und 19 angetrieben werden.

Fig. 2 zeigt nähere Einzelheiten der hydrodynamischen Kraftübertragung eines erfmdungs-, gemäßen Antriebes. Hierbei stellen W einen regelbaren Strömungswandler und K eine fülkingsgeregelte Strömungskupplung dar. Der gemeinsame Antrieb erfolgt von einem hier nicht dargestellten Kurzschlußläufermotor über die Eingangswelle 20, den gemeinsamen Zahnradhochgang 21 und die Primärwelle 22, welch letztere diePumpenräder 23 und 24 des Strömungswandlers bzw. der Strömungskupplung trägt. Deren Turbinenräder 25 und 26 sitzen auf einer gemeinsamen Hohlwelle 27 und geben die Antriebsleistung über die gemeinsame Zahnradüntersetzung 28, Welle 29 und Kegelradsatz 30 an die Arbeitsmaschinen der Bohranlage weiter. Die Getriebeeingangswelle 20 treibt außerdem über den Kegeltrieb 31 die Füllpumpe 32 an, die aus dem Gehäusesumpf 33 dauernd Öl durch die Fülleitung 34 zum Steuerkolben 35 drückt. Je nach dessen Stellung gelangt das geförderte Öl entweder durch die Leitung 36 zum Wandler W und füllt diesen (Stellung I des Steuerkolbens) oder aber durch die Leitung 37 zur Strömungskupplung K (Kolbenstellung II). In der Kolbenstellung ο ist die Füllleitung 34 abgesperrt, und beide Kreisläufe entleeren sich durch die Leitungen 36, 38 bzw. 37, 39 und das Schöpfrohr 46.

Durch Verdrehen des Handrades 40 werden über die Schraubspindel 41, Zahnstange 42, Zentralzahnrad 43 und Zahnräder oder Zahnsegmente 44 die Leitschaufeln 45 des Strömungswandlers verstellt und mehr oder weniger geöffnet, und dementsprechend überträgt auch der Wandler — sofern er gefüllt i-st — mehr oder weniger Leistung zu der Arbeitsmaschine. Bei eingeschalteter Strömungskupplung fließt durch die Leitung 37 eine im wesentlichen gleichbleibende Ölmenge zu; die Regelung des Abflusses und damit der Füllung der Kupplung erfolgt durch Verschwenken des Schöpfrohres 46 mittels Hebels 47.

Der Wandler, die Strömungskupplung, die Eingangsübersetzung 21, die gemeinsame Ausgangsübersetzung 28 bis 30 sowie der ölsumpf nebst Füll- und Steuereinrichtung sind in einem gemeinsamen Gehäuse 48 zu einer raum- und aufwandsparenden Baueinheit vereinigt.

Für den Antrieb der Arbeitsmaschinen mit stark wechselnden Momenten und Drehzahlen, d. h. also insbesondere des Hubwerkes, wird der Steuerschieber in Stellung I bewegt und damit der Wandler gefüllt und eingeschaltet; dessen Abtriebsmoment paßt sich dann zufolge der Wandlercharakteristik selbsttätig dem verlangten stark wechselnden Hubwerksmoment an. Durch Verstellung der Leitschaufeln läßt sich das Abtriebsmoment außerdem noch willkürlich beeinflussen. Für den Antrieb der Arbeitsmaschinen mit im wesentlichen gleichbleibender Drehzahl und konstantem Drehmoment, also insbesondere für den zeitmäßig am meisten ins Gewicht fallenden Spülpumpen- oder Bohrtischbetrieb, wird die Strömungskupplung gefüllt (Schieberstellung II), da diese einen guten Wirkungsgrad ergibt. Der Steuerkolben 35 kann dabei mit der Einrichtung für das Ein- und Ausschalten der Arbeitsmaschinen derart in Verbindung stehen, daß sich das Hubwerk mir mit dem Wandler und die Spülpumpe oder der Bohrtisch nur mit der Strömungskupplung antreiben lassen. ■

Bei der Getriebeausbildüng nach Fig. 3 sind in ähnlicher Weise wie bei dem vorbeschriebenen Getriebe der für Wandler W und Kupplung K gemeinsame Teil der Ausgangsübersetzung sowie die gemeinsame Eingangsübersetzung 49 mit den Strömungskreisläufen in einem gemeinsamen Getriebegehäuse 50 untergebracht. Die gemeinsame Abtriebsübersetzung weist jedoch in diesem Fall ein Kegelradwendegetriebe 51 bis 53 sowie ein Zweigangzahnradgetriebe 54 bis 57 auf. Das Zweiganggetriebe erweitert den Arbeitsbereich des Strömungsgetriebes für sämtliche Arbeitsmaschinen, und das Wendegetriebe dient zur Drehrichtungsumkehr für Hub- und Drehtischnotbetrieb. Die Welle 58 steht über geeignete weitere Ubertragungsmittel und Schaltkupplungen mit den Arbeitsmaschinen in Antriebsverbindung.

Claims (13)

1. Patentansprüche:

   i. Antriebseinrichtung für Tiefbohranlagen, mit einem Elektromotor oder einer Brennkraftmaschine sowie einer hydrodynamischen Kraftübertragung zum wechselweisen Antrieb, von mindestens zwei der Arbeitsmaschinen der Bohranlage (Hubwerk, Spülpumpe und Bohrtisch), dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der Arbeitsmaschine(n) mit unterschiedlichen Drehmomenten und Drehzahlen, insbesondere des Hubwerkes (14), ein Strö- < mungswandler W (W) und für den Antrieb der Arbeitsmaschine(n) mit im wesentlichen gleichbleibender Drehzahl, insbesondere der Spülpumpe (-pumpen; 5, 5') oder/und des Bo'hrtisches (15), eine Strömungskupplung (K K') vorgesehen sind, und daß ferner der Strömungswandler und die Strömungskupplung so-

   609 709/115

   V9538 VI/5a

   wie vorzugsweise auch deren Eingangsübersetzungen (2i; 49) und ein Teil deren Ausgangsübersetzungen (4, 4'; 28 bis 30; 51 bis 57) zu einer geschlossenen Baueinheit mit gemeinsamem Getriebegehäuse (48; 50) vereinigt sind.
2. 2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswandler (W) und die Strömungskupplung (K) in an sich bekannter Weise wechselweise ein- und ausschaltbar sind, vorzugsweise durch Füllen und Entleeren der Kreisläufe (Fig. 2, 3).
3. 3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für das Ein- und Ausschalten der Strömungskreisläufe und für die In- und Außerbetriebnahme der einzelnen Arbeitsmaschinen derart ausgebildet ist, daß der Wandler nur mit dem Hubwerk und die Strömungskupplung nur mit der Spülpumpe und/ oder dem Bohrtisch betrieben werden kann,
4. 4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ölsumpf (33), die FüMpumpe (32) und gegebenenfalls der ölkühler nur für den Betrieb mit einem der Strömungskreisläufe bemessen sind (Fig. 2).
5. 5. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 4, insbesondere mit Kurzschlußläufermotor oder beschränkt regelbarer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch Verwendung eines in seiner Leistungsaufnahme regelbaren Strömungswandlers, vorzugsweise mit verstellbaren Leit- (45), Pumpen- oder Turbinenschaufem (Fig. 2, 3).
6. 6. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 5, insbesondere mit Kurzschlußläufermotor oder beschränkt regelbarer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch Verwendung einer Strömungskupplung mit veränderbarer Füllung (Fig. 2).
7. 7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Strömungskupplung mit konstantem Betriebsmittelzufluß und beweglichem Schöpfrohr (46) zur Steuerung des Betriebsmittelabflusses (Fig. 2).
8. 8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Strömungskupplung mit steuerbarem Betriebsmittelzufluß und mit ständigem Betriebsmittelabfluß durch unveränderbare Abspritzdüsen.
9. 9. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Wandler und Strömungskupplung eine gemeinsame mechanische Eingangsübersetzung (21; 49) aufweisen (Fig. 2, 3).
10. 10. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Wandler und Strömungskupplung mit teilweise gemeinsamen mechanischen Ausgangsübersetzungen (4, 4'; 28 bis 30; 51 bis 57) versehen sind (Fig. ι bis 3).
11. 11. Antriebseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Strömungskreisläufen zu einer geschlossenen Baueinheit vereinigten gemeinsamen Teile der Ausgangsübersetzung ein Wendegetriebe, insbesondere ein Kegelradwendegetriebe (4, 4'; 51 bis 53), aufweisen (Fig. 1,3).
12. 12. Antriebseinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der hydraulischen Kraftübertragung zu einer geschlossenen Baueinheit vereinigten gemeinsamen Teile der Ausgangsübersetzung ein Zweigangzahnradgetriebe (54 bis 57) aufweiseai (Fig. 3). ^
13. 13. Antriebseinrichtung für Tiefbohranlagen, gekennzeichnet durch Verwendung von zwei (1 bis 4, 6 bis 13 bzw. 1 bis 4', 6' bis 9', 10 bis 13) oder mehr Antrieben nach einem der Ansprüche 1 bis 12 (Fig. 1).

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    609 709/115 11.56