Verfahren zur Herstellung eines Statorsegments für einen segmentweise aufgebauten Stator einer Exzenterschneckenpumpe

Abstract

 Verfahren zur Herstellung eines Statorsegments für einen segmentsweise aufgebauten Stator einer Exenterschneckenpumpe wobei ein sich in einem Ausgangszustand befindendes Statorsegment mittels eines Material abtragenden linearen Schneidmittels zur Erzeugung einer helixförmigen Segmentinnenfläche (2) bearbeitet wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Statorsegmentes für einen segmentweise aufgebauten Stator einer Exzenterschneckenpumpe oder eines Exzenterschneckenmotors, ein Statorsegment und einen Stator.

[0002] Exzenterschneckenpumpen und Exzenterschneckenmotoren, die gemäß dem Moineau-Prinzip arbeiten, sind grundsätzlich bekannt. Derartige Pumpen und Motoren umfassen üblicherweise einen Stator und einen in dem Innenraum des Stators angeordneten Rotor. Der Stator umfasst ein Statorrohr aus einem relativ harten Material und eine mit der Innenfläche des Statorrohres verbundene Auskleidung aus einem Elastomer. Die Auskleidung ist dabei nach Art eines mehrgängigen, helixförmigen Steilgewindes geformt und bildet einen Hohlraum, in dem der ebenfalls nach Art eines helixförmigen Steilgewindes geformte starre Rotor aufgenommen ist, wobei der Rotor einen Gang weniger aufweist als der Stator.

[0003] Einen Stator für eine Exzenterschneckenpumpe oder einen Exzenterschneckenmotor, die gemäß dem Moineau-Prinzip arbeiten, offenbart die US 7396220 B2. Der Stator umfasst mehrere axial hintereinander angeordnete Statorsegmente. Jedes Statorsegment weist eine helixförmige Segmentinnenfläche auf, wobei sich im zusammengesetzten Zustand die einzelnen Segmentinnenflächen der Statorsegmente zu einer helixförmigen Statorinnenfläche ergänzen. Der Stator umfasst zusätzlich eine Auskleidung aus einem Elastomer, die die sich aus den einzelnen helixförmigen Segmentinnenflächen zusammensetzende Statorinnenfläche mit einer einheitlichen Schichtdicke bedeckt. Zum Fixieren der einzelnen Statorsegmente in ihrer Position sind die Statorsegmente mit einem die Statorsegmente umgebenden Außenrohr auf stoffschlüssig verbunden. Die Ausrichtung der Statorsegmente untereinander wird durch Stifte gewährleistet, die zur Verhinderung einer Verdrehung von benachbarten Statorsegmenten formschlüssig jeweils in zwei benachbarte Statorsegmente eingreifen. Eine Alternative zum Fixieren der einzelnen Statorsegmente sieht vor, dass in einem die Statorsegmente umgebenden Außenrohr eine oder mehrere in axialer Richtung verlaufende Nuten ausgebildet sind, in die die Statorsegmente mit Vorsprüngen formschlüssig eingreifen. Eine Bewegung der Statorsegmente in axialer Richtung wird durch eine vordere und hintere Verschraubung gesichert. Die einzelnen Statorsegmente werden durch ein Gießverfahren hergestellt. Als Material wird Aluminium verwendet. Ein Statorsegment hat vorzugsweise eine axiale Ausdehnung von 150 bis 600 mm.

[0004] Nachteilig an der Herstellung eines Statorsegments durch ein Gießverfahren ist, dass für jedes Statorsegment mit einer geänderten Segmentinnenfläche eine neue Gießform notwendig ist.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein variables Verfahren zur Herstellung eines Statorsegments für einen segmentweise aufgebauten Stator einer Exzenterschneckenpumpe oder eines Exzenterschneckenmotors, sowie ein Statorsegment und einen Stator vorzuschlagen.

[0006] Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren, durch ein Statorsegment und durch einen Stator gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

[0007] Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

[0008] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein sich in einem Ausgangszustand befindendes Statorsegment mittels eines Material abtragenden linearen Schneidmittels zur Erzeugung einer helixförmigen Segmentinnenfläche bearbeitet. Die Abtragung des Materials durch das Schneidmittel kann beispielsweise spannend, abrasiv oder verdampfend erfolgen. Als lineares Schneidmittel wird vorzugsweise ein Strahl, beispielsweise ein Wasserstrahl, ein Laserstrahl oder ein Plasmastrahl, oder ein Draht, beispielsweise ein Schmelzdraht oder ein Funkenerosionsdraht, verwendet. Durch die Verwendung eines Material abtragenden Schneidmittels ist das Verfahren sehr variabel. Die Herstellung eines weiteren Statorsegments mit einer geänderten Segmentinnenfläche erfordert in der Regel lediglich eine Änderung der Steuerung des Schneidmittels. Weitere Werkzeuge oder Werkzeugteile sind nicht notwendig.

[0009] Mittels des Verfahrens können insbesondere auch helixförmige Segmentinnenflächen mit einer hohen Anzahl von Gängen hergestellt werden. Eine Nachbearbeitung der Segmentinnenfläche ist nicht notwendig. Neben einem einzelnen Schneidmittel können auch mehrere Schneidmittel parallel zum Einsatz kommen.

[0010] Der Begriff "helixförmig" umfasst vorzugsweise auch einer Helixform angenäherte Flächen.

[0011] Die Ausrichtung und das Verfahren des Schneidmittels ist in einer vorteilhaften Weiterbildung derart vorgesehen, dass das Schneidmittel an einem ersten Außenrand der zur erzeugenden helixförmigen Segmentinnenfläche eintritt und einem zweiten Außenrand der zu erzeugenden helixförmigen Segmentinnenfläche austritt, wobei der Verlauf des Schneidmittels der zu erzeugenden helixförmigen Segmentinnenfläche, die von dem ersten Außenrand und dem zweiten Außenrand eingeschlossen ist, folgt. Das Schneidmittel wird auf diese Weise entlang zweier geschlossener Geraden, dem ersten Außenrand und dem zweiten Außenrand, verfahren und dabei, falls erforderlich, gedreht und geschwenkt. Ein Absetzen des Schneidmittels ist nicht notwendig.

[0012] Eine Mehrzahl derart erzeugter Statorsegmente kann zu einem Stator zusammengefügt werden. Der Stator kann beispielsweise als Stator einer Exzenterschneckenpumpe oder eines Exzenterschneckenmotors, die nach dem Moineau-Prinzip arbeiten, ausgebildet sein. Die sich aus den einzelnen Segmentinnenflächen der Statorsegmente zusammensetzende helixförmige Innenfläche des Stators ist vorzugsweise mit einer Auskleidung aus einem Elastomer, beispielsweise einem Kautschuk mit im Wesentlichen einheitlicher Schichtdicke, bedeckt.

[0013] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles, welches durch mehrere Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1

eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Statorsegmentes, das mit einer Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstel- lung eines Statorsegmentes hergestellt ist, und

Fig. 2

einen Längsschnitt eines Abschnitts einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators.

[0014] Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Statorsegmentes 1 für einen segmentweise aufgebauten Stator einer Exzenterschneckenpumpe oder eines Exzenterschneckenmotors.

[0015] Das Statorsegment 1 ist scheibenförmig ausgebildet. Es umfasst eine ebene, senkrecht zu einer Mittelachse 10 ausgerichtete erste Grundfläche 6 und eine parallel zu der ersten Grundfläche 6 ausgerichtete, ebene zweite Grundfläche 7. Zwischen den Grundflächen 6, 7 befindet sich eine zylinderförmige Mantelfläche 8. Die axiale Ausdehnung des Statorsegments 1 beträgt höchstens 100 mm. Das Statorsegment 1 besteht aus Metall, in diesem Falle aus Aluminium. Alternativ kann das Statorsegment 1 beispielsweise auch aus Keramik oder einem vernetzten oder thermoplastischen Polymer bestehen.

[0016] Das Statorsegment 1 weist eine die Achse 10 umlaufende helixförmige Segmentinnenfläche 2 auf. Die helixförmige Segmentinnenfläche 2 wird durch einen ersten geschlossenen Außenrand 3 und einen zweiten geschlossenen Außenrand 4 begrenzt. Der erste Außenrand 3 ist Innenrand der ersten Grundfläche 6, der zweite Außenrand 4 Innenrand der zweiten Grundfläche 7. Die Segmentinnenfläche 2 ist derart ausgebildet, dass diese aus vom ersten Außenrand 3 zum zweiten Außenrand 4 verlaufenden Geraden 5 zusammensetzbar ist. In der Fig. 1 ist eine Vielzahl solcher Geraden 5 exemplarisch dargestellt.

[0017] Die helixförmige Segmentinnenfläche 2 ist einer idealen Helixform angenähert. Die Abweichung von der idealen Form aufgrund der Annäherung von vom ersten Außenrand 3 zum zweiten Außenrand 4 verlaufenden Geraden hängt insbesondere von der axialen Ausdehnung des Statorsegments 1 ab. Durch eine Reduzierung der axialen Ausdehnung lässt sich die Annäherung an die ideale Helixform verbessern.

[0018] Gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines solchen Statorsegments 1 wird ein sich in einem Ausgangszustand befindendes Statorsegment mittels eines Material abtragenden Strahles zur Erzeugung der helixförmigen Segmentinnenfläche 2 bearbeitet. Das sich im Ausgangszustand befindende Statorsegment, welches nicht dargestellt ist, ist ein scheibenförmiges Vollmaterial mit einer ebenen ersten Grundfläche und einer zur ersten Grundfläche planparallelen zweiten Grundfläche, sowie einer zwischen der ersten Grundfläche und der zweiten Grundfläche liegenden zylinderförmigen Mantelfläche 8. Die axiale Ausdehnung des sich im Ausgangszustand befindenden Statorsegments entspricht der axialen Ausdehnung des bearbeiteten Statorsegments 1.

[0019] Alternativ kann das Statorsegment im Ausgangszustand anstatt eines Vollmaterials beispielsweise ein Loch oder eine Bohrung aufweisen.

[0020] Mittels eines (nicht gezeigten) Strahls wird aus dem sich im Ausgangszustand befindenden Statorsegment ein Segmentinnenstück mit einer zu der helixförmigen Segmentinnenfläche 2 komplementären Innenstückaußenfläche herausgeschnitten. Das Segmentinnenstück (nicht gezeigt) wird aus dem bearbeiteten Statorsegment 1 entfernt, beispielsweise durch Herausdrehen oder alternative, an sich bekannte Maßnahmen.

[0021] Zum Herausschneiden des Segmentinnenstückes wird der Strahl derart ausgerichtet und verfahren, dass der Strahl auf dem ersten Außenrand 3 der zu erzeugenden helixförmigen Segmentinnenfläche 2 in das Material eindringt und auf den die helixförmigen Segmentinnenfläche 2 begrenzenden zweiten Außenrand 4 das Material verlässt, wobei der Strahlverlauf der zu erzeugenden helixförmigen Segmentinnenfläche 2 folgt. Die in der Fig. 1 dargestellten Geraden 5 zwischen dem ersten Außenrand 3 und dem zweiten Außenrand 4 stellen diese Ausrichtung und das Verfahren des Strahles exemplarisch dar. Grundsätzlich ist es auf diese Weise möglich, ausschließlich durch Verfahren des Strahles entlang des ersten Außenrands 3 und des zweiten Außenrands 4 die helixförmige Segmentinnenfläche 2 auszubilden, was erfindungsgemäß bevorzugt ist. Der Strahl muss in diesem Fall nicht abgesetzt werden. Des Weiteren ist die Masse des abzutragenden Materials für das Herausschneiden des Segmentinnenstückes minimiert.

[0022] Als Strahl zum Abtragen des Materials wird ein möglichst punktförmiger Wasserstrahl verwendet, dem ein Abrasivmittel zugesetzt ist. Alternative Strahlverfahren sind ebenfalls möglich, beispielsweise ein Laserstrahlverfahren oder Plasmaschneidverfahren. Des Weiteren können mehrere Strahlen parallel zum Einsatz kommen.

[0023] Die Steuerung eines derartigen Strahles wird wie folgt durchgeführt: Ziel ist es, eine Segmentinnenfläche 2 herzustellen, die durch ein helixförmiges Verschrauben eines einer Hypozykloiden oder vorzugsweise einer Epihypozykloiden entsprechenden Querschnitts beschrieben werden kann. Hierzu wird der Strahl entlang der hypozykloidenförmigen Querschnittskontur über den Außenrand 3 verfahren. Durch Linear-, Dreh- und Schwenkbewegungen entlang bzw. um mindestens drei Bewegungsachsen kann jedem Punkt auf der zu erzeugenden Segmentinnenfläche 2 ein anderer Strahl-Richtungsvektor zugeordnet und auf diese Weise die ideale Helixform angenähert werden. Bevorzugt wird zur Herstellung der Segmentinnenfläche 2 der Strahl sowohl entlang zweier voneinander linear unabhängiger Achsen, die in einer zur Achse 10 senkrecht orientierten Ebene liegen, linear bewegt als auch um zwei in dieser Ebene senkrecht aufeinander stehender Drehachsen gedreht bzw. verschwenkt.

[0024] Die Steuerung erfolgt vorzugsweise automatisch und rechnerunterstützt.

[0025] Anstatt der Verwendung eines Strahl als Material abtragendes lineares Schneidmittel kann zu diesem Zweck alternativ auch ein linear gespannter Draht verwendet werden, beispielsweise ein Funkenerosionsdraht oder ein Schmelzdraht. Die Bearbeitung des Statorsegmentes 1 zur Herstellung der Segmentinnenfläche 2 mittels Funkenerodierung eignet sich beispielsweise bei einem Statorsegment 1 aus Metall, mittels Schmelzens beispielsweise bei einem Statorsegment 1 aus Kunststoff. Die Ausrichtung und das Verfahren des Drahtes erfolgt, wie beim oben beschriebenen Strahlverfahren, entlang der in Figur 1 exemplarisch dargestellten Geraden 5.

[0026] Die Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen segmentweise aufgebauten Stators 20.

[0027] Der Stator 20 umfasst mehrere Statorsegmente 21 a, 21 b, die entlang der Achse 10 axial hintereinander zur Ausbildung einer helixförmigen Statorinnenfläche 23 angeordnet sind. Ein einzelnes Statorsegment 21 a, 21 b ist grundsätzlich wie das in Fig. 1 dargestellte Statorsegment 1 ausgebildet. Die Segmentinnenfläche 2 variiert von Statorsegment zu Statorsegment, um sich zu der helixförmigen Statorinnenfläche 23 zu ergänzen.

[0028] Um die zusammengefügten Statorsegmente 21 a, 21 b in ihrer Position zu fixieren, umfasst der Stator 20 ein Außenrohr 24. Die Statorsegmente 21 a, 21 b sind innerhalb des Außenrohrs 24 angeordnet und gegen eine Bewegung in axialer Richtung und gegen die Ausführung einer Drehbewegung relativ zu benachbarten Statorsegmenten gesichert, beispielsweise durch Stoff- oder Formschluss. Solche Maßnahmen sind an sich bekannt. Beispielhaft wird diesbezüglich auf die Offenbarung der US 7396220 B2 verwiesen.

[0029] Alternativ oder in Kombination ist eine Fixierung der Statorsegmente 21 a, 21 b durch Stauchung des Außenrohres 24 möglich. Hierfür werden die Statorsegmente 21 a, 21 b innerhalb des Außenrohres 24 angeordnet, wobei der Innendurchmesser des Außenrohres größer ist als der Außendurchmesser der Statorsegmente 21 a, 21 b. In einem folgenden Schritt wird das Außenrohr 24 radial gestaucht, bis eine ausreichende Fixierung der Statorsegmente 21 a, 21 b gegeben ist.

[0030] Der Stator 20 umfasst zusätzlich eine Auskleidung 25 aus einem Elastomer, hier einem Kautschuk, die auf die durch die einzelnen Statorsegmente 21 a, 21 b gebildete helixförmige Statorinnenfläche 23 aufgebracht ist. Die Auskleidung 25 weist eine im Wesentlichen einheitliche Dicke auf.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Statorsegments (1) für einen segmentweise aufgebauten Stator (20) einer Exzenterschneckenpumpe oder eines Exzenterschneckenmotors, wobei ein sich in einem Ausgangszustand befindendes Statorsegment mittels eines Material abtragenden linearen Schneidmittels zur Erzeugung einer helixförmigen Segmentinnenfläche (2) bearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das lineare Schneidmittel entlang einer geschlossenen Linie (3, 4) verfahren wird, wobei die Linie (3, 4) auf der zu erzeugenden helixförmigen Segmentinnenfläche (2) verläuft.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das lineare Schneidmittel derart ausgerichtet wird, dass der Verlauf des Schneidmittels auf der zu erzeugenden helixförmigen Segmentinnenfläche (2) liegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schneidmittel derart verfahren wird, das der Verlauf des Schneidmittels der zu erzeugenden helixförmigen Segmentinnenfläche (2) folgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels des Schneidmittels aus dem sich in einem Ausgangszustand befindenden Statorsegment ein Segmentinnenstück mit einer zu der helixförmigen Segmentinnenfläche (2) komplementären Innenstückaußenfläche herausgeschnitten wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das sich im Ausgangszustand befindende Statorsegment eine Scheibe mit einer ebenen ersten Grundfläche und einer zur ersten Grundfläche planparallelen zweiten Grundfläche ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das sich im Ausgangszustand befindende Statorsegment eine geschlossene Oberfläche aufweist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das sich im Ausgangszustand befindende Statorsegment eine axiale Ausdehnung von höchstens 100mm aufweist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das sich im Ausgangszustand befindende Statorsegment aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, oder aus Keramik oder einem vernetzten oder thermoplastischen Polymer besteht.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schneidmittel ein Strahl, vorzugsweise ein Wasserstrahl, ein Laserstrahl oder ein Plasmastrahl, oder ein Draht, vorzugsweise ein Funkenerosionsdraht oder Schmelzdraht, ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Erzeugung der helixförmigen Segmentinnenfläche (2) das Schneidmittel mindestens entlang zweier voneinander linear unabhängiger Achsen linear bewegt und mindestens um eine Drehachse gedreht wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Bearbeitung mittels des Schneidmittels eine helixförmige Segmentinnenfläche (2) mit einem hypozykloiden, vorzugsweise einem epihypozykloiden Querschnitt erzeugt wird.

13. Statorsegment (1, 21 a, 21 b) für einen segmentweise aufgebauten Stator einer Exzenterschneckenpumpe oder eines Exzenterschneckenmotors, wobei das Statorsegment (1, 21 a, 21 b) eine helixförmige Segmentinnenfläche (2, 22a, 22b) aufweist, die durch einen ersten geschlossenen Außenrand (3) und einen zweiten geschlossenen Außenrand (4) begrenzt ist, wobei die Segmentinnenfläche (2, 22a, 22b) derart ausgebildet ist, dass diese aus vom ersten Außenrand (3) zum zweiten Außenrand (4) verlaufenden Geraden (5) zusammensetzbar ist.

14. Statorsegment (1, 21 a, 21 b) nach Anspruch 13, wobei das Statorsegment (1, 21 a, 21 b) scheibenförmig ausgebildet ist mit einer ebenen, senkrecht zu einer Achse (10) ausgerichteten ersten Grundfläche (6) und parallel zu der ersten Grundfläche (6) ausgerichteten ebenen zweiten Grundfläche (7) und einer zwischen den Grundflächen (6, 7) sich befindenden Mantelfläche (8).

15. Stator (20), umfassend mehrere Statorsegmente (21a, 21b) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die Statorsegmente (21 a, 21 b) axial hintereinander zur Ausbildung einer helixförmigen Statorinnenfläche (23) angeordnet sind.

Zeichnung