DE112011101162T5

DE112011101162T5 - Geschrämter Stator für einen Verdrängungsmotor

Info

Publication number: DE112011101162T5
Application number: DE112011101162T
Authority: DE
Inventors: William D. Murray; Thomas K WASHBURN; Lance D. Underwood
Original assignee: Smith International Inc
Current assignee: Smith International Inc
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-01-10
Also published as: WO2011126881A3; CA2794501A1; GB2492293B; US9393648B2; CA2794501C; GB2492293A; WO2011126881A2; US20110243774A1; GB201218634D0

Abstract

Ein Statorrohr nach dem Moineau-Prinzip hat einen Statorrohr, das ein starres schneckenförmigen Innenprofil hat. Diese spiralförmigen Ausbuchtungen definieren einen höchsten Rohrinnendurchmesser, der größer als ein Durchziehdurchmesser des Rohres ist. Dies bewirkt, dass der schneckenförmige Hohlraum im Statorrohr den Durchziehdurchmesser des Rohrs unterschneidet. Bei bevorzugten Ausführungsformen fällt ein wesentlicher Auskleidungsdurchmesser kleiner als der Durchziehdurchmesser aus, um so eine geeignete Passung zwischen Rotor und Stator bereitzustellen.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 30. März 2010 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 12/749.828.
TECHNISCHES UMFELD
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Tiefbohrmotoren und -pumpen nach dem Moineau-Prinzip, typischerweise für die Verwendung in Bohrlöchern. Diese Erfindung betrifft insbesondere Statoren nach dem Moineau-Prinzip mit einem starren schneckenförmigen Innenprofil.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Hydraulische Moineau-Turbinen und -Pumpen sind beim unterirdischen Bohren und bei Förderungsantrieben gebräuchlich, wie beispielsweise in der Öl- bzw. Gasförderung. Derartige Motoren nutzen hydraulische Energie einer Bohrflüssigkeit, um beispielsweise Drehmoment und Drehkraft an eine montierte Bohrmeißelgarnitur zu liefern. Der Leistungsteil einer typischen Moineau-Pumpe besitzt einen schneckenförmigen Rotor innerhalb des spiralförmigen Hohlraums eines entsprechenden Stators. Im Querschnitt betrachtet zeigt ein typischer Stator eine Vielzahl von Nocken im schneckenförmigen Hohlraum. Bei den herkömmlichsten Antriebsabschnitten der Moineau-Bauart sind die Rotor- und Stator-Nocken vorzugsweise in einer Presspassung angeordnet, bei der der Rotor eine Nocke weniger aufweist als der Stator. Somit wird bewirkt, dass dann, wenn eine Spülflüssigkeit wie beispielsweise ein herkömmliches Bohrspülmittel durch die spiralförmigen Zwischenräume zwischen Rotor und Stator geleitet wird, die Fluidströmung den Rotor relativ zum (etwa mit einem Bohrgestänge gekoppelten) Stator rotieren lässt. Der Rotor kann zum Beispiel durch eine universelle Verbindung und eine Abtriebswelle mit einer Bohrmeißelgarnitur gekoppelt werden.
Übliche Statoren besitzen üblicherweise eine spiralförmige Hohlkomponente, die mit einer inneren Oberfläche eines Stahlrohrs verbunden ist. Die schneckenförmig ausgeformte Komponente in solchen üblichen Statoren besitzt typischerweise ein Elastomer (z. B. Gummi) und eine robuste Oberfläche, die die Presspassung mit dem Rotor ermöglichen. Im Stand der Technik sind viele Statoren bekannt, bei denen die schneckenförmig ausgeformte Komponente fast vollständig aus einer einzigen Elastomerschicht hergestellt ist.
Es wurde beobachtet, dass die Elastomer-Anteile üblicher Stator-Nocken während der Bohrarbeiten erheblichen zyklischen Abrieb erleiden, der zumindest teilweise auf die Presspassung mit dem Rotor und das reaktive Drehmoment des Rotors zurückzuführen ist. Solche zyklischen Eintiefungen führen bekanntlich zu erheblichem Temperaturanstieg in dem Elastomer. Bei konventionellen Statoren, speziell bei jenen, deren schneckenförmig ausgeformte Komponente fast vollständig aus einer einzigen Elastomerschicht besteht, tritt der größte Temperaturanstieg oft im oder nahe dem Zentrum der spiralförmigen Nocken auf. Es ist bekannt, dass der Temperaturanstieg das Elastomer zersetzt und versprödet, was schließlich zu Rissen, Hohlräumen und anderen Arten von Ausfällen in den Nocken führt. Eine solche Verschlechterung des Elastomers verringert bekanntlich die erwartete Lebensdauer des Stators und erfordert dessen vorzeitigen Austausch. Ohne Gegenmaßnahmen wird ein qualitativ verschlechtertes Elastomer schließlich die Dichtigkeit zwischen Rotor und Stator untergraben (indem es die Integrität der Presspassung im Wesentlichen zerstört), wodurch eine Fluidleckage im Zwischenraum bewirkt wird. Die Fluidleckage wiederum bewirkt ein verringertes Antriebsdrehmoment und kann schließlich zum Versagen des Motors (z. B. Abwürgen des Rotors im Stator) führen, wenn sie unkontrolliert bleibt.
Statoren mit einem starren schneckenförmigen Innenprofil wurden entwickelt, um diesem Problem entgegenzutreten. Zum Beispiel beschreiben US-Patent 5,171,138 von Forrest und US-Patent 6,309,195 von Bottos u. a. Statoren mit schneckenförmig ausgeformten Komponenten bei denen eine dünne Elastomer-Manschette an der Innenfläche eines starren, metallischen Statorformers angebracht wird. Das '138er Patent zeigt einen starren, metallischen Statorformer, der in einem Statorrohr befestigt ist. Das '195er Patent weist einen „dickwandigen” Stator mit innerem und äußerem Schneckenprofil des Stators auf. Offenbart ist, dass die Verwendung derartiger „starrer” Statoren die Form der Stator-Nocken während des normalen Betriebs erhält (d. h. eine Verformung der Nocken verhindert) und somit die Effizienz des Stators und das Drehmoment und die Energieübertragung verbessert. Darüber hinaus weisen solche metallischen Statoren ebenfalls eine größere Wärmeableitung auf als herkömmliche Statoren mit Elastomer-Nocken. Obwohl Statoren mit starren Stator-Formern kommerziell verwendet worden sind, gibt es Raum für weitere Verbesserungen.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung löst einen oder mehrere der oben beschriebenen Nachteile der konventionellen Motoren und Pumpen nach dem Moineau-Prinzip. Aspekte der vorliegenden Erfindung umfassen einen Stator nach dem Moineau-Prinzip zur Verwendung in derartigen Motoren bzw. Pumpen, wie beispielsweise in einem Tiefbohrmotor. Der Stator umfasst ein Statorrohr (z. B. ein Stahlrohr) mit einer Vielzahl starrer schneckenförmiger Nocken an einer Innenfläche desselben. Diese spiralförmigen Ausbuchtungen definieren einen höchsten Rohrinnendurchmesser, der größer als ein Durchziehdurchmesser des Rohres ist. Dies bewirkt, dass der schneckenförmige Hohlraum im Statorrohr den Durchziehdurchmesser des Rohrs unterschneidet. Bei bevorzugten Ausführungsformen fällt ein wesentlicher Auskleidungsdurchmesser kleiner als der Durchziehdurchmesser aus, um so eine geeignete Passung zwischen Rotor und Stator bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung offenbart auch Verfahren zur Herstellung von Statoren gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bieten vorteilhafterweise mehrere technische Vorteile. Insbesondere können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhöhte Leistung und erhöhtes Drehmoment je Statorlängeneinheit gegenüber bekannten Statoren bieten, bei denen der größte Rohrinnendurchmesser kleiner als der Durchziehdurchmesser ausfällt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Nutzung erhöhter Beschichtungsstärken ohne Verlust von Leistung oder Drehmoment.
In einem Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung einen Stator nach dem Moineau-Prinzip. Der Stator weist ein integriertes Statorrohr mit einem Längsende auf, das einen inneren Durchziehdurchmesser besitzt. Das Statorrohr definiert eine interne Schneckenvertiefung und umfasst darüber hinaus eine Vielzahl von internen starren schneckenförmigen Nocken an einer Innenfläche des Rohrs. Die spiralförmige Ausbuchtung besitzt einen höchsten Rohrinnendurchmesser, der größer als der Durchziehdurchmesser des Längsendes ist.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stators nach dem Moineau-Prinzip. Bereitgestellt wird ein Statorrohr mit mindestens einem Längsende mit einem ersten Durchziehdurchmesser. Ein schneckenförmiges Profil wird an einer Innenfläche des Rohrs ausgeformt, wobei das schneckenförmige Profil eine Vielzahl interner starrer schneckenförmiger Nocken und einen höchsten Rohrinnendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der erste Durchziehdurchmesser. Mindestens ein Längsende des Statorrohres wird mechanisch bearbeitet, um den Außen- und Innendurchmesser des Endes derart zu reduzieren, dass das Ende einen zweiten Durchziehdurchmesser aufweist, wobei der zweite Durchziehdurchmesser kleiner als der höchste Rohrinnendurchmesser ist, der an der Innenfläche des Rohres ausgeformt ist.
In einer weiteren anderen Ausführungsform umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stators nach dem Moineau-Prinzip. Bereitgestellt wird ein Statorrohr mit mindestens einem Längsende mit einem Durchziehdurchmesser. Das Statorrohr weist ferner eine innere Entlastungsnut auf, bei der ein innerer Durchmesser der Entlastungsnut größer ist als der Durchziehdurchmesser. Eine elektrochemische Bearbeitungselektrode ist in die Entlastungsnut montiert. Die Elektrode weist eine Mehrzahl verschiedener Werkstücke auf, wobei jedes der Werkstücke einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Durchziehdurchmesser ist. Die montierte Elektrode definiert einen höchsten schneckenförmigen Durchmesser, der größer als der Durchziehdurchmesser ist. Ein schneckenförmiges Innenprofil wird im Statorrohr elektrochemisch unter Verwendung der montierten Elektroden herausgearbeitet, wobei das schneckenförmige Innenprofil eine Vielzahl von schneckenförmigen Nocken und einen höchsten Innenrohrdurchmesser aufweist, der größer als der Durchziehdurchmesser des Längsendes ist. Die Elektroden werden dann demontiert und aus dem Statorrohr entfernt.
Das Vorhergehende hat die Merkmale und technischen Vorteile der vorliegenden Erfindung eher weit umrissen, damit die nachfolgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung verständlicher wird. Zusätzliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben, die den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung bilden. Es sollte von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden, dass die Konzeption und die besonderen offenbarten Ausführungsformen leicht als Grundlage zum Modifizieren oder Entwerfen anderer Strukturen verwendet werden können, die dem gleichen Zwecke dienen wie die vorliegende Erfindung. Es sollte für Fachleute auf dem Gebiet auch erkennbar sein, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der Erfindung abweichen, der in den beigefügten Ansprüchen dargelegt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum vollständigeren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen Bezug genommen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen; es zeigen:
1 einen üblichen Bohrer, der mit einem Motor nach dem Moineau-Prinzip gekoppelt ist, der eine beispielhafte Ausführungsform des Stators der vorliegenden Erfindung verwendet.
2A und 2B (gemeinsam 2 genannt) Ansichten im Quer- und Längsschnitt durch die in 1 gezeigte Ausführungsform des Stators.
3 ein Flussdiagramm einer beispielhaften Verfahrensausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Stators mit einem höchsten Rohrinnendurchmesser der größer als ein Durchziehdurchmesser ist.
4A ein beispielhaftes Statorrohr, das mittels des in 3 dargestellten Verfahrens geformt wurde.
4B ein alternatives Statorrohr, das mittels des in 3 dargestellten Verfahrens geformt wurde.
5 ein Flussdiagramm einer anderen beispielhaften Systemausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Stators mit einem höchsten Rohrinnendurchmesser, der größer als ein Durchziehdurchmesser ist.
6A eine beispielhafte mehrteilige elektrochemische Bearbeitungselektrode zur Verwendung in der in 5 dargestellten Verfahrensausführungsform.
6B die in 6A abgebildete, in einem Statorrohr eingesetzte Elektrode.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
2 zeigt einen Querschnitt durch einen Antriebsabschnitt nach dem Moineau-Prinzip in einer beispielhaften 4/5-Bauform. Bei einer solchen Konstruktion stellen die unterschiedlichen schneckenförmigen Konfigurationen an Rotor und Stator, im Querschnitt, 4 Nocken am Rotor und 5 Nocken am Stator bereit. Es versteht sich, dass diese 4/5-Bauweise nur beispielhaft abgebildet ist und dass die vorliegende Erfindung sich bei der Konstruktion des Antriebsteils in keiner Weise auf eine bestimmte Wahl der schneckenförmigen Konfigurationen beschränkt.
Nun auf 1 bezogen, wird dort ein Ausführungsbeispiel einer Antriebseinheit 80 nach dem Moineau-Prinzip gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die in einem Tiefbohrmotor verwendet wird. Die Antriebseinheit 80 umfasst eine in den spiralförmigen Hohlraum des nach dem Moineau.-Prinzip gebauten Stators 100 eingesetzte Exzenterschneckenpumpe 90. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird die Antriebseinheit 80 mit einer Bohrmeißelgarnitur 50 in einer geeigneten Konfiguration gekoppelt, um beispielsweise ein unterirdisches Bohrloch zu bohren, wie in einer Öl- und/oder Gasformation. Es versteht sich, dass der dem Moineau-Prinzip folgende Stator 100 der vorliegenden Erfindung, obwohl er mit einer in 1 gezeigten Bohrmeißelgarnitur gekoppelt ist, sich nicht auf Anwendungen zur Tiefbohrung beschränkt, sondern vielmehr in jeder Anwendung eingesetzt werden kann, bei der Motoren bzw. Pumpen nach dem Moineau-Prinzip verwendet werden.
2A und 2B (gemeinsam 2 genannt) zeigen Ansichten von Abschnitten im Quer- und Längsschnitt der in 1 gezeigten Ausführungsform des Stators 100. In der abgebildeten Ausführungsform umfasst der Stator 100 ein äußeres Statorrohr 110 (z. B. ein Stahlrohr) mit einer Vielzahl starrer schneckenförmiger Nocken 115, die an einer Innenfläche desselben ausgeformt sind. Der Stator 100 besitzt ferner eine elastische Auskleidung 120 an einer Innenfläche des Rohrs 110. Die elastische Auskleidung 120 kann zum Beispiel aus praktisch jedem geeigneten Elastomer-Material hergestellt werden. In beispielhaften Anwendungen für den Tiefbohreinsatz bei der Öl- und Gas-Exploration, wird das Elastomer-Material bevorzugt im Hinblick auf erwartungsgemäß unterschiedliche Öl-basierte Verbindungen und hohe Betriebstemperaturen und -drücke ausgewählt.
Mit weiterem Bezug auf 2 umfasst Stator 100 ferner einen Verbindungsendabschnitt 130, der dazu konfiguriert ist, mit anderen Komponenten des Bohrstrangs verbunden zu werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Endabschnitt 130 ein Gewindeendgehäuse einschließlich Innengewinden 132 auf, die einen Durchziehdurchmesser 135 definieren. Dieser Innendurchmesser wird als „Durchlauf”-Durchmesser bezeichnet, weil er den Durchmesser definiert, den interne Komponenten durchlaufen müssen, um im Stator eingesetzt zu werden.
Die an der Innenfläche des Statorrohrs 110 ausgeformten schneckenförmigen Nocken 115 definieren den höchsten und geringsten Rohrinnendurchmesser. Der höchste Rohrdurchmesser 140 ist der äußerste (größte) Rohrinnendurchmesser und erstreckt sich von Mulde zu Mulde am Rohr 110, wie in 2B dargestellt. Der geringste Rohrdurchmesser 142 ist der innerste (schmalste) Rohrinnendurchmesser und erstreckt sich von Nocke zu Nocke am Rohr, wie ebenfalls in 2B dargestellt. Die elastische Auskleidung 120 definiert den höchsten und geringsten Durchmesser der Innenauskleidung. Der höchste Auskleidungsdurchmesser 145 ist der äußerste (größte) Innenauskleidungsdurchmesser und erstreckt sich von Mulde zu Mulde am Rohr 120. Der höchste Auskleidungsdurchmesser 147 ist der äußerste (größte) Innenauskleidungsdurchmesser und erstreckt sich von Mulde zu Mulde am Rohr 120. Der geringste und der höchste Innenauskleidungsdurchmesser sind ebenfalls in 2B abgebildet.
Mit weiterem Bezug auf 2 weisen Ausführungsformen des Stators gemäß der vorliegenden Erfindung ein Statorrohr mit einer Vielzahl von schneckenförmiger Nocken 115 auf, die an dessen Innenfläche ausgeformt sind, wobei der höchste Rohrinnendurchmesser 140 größer ist als der Durchziehdurchmesser 135 des Endabschnitts 130. Wie bei 139 in 2B abgebildet, schrämt der schneckenförmige Hohlraum im Statorrohr den Durchziehdurchmesser des Rohrs. Statoren gemäß der vorliegenden Erfindung können bevorzugt einen höchsten Auskleidungsdurchmesser 145 besitzen, der kleiner als der Durchziehdurchmesser 135 ist, um so eine geeignete Passung zwischen Rotor und Stator zu bieten. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst der Stator 100 ein integrales Statorrohr, d. h. ein einteiliges Statorrohr 110. Ein integrales Statorrohr verbessert vorteilhafterweise die Festigkeit und Haltbarkeit des Stators. Mit integral ist gemeint, dass das Statorrohr aus einem einzigen metallischen Werkstück geformt wird und daher gesagt werden kann, dass es sich um eine einstückige Konstruktion handelt.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis, dass die für starre Statoren (Statoren mit einem starren Innenschneckenprofil) verwendeten üblichen Herstellungstechniken diese Statoren auf einen höchsten Rohrinnendurchmesser beschränken, der kleiner ist als (oder eventuell gleich groß wie) der Durchziehdurchmesser. Verschiedene Techniken, wie Pilgern, Walzen, Schmieden und Hydroformen nutzen einen Dorn mit einem schneckenförmigen Außenprofil. Der Dorn wird in ein Rohr eingeführt, das dann über (um) den Dorn geformt wird, um ein schneckenförmiges Profil an der Innenfläche des Rohres zu schaffen. Mit Techniken wie Extrusion oder Zugumformung wird das Rohr über ein Ausformwerkzeug gezogen, das das Innenprofil ausformt. In elektrochemischen Bearbeitungsverfahren wird zuerst eine Elektrode hergestellt (unter Fachleuten auch als Kathode bezeichnet), die ein äußeres Profil ähnlich dem vorgenannten Werkzeug (oder dem vorbestimmten schneckenförmigen Profil des Statorrohrs) besitzt. Diese Elektrode wird in das Rohr eingeführt und verwendet, um ein schneckenförmiges Innenprofil elektrochemisch zu fertigen. Bei jeder dieser Herstellungstechniken müssen Dorn, Ausformwerkzeug oder Elektrode aus dem Rohr herausgezogen werden, nachdem das schneckenförmige Innenprofil ausgeformt wurde. Zum Einsetzen bzw. Entfernen von Dorn, Ausformwerkzeug oder Elektrode aus dem Rohr muss der Durchmesser im Durchlauf solcher Statoren im Stand der Technik zumindest geringfügig größer sein als der höchste Durchmesser des Dorns, Ausformwerkzeugs oder der Elektrode. Dies führt zu einem Statorrohr mit einem höchsten Rohrinnendurchmesser, der kleiner ist als der Durchziehdurchmesser des Rohrs.
Mit Bezugnahme auf 3 ist eine beispielhafte Verfahrensausführungsform 200 zur Herstellung eines Stators gemäß der vorliegenden Erfindung in Form eines Flussdiagramms dargestellt. Bei 202 ist ein Statorrohr mit mindestens einem Längsende mit einem erweiterten Durchziehdurchmesser bereitgestellt. Mit „erweitert” ist gemeint, dass der Durchziehdurchmesser des Längsendes des Rohres größer als ein vorbestimmter höchster Rohrinnendurchmesser des Stators ist. Ein schneckenförmiges Profil (mit einer Vielzahl interner schneckenförmiger Nocken) kann dann bei 204 an einer Innenfläche des Rohrs mit üblichen Techniken (z. B. einem üblichen elektrochemischen Bearbeitungsprozess) ausgeformt werden, derart, dass der höchste Rohrinnendurchmesser kleiner oder gleich dem erweiterten Durchziehdurchmesser ist.
Bei 206 wird das Längsende des Rohres über eine mechanische Bearbeitung (z. B. über eine Warm- oder Kaltschmiede- oder Rundhämmertechnik) reduziert. Diese mechanische Bearbeitung reduziert den Durchziehdurchmesser des Rohrendes auf einen Durchmesser, der kleiner als der bei 204 ausgeformte höchste Rohrinnendurchmesser ist. Das mechanische Bearbeitungsverfahren kann gegebenenfalls darüber hinaus einen oder mehrere Bearbeitungsschritte beinhalten, z. B. um einen genau bemessenen Durchziehdurchmesser bereitzustellen bzw. Innennocken auszuformen. Bei 208 kann eine elastische (z. B. Elastomer-) Auskleidung auf der schneckenförmigen Innenfläche ausgeformt werden, z. B. unter Verwendung üblicher Spritzgusstechniken.
4A zeigt eine beispielhafte Statorrohr-Ausführung 240, die mit dem Verfahren 200 ausgeformt wurde. Das Rohr 240 weist ein längsseitiges Ende 220 mit dem oben erwähnten erweiterten Durchziehdurchmesser auf. Das Rohr 240 besitzt an seiner Außenfläche auch eine Stauchung 226. Wie oben beschrieben, ermöglicht der erweiterte Durchmesser 222 ein schneckenförmiges Profil mit einer Vielzahl interner schneckenförmiger Nocken 235 und einen vorbestimmten höchsten Rohrinnendurchmesser 232. Das mechanische Bearbeitungsverfahren reduziert die inneren und äußeren Durchmesser des Rohrs, so dass der Durchlauf durch den neuen Durchmesser 224 kleiner als der höchste Rohrinnendurchmesser 232 ist. Wie ebenfalls dargestellt, führt der mechanische Bearbeitungsprozesses vorzugsweise dazu, dass die Außenfläche 228 des längsseitigen Endes 220 den gleichen Durchmesser aufweist wie die Außenfläche 230 des restlichen Rohres, obwohl auch zusätzliche Bearbeitungsschritte verwendet werden können, um eine gleichmäßige Außenfläche zu erzielen.
4B zeigt eine alternative Statorrohr-Ausfürungsform 280, die mit dem Verfahren 200 ausgeformt wurde. Das Rohr 280 umfasst auch ein längsseitiges Ende 260 mit dem oben erwähnten erweiterten Durchziehdurchmesser 262 sowie eine Außenfläche 270 (mit einem erweiterten Durchmesser). Wie oben beschrieben, ermöglicht der erweiterte Durchmesser 262 ein schneckenförmiges Profil mit einer Vielzahl interner schneckenförmiger Nocken 275 und einen vorbestimmten höchsten Rohrinnendurchmesser 272. Das mechanische Bearbeitungsverfahren reduziert die inneren und äußeren Durchmesser des Rohrs, so dass der Durchlauf durch den neuen Durchmesser 264 kleiner als der höchste Rohrinnendurchmesser 272 ist. Wie ebenso dargestellt ist, führt der mechanische Bearbeitungsprozess zu einem reduzierten Durchmesser der Außenfläche 268 des Längsendes 220 im Vergleich zur Außenfläche 266 und 270 des restlichen Rohres. Der Durchmesser der Fläche 270 kann gegebenenfalls über weitere Bearbeitung reduziert werden.
Beim Blick auf 5 ist nun eine alternative Verfahrensausführungsform 300 zur Herstellung eines Stators gemäß der vorliegenden Erfindung in Form eines Flussdiagramms dargestellt. Bei 302 wird ein Statorrohr bereitgestellt. Das Statorrohr besitzt mindestens ein Längsende mit einem Durchziehdurchmesser. Das Statorrohr weist ferner eine innere Entlastungsnut auf, die einen Innendurchmesser der Entlastungsnut besitzt, der größer ist als der Durchziehdurchmesser. Bei 303 wird eine elektrochemische Bearbeitungselektrode in die Entlastungsnut montiert. Die Elektrode weist eine Mehrzahl verschiedener Werkstücke, von denen jedes einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Durchziehdurchmesser ist. Die Werkstücke können daher leicht in das Rohr eingesetzt und zu einer elektrochemischen Bearbeitungselektrode montiert werden, die einen höchsten schneckenförmigen Durchmesser definiert, der größer als der Durchziehdurchmesser ist. Bei 306 wird die Elektrode genutzt, um ein schneckenförmiges Innenprofil elektrochemisch aus dem Statorrohr herauszuarbeiten. Wie oben beschrieben, besitzt das schneckenförmige Innenprofil eine Vielzahl schneckenförmiger Nocken und einen höchsten Rohrinnendurchmesser, der größer ist als der Durchziehdurchmesser. Die Elektrode wird dann demontiert und bei 308 aus dem Statorrohr entfernt. Eine elastische Auskleidung kann dann an der Innenfläche des Statorrohrs bei 310 ausgeformt werden.
6A zeigt eine beispielhafte mehrteilige elektrochemische Bearbeitungselektrode 320 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die beispielhaft dargestellte Elektrodenausführungsform besitzt vier Nocken, die aus unterschiedlichen Werkstücken eins, zwei, drei und vier 322, 323, 324 und 325 ausgeformt wurden, obwohl es sich versteht, dass sich die vorliegende Erfindung nicht auf Statoren mit einer bestimmten Nockenanzahl oder Elektroden mit einer bestimmten Anzahl von Werkstücken beschränkt. Im montierten Zustand und auf die bei 327 angegebene Weise erweitert, bilden die Werkstücke 322, 323, 324 und 325 eine Elektrode 320, an deren Außenfläche ein schneckenförmiges Profil ausgeformt ist. Das schneckenförmige Profil ist so abgemessen, dass es nach elektrochemischer Bearbeitung ein schneckenförmiges Innenprofil im Statorrohr bildet.
6B zeigt Elektrode 320 in einem Statorrohr 350, bevor das schneckenförmige Innenprofil ausgebildet wird (z. B. bei Beendigung von Schritt 304 der Verfahrensausführungsform 300). Der Stator 350 besitzt ein Längsende 360 mit einem Durchziehdurchmesser 362 und eine innere Aussparung 364. Die Elektrode 320 ist in der Aussparung 364 montiert gezeigt. Wie dargestellt, ist der höchste Durchmesser der Elektrode 320 größer als der Durchziehdurchmesser 362.
Obwohl die vorliegende Erfindung und deren Vorteile detailliert beschrieben wurden, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwechslungen vorgenommen werden können, ohne von dem durch die beigefügten Ansprüche definierten Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5171138 [0006]
US 6309195 [0006]

Claims

Stator nach dem Moineau-Prinzip, umfassend: ein integriertes Statorrohr, das ein Längsende mit einem inneren Durchziehdurchmesser aufweist; wobei das Statorrohr einen schneckenförmigen Innenhohlraum definiert und ferner eine Vielzahl interner schneckenförmiger starrer Nocken an einer Innenfläche des Rohrs aufweist, wobei der schneckenförmige Hohlraum einen höchsten Rohrinnendurchmesser aufweist, der größer als der Durchziehdurchmesser des Längsendes ist.
Stator nach Anspruch 1, ferner umfassend eine elastische Auskleidung, die auf eine Innenfläche des Statorrohrs aufgebracht und dem schneckenförmigen Hohlraum zugewandt ist.
Stator nach Anspruch 2, wobei die elastische Auskleidung einen höchsten Auskleidungsinnendurchmesser definiert, der kleiner als der Durchziehdurchmesser des Längsendes ist.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Statorrohr ein Endegehäuse mit Innengewinden aufweist, wobei der Durchziehdurchmesser des Statorrohrs gleich dem Innengewindedurchmesser des Endgehäuses ist.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, konfiguriert zur Verwendung in einer Pumpe oder einem Antriebsabschnitt.
Motor für unterirdische Bohrungen, umfassend: einen Rotor mit einer Vielzahl von Rotornocken an einer schneckenförmigen Außenfläche des Rotors; einen Stator mit einem integralen Statorrohr, wobei das Statorrohr ein Längsende mit einem inneren Durchziehdurchmesser aufweist, das Statorrohr einen inneren schneckenförmigen Innenhohlraum definiert und ferner eine Vielzahl starrer schneckenförmiger Nocken an einer Innenoberfläche des Rohrs aufweist, wobei der schneckenförmige Hohlraum einen höchsten Rohrinnendurchmesser aufweist, der größer als der Durchziehdurchmesser des Längsendes des Stators ist, wobei der Stator ferner eine elastische Auskleidung auf einer Innenoberfläche des Statorrohrs aufweist und dem schneckenförmigen Innenhohlraum zugewandt ist, wobei die elastische Auskleidung einen höchsten Auskleidungsinnendurchmesser definiert, der kleiner ist als der Durchziehdurchmesser des Längsendes, wobei der Rotor im schneckenförmigen Hohlraum des Statorrohrs einsetzbar ist, so dass eine Außenfläche des Rotors in einer umlaufenden Presspassung mit der elastischen Auskleidung ist.
Statorrohr nach Anspruch 6, wobei das Statorrohr ein Endgehäuse mit Innengewinden aufweist, wobei der Durchziehdurchmesser des Statorrohrs gleich dem Innengewindedurchmesser des Endgehäuses ist.
Verfahren zum Herstellen eines Stators nach dem Moineau-Prinzip, das Verfahren umfassend: (a) Bereitstellen eines Statorrohrs, das mindestens ein Längsende mit einem ersten Durchziehdurchmesser aufweist; (b) Ausformen eines schneckenförmigen Profils an einer Innenfläche des Rohrs, wobei das schneckenförmige Profil eine Vielzahl interner starrer schneckenförmiger Nocken und einen höchsten Rohrinnendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der erste Durchmesser und (c) mechanisches Bearbeiten mindestens eines Längsendes des Statorrohres, um den Außen- und Innendurchmesser des Endes derart zu reduzieren, dass das Ende einen zweiten Durchziehdurchmesser aufweist, wobei der zweite Durchziehdurchmesser kleiner als der höchste Rohrinnendurchmesser ist, der in (b) ausgeformt wurde.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: (d) Ausformen einer elastischen Auskleidung an der Innenfläche des Statorrohrs.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die elastische Auskleidung in (d) derart ausgeformt wird, dass die elastische Auskleidung einen höchsten Auskleidungsinnendurchmesser definiert, der geringer als der Durchziehdurchmesser des Längsendes ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das mechanische Bearbeiten in (c) einen Warmschmiede- oder Rundhämmerprozess umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei: das in (a) bereitgestellte Längsende des Statorrohrs einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein Außendurchmesser des Statorrohrs ist; und das mechanische Bearbeiten in (c) den Außendurchmesser des Längsendes so reduziert, dass er im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Statorrohrs ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei: das in (a) bereitgestellte Längsende des Statorrohrs einen Außendurchmesser aufweist, der im Wesentlichen gleich einem Außendurchmesser des Statorrohrs ist; das mechanische Bearbeiten in (c) den Außendurchmesser des Längsendes so reduziert, dass er geringer als der Außendurchmesser des Statorrohrs ist; und (c) ferner umfassend maschinelles Bearbeiten einer Außenoberfläche des Statorrohrs derart, dass der Durchmesser des Statorrohrs im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Längsendes ist.
Verfahren zum Herstellen eines Stators nach dem Moineau-Prinzip, umfassend: (a) Bereitstellen eines Statorrohrs, das mindestens ein Längsende mit einem Durchziehdurchmesser aufweist, wobei das Statorrohr ferner eine Entlastungsinnennut aufweist, wobei ein Innendurchmesser der Entlastungsnut größer als der Durchziehdurchmesser ist; (b) Montieren einer elektrochemischen Bearbeitungselektrode, wobei die Elektrode eine Vielzahl unterschiedlicher Werkstücken aufweist, wobei jedes der Werkstücke einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Durchziehdurchmesser ist, wobei die Elektrode einen höchsten schneckenförmigen Durchmesser definiert, der größer als der Durchziehdurchmesser ist; (c) elektrochemisches Bearbeiten eines inneren schneckenförmigen Profils im Statorrohr unter Verwendung der in (b) montierten Elektroden, wobei das innere schneckenförmige Profil eine Vielzahl schneckenförmiger Nocken und einen höchsten Rohrinnendurchmesser aufweist, der größer als der Durchziehdurchmesser des Längsendes ist; und (d) Zerlegen und Entfernen der elektrochemischen Bearbeitungselektrode aus dem Statorrohr.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: (e) Ausformen einer elastischen Auskleidung an der Innenfläche des Statorrohrs.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die elastische Auskleidung in (d) derart ausgeformt wird, dass die elastische Auskleidung einen höchsten Auskleidungsinnendurchmesser definiert, der geringer als der Durchziehdurchmesser des Längsendes ist.