DE19852380C2 - Schnecke für eine Exzenterschneckenpumpe oder einen Untertagebohrmotor - Google Patents
Schnecke für eine Exzenterschneckenpumpe oder einen UntertagebohrmotorInfo
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Description
Exzenterschneckenpumpen werden zum Fördern von zäh
flüssig fließfähigen Medien, insbesondere von Medien ver
wendet, die stark abrasiv sind. Die Exzenterschneckenpumpen
bestehen aus einem Stator mit einer durchgehenden Öffnung.
Die Innenwand der Durchgangsöffnung hat die Gestalt einer
mehrgängigen Schraube und wird von einem Elastomer gebil
det. Das Elastomer befindet sich in einem rohrförmigen Man
tel aus hochfestem Material, beispielsweise Stahl, wobei
die Innenkontur des Mantels entweder zylindrisch glatt ist
oder der Gewindekontur der Durchgangsbohrung in einem kon
stanten radialen Abstand folgt. In der Durchgangsbohrung
des Stators dreht sich ein Rotor, dessen Gangzahl um eins
niedriger ist als die Gewindegangzahl in der Durchgangs
bohrung. Der Rotor besteht aus einem festen Material und
zeigt eine besonders hohe Abriebfestigkeit.
Im Falle einer Exzenterschneckenpumpe wird der Rotor
von außen über einen Motor angetrieben und er fördert im
Zusammenwirken mit dem Stator durch die Durchgangsbohrung
hindurch. Während der Rotation des Rotors entstehen im Zu
sammenwirken mit der Innenwand der Durchgangsbohrung im
weitesten Sinne sichel- oder bananenförmige Kammern, die
bei der Rotation des Rotors allmählich durch den Stator
hindurchwandern.
Derartige Anordnungen können auch als Motor verwendet
werden, wenn die Flüssigkeit mit hohem Druck durch die An
ordnung hindurchgepresst wird. Der Druck der Flüssigkeit
setzt den Rotor in Umdrehungen und es kann an dem Rotor
mechanische Energie abgenommen werden. Von dieser Anordnung
wird beispielsweise bei Untertagebohrmotoren Gebrauch ge
macht.
Die Herstellung der Statoren ist vergleichsweise ein
fach. Sie werden über einen Formkern vulkanisiert und er
halten auf diese Weise die komplizierte Form der Durch
gangsöffnung. Schwieriger dagegen ist bislang die Herstel
lung der Rotoren, die üblicherweise bislang in spangebenden
Verfahren aus dem vollen Material hergestellt wird.
Es ist zwar aus der DE 17 03 828 A1 bekannt, den Rotor
aus einem Rohr zu schmieden. Rotoren dieser Art sind in
Achsrichtung bei hohen Antriebskräften oder hohen Drücken,
wie sie in Untertagebohrmotoren auftreten, nicht hinrei
chend formstabil. Das Antriebsdrehmoment führt u. a. dazu,
dass sich der Rotor wegen seiner schraubenförmigen Gestalt
tordiert und dabei verkürzt. Die Folge ist, dass die rech
nerische Steigung des Rotors nicht mehr mit der rechneri
schen Gewindesteigung des mehrgängigen Gewindes in dem Sta
tor übereinstimmt und Undichtigkeiten entstehen, die zu
Druckverlusten und damit Leistungsverlusten führen.
Eine andere Art eines Aufbaus eines Rotors ist aus der
DE 195 01 514 A1 bekannt. Der Rotor setzt sich aus einem
Mantel und einem in dem Mantel enthaltenen Kernelement zu
sammen. Der Mantel wird durch Kaltverformen aus einem zy
lindrischen Rohr erzeugt. Hierbei wird durch das zylindri
sche Rohr ein Ziehwerkzeug hindurch gezogen, wodurch das
Rohr die für den Rotor erforderliche schraubenförmige Ge
stalt bekommt. In dem so erzeugten Mantel wird nachträglich
das Kernelement lose eingesteckt, das an beiden Enden mit
dem Rohr verbunden wird.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Maßhaltigkeit an
der Außenseite des Mantels nicht ausreicht und der Mantel
nachbehandelt werden muss. Außerdem tordiert der bekannte
Rotor wegen seiner mangelnden Torsionsfestigkeit verhält
nismäßig stark. Die Torsion führt zur Veränderung der Ge
windesteigung damit zu einem Teilungsfehler zu dem Stator,
was wiederum die Abdichtung zum Stator negativ beeinflusst.
In der DE 18 16 462 B ist ein Rotor beschrieben dessen
Mantel aus einer keramischen Masse besteht. Der hohle Man
tel wird ebenfalls von einer Stahlwelle durchsetzt, wobei
der Zwischenraum zwischen der Innenseite des Mantels und
der Stahlwelle mit einem Bindemittel ausgefüllt ist.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung einen
Rotor für eine Exenterschneckenpumpe oder einen Exenter
schneckenmotor beispielsweise einem Untertagemotor zu
schaffen, der von vergleichsweise kostengünstig herstellbar
ist und torsionsstabil ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Rotor mit
den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Bei dem neuen Rotor wird ein Kernelement verwendet,
das von einem Mantel eingehüllt ist. Der Mantel bildet an
seiner Außenseite die gewindeförmige Struktur, d. h. die
schraubenförmig verlaufende Fläche. Auf diese Weise kann
der Mantel in einem verhältnismäßig kostengünstigen span
losen Herstellungsverfahren durch Kaltverformen hergestellt
werden. Im Inneren des Mantels befindet sich ein Kernele
ment, das über die gesamte Länge des Mantels durchläuft und
dem Mantel die erforderliche Axialstabilität verleiht.
Auf diese Weise können auch Rotoren aus Materialien
hergestellt werden, die zwar duktil jedoch schlecht span
gebend bearbeitbar sind wie Edelstähle. Das Kernelement
kann hingegen aus einem Nichtedelstahl bestehen.
Zufolge der schraubenförmigen Gestalt des Mantels
könnte sich dieser unter dem Einfluss des Drehmoments theo
retisch in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise
axial verkürzen, wenn er tordiert wird. Durch die Verwen
dung des Kernelementes wird der Mantel an dieser axialen
Verkürzung gehindert.
Das Kernelement kann ein einfacher, außen zylindri
scher Körper sein, der sehr einfach und kostengünstig her
zustellen ist.
Das Gesamtgebilde lässt sich somit spanlos fertigen.
Ein weiteres Problem beim Stand der Technik war die
Verbindung zwischen dem rohrförmigen Rotor und dem
Kupplungs- oder Antriebskopf. Diese Verbindung muss sehr
fest sein, weshalb der Antriebskopf beim Stand der Technik
angeschweißt wurde. Die Temperaturänderungen beim Anschweißen
führten zu einer erheblichen Versprödung in dem Rotor
mit der Gefahr des Brechens und Abreißens des Kopfes im
Betrieb.
Bei der neuen Lösung wird diese Schwierigkeit umgan
gen, weil der Kupplungskopf mit dem Kernelement verbunden
werden kann. Schweißverbindungen zwischen dem Mantel und
dem Kupplungskopf sind bei der erfindungsgemäßen Lösung
überflüssig.
Der auf dem Kernelement aufgebrachte Mantel weist über
seine gesamte Länge und seinen Umfang im Wesentlichen die
selbe Wanddicke auf, d. h. er ist an jeder Stelle etwa
gleich dick.
Das Kernelement steht mit dem Mantel lediglich ab
schnittsweise in Berührung. Diese Abschnitte sind Bereiche
der Gewindetäler des Mantels. Im Bereich zwischen den Ge
windetälern, also den Gewindespitzen des Mantels, bestehen
zwischen dem Kernelement und dem Mantel Zwischenräume. Die
se Zwischenräume haben die Gestalt einer ein- oder mehr
gängigen Schraube.
Bei der Kaltverformung des Mantels kann die Verformung
nur so weit gehen, dass die Gewindetäler des Mantels gerade
eben das Kernelement berühren. Die Verbindung zwischen dem
Kernelement und dem Mantel ist dann praktisch lediglich
reibschlüssig.
Es ist jedoch möglich, die Kaltverformung so weit ge
hen zu lassen, dass auch das Kernelement mitverformt wird
bzw. sich die Wandstärke des Mantels an der Berührungsstel
le mit dem Kernelement geringfügig verändert. Die Verbindung
mit dem Kernelement ist dann in diesem Bereich auch
bis zu einem gewissen Grade formschlüssig, und sie kann
auch infolge Kaltschweißens stoffschlüssig werden.
Der erfindungsgemäße Rotor kann Wandstärken zwischen 2
und 20 mm aufweisen bei einem über alles gemessenen Durch
messer zwischen 30 und 300 mm. Die Länge des neuen Rotors
kann bis zu 8 m betragen.
Um den Kupplungskopf mit dem Rotor zu verbinden, weist
das Kernelement an einem Ende einen über den Mantel über
stehenden Zapfen auf. Dieser Zapfen ist zweckmäßigerweise
als Gewindezapfen ausgebildet.
Der erfindungsgemäße Rotor lässt sich in Exzenter
schneckenpumpen oder Anordnungen verwenden, die als Motoren
eingesetzt werden, beispielsweise Untertagebohrmotoren.
Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegen
stand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Ge
genstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Exzenterschneckenpumpe in einer perspek
tivischen Darstellung, teilweise aufgeschnitten,
Fig. 2 den Rotor der Exzenterschneckenpumpe nach Fig.
1, in einem Längsschnitt,
Fig. 3 den Rotor nach Fig. 2, geschnitten längs der
Linie III-III, und
Fig. 4 einen Untertagebohrmotor in einem Längsschnitt.
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung,
teilweise aufgeschnitten, eine Exzenterschneckenpumpe 1. Zu
der Exzenterschneckenpumpe 1 gehören ein Pumpenkopf 2, ein
Stator 3, ein in dem Stator 3 laufender Rotor 4 sowie ein
Mundstück 5.
Der Stator 3 besteht aus einem rohrförmigen zylindri
schen Statormantel 6, beispielsweise aus Stahl, der an bei
den Enden mit Anschlussgewinden 7, 8 versehen ist. Der Sta
tormantel 6 bildet eine zylindrisch glatte Innenfläche 9,
auf der eine Statorauskleidung 11 aus einem elastomeren
Material aufvulkanisiert ist. Die Auskleidung 11 begrenzt
eine durchgehende Öffnung 12 mit einer schraubenförmig ver
laufenden Innenwand 13. Die Durchgangsöffnung 12 reicht
durch den gesamten Stator 3 hindurch und ist zu dessen Au
ßenkontur, insbesondere zu dessen Anschlussgewinden 7 und 8
koaxial.
Die schraubenförmige Innenwand 13 bildet ein mehrgän
giges Gewinde, wobei die Gangzahl um eins größer ist als
die Gewindeganganzahl des Rotors 4 und entsprechend viele
schraubenförmig gewundene Leisten entstehen, die radial
nach innen ragen.
Anstatt einen Statormantel 6 zu verwenden, der eine
zylindrisch glatte Innenwand 13 hat, kann auch ein Stator
mantel 6 eingesetzt werden, der selbst eine schraubenförmig
gewundene Innenkontur zeigt. In diesem Falle hat die elas
tomere Auskleidung 11, über die Länge des Stators 3 gese
hen, eine konstante Wandstärke. Mit der letzteren Art von
Statoren lassen sich höhere Drücke erzeugen. Da im vorlie
genden Fall jedoch die Ausgestaltung des Stators 3 nicht
Gegenstand der Erfindung ist, genügt insoweit eine kursorische
Erläuterung.
Der Pumpenkopf 2 weist ein Gehäuse 14 auf mit einer
abgedichteten Durchgangsbohrung 15 für eine darin laufende
Antriebswelle 16. Die Antriebswelle 16 ist mittels eines
nicht gezeigten Antriebsmotors in Umdrehungen zu versetzen
und mit dem Rotor 4 gekuppelt.
An seinem vorderen Ende ist das Gehäuse 14 mit einem
Innengewinde 17 versehen, in das der Stator 3 mit dem An
schlussgewinde 8 eingeschraubt ist. Die Lagerbohrung 15
fluchtet koaxial mit der Durchgangsöffnung 12 des Stators
3.
Zwischen dem Stator 3 und dem Beginn der Lagerbohrung
15 befindet sich eine Zulaufkammer 18, in die ein von außen
kommender Anschluss 19 einmündet.
Schließlich ist auf das auslassseitige Ende des Sta
tors 3 das Mundstück 5 aufgeschraubt, das aus einem im We
sentlichen rohrförmigen Teil mit einem Innengewinde 20 be
steht.
Der Aufbau des Stators 3 wird nachstehend anhand der
Fig. 2 und 3 erläutert:
Wie Fig. 2 erkennen lässt, setzt sich der Stator 3 aus einem Kernelement 21, einem Statormantel 22 und einem Kupp lungskopf 23 zusammen.
Wie Fig. 2 erkennen lässt, setzt sich der Stator 3 aus einem Kernelement 21, einem Statormantel 22 und einem Kupp lungskopf 23 zusammen.
Das Kernelement 21 ist im gezeigten Ausführungsbei
spiel ein dickwandiges Stahlrohr mit einer zumindest ur
sprünglich zylindrischen Außenumfangsfläche 24 und einem
durchgehenden zylindrischen Innenraum 25.
Das Kernelement 21 ist gerade und deswegen rohrförmig
gestaltet, weil der Innenraum zu der Festigkeit, um die es
hier geht, keinen nennenswerten Beitrag liefert, sondern
lediglich das Gewicht erhöht. Es kann jedoch auch massiv
sein.
An seinem in Fig. 2 rechten Ende ist das Kernelement
21 mit einem Gewindezapfen 26 versehen. An dem gegenüber
liegenden Ende enthält das Kernelement 21 eine Gewindeboh
rung 27.
Der Mantel 22 des Rotors 4 ist ebenfalls ein Rohr mit
einer Innenwand 28 und einer Außenfläche 29. Der Mantel 22
ist im Kaltschmiedeverfahren, wie es z. B. in der DE-A-17 03 828
beschrieben ist, schraubenförmig umgeformt. Die Außen
wand 29 bildet ein Gewinde, das sich über die gesamte axia
le Länge des Mantels 22 fortsetzt. Es beginnt bei 31 und
endet bei 32. Die Gangzahl des von der Außenfläche 29 ge
bildeten Gewindes ist um eins niedriger als die Gangzahl
der Durchgangsöffnung 12 in dem Stator 3.
Wie der Querschnitt in Fig. 3 erkennen lässt, weist
der Rotor 4 im gezeigten Ausführungsbeispiel ein viergän
giges Gewinde auf, d. h. längs dem Mantel 22 verlaufen
schraubenförmig insgesamt vier Leisten. Da die Durchgangs
öffnung 12 dementsprechend fünfgängig ist, bildet das fünf
gängige Gewinde in der Durchgangsöffnung 12 insgesamt fünf
schraubenförmig sich erstreckende Leisten aus Elastomerma
terial.
Der Mantel 22 ist, wie bereits erwähnt, rohrförmig,
weshalb die Innenfläche 28 der Außenfläche 29 im konstanten
Abstand folgt.
Infolge der schraubenartigen Umformung des Mantels 22
bildet dessen Außenfläche 29 in Längsrichtung gesehen ab
wechselnd Gewindescheitel 33 und Gewindetäler 34. Zufolge
der Mehrgängigkeit erscheinen die Gewindetäler 34 und die
Gewindescheitel 33 nicht nur in Längsrichtung, sondern, wie
der Querschnitt nach Fig. 3 zeigt, auch in jeder Schnitt
ebene in Umfangsrichtung gesehen.
Die Abmessungen des zylindrischen geraden Rohrs, aus
dem der Mantel 22 kaltverformt wird, sind so gewählt, dass
nach der endgültigen Verformung zu der schraubenartigen
Gestalt der Mantel 22 mit seiner Innenumfangsfläche 28 im
Bereich der Gewindetäler 34 (bezogen auf die äußere Kontur)
die Außenumfangsfläche 24 des Kernelementes 21 zumindest
berührt.
Bei entsprechend stärkerem Verformen ist es auch mög
lich, zusätzlich die Außenumfangsfläche 24 des Kernelemen
tes 21 geringfügig mit zu verformen, wodurch die Außenum
fangsfläche 24 flache Nuten 35 bekommt, die der Kontur der
Gewindetäler 34 folgen. Wenn die Verformung in dieser Weise
fortgesetzt wird, entsteht zwischen dem Mantel 22 und dem
Kernelement 21 nicht nur eine reibschlüssige, sondern auch
eine formschlüssige Verbindung im Bereich der sich zum In
neren des Mantels 22 vorwölbenden Gewindetäler 34 mit dem
Kernelement 21. Darüber hinaus kann infolge der Verformung
sogar ein Kaltschweißen zwischen dem Mantel 22 und dem
Kernelement 21 an den Berührungsstellen erfolgen.
Da das Halbzeug, wie erwähnt, aus dem der Mantel 22
hergestellt ist, ein zylindrisches Rohr ist, dessen Durch
messer größer ist als der Außendurchmesser des Kernelemen
tes 21, entstehen zwischen dem Kernelement 21 und dem Man
tel 22 schraubenförmig verlaufende Zwischenräume 36. Die
Anzahl dieser schraubenförmigen Zwischenräume 36 ist gleich
der Anzahl von Gewindescheiteln 33, die im Querschnitt des
Rotors 4 in Umfangsrichtung zu erkennen sind. Je nach An
wendungsfall können diese Zwischenräume 36 entweder leer
bleiben oder mit einer Masse gefüllt werden. Diese Masse
kann z. B. Kunstharz oder mit Leichtmetallpulver gefülltes
Kunstharz sein.
Der Antriebskopf 23 ist ein spangebend hergestelltes
zylindrisches Drehteil mit zwei Gewindesackbohrungen 37 und
38. Mit der Gewindesackbohrung 37 wird der Antriebskopf 23
auf den Gewindezapfen 26 aufgeschraubt und dient der Ver
bindung des Rotors 4 mit der Antriebswelle 16. Anstelle der
Sackbohrung 38 kommen auch andere Mitnehmermittel in Frage.
Um ein Lösen des Antriebskopfes 23 von dem Rotor 4 zu
verhindern, ist die Gewinderichtung des Gewindezapfens 26
entgegengesetzt zu der Gewinderichtung der auf dem Mantel
22 ausgebildeten Schraube. Wenn der Mantel 22 z. B. eine
mehrgängige Rechtsschraube trägt, ist das Gewinde des Ge
windezapfens 26 ein Linksgewinde. Sinngemäß das Gleiche
gilt für das Gewinde in der Gewindesackbohrung 37.
Um schließlich an der Auslauf- oder Druckseite den
Mantel 22 gegenüber dem Kernelement 21 zu fixieren, ist ein
scheibenförmiges Abstandselement 41 vorgesehen, das mittels
einer Schraube 42, die in das Innengewinde 27 eingedreht
ist, fixiert ist. Das Abstandselement 41 fixiert mit Hilfe
einer entsprechend konturierten Schulter 43 und eines entsprechend
geformten kurzen Fortsatzes das Kernelement 21 in
radialer Richtung bezüglich des Mantels 22.
Die Herstellung des gezeigten Rotors 4 geschieht, in
dem koaxial und gleichzeitig das rohrförmige Kernelement 21
und das Rohr, das den Mantel 22 bildet, durch die Kaltver
formungseinrichtung gemäß der DE-A-17 03 828 hindurchge
führt werden. Dadurch wird aus dem zylindrischen äußeren
Rohr der schraubenförmig gewundene Mantel 22 kaltgeschmie
det. Das Kernelement 21 dagegen bleibt, abgesehen von den
flachen Nuten 35, im Wesentlichen vollständig unverformt.
Nach dem Kaltschmiedevorgang wird das erhaltene Bauteil auf
die gewünschte Länge gekürzt und es wird der Gewindezapfen
26 spangebend durch Wirbelfräsen oder Drehen und anschlie
ßendes Gewindeschneiden erzeugen.
Der durch Kaltverformung erzeugte Stator 4 hat, wie
dies bei Exzenterschneckenpumpen üblich ist, eine gerade
Achse.
Durch das Kaltschmieden wird eine Gefügestruktur er
reicht, die hinsichtlich der auftretenden Kräfte günstig
ist.
Mit dem beschriebenen Aufbau und in der beschriebenen
Weise können Rotoren hergestellt werden, bei denen die
Wandstärke des Mantels 22 zwischen 2 und 20 mm liegt. Der
über alles gemessene Außendurchmesser des Rotors 4 kann bis
zu 300 mm betragen, während die gesamte Länge des Rotors 4
bis zu 8 m reichen kann. Die großen Längen werden für hohe
Förderdrücke bei Pumpen bzw. große Drehmomente bei Motoren
benötigt, wie sie bei Förderung im Untersee- oder Unterta
gebereich auftreten.
Bei dem Rotor 4 kann das Kernelement 21 aus einem an
deren Material bestehen wie der Mantel 22. Außerdem kann
zumindest der Mantel 22 von einem schwer zerspanbaren je
doch duktilen Material gebildet sein, z. B. Edelstahl.
Der beschriebene Rotor 4 lässt sich jedoch nicht nur
bei der in Fig. 1 gezeigten Exzenterschneckenpumpe 1 ein
setzen, sondern er eignet sich in gleicher Weise für Moto
ren, die wie Exzenterschneckenpumpen aufgebaut sind, bei
spielsweise Untertagebohrmotoren. Mit Hilfe einer solchen
Anordnung wird hydraulische Energie in mechanische Energie
umgewandelt, indem mit hohem Druck eine Antriebsflüssigkeit
durch die "Exzenterschneckenpumpe" hindurchgepresst wird.
Hierdurch wird der Rotor 4 in Umdrehungen versetzt und es
kann an der Welle 16 Antriebsleistung abgenommen werden. Da
der grundsätzliche Aufbau des Rotors 4 unabhängig davon
ist, ob er in Verbindung mit einem Untertagebohrmotor oder
einer Exzenterschneckenpumpe eingesetzt wird, ist es nicht
erforderlich, zusätzlich zu der Exzenterschneckenpumpe nach
Fig. 1 einen im Grunde genommen identischen Schnitt durch
einen Untertagebohrmotor herzustellen.
Fig. 4 zeigt die Verwendung des erfindungsgemäßen Ro
tors 4 in einem Untertagebohr- oder Mud-Motor 51. Der prin
zipielle Aufbau des Untertagebohrmotors 51 ist grundsätz
lich ähnlich wie der Aufbau einer Exzenterschneckenpumpe,
wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.
Während bei der Exzenterschneckenpumpe mechanische
Energie in hydraulische Energie umgesetzt wird, erfolgt bei
dem Untertagebohrmotor 51 die umgekehrte Energieumwandlung.
Der Untertagebohrmotor 51 wird mit unter hohem Druck ste
henden Flüssigkeit beaufschlagt, wodurch dessen Rotor 4 in
Umdrehungen versetzt wird.
Soweit bei dem Untertagebohrmotor 51 Strukturelemente
vorhanden sind, die bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1
bis 3 bereits erläutert sind, erfolgt keine erneute aus
führliche Beschreibung.
Der Untertagebohrmotor 51 weist einen Stator 3 auf,
der wiederum aus einem zylindrischen Stahlrohr 6 als Mantel
mit einer elastomeren Auskleidung 9 besteht. An dem ein
laufseitigen Ende des Stators 3 ist der Statormantel 6 mit
einem konischen Innengewinde 52 versehen, in das mit einem
konischen Außengewinde 53 ein hydraulisches Anschlusskupp
lungsstück 54 mit einem durchgehenden Kanal eingeschraubt
ist.
Das Anschlusskupplungsstück 54 ist rohrförmig und
dient der Einspeisung der Antriebsflüssigkeit in den Unter
tagebohrmotor 51. Das auslassseitige Ende des Stators 3 ist
ebenfalls mit einem konischen Innengewinde 55 versehen, in
das ein Auslassmundstück 56 eingeschraubt ist. Das Auslass
mundstück 56 weist hierzu ein entsprechendes konisches Au
ßengewinde 57 auf und enthält ebenfalls einen durchgehenden
Kanal 58.
Das Auslassmundstück 56 dient gleichzeitig als Lage
rung für eine Abtriebswelle 59, die mit einem nicht ver
anschaulichten Bohrmeißel verbunden ist. Der Außendurch
messer der Abtriebswelle 59 ist kleiner als die lichte Wei
te des Kanals 58 in dem Auslassmundstück 56. Auf diese Wei
se kann die durch den Untertagebohrmotor 51 hindurchtreten
de Flüssigkeit in Richtung auf den Bohrmeißel austreten und
gleichzeitig als Spülflüssigkeit verwendet werden.
Der Kupplungskopf 23 verbindet den Rotor 4 mit der
Abtriebswelle 58.
Der grundsätzliche Aufbau des Rotors 4 unterscheidet
sich nicht von dem Aufbau des Rotors 4 nach den Fig. 2 und
3, weshalb eine erneute Erläuterung an dieser Stelle über
flüssig ist.
Der Untertagebohrmotor 51 nach Fig. 4 arbeitet in der
Weise, dass über das hydraulische Anschlusskupplungsstück
54 unter Druck stehende Flüssigkeit, beispielsweise
Spülflüssigkeit, wie sie im Untertagebereich verwendet
wird, zugeführt wird. Das unter Druck stehende Fluid dringt
in die Pumpenkammern ein, die zwischen dem Rotor 4 und der
Innenauskleidung 9 des Stators 3 gebildet sind. Der Druck
der Flüssigkeit ist bestrebt, die Kammer zu vergrößern,
wodurch der Rotor 4 in dem Stator 3 in Umdrehungen versetzt
wird. Da auf der Einlass-Seite des Untertagebohrmotors 51
möglichst viele zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 4 ge
bildete Kammern offen sein sollen, weist ein Rotor 4, der
für Motorzwecke verwendet wird, deutlich mehr Gewindegänge
auf als ein Rotor 4, der für Pumpenzwecke eingesetzt wird.
Da die Anzahl der Gewindegänge in dem Stator 3 jeweils um
eins größer ist als die Anzahl der Gewindegänge des Rotors
4, ist bei einem Untertagebohrmotor 51 auch die Anzahl der
Gewindegänge in dem Stator 3 deutlich größer als bei der
Exzenterschneckenpumpe 1 nach Fig. 1.
Die axiale Länge eines ungeteilten Untertagebohrmotors
51 kann bis zu 8 m betragen. Wenn größere Längen benötigt
werden, werden mehrere der in Fig. 4 gezeigten
Untertagebohrmotoren 51 hintereinandergeschaltet, wobei
dann der Rotor 4 der nachfolgenden Motorstufe an beiden
Enden mit den Gewindezapfen 26 versehen ist, um einerseits
die Kupplung mit dem stromauf gelegenen Rotor 4 und einem
stromab gelegenen weiteren Rotor 4 oder dem Werkzeug herzu
stellen.
Ein Rotor (4) für eine Exzenterschneckenpumpe (1) oder
einen Untertagebohrmotor (51) besteht aus einem geraden, im
Wesentlichen zylindrischen Kernelement (21), auf das im
Kaltschmiedeverfahren ein Mantel (22) aufgeschmiedet ist.
Der Mantel (22) bekommt durch das Schmieden die für Exzen
terschneckenpumpen (1) benötigte schraubenförmige Außen
gestalt. Der beschriebene Rotor (4) kann spanlos her
gestellt werden, was insbesondere bei großen Rotorabmessun
gen von erheblichem Vorteil ist, weil keine Materialabfälle
entstehen.
Claims (16)
1. Rotor (4) für eine Exzenterschneckenpumpe (1) oder
Exzenterschneckenmotor (51), die bzw. der einen Stator (3)
mit einem durchgehenden Innenraum (12) aufweisen, in den
Leisten radial vorstehen und in dem der Rotor (4) angeord
net ist,
mit einem im Wesentlichen zylindrischen Kernelement (21),
mit einem eine schraubenförmig verformte Außenfläche (29) bildenden äußeren Mantel (22), der das Kernelement (21) im Wesentlichen über dessen gesamte Länge umgibt und dessen Außenfläche Gewindetäler (34) und Gewindescheitel (33) aufweist, wobei der Mantel (22) mit dem Kernelement (21) verbunden ist, indem ein den Mantel (22) bildendes zylindrisches Rohr durch Verformung in ein schraubenförmi ges Rohr umgeformt wird, bis der Mantel mit seiner Innen umfangsfläche im Bereich der Gewindetäler zumindest reib schlüssig an dem Kernelement anliegt, und
mit einem Kupplungskopf (23), der mit dem Rotor (4) drehfest verbunden ist.
mit einem im Wesentlichen zylindrischen Kernelement (21),
mit einem eine schraubenförmig verformte Außenfläche (29) bildenden äußeren Mantel (22), der das Kernelement (21) im Wesentlichen über dessen gesamte Länge umgibt und dessen Außenfläche Gewindetäler (34) und Gewindescheitel (33) aufweist, wobei der Mantel (22) mit dem Kernelement (21) verbunden ist, indem ein den Mantel (22) bildendes zylindrisches Rohr durch Verformung in ein schraubenförmi ges Rohr umgeformt wird, bis der Mantel mit seiner Innen umfangsfläche im Bereich der Gewindetäler zumindest reib schlüssig an dem Kernelement anliegt, und
mit einem Kupplungskopf (23), der mit dem Rotor (4) drehfest verbunden ist.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Mantel (22) aus einem anderen Material besteht wie das
Kernelement (21).
3. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Mantel (22) mit dem Kernelement
(21) im Bereich der Gewindetäler (34) formschlüssig verbun
den ist, indem das Kernelement (21) lediglich im Bereich
der Gewindetäler (34) des Mantels (22) unter Bildung we
nigstens einer schraubenförmig verlaufenden flachen Nut
(35) eingedrückt ist.
4. Rotor nach einem der vorherigen Anspruche, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen dem Kernelement (21) und dem
Mantel (22) wenigstens ein schraubenförmig verlaufender
Zwischenraum (36) enthalten ist.
5. Rotor nach einem der vorherigen Anspruche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kernelement (21) rohrförmig ist.
6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (21) massiv
ist.
7. Rotor nach einem der vorherigen Anspruche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kernelement (21) an wenigstens
einem Stirnende einen über den Mantel (22) überstehenden
Zapfen (26) bildet.
8. Rotor nach einem der vorherigen Anspruche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kernelement (21) an einem Ende
über ein radial wirkendes Zentrierstück (41) mit dem Mantel
(22) verbunden ist.
9. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine schraubenförmig verlaufende Zwischen
raum (36) mit einer Masse gefüllt ist.
10. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine schraubenförmig verlaufende Zwischen
raum (36) leer ist.
11. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
der Zapfen (26) mit dem Kupplungskopf (23) drehfest verbun
den ist.
12. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
der Zapfen (26) ein Gewindezapfen ist und dass der Kupp
lungskopf (23) eine Gewindebohrung (38) enthält.
13. Rotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die das Gewinde des Gewindezapfens (26) eine andere Gängig
keit aufweist wie der Rotor (4).
14. Exzenterschneckenpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass
sie einen Rotor (4) nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche enthält.
15. Exzenterschneckenmotor (51), dadurch gekennzeichnet,
dass er einen Rotor (4) nach einem oder mehreren der vor
hergehenden Ansprüche enthält.
16. Untertagebohrmotor (51), der einen Stator (3) mit ei
nem durchgehenden Innenraum (12) aufweist, in den Leisten
radial vorstehen, dadurch gekennzeichnet, dass er einen
Rotor (4) nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche enthält.
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