EP2998584B1 - Stator für eine Exzenterschneckenpumpe, Exzenterschneckenpumpe und Verfahren zur Herstellung eines Stators - Google Patents

Stator für eine Exzenterschneckenpumpe, Exzenterschneckenpumpe und Verfahren zur Herstellung eines Stators Download PDF

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EP2998584B1
EP2998584B1 EP14184955.4A EP14184955A EP2998584B1 EP 2998584 B1 EP2998584 B1 EP 2998584B1 EP 14184955 A EP14184955 A EP 14184955A EP 2998584 B1 EP2998584 B1 EP 2998584B1
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stator
core
housing
stator core
temperature
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Johann Kreidl
Walter Reisinger
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Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
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3 S Schnecken and Spindeln and Spiralen Bearbeitungsgesellschaft Mbh
Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a stator for an eccentric screw pump, an eccentric screw pump and a method for producing a stator according to the features of the preamble of claims 1, 5 and 7.
  • Eccentric screw pumps are pumps for pumping a large number of media, in particular viscous, highly viscous and abrasive media such as sludges, liquid manure, crude oil and fats.
  • Progressing cavity pumps known from the prior art are formed from a rotor and a stator, the rotor being accommodated in the stator and moving eccentrically in the stator.
  • the stator is formed by a housing with a spiral-shaped inside. From the movement of the rotor and mutual conditioning between the stator and rotor moving conveyor chambers are formed, by means of which liquid media can be transported along the stator.
  • the rotor performs an eccentric rotational movement about the stator axis or about the longitudinal axis of the eccentric screw pump.
  • the outer screw ie the stator
  • the rotor screw is designed to be catchy in this case.
  • Multi-speed versions work on the same kinematic principle.
  • progressing cavity pumps are suitable for conveying water, petroleum and a large number of other liquids.
  • the shape of the delivery chambers is constant during the movement of the rotor within the stator, so that the pumped medium is not crushed.
  • a suitable design not only fluids but also solids can be conveyed with progressing cavity pumps.
  • the rotor is usually made of a highly abrasion resistant material such as steel.
  • the stator for many applications of an elastic material, for example rubber.
  • the elastomer is vulcanized in a designated as a stator jacket tubular metal housing.
  • stators are preferred which have a cylindrical outer shell shape.
  • US 2009/0110578 A1 a split stator having at least two radially separable stator parts. If one of these stator parts removed, then the arranged in the stator rotor and / or the interior of the stator is at least partially accessible.
  • DE 3902740 C2 describes the manufacture of a stator by means of machining.
  • partial segments of the inner hole profile of the stator to be formed are used as outer processing surfaces on rod-like blanks customary machining action.
  • the blanks are then divided in the direction of their longitudinal axes in each case in a predetermined number of sections in such a way that each section has a sub-segment of the inner hole profile, and these sections are then assembled together so that the sub-segments complement each other to the complete inner hole profile of the stator.
  • the object of the invention is to provide a stator for an eccentric screw pump or an eccentric screw pump with a stator, wherein the stator consists of a stator core made of a first temperature-resistant material and is fixed in a stator shell.
  • stator for an eccentric screw pump an eccentric screw pump and a method for producing a stator comprising the features in claims 1, 5 and 7. Further advantageous embodiments are described by the subclaims.
  • the invention relates to a stator for an eccentric screw pump or an eccentric screw pump with a corresponding stator.
  • the stator has an inner cavity with a spiral-shaped inner contour for receiving a rotor.
  • moving conveyor spaces for transporting conveyed material are formed by the movement of the rotor in the inner cavity of the stator between the rotor and the inner contour of the stator.
  • the stator comprises a stator core arranged in a stator jacket.
  • the stator core consists of at least two radially separable core parts.
  • the at least two radially separable core parts each consist of a metallic material or a technical ceramic material, ie of a material which is also resistant to material in a higher temperature range, for example at temperatures around 300 ° C and a enables reliable operation of an eccentric screw pump with such a stator.
  • Technical ceramics are ceramics whose properties have been optimized for technical applications. It differs from the decorative ceramics or dishes, tiles or sanitary objects, among other things, by the purity and the closer tolerated grain size of their starting materials and often by special combustion processes. Depending on the manufacturing process, technical ceramics may have quite different material properties.
  • the stator jacket is formed by a stator tube made of a metallic material and is shrunk onto the stator core.
  • the stator jacket is fixed to the stator core without using an adhesive or the like.
  • the core parts each have a partial inner contour.
  • the partial inner contours of the at least two core parts form the inner contour of the stator core.
  • the correspondingly formed part inner contour is preferably introduced into the respective core part by multi-axis form milling or another suitable method such that the core parts assembled to form the stator core form the inner contour of the stator core.
  • the stator core is divided in a plane comprising the central stator longitudinal axis, that is, the stator core is formed by two equal sized core parts.
  • At least one first core part has at least one positioning pin on a contact surface with the at least one second core part. Furthermore, the at least one second core part has, at a corresponding position of a contact surface with the at least one first core part, at least one corresponding recess for receiving the positioning pin.
  • These positioning means serve in particular for the partial inner contours of the core parts to be associated with one another in such a way that the inner contour of the stator core is formed. It is important that to the Contact areas, the partial inner contours adjacent to each other such that no offset of the partial inner contours is formed against each other, which would interfere with the movement of the rotor.
  • the at least two core parts are joined together in such a way that the at least one positioning pin of the at least one first core part engages in the at least one corresponding recess of the at least one second core part with as little clearance as possible.
  • the stator core composed of at least two core parts before shrinking the stator jacket at an ambient temperature in a temperature range between 5 ° C to 25 ° C in an area of an outer circumferential surface has an outer circumference which is at least slightly greater than the inner circumference of Statormantels at the specified ambient temperature.
  • the invention further relates to a method for producing a stator described above.
  • This is made of a stator core made of a metallic material or a technical ceramic material and a stator shell made of a metallic material.
  • a stator tube forming the stator jacket is shrunk onto the stator core, that is to say the fixing of the stator core in the stator jacket does not require additional connecting and / or adhesive means.
  • the stator core composed of at least two core parts and pinned is cooled to a first temperature.
  • the material from which the stator core is formed contracts, so that the outer circumference of the cooled stator core is smaller than the outer circumference of the stator core at a normal ambient temperature of about 5 ° C to 25 ° C.
  • the outer circumference of the cooled stator core is smaller than the inner circumference of the stator shell at an ambient temperature in the aforementioned temperature range.
  • the cooled stator core is inserted into the stator case, taking care that the radial distance between the stator core and the stator jacket is the same everywhere. Due to the temperature compensation between the stator core and the stator shell and / or by adapting the stator core and stator shell to the ambient temperature, the stator core shrinks into the stator shell.
  • the stator core consisting of at least two composite core parts is cooled to a first temperature.
  • the stator jacket is heated to a second temperature.
  • the material of the stator jacket is selected such that the inner circumference of the stator jacket increases as a result of the heating.
  • the second outer circumference of the cooled stator core is at least slightly smaller than the inner circumference of the heated stator shell.
  • the cooled stator core is inserted into the heated stator shell, taking care that the radial distance between the cooled stator core and the heated stator shell is the same everywhere. Due to the temperature compensation between the cooled stator core and the heated stator jacket and / or by adapting the stator core and stator jacket to the ambient temperature, the stator jacket is shrunk onto the stator core.
  • the stator core is cooled to a first temperature in a first temperature range between -50 ° C and -250 ° C.
  • the stator core is cooled in liquid nitrogen to a first temperature of about -200 ° C.
  • the stator jacket is heated to a second temperature in a second temperature range between 35 ° C and 150 ° C.
  • the method may comprise, as an alternative or in addition to the described features, one or more features and / or properties of the device described above.
  • the device may alternatively or additionally comprise one or more features and / or properties of the described method.
  • the stator according to the invention is particularly suitable for use in progressing cavity pumps for conveying oil-gas-water mixtures at ambient and conveying medium temperatures of more than 150 ° C, for example in boreholes or the like.
  • stator core allows more precise manufacturing. In addition, better with corresponding progressing cavity pumps Efficiencies are achieved because a narrower and more uniform gap between the stator and rotor is possible. In addition, stators made of a metallic material or a technical ceramic have lower wear problems compared to stators with an elastomer core.
  • FIGS. 1A and B show schematic views of the essential components of a stator 1 according to the invention prior to assembly of the stator 1 (see FIG. 2) and FIG. 2 shows a schematic view of a stator 1 produced according to the invention.
  • Figure 1A shows two core parts 3a, 3b, which together form a stator core 2.
  • the stator core 2 has a substantially cylindrical outer jacket 6 is formed.
  • the core parts 3a, 3b each have a partial contour 8a, 8b, which form the inner contour 7 of the stator 1 after the combination of the core parts 3a, 3b (see FIG FIG. 2 ).
  • the partial contours 8a, 8b are manufactured by multi-axis form milling with high precision. It is important here that the two core parts 3a, 3b have a common reference point.
  • the one core part 3a comprises at its contact surfaces 5a to the second core part 3b two dowel pins 9-1, 9-2 and the second core part 3b has at corresponding positions of its contact surfaces 5b to the first core part 3a two pin receptacles 10-1, 10-2.
  • the two core parts 3a, 3b are joined together and pinned together by means of the dowel pins 9-1, 9-2 and pin receptacles 10-1, 10-2 in position.
  • FIG. 1B shows a stator shell 4, for example a steel pipe.
  • the core parts 3a, 3b are made oversized, that is, the pinned core parts 3a, 3b form a stator core 2, which has an outer circumference in the uninstalled state, which is greater than the inner circumference of the tubular stator shell 4th
  • FIG. 3 schematically show the method steps for producing a stator 1 according to the invention.
  • the components of the stator in particular the stator core 2 composed of at least two core parts 3 and the stator jacket 4, have the ambient temperature T (U) (cf. FIG. 3A ).
  • a first method step I the pinned stator core 2 is cooled by removing Q1 from this heat, whereby the stator core is cooled to a first temperature T (1) which is below the ambient temperature T (U).
  • T (1) which is below the ambient temperature T (U).
  • the pinned stator core 2 is cooled by means of liquid nitrogen to about -200 ° C.
  • the material constituting the core parts 3 of the stator core 2 contracts, so that the outer circumference of the stator core 2 T (1) cooled to the first temperature T (1) is smaller than the outer circumference of the stator core 2 Stator core 2 at normal ambient temperature T (U).
  • stator jacket 4 is heated by supplying heat Q2 to a second temperature T (2).
  • the stator shell 4 expands.
  • the material of the stator jacket 4 is selected such that the inner circumference of the stator jacket 4 is increased by the heating.
  • the outer periphery of the first temperature T (1) cooled stator core 2 T (1) is less than the inner circumference of the heated stator casing 4 T (2).
  • stator core 2 T (1) is inserted into the stator jacket 4 T (2) (see FIG. 4C) and positioned, whereby it is ensured that the radial distance between stator core 2 T (1) and stator jacket 4 T (2) is the same everywhere
  • a continuous heat exchange between stator core 2 and stator shell 4 leads to a temperature compensation between the stator core 2 and the stator shell 4, as a result of which the stator shell 4 shrinks onto the stator core 2.
  • a permanently fixed connection between the stator core 2 and the stator shell 4 is thus produced.
  • This permanent solid compound is particularly in the temperature fluctuations between 15 ° C to 300 ° C during operation of an eccentric screw pump with a stator 1 resistant because no adhesives are used, which can cause problems at high temperatures.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine Exzenterschneckenpumpe, eine Exzenterschneckenpumpe und ein Verfahren zur Herstellung eines Stators gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes der Ansprüche 1, 5 und 7.
    • Stand der Technik
  • Exzenterschneckenpumpen sind Pumpen zur Förderung einer Vielzahl von Medien, insbesondere von dickflüssigen, hochviskosen und abrasiven Medien wie zum Beispiel Schlämmen, Gülle, Erdöl und Fetten. Aus dem Stand der Technik bekannte Exzenterschneckenpumpen sind aus einem Rotor und einem Stator gebildet, wobei der Rotor im Stator aufgenommen ist und sich im Stator exzentrisch bewegt. Der Stator wird durch ein Gehäuse mit einer schneckenförmig gewendelten Innenseite gebildet. Aus der Bewegung des Rotors und gegenseitiger Anlage werden zwischen Stator und Rotor wandernde Förderräume gebildet, vermittels welchen flüssige Medien entlang des Stators transportiert werden können. Der Rotor vollführt dabei eine exzentrische Drehbewegung um die Statorachse beziehungsweise um die Längsachse der Exzenterschneckenpumpe. Die äußere Schnecke, d.h. der Stator, hat in der gängigsten Ausführung die Form eines zweigängigen Gewindes, während die Rotorschnecke in diesem Fall eingängig ausgebildet ist. Mehrgängige Ausführungen funktionieren nach demselben kinematischen Prinzip. Beispielsweise eignen sich Exzenterschneckenpumpen zum Fördern von Wasser, Erdölen und einer Vielzahl weiterer Flüssigkeiten. Die Form der Förderräume ist bei der Bewegung des Rotors innerhalb des Stators konstant, so dass das Fördermedium nicht gequetscht wird. Bei passender Auslegung können mit Exzenterschneckenpumpen nicht nur Fluide, sondern auch Festkörper gefördert werden.
  • Der Rotor besteht üblicherweise aus einem hoch abriebfesten Material wie zum Beispiel Stahl. Der Stator besteht hingegen für viele Anwendungen aus einem elastischen Material, zum Beispiel Gummi. Für viele Anwendungen ist das Elastomer in einem als Statormantel bezeichneten rohrförmigen Metallgehäuse einvulkanisiert.
  • Derartig ausgebildete Pumpen arbeiten vollständig zufriedenstellend bei Anwendungen, in denen Temperaturen von 140°C nicht überschritten werden. Bei höheren Temperaturen können Statoren aus Elastomer nicht mehr verwendet werden. Zum einen hält das Elastomermaterial diesen Temperaturen nicht stand. Zum anderen erfordern die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Stahl und Elastomer Rotoren mit Untermaß, das heißt der maximale Außendurchmesser des Rotors ist geringer als der Innendurchmesser des Stators. Dadurch wird der Rotor nicht zu fest in dem Stator gehalten und die Pumpe kann somit immer ordentlich arbeiten.
  • Um diese Nachteile zu überwinden, beschreibt US 6082980 eine Exzenterschneckenpumpe, bei der Rotor und der Stator jeweils aus Materialien bestehen, die Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, so dass Temperaturänderungen in einem Temperaturbereich zwischen 5°C und 300°C jeweils entsprechende Materialausdehnungen an Stator und Rotor bewirken, wobei ein weitgehend konstanter Abstand zwischen dem Rotor und dem Stator gehalten wird.
  • Für viele Anwendungen werden Statoren bevorzugt, die eine zylindrische Außenmantelform aufweisen. Eine Herstellung analog zur Herstellung eines Elastomerkerns mit zylindrischer Außenmantelform, der anschließend in einen Stahlmantel o.ä. eingeschoben und verklebt oder anderweitig fixiert wird, ist denkbar. Weiterhin beschreibt US 2009/0110578 A1 einen geteilten Stator, der mindestens zwei radial auftrennbare Statorteile aufweist. Wird einer dieser Statorteile entfernt, dann ist der im Stator angeordnete Rotor und / oder der Innenraum des Stators zumindest teilweise zugänglich.
  • DE 3902740 C2 beschreibt die Herstellung eines Stators mittels zerspanender Bearbeitung. Hierbei werden an stangenartigen Rohlingen jeweils Teilsegmente des zu bildenden Innenlochprofils des Stators als äußere Bearbeitungsflächen mittels üblicher spangebender Bearbeitung erzeugt. Die Rohlinge werden sodann in Richtung ihrer Längsachsen jeweils in eine vorgegebene Anzahl von Teilstücken in der Weise zerteilt, dass jedes Teilstück ein Teilsegment des Innenlochprofils aufweist, und diese Teilstücke werden anschließend so miteinander zusammengesetzt, dass sich die Teilsegmente zu dem kompletten Innenlochprofil des Stators ergänzen.
  • Aufgabe der Erfindung ist, einen Stator für eine Exzenterschneckenpumpe beziehungsweise eine Exzenterschneckenpumpe mit einem Stator bereitzustellen, wobei der Stator aus einem Statorkern aus einem ersten temperaturbeständigen Material besteht und in einem Statormantel fixiert ist.
  • Die obige Aufgabe wird durch einen Stator für eine Exzenterschneckenpumpe, eine Exzenterschneckenpumpe und ein Verfahren zur Herstellung eines Stators gelöst, die die Merkmale in den Patentansprüchen 1, 5 und 7 umfassen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
    • Beschreibung
  • Die Erfindung betrifft einen Stator für eine Exzenterschneckenpumpe beziehungsweise eine Exzenterschneckenpumpe mit einem entsprechenden Stator. Der Stator weist einen inneren Hohlraum mit einer schneckenförmig gewendelten Innenkontur zur Aufnahme eines Rotors auf. Im Betrieb der Exzenterschneckenpumpe werden durch die Bewegung des Rotors im inneren Hohlraum des Stators zwischen dem Rotor und der Innenkontur des Stators wandernde Förderräume zum Transport von Fördergut ausgebildet.
  • Der Stator umfasst einen in einem Statormantel angeordneten Statorkern. Der Statorkern besteht aus mindestens zwei radial trennbaren Kernteilen.
  • Erfindungsgemäß bestehen die mindestens zwei radial trennbaren Kernteile jeweils aus einem metallischen Werkstoff oder einem technischen Keramikwerkstoff, d.h aus einem Werkstoff, der auch in einem höheren Temperaturbereich, beispielsweise bei Temperaturen um 300°C materialbeständig ist und ein zuverlässiges Arbeiten einer Exzenterschneckenpumpe mit einem solchen Stator ermöglicht. Als technische Keramik werden Keramikwerkstoffe bezeichnet, die in ihren Eigenschaften auf technische Anwendungen hin optimiert wurden. Sie unterscheidet sich von den dekorativ eingesetzten Keramiken oder Geschirr, Fliesen oder Sanitärobjekten u.a. durch die Reinheit und die enger tolerierte Korngröße ihrer Ausgangsstoffe sowie oft durch spezielle Brennverfahren. Abhängig vom Herstellungsverfahren kann technische Keramik recht unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen.
  • Der Statormantel wird durch ein Statorrohr aus einem metallischen Werkstoff gebildet und ist auf den Statorkern aufgeschrumpft. Insbesondere erfolgt eine Fixierung des Statormantels am Statorkern ohne Verwendung eines Klebemittels oder Ähnlichem.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Kernteile jeweils eine Teilinnenkontur auf. Im zusammengesetzten Statorkern bilden die Teilinnenkonturen der mindestens zwei Kernteile die Innenkontur des Statorkerns aus. Die entsprechend ausgebildete Teilinnenkontur wird in den jeweiligen Kernteil vorzugsweise durch mehrachsiges Formfräsen oder ein anderes geeignetes Verfahren derart eingebracht, dass die zu dem Statorkern zusammengesetzten Kernteile die Innenkontur des Statorkerns ausbilden.
  • Vorzugsweise ist der Statorkern in einer die zentrale Statorlängsachse umfassenden Ebene geteilt, das heißt der Statorkern wird durch zwei gleich große Kernteile gebildet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist mindestens ein erster Kernteil auf einer Kontaktfläche zu dem mindestens einen zweiten Kernteil mindestens einen Positionierstift auf. Weiterhin weist der mindestens eine zweite Kernteil an einer korrespondierenden Position einer Kontaktfläche zu dem mindestens einen ersten Kernteil mindestens eine korrespondierende Vertiefung zur Aufnahme des Positionierstifts auf. Diese Positioniermittel dienen insbesondere dazu, dass die Teilinnenkonturen der Kernteile derart einander zugeordnet werden, dass die Innenkontur des Statorkerns ausgebildet wird. Wichtig ist hierbei, dass an den Kontaktbereichen die Teilinnenkonturen derart aneinandergrenzen, dass kein Versatz der Teilinnenkonturen gegeneinander ausgebildet ist, der die Bewegung des Rotors stören würde. Insbesondere werden die mindestens zwei Kernteile derart zusammengefügt, dass der mindestens eine Positionierstift des mindestens einen ersten Kernteils in die mindestens eine korrespondierende Vertiefung des mindestens einen zweiten Kernteils formschlüssig möglichst spielfrei eingreift.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der aus mindestens zwei Kernteilen zusammengesetzte Statorkern vor dem Aufschrumpfen des Statormantels bei einer Umgebungstemperatur in einem Temperaturbereich zwischen 5°C bis 25°C in einem Bereich einer Außenmantelfläche einen Außenumfang auf, der zumindest geringfügig größer ist als der Innenumfang des Statormantels bei der genannten Umgebungstemperatur.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebenen Stators. Dieser wird aus einem Statorkern aus einem metallischen Werkstoff oder einem technischen Keramikwerkstoff und einem Statormantel aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Ein den Statormantel bildendes Statorrohr wird auf den Statorkern aufgeschrumpft, das heißt die Fixierung des Statorkerns im Statormantel benötigt keine zusätzlichen Verbindungs- und / oder Klebemittel.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der aus mindestens zwei Kernteilen zusammengesetzte und verstiftete Statorkern auf eine erste Temperatur abgekühlt. Durch das Abkühlen des Statorkerns zieht sich das Material, aus dem der Statorkern gebildet wird zusammen, so dass der Außenumfang des abgekühlten Statorkerns geringer ist als der Außenumfang des Statorkerns bei normaler Umgebungstemperatur von ca. 5°C bis 25°C. Insbesondere ist der Außenumfang des abgekühlten Statorkerns geringer als der Innenumfang des Statormantels bei einer Umgebungstemperatur in dem genannten Temperaturbereich. Der abgekühlte Statorkern wird in den Statormantel eingeschoben, wobei darauf geachtet wird, dass der Radialabstand zwischen Statorkern und Statormantel überall gleich ist. Durch den Temperaturausgleich zwischen dem Statorkern und dem Statormantel und / oder durch das Anpassen von Statorkern und Statormantel an die Umgebungstemperatur wird der Statorkern in den Statormantel einschrumpft.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der aus mindestens zwei zusammengesetzten Kernteilen bestehende Statorkern auf eine erste Temperatur abgekühlt. Parallel dazu wird der Statormantel auf eine zweite Temperatur erwärmt. Durch das Erwärmen dehnt sich der Statormantel aus. Insbesondere ist das Material des Statormantels derart gewählt, dass sich der Innenumfang des Statormantels durch das Erwärmen vergrößert. Der zweite Außenumfang des abgekühlten Statorkern ist zumindest geringfügig geringer als der Innenumfang des erwärmten Statormantels. Der abgekühlte Statorkern wird in den erwärmten Statormantel eingeschoben, wobei darauf geachtet wird, dass der Radialabstand zwischen dem abgekühlten Statorkern und dem erwärmten Statormantel überall gleich ist. Durch den Temperaturausgleich zwischen dem abgekühlten Statorkern und dem erwärmten Statormantel und / oder durch das Anpassen von Statorkern und Statormantel an die Umgebungstemperatur wird der Statormantel auf den Statorkern aufgeschrumpft.
  • Vorzugsweise wird der Statorkern auf eine erste Temperatur in einem ersten Temperaturbereich zwischen -50°C und -250°C abgekühlt. Beispielsweise wird der Statorkern in flüssigem Stickstoff auf eine erste Temperatur von ca. -200°C abgekühlt. Der Statormantel wird beispielsweise auf eine zweite Temperatur in einem zweiten Temperaturbereich zwischen 35°C und 150°C erwärmt.
  • Das Verfahren kann alternativ oder zusätzlich zu den beschriebenen Merkmalen ein oder mehrere Merkmale und / oder Eigenschaften der zuvor beschriebenen Vorrichtung umfassen. Ebenfalls kann die Vorrichtung alternativ oder zusätzlich einzelne oder mehrere Merkmale und / oder Eigenschaften des beschriebenen Verfahrens aufweisen.
  • Der erfindungsgemäße Stator ist insbesondere für die Verwendung in Exzenterschneckenpumpen zur Förderung von Öl- Gas- Wasser- Gemischen bei Umgebungs- und Fördermediumtemperaturen von mehr als 150°C, beispielsweise in Bohrlöchern oder Ähnlichem geeignet.
  • Durch die geteilte Ausführung des Statorkerns ist eine präzisere Fertigung möglich. Zudem können mit entsprechenden Exzenterschneckenpumpen bessere Wirkungsgrade erzielt werden, da ein engerer und gleichmäßigerer Spalt zwischen Stator und Rotor möglich ist. Zudem haben Statoren aus einem metallischen Werkstoff oder einer technischen Keramik geringere Verschleißprobleme im Vergleich zu Statoren mit einem Elastomerkern.
    • Figurenbeschreibung
  • Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
    • Figuren 1 zeigen schematische Ansichten der wesentlichen Bestandteile eines erfindungsgemäßen Stators vor dem Zusammenbau des Stators.
    • Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäß hergestellten Stators.
    • Figuren 3 zeigen schematisch die Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stators.
  • Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
  • Figuren 1A und B zeigen schematische Ansichten der wesentlichen Bestandteile eines erfindungsgemäßen Stators 1 vor dem Zusammenbau des Stators 1 (vergleiche Figur 2) und Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäß hergestellten Stators 1. Figur 1A zeigt zwei Kernteile 3a, 3b, die zusammen einen Statorkern 2 bilden. Der Statorkern 2 hat einen im Wesentlichen zylindrischen Außenmantel 6 ausgebildet. Die Kernteile 3a, 3b haben jeweils eine Teilkontur 8a, 8b ausgebildet, die nach dem Zusammenfassen der Kernteile 3a, 3b die Innenkontur 7 des Stators 1 ausbilden (vergleiche Figur 2). Die Teilkonturen 8a, 8b werden durch mehrachsiges Formfräsen mit hoher Präzision gefertigt. Wichtig ist hierbei dass die beiden Kernteile 3a, 3b einen gemeinsamen Bezugspunkt haben. Das eine Kernteil 3a umfasst an seinen Kontaktflächen 5a zum zweiten Kernteil 3b zwei Passstifte 9-1, 9-2 und das zweite Kernteil 3b weist an korrespondierenden Positionen seiner Kontaktflächen 5b zum ersten Kernteil 3a zwei Stiftaufnahmen 10-1, 10-2 auf. Die beiden Kernteile 3a, 3b werden zusammengefügt und mit Hilfe der Passstifte 9-1, 9-2 und Stiftaufnahmen 10-1, 10-2 miteinander auf Position verstiftet.
  • Figur 1B zeigt einen Statormantel 4, beispielsweise ein Stahlrohr. Vorzugsweise werden die Kernteile 3a, 3b auf Übermaß gefertigt, das heißt die verstifteten Kernteile 3a, 3b bilden einen Statorkern 2, der im unverbauten Zustand einen Außenumfang aufweist, der größer ist als der Innenumfang des rohrförmigen Statormantels 4.
  • Figuren 3 zeigen schematisch die Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stators 1. Zu Beginn weisen die Bestandteile des Stators, insbesondere der aus mindestens zwei Kernteilen 3 zusammengesetzte und verstiftete Statorkern 2 und der Statormantel 4, die Umgebungstemperatur T(U) auf (vergleiche Figur 3A).
  • In einem ersten Verfahrensschritt I wird der verstiftete Statorkern 2 abgekühlt, indem diesem Wärme Q1 entzogen wird, wodurch der Statorkern auf eine erste Temperatur T(1), die unterhalb der Umgebungstemperatur T(U) liegt, abgekühlt wird. Beispielsweise wird der verstiftete Statorkern 2 mittels flüssigen Stickstoffs auf ca. -200°C abgekühlt. Durch das Abkühlen des Statorkerns 2 zieht sich das Material, aus dem die Kernteile 3 des Statorkern 2 gebildet sind, zusammen, so dass der Außenumfang des auf die erste Temperatur T(1) abgekühlten Statorkerns 2T(1) geringer ist als der Außenumfang des Statorkerns 2 bei normaler Umgebungstemperatur T(U).
  • Parallel dazu wird der Statormantel 4 durch Zuführung von Wärme Q2 auf eine zweite Temperatur T(2) erwärmt. Durch das Erwärmen dehnt sich der Statormantel 4 aus. Insbesondere ist das Material des Statormantels 4 derart gewählt, dass sich der Innenumfang des Statormantels 4 durch das Erwärmen erhöht.
  • Insbesondere ist der Außenumfang des auf die erste Temperatur T(1) abgekühlten Statorkerns 2T(1) geringer als der Innenumfang des erwärmten Statormantels 4T(2).
  • In einem zweiten Verfahrensschritt II wird der abgekühlte Statorkern 2T(1) in den Statormantel 4T(2) eingeschoben (vergleiche Figur 4C) und positioniert, wobei darauf geachtet wird, dass der Radialabstand zwischen Statorkern 2T(1) und Statormantel 4T(2) überall gleich ist
  • In einem dritten Verfahrensschritt III führt ein kontinuierlicher Wärmeaustausch zwischen Statorkern 2 und Statormantel 4 zu einem Temperaturausgleich zwischen dem Statorkern 2 und dem Statormantel 4, wodurch der Statormantel 4 auf den Statorkern 2 aufschrumpft. In dem dadurch hergestellten Stator 1 ist damit eine dauerhaft feste Verbindung zwischen Statorkern 2 und dem Statormantel 4 hergestellt.
  • Diese dauerhaft feste Verbindung ist insbesondere bei den Temperaturschwankungen zwischen 15°C bis 300°C im laufenden Betrieb einer Exzenterschneckenpumpe mit einem Stator 1 beständig, da keine Klebemittel verwendet werden, die bei hohen Temperaturen Probleme bereiten können.
  • Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Stator
    2
    Statorkern
    3
    Kernteil
    4
    Statormantel
    5
    Kontaktfläche
    6
    Außenmantel
    7
    Innenkontur
    8
    Teilkontur
    9
    Passstift
    10
    Stiftaufnahme
    I,II,III
    Verfahrensschritte

Claims (14)

  1. Stator (1) für eine Exzenterschneckenpumpe mit einem inneren Hohlraum mit einer schneckenförmig gewendelten Innenkontur (7) zur Aufnahme eines Rotors, wobei der Stator (1) einen in einem Statormantel (4) angeordneten Statorkern (2) umfasst, wobei der Statorkern (2) aus mindestens zwei radial trennbaren Kernteilen (3a, 3b) besteht, wobei die mindestens zwei radial trennbaren Kernteile (3a, 3b) jeweils aus einem metallischen Werkstoff oder einem technischen Keramikwerkstoff bestehen, wobei der Statormantel (4) durch ein Statorrohr aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist und dadurch gekennzeichnet, dass der Statormantel (4) auf den Statorkern (2) aufgeschrumpft ist bzw. dass der Statorkern (2) in den Statormantel (4) eingeschrumpft ist.
  2. Stator (1) nach Anspruch 1, wobei die Kernteile (3a, 3b) jeweils eine Teilinnenkontur (8a, 8b) aufweisen, und wobei die Teilinnenkonturen (8a, 8b) der mindestens zwei Kernteile (3a, 3b) im zusammengesetzten Statorkern (2) die Innenkontur (7) des Statorkerns (2) ausbilden.
  3. Stator (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens ein erster Kernteil (3a) auf einer Kontaktfläche (5a) zu mindestens einem zweiten Kernteil (3b) mindestens einen Positionierstift (9-1) aufweist und wobei der mindestens eine zweite Kernteil (3b) an einer korrespondierenden Position einer Kontaktfläche (5b) zu dem mindestens einen ersten Kernteil (3a) mindestens eine korrespondierende Vertiefung (10-1) zur Aufnahme des Positionierstifts (9) aufweist.
  4. Stator (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der aus mindestens zwei Kernteilen (3a, 3b) zusammengesetzte Statorkern (2) vor dem Aufschrumpfen des Statormantels (4) bzw. vor dem Einschrumpfen in den Statormantel (4) bei einer Umgebungstemperatur (T(U)) zwischen 5°C bis 25°C einen Außenumfang aufweist, der zumindest geringfügig größer ist als der Innenumfang des Statormantels (4) bei einer Umgebungstemperatur (T(U)) zwischen 5°C bis 25°C.
  5. Exzenterschneckenpumpe umfassend einen Stator (1) nach Anspruch 1, wobei durch den Rotor und den Stator (1) im Betrieb der Exzenterschneckenpumpe wandernde Förderräume zum Transport von Fördergut ausgebildet sind.
  6. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 5, umfassend einen Stator (1) nach Anspruch 2 bis 4.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) bestehend aus einem in einem Statormantel (4) angeordneten Statorkern (2), der Statorkern (2) umfassend einen inneren Hohlraum mit einer schneckenförmig gewendelten Innenkontur (7) zur Aufnahme eines Rotors, wobei der Statorkern (2) aus mindestens zwei radial trennbaren Kernteilen (3a, 3b) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei radial trennbaren Kernteile (3a, 3b) des Statorkerns (2) aus einem metallischen Werkstoff oder einem technischen Keramikwerkstoff gefertigt werden, dass der Statormantel (4) als Statorrohr aus einem metallischen Werkstoff gefertigt wird und dass der Statormantel (4) auf den Statorkern (2) aufgeschrumpft wird bzw. dass der Statorkern (2) in den Statormantel (4) eingeschrumpft wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Statorkern (2) aus zwei Kernteilen (3a, 3b) gefertigt wird, die durch eine Ebene durch die zentrale Statorlängsachse aufgeteilt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine entsprechend ausgebildete Teilinnenkontur (8a, 8b) in die jeweiligen Kernteile (3a, 3b) durch mehrachsiges Formfräsen derart eingebracht wird, dass die zu dem Statorkern (2) zusammengesetzten Kernteile (3a, 3b) die Innenkontur (7) des Statorkerns (2) ausbilden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei an mindestens einem ersten Kernteil (3a) auf einer Kontaktfläche (5a) zu mindestens einem zweiten Kernteil (3b) mindestens ein Positionierstift (9-1) angebracht wird und wobei an mindestens einem zweiten Kernteil (3b) an einer korrespondierenden Position einer Kontaktfläche (5b) zu dem mindestens einen ersten Kernteil (3a) mindestens eine korrespondierende Vertiefung (10-1) zur Aufnahme des Positionierstifts (9-1) ausgebildet wird, wobei die mindestens zwei Kernteile (3a, 3b) derart zusammengefügt werden, dass der mindestens eine Positionierstift (9-1) des mindestens einen ersten Kernteils (3a) in die mindestens eine korrespondierende Vertiefung (10-1) des mindestens einen zweiten Kernteils (3b) eingreift.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der aus mindestens zwei Kernteilen (3a, 3b) zusammengesetzte Statorkern (2) vor dem Einschrumpfen in den Statormantel (4) bei einer Umgebungstemperatur (T(U)) zwischen 5°C bis 25°C einen ersten Außenumfang aufweist, der zumindest geringfügig größer ist als der Innenumfang des Statormantels (4) bei einer Umgebungstemperatur (T(U)) zwischen 5°C bis 25°C, wobei der aus mindestens zwei Kernteilen (3a, 3b) zusammengesetzte Statorkern (2) auf eine erste Temperatur (T(1)) abgekühlt wird, wobei der abgekühlte Statorkern (2T(1)) bei der ersten Temperatur (T(1)) einen zweiten Außenumfang aufweist, der zumindest geringfügig geringer ist als der Innenumfang des Statormantels (4), wobei der abgekühlte Statorkern (2T(1)) in den Statormantel (4) eingeschoben wird, so dass der Radialabstand zwischen dem abgekühlten Statorkern (2T(1)) und dem Statormantel (4) überall gleich ist, wobei der Statorkern (2T(1)) durch einen Temperaturausgleich zwischen Statorkern (2T(1)) und Statormantel (4) und / oder durch Anpassen an eine Umgebungstemperatur (T(U)) in den Statormantel (4) einschrumpft.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der aus mindestens zwei Kernteilen (3a, 3b) zusammengesetzte Statorkern (2) vor dem Aufschrumpfen des Statormantels (4) bei einer Umgebungstemperatur (T(U)) zwischen 5°C bis 25°C einen ersten Außenumfang aufweist, der zumindest geringfügig größer ist als der Innenumfang des Statormantels (4) bei einer Umgebungstemperatur (T(U)) zwischen 5°C bis 25°C, wobei der aus mindestens zwei Kernteilen (3a, 3b) zusammengesetzte Statorkern (2) auf eine erste Temperatur (T(1)) abgekühlt wird, und wobei der Statormantel (4) auf eine zweite Temperatur (T(2)) erwärmt wird, wobei der abgekühlte Statorkern (2T(1)) bei der ersten Temperatur (T(1)) einen zweiten Außenumfang aufweist, der zumindest geringfügig geringer ist als der Innenumfang des erwärmten Statormantels (4T(2)), wobei der abgekühlte Statorkern (2T(1)) in den erwärmten Statormantel (4T(2)) eingeschoben wird, so dass der Radialabstand zwischen dem abgekühlten Statorkern (2T(1)) und dem erwärmten Statormantel (4T(2)) überall gleich ist, wobei der Statormantel (4) durch den Temperaturausgleich zwischen Statorkern (2) und Statormantel (4) und / oder durch Abkühlen auf eine Umgebungstemperatur (T(U)) auf den Statorkern (2) aufschrumpft.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Statorkern (2) auf eine erste Temperatur (T(1)) in einem ersten Temperaturbereich zwischen -50°C und -250°C abgekühlt wird und / oder wobei der Statormantel (4) auf eine zweite Temperatur (T(2)) in einem zweiten Temperaturbereich zwischen 35°C und 150°C erwärmt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Statorkern (2) mit flüssigem Stickstoff auf eine erste Temperatur (T(1)) von ca. -200°C abgekühlt wird.
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