[0001] Die Erfindung betrifft einen Stator für eine Ex zenterschneckenmaschine sowie eine mit einem solchen Stator ausgerüstete Exzenterschneckenmaschine. Die Exzenterschne ckenmaschine kann eine Exzenterschnecken-Pumpe oder ein Ex- zenterschnecken-Motor sein, wie sie beispielsweise in Erd öl- oder Erdgas-Bohrvorrichtungen zum Antrieb des Bohrkopfs benutzt werden.

[0002] Exzenterschneckenmaschinen sind grundsätzlich be kannt. Die US 7,192,260 B2 beschreibt dazu einen Stator be stehend aus einem zylindrischen Rohr, das eine Elastome rauskleidung aufweist. Die Elastomerauskleidung schmiegt sich an die Innenseite des zylindrischen Rohrs an und weist innen das Profil eines mehrgängigen Gewindes mit großer Steigung auf. Von dieser Konstruktion ausgehend, schlägt die genannte Schrift vor, das mehrgängige Gewindeprofil in dem außen zylindrischen Rohr auszubilden, sodass die Elastomerauskleidung dann eine konstante Dicke aufweist.

Zur Innenprofilierung des Rohres wird eine elektrochemische Bearbeitung vorgeschlagen.

[0003] Die US 6,881,045 B2 offenbart einen Stator mit einem zylindrischen äußeren Rohr, in dem ein gegossener Einsatz angeordnet ist, der das Gewindeprofil bildet. Der Einsatz ist mit einer Gummiauskleidung versehen, die eine einheitliche Wandstärke aufweist. [0004] Weiter offenbaren die US 5,759,019 und die US 6,183, 226 Bl eine Exzenterschneckenmaschine mit einem zy lindrischen Außenrohr, in dem ein profiliertes Rohr aus fa serverstärktem Kunststoff angeordnet ist. Der Zwischenraum zwischen dem Profilrohr und dem zylindrischen Außenrohr ist mit einem Verbundwerkstoff gefüllt, der das Profilrohr au ßen abstützt. Innen ist das Profilrohr mit Gummi ausgeklei det.

[0005] Ein weiteres Beispiel für eine Exzenterschnecken pumpe und deren Rotor ergibt sich aus der US 8,007,259 B2. Das äußere Statorrohr dieser Pumpe besteht aus verschiede nen Segmenten, die einen Polygonalquerschnitt umgrenzen.

Die Innenauskleidung besteht aus einem elastischen Werk stoff, der das entsprechende Hohlprofil bildet.

[0006] Aus der US 6604 921 Bl ist ein Stator für eine Exzenterschneckenmaschine bekannt, der ein außen zylindri sches und innen profiliertes Rohr aufweist, das innen mit einer Auskleidung versehen ist. Diese weist eine wechselnde Dicke auf.

[0007] Die US 8,944,789 B2 offenbart einen Stator einer Exzenterschneckenmaschine mit einem zylindrischen äußeren Rohr und einer Elastomerauskleidung. Diese ist mit einer Faserverstärkung versehen, die beispielsweise aus Nanotu- bes, Metallfasern, Keramik oder Polymer besteht.

[0008] Die US 10,113,426 B2 beschreibt eine Exzenter schneckenmaschine mit einem profilierten innen und außen mit Gummi umkleideten Rohr, das durch entsprechend profi lierte Elemente zur Stabilisierung an äußeren Spannstangen radial abgestützt ist.

[0009] Die EP 1738 078 Bl offenbart einen segmentweise aufgebauten Stator einer Exzenterschneckenpumpe. Ein Sta- torsegment weist ein profiliertes äußeres Rohr, darin ein profiliertes grob perforiertes Rohr und in diesem ein wei teres feiner perforiertes profiliertes Rohr auf. Die innen vorgesehene Gummiauskleidung durchsetzt die Öffnungen der beiden perforierten Rohre.

[0010] Es hat sich gezeigt, dass jeder dieser Vorschläge mit spezifischen Unzulänglichkeiten einhergeht, sei es ein hoher Produktionsaufwand oder Probleme hinsichtlich der Le bensdauer, zumindest bei bestimmten zum Beispiel mit hoher Belastung einhergehenden Anwendungen.

[0011] Davon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Konzept für eine verbesserte Exzenterschneckenmaschine insbesondere für deren Stator anzugeben.

[0012] Diese Aufgabe wird mit dem Stator nach Anspruch 1 gelöst:

[0013] Der erfindungsgemäße Stator weist ein vorzugswei se aus einem Metall, beispielsweise Stahl, bestehendes Rohr auf, das einen Durchgangskanal aufweist. Das Rohr kann ei nen Kreisquerschnitt, einen nichtkreisförmigen, z.B. poly gonalen Querschnitt, z.B. einen Rechteckquerschnitt, einen quadratischen Querschnitt, einen sechseckquerschnitt, einen Achteckquerschnitt oder einen anderweitigen Querschnitt auf. Das Rohr kann als nahtloses Rohr, als geschweißtes Rohr oder mehrteilig, z.B. aus schalenförmigen Teilen zu sammengesetzt sein. Es kann sich in Längsrichtung erstre ckende Fügestellen aufweisen. Es kann auch in Querrichtung z.B. in Rohrabschnitte unterteilt sein. Im Falle eines nichtkreisförmigen Querschnitts kann dieser entlang der ge samten Länge des Rohrs oder entlang von Abschnitten dessel ben unverdreht oder auch einer Schraubenlinie folgend ver dreht sein. Das Rohr besteht vorzugsweise aus einem Stahl, vorzugsweise einem Chromstahl. [0014] In dem Durchgangskanal des Rohrs ist ein aus Me tall, vorzugsweise aus Stahl, bestehendes Profilrohr ange ordnet, das innen ein mehrgängiges Helix-Profil hat. Bei einer bevorzugten Ausführungsform stützt sich das Pro filrohr z.B. lediglich stellenweise, zum Beispiel entlang äußerer schraubenförmiger Berührungslinien an der Innensei te des äußeren Rohrs ab. Innen ist es mit einer Auskleidung versehen, die beispielsweise aus einem Elastomer besteht. Das Profilrohr besteht vorzugsweise aus Stahl, vorzugsweise einem anderen Stahl als das äußere Rohr, z.B. einem Stahl, dessen Duktilität größer ist, als die des äußeren Rohrs.

Dir Wandstärke des Profilrohrs ist vorzugsweise geringer als die Wandstärke des äußeren Rohrs.

[0015] Mit diesem Grundaufbau lassen sich robuste Stato ren und somit robuste Exzenterschneckenmaschinen mit Statorlängen von bis zu mehreren Metern (beispielsweise 5 m) aufbauen, die auch in Betrieb eine gewisse Flexibilität aufweisen und somit an Bohrgestängen auch für lenkbare Bohrköpfe eingesetzt werden können, bei denen die arbeiten de Exzenterschneckenmaschine bis zu einem gewissen Biegera dius flexibel seitlich verformbar sein muss.

[0016] Das Profilrohr ist entlang der Umfangsrichtung gewellt, wobei es Wellenberge aufweist, die das zylindri sche Rohr innen berühren, sowie Wellentäler, die radial nach innen ragen. Das Profilrohr kann an wenigstens einer Stelle mit dem äußeren Rohr verschweißt oder anderweitig verbunden sein. Durch die eine Verbindungsstelle oder durch die mehreren Verbindungsstellen ist das Profilrohr mit dem äußeren zylindrischen Rohr sowohl drehfest als auch axial unverschiebbar verbunden. Vorzugsweise erstrecken sich die Verbindungen, z.B. Schweißverbindungen, jedoch nicht ent lang der gesamten Länge jedes Wellenbergs des Profilrohrs, sondern sind lediglich an voneinander beabstandeten Stellen angebracht. Insbesondere ist es zweckmäßig, an einem oder den beiden Enden des Profilrohrs Schweißverbindungen mit dem Außenrohr vorzusehen. Z.B. können mehrere Schweißstel len (z.B. Schweißpunkte) an einem oder beiden stirnseitigen Enden des Profilrohrs an dessen radial äußeren Rippen vor gesehen sein, die das Profilrohr mit dem Außenrohr verbin den. Dadurch wird die gewünschte seitliche Flexibilität des Stators ermöglicht, der den Einsatz an lenkbaren Bohrköpfen ermöglicht, die beim Bohren einen Richtungswechsel gestat ten. Es ist aber auch möglich, das Innenrohr lediglich tem porär während des Einbringens und Verfestigens der Füllmas se (z.B. des Elastomers) zu fixieren. Das Profilrohr ist in diesem Fall nur über die Füllmasse mit dem äußeren Rohr verbunden .

[0017] Das Profilrohr ist vorzugsweise mit einer durch gängigen geschlossenen Wandung ausgebildet, d.h., es ist frei von Öffnungen. Das Profilrohr ist vorzugsweise an kei ner Stelle perforiert. Damit wird die Auskleidung gleichmä ßig abgestützt und kann unter Druck nicht radial auswei- chen. Das Profilrohr weist außerdem vorzugsweise über seine gesamte Länge einen konstanten Querschnitt auf. Mit anderen Worten, jeder an einer beliebigen Stelle des Profilrohrs ermittelte Querschnitt lässt sich mit jedem an einer ande ren Stelle des Profilrohrs ermittelten Querschnitt ledig lich durch Verdrehung um seinen Mittelpunkt in Übereinstim mung bringen. Dies gilt insbesondere auch für die beiden Enden des Profilrohrs.

[0018] Vorzugsweise weist die Auskleidung eine konstante Dicke auf. Sie kann aber auch an radial inneren Stellen ei ne größere Dicke aufweisen als an radial äußeren Stellen. Außerdem kann sie an ansteigenden Flanken und an absteigen- den Flanken der Wellen unterschiedliche Dicken aufweisen. Die Auskleidung kann benutzt werden, um infolge von Produk tionstoleranzen auftretende Maßabweichungen des Profilrohrs auszugleichen. Außerdem können gezielte Dickenvariationen vorgesehen werden, um beispielsweise unterschiedlichen Be lastungen an unterschiedlichen Stellen der Auskleidung Rechnung zu tragen. Dies gilt insbesondere für Exzenter schneckenmaschinen mit vorgegebener Laufrichtung. Die Aus kleidung kann aber auch an radial inneren Stellen eine ge ringere Dicke aufweisen als an radial äußeren Stellen. Zu gleich können die Materialdicken an den Flanken untereinan der gleich bemessen sein. Die Materialdicken an den Flanken können mit den Materialdicken an den Inneren Stellen oder alternativ mit den Materialdicken an den äußeren Stellen übereinstimmen. Weiter ist es möglich, die Materialdicken an den Flanken wie schon oben erläutert, unterschiedlich zu gestalten. In einer Variante weist die in Laufrichtung vorn liegende Flanke eine geringere Dicke auf als die in Lauf richtung hinten liegende Flanke. In einer anderen Variante weist die in Laufrichtung vorn liegende Flanke eine größere Dicke auf als die in Laufrichtung hinten liegende Flanke. Die Dicke oder Materialdicke wird jeweils senkrecht zu der Oberfläche der Auskleidung gemessen.

[0019] Zwischen dem Profilrohr und dem Rohr sind Zwi schenräume ausgebildet. Diese können vorzugsweise mit einer Füllmasse gefüllt sein, vorzugsweise einer festen Füllmas se. Die feste Füllmasse kann insbesondere ein Elastomer sein. Dieses ist flexibel, jedoch nicht volumenkompressi- bel. Vorzugsweise ist das zwischen dem Profilrohr und dem Rohr angeordnete Elastomer stoffidentisch mit dem Elastomer der Auskleidung. Dies sichert eine gute Funktion und ermög- licht eine einfache rationelle Herstellung in wenigen Pro zessschritten .

[0020] Die Auskleidung überragt das Profilrohr vorzugs weise axial an einem oder an beiden Enden und geht dort nahtlos in die Elastomerfüllung über, die sich durch die Zwischenräume zwischen Profilrohr erstreckt. An zumindest einem Ende des Profilrohrs, vorzugsweise an beiden Enden desselben, ist somit ein kurzer axialer Abschnitt vorhan den, bei dem die Auskleidung sich ohne Unterstützung des Profilrohrs bis zu dem Rohr erstreckt.

[0021] Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungs formen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Unteransprüchen. Es zeigen:

[0022] Figur 1 den Stator einer Exzenterschneckenma schine, in schematisierter perspektivischer Darstellung,

[0023] Figur 2 einen Querschnitt durch den Stator ge schnitten entlang der Line IIII in Figur 1,

[0024] Figur 3 einen Längsschnitt durch den Stator nach Figur 1 und 2,

[0025] Figur 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Längsschnitt nach Figur 2,

[0026] Figur 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt entsprechend einem Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1,

[0027] Figur 6 den Stator nach Figur 5, im Längs schnitt. [0028] In Figur 1 ist ein Stator 10 einer Exzenterschne ckenmaschine veranschaulicht. Der Stator kann zu einer Ex zenterschneckenpumpe oder einem Exzenterschneckenmotor ge hören. Er weist ein außen vorzugsweise zylindrisches Rohr 11 auf, das an einem oder beiden Enden mit Anschlussmitteln zum Anschluss weiterer Maschinenkomponenten versehen ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dazu an beiden En den jeweils ein konisches Gewinde 12, 13 (siehe auch Figur 3) vorgesehen. Das Rohr 11 weist innen vorzugsweise einen zylindrischen Durchgangskanal mit glatter Wandung auf. Be darfsweise kann die innere Wandung 14 jedoch auch eine Pro filierung aufweisen, beispielsweise Längsrillen oder der gleichen. Das Rohr 11 besteht vorzugsweise aus einem Me tall, wie beispielsweise Stahl. Das Rohr 11 kann ein naht loses Rohr oder auch ein anderweitig erzeugtes Rohr sein.

[0029] In dem Durchgangskanal ist ein Profilrohr 15 an geordnet, das vorzugsweise ebenfalls aus einem Metall, bei spielsweise Stahl besteht. Der Stahl des Profilrohrs 15 ist vorzugsweise duktiler als der Stahl des Rohrs 11. Z.B. Be steht das Rohr 11 aus einem Chromstahl während das Pro filrohr 15 aus einem niedriglegierten Stahl (Baustahl) be stehen kann. Das Profilrohr 15 weist vorzugsweise eine ge ringere Wandstärke auf als das Rohr 11.

[0030] Das Profilrohr 15 ist entsprechend einer mehrgän gigen Helix mit großer Steigung profiliert. Im vorliegenden Beispiel legt das Profilrohr 15 eine 8-gängige Helix fest. Entsprechend weist der Querschnitt nach Figur 2 acht Wel lenberge und acht Wellentäler auf. Mit anderen Worten, das Profilrohr 15 ist in Umfangsrichtung gewellt. Die Wellen berge berühren dabei vorzugsweise die Innenseite 16, d.h., die Wandung des Rohrs 11 oder begrenzen mit dieser einen engen Spalt. [0031] An zumindest einer Stelle 17, vorzugsweise an mehreren Stellen 17, 18, 19, ist das Profilrohr 15 fest mit dem Rohr 11 verbunden. Vorzugsweise ist eine direkte stoff liche Verbindung zwischen dem Rohr 11 und dem Profilrohr 15 vorgesehen, beispielsweise eine Schweißverbindung. Die ein zelnen Verbindungsstellen 17, 18, 19 sind vorzugsweise axi al und/oder in Umfangsrichtung (Drehrichtung bezüglich ei ner Mittelachse 20) voneinander beabstandet. Dadurch ist das Profilrohr 15 axial fest und außerdem drehfest in dem Rohr 11 gesichert, wobei die das Profilrohr 15 und Rohr 11 bestehenden Anordnung eine gewisse Flexibilität hinsicht lich einer Biegung der Gesamtanordnung bewahrt.

[0032] Das Profilrohr 15 ist mit einer Auskleidung 21 versehen, die der Form des Profilrohrs 15 im Wesentlichen folgt. Sie kann gemäß Figur 2 eine im Wesentlichen konstan te gleichbleibende Dicke aufweisen. Vorzugsweise kann sie jedoch auch, wie es aus Figur 3 hervorgeht, an ihren radial innen liegenden Stellen eine größere Dicke aufweisen, wie dies beispielhaft in Figur 3 an den Stellen 22, 23 erkenn bar ist. Mit anderen Worten, die Auskleidung 15 kann an den radial innen liegenden Partien eine größere Dicke aufwei sen, als an den radial außen liegenden Partien. Außerdem kann die Auskleidung 15, wie in Figur 3 angedeutet, an ih ren radial innen liegenden Partien eine Feinstruktur auf weisen, indem dort eine oder mehrere geringfügig nach innen vorspringende Kanten vorgesehen sind, die als Dichtungslip pen 24 wirken.

[0033] Weiter ist es möglich, die Dicke der Auskleidung 15 an jeweils zwei Flanken jedes Gewindegangs unterschied lich zu gestalten. In Figur 2 ist dies exemplarisch veran schaulicht. Beispielsweise kann die Dicke der Auskleidung an einer gegen die Laufrichtung liegenden Flanke 24 von der dicke der Auskleidung an einer in Laufrichtung liegenden Flanke 25 verschieden sein. Damit lassen sich gezielt Ver schleißeigenschaften und Druckfestigkeit der Exzenterschne ckenmaschine steuern.

[0034] Der Stator 10 weist zwischen dem Profilrohr 15 und dem Rohr 11 Zwischenräume 26 auf, die mit einem inkom- pressiblen Stoff, insbesondere einem Elastomer gefüllt sein können. Damit ist das Profilrohr 15 sowohl an seiner Außen seite als auch an seiner Innenseite mit Elastomer verbun den. Der so gebildete Elastomerkörper 27 erstreckt sich vorzugsweise, wie es Figur 3 zeigt, über beide Enden 28, 29 des Profilrohrs 15 axial hinaus, sodass die von der Aus kleidung 21 gebildete Profilierung jenseits der beiden En den 28, 29 ausschließlich von dem Elastomerkörper 27 er bracht wird. Figur 4 veranschaulicht dies anhand des Endes 28 des Stators 10.

[0035] Bei einer abgewandelten Ausführungsform, die in den Figuren 5 und 6 veranschaulicht ist, sind die Zwischen räume 26 leer oder mit einem anderen inkompressiblen Stoff gefüllt. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen festen wenig flexiblen Stoff wie zum Beispiel einem Kunststoff, ein Elastomer, ein Harz, ein Metall, rieselfähige Feststof fe, Beton oder dergleichen.

[0036] Ein erfindungsgemäßer Stator für eine Exzenter schneckenmaschine weist ein Rohr mit einem ersten Quer schnitt und ein darin angeordnetes Profilrohr aus Metall auf mit einem anderen, zweiten Querschnitt. Das Profilrohr trägt innen eine Auskleidung aus einem Elastomer. Vorzugs weise ist der zwischen dem Profilrohr und dem Rohr ausge bildete Zwischenraum mit einem Stoff aus einem Elastomer gefüllt. Dieser Stator zeichnet sich durch gute technische Eigenschaften und einfache Fertigungsmöglichkeit aus. SEITE ABSICHTLICH LEER GELASSEN

Bezugszeichen :

10 Stator

11 Rohr

12, 13 Gewinde

14

15 Profilrohr

16 Innenseite des Rohrs 11

17 - 19 Schweißverbindungen

20 Längsachse

21 Auskleidung

22, 23 Stellen

24, 25 Flanken

26 Zwischenraum

27 Elastomerkörper

28, 29 Enden des Profilrohrs