Die Erfindung betrifft Verdrängerkörper und Gehäuse für Verdrängerpumpen wie einen Drehkolben und ein Pumpengehäuse für eine Drehkolbenpumpe oder einen Rotor und einen Stator für eine Exzenterschneckenpumpe. Weitere Aspekte der Erfindung sind Herstellungsverfahren für diese Bauteile. Drehkolbenpumpen und Exzenterschneckenpumpen zählen zu der Kategorie der Verdrängerpumpen und werden zur Förderung zahlreicher Medientypen eingesetzt, darunter insbesondere auch verschmutzte und feststoffhaltige Medien, die abrasive Partikel in sich führen. Diese Medien können mit Drehkolbenpumpen und Exzenterschneckenpumpen gefördert werden und die Pumpen erreichen hierbei eine gute Standzeit. Es hat sich herbei für bestimmte Medien und insbesondere darin mitgeführte Partikel bewährt, Drehkolben mit einer äußeren Gummischicht und Statoren mit einer inneren Gummiauskleidung einzusetzen, um hierdurch Verschleiß, der sich durch Partikel, die zwischen dem Verdrängerkörper und dem Gehäuse befinden, zu vermeiden oder zumindest zu verringern. In anderen Anwendungen kommen auch Drehkolben und Statoren ohne eine solche Gummibeschichtung zum Einsatz.

Drehkolbenpumpen und Exzenterschneckenpumpen erfordern für eine zuverlässige Betriebsweise über einen langen Zeitraum eine präzise Fertigung einer komplexen geometrischen Kontur des Verdrängerkörpers (Drehkolben, Rotor) und des Gehäuses (Drehkolbenpumpengehäuse, Stator). Zugleich sollen diese Bauteile hohen Betriebskräften widerstehen und sich unter diesen Betriebskräften möglichst wenig verformen/durchbiegen, um einen reibungsarmen und verschleißarmen Betrieb zu gewährleisten. Dieser gewünschten hohen Präzision und Stabilität steht jedoch entgegen, dass eine massive Bauweise, mit der diese hohe Steifigkeit erreichbar wäre, zu hohen Gewichten und einem hohen Materialeinsatz führt, was die Wartung der Pumpe erschwert die Fertigungskosten erhöht und zudem - bei exzentrischen Bewegungen wie beispielsweise bei einer Exzenterschneckenpumpe - zu erheblichen Unwuchtkräften und damit verbundenen Lagerbeanspruchungen führt.

Aus US 10,982,671 B1 ist ein Drehkolben für eine Drehkolbenpumpe vorbekannt, der ein metallisches Gerüst aus mehreren Blechplatten aufweist, das mit einem gummielastischen Material umhüllt wird. Diese Bauweise eines Drehkolbens erlaubt eine signifikante Reduktion des metallischen Anteils eines Drehkolbens und bewahrt zugleich eine gute Adhäsion des gummielastischen Anteils des Drehkolbens an dem metallischen Anteil. Dadurch kann das Gewicht des Drehkolbens reduziert werden, ohne dass hierdurch die Integrität des Drehkolbens sich über die Laufzeit nachteilig verändert und Schichtablösungen stattfinden. Nachteilig an dieser Bauweise ist jedoch die aufwendige Vorfertigung der benötigten metallischen Platten und deren Montage auf der vorgefertigten Nabe. Zudem erfordert diese Herstellungsweise eine sorgfältige Auswahl der Verarbeitungsparameter bei dem Umhüllen mit dem gummielastischen Material, um unerwünschte konkave Oberflächeneinzüge zwischen den metallischen Platten durch Schrumpfung des gummielastischen Materials im Vulkanisationsprozess zu vermeiden. Das Verfahren erfordert daher bei der Umsetzung geplanter Geometrieänderungen am Drehkolben eine aufwendige Umstellung oder Neuanfertigung der Fertigungswerkzeuge und eine sorgfältige Neubestimmung der Fertigungsparameter für das Vulkanisationsverfahren.

Aus EP 2 944 819 B1 ist eine Exzenterschneckenpumpe vorbekannt, bei der die Montage und Wartung des Rotors erleichtert wird, indem ein einseitiges Verschwenken des Stators mit darin angeordnetem Rotor aus einer Einbaulage durch einen schrägen Flansch ermöglicht wird. Der Rotor kann dadurch in vereinfachter Weise axial aus dem Stator herausgezogen werden. Diese Verbesserung zielt darauf ab, den Rotor besser zugänglich und leichter handhabbar zu machen, führt aber nicht zu einer Reduktion der bloßen Masse des Rotors oder Stators zum Zwecke einer Vereinfachung der Handhabung. EP 3 1 12682 B1 beschreibt eine Exzenterschneckenpumpe mit einem hohlen Rotor, durch den ein Befestigungselement zur Befestigung des Rotors an einer Taumelwelle hindurchgeführt wird oder zugänglich gemacht wird. Durch diese Ausgestaltung des Rotors wird das Gewicht des Rotors im Vergleich zu einem massiv ausgeführten Rotor verringert. Jedoch ist die Fertigung eines solchen Rotors aufwendiger, weil die Herstellung einer Bohrung über die gesamte Länge eines solchen Rotors einen zusätzlichen Fertigungsschritt, der zudem aufwendig ist, notwendig macht.

Aus EP 19749244 A1 ist es vorbekannt, einen Rotor mittels eines mehrachsig gesteuerten Fräsverfahrens oder in einem SLS / SLM Verfahren herzustellen oder bei kleineren Exzenterschneckenrotoren mittels Stereolithographie oder 3D - Druck aus Kunststoffmaterial. Diese alternativen Herstellungswege eröffnen zwar im Vergleich zum bis dahin üblichen Wirbelverfahren eine Fertigung eines Rotors mit einer Außengeometrie, die in höherem Maße variabel ausgeführt sein kann als beim Wirbel verfahren. Jedoch sind die so hergestellten Exzenterschneckenrotoren insbesondere hinsichtlich ihrer Oberflächengeometrie vorteilhaft ausgeführt, die Herstellung im SLS / SLM-Verfahren ist aber zeitintensiv und diese Herstellungsweisen eignen sich vornehmlich für kleine Rotoren.

Aus DE 11 2017 000 580 T5 ist ein Rotor zum Einsatz in einem Roots-Kompressor vorbekannt, der in einem 3D-Druck- oder Additiv-Verfahren hergestellt werden soll. Der Rotor ist mit einer reduzierten Trägheit im Hinblick auf das Drehzahländerungsverhalten („Transientverhalten“) einerseits und einem optimierten Wärmeausdehnungsverhalten zur Optimierung des Gerätewirkungsgrades andererseits ausgestattet. Der Rotor soll eine hohle Gitterstruktur aufweisen, sodass ein netzförmiger oder nahezu netzförmiger Rotor entsteht. Nachteilig ist hierbei, dass bei dem in diesem Stand der Technik bevorzugten 3D- Druckverfahren solche Hohlräume nicht im additiven Herstellungsverfahren gasgefüllt hergestellt werden können, sondern nicht-verfestigtes Rohmaterial (Pulver, Flüssigkeit) in dem Hohlraum verbleibt und folglich nachträglich durch geeignete Öffnungen in der Wandung des Hohlraums entfernt werden müssten, wenn der Hohlraum gasgefüllt sein soll. Dies ist aufwendig und gelingt zudem - insbesondere bei zerklüftetetn oder unterteilten Hohlräumen, oftmals nicht vollständig. Der Hohlraum im Rotor soll durch eine erste und eine zweite Rotorendfläche verschlossen werden. Die Rotoren sind für einen Einsatz als synchron geschaltete gegenläufige Rotoren in einem Expander mit einer schräg axial-radialen Durchströmungsrichtung ausgebildet. Nachteilig an dieser Bauweise ist die für viele Anwendungszwecke ungeeignte axial-radiale Durchströmung und die zur Förderung von partikelbeladenen Flüssigkeiten unzureichende Belastbarkeit der Rotoren. Aus EP 1 300 592 A2 ist ein weiteres Rotationsgebläse nach Art eines Roots-Kompressors bekannt, bei dem ein kompressibles Medium, typischerweise Luft durch zwei miteinander kämmende Rotoren verdichtet wird. Nachteilig an dieser Bauweise ist, dass eine für die Förderung inkompressibler Medien benötigte Präzision der Geometrie des Rotors zum Zwecke einer Förderung ohne Leckage des geförderten Mediums nicht erreicht wird.

Aus DE 20 2016 100 894 U1 ist eine Exzenterschneckenpumpe bekannt, bei welcher der Statormantel oder der Rotor als 3D-Druckteile ausgeführt sind. Nachteilig an diesem Herstellungsverfahren ist der langwierige Herstellungsprozess bei diesem Herstellungsverfahren. Vorgeschlagen wird eine aus mehreren scheibenförmigen Segmenten zusammengesetzter Stator. Dieser weist jedoch den Nachteil auf, dass die Montage aufwendig ist und eine Abdichtung der Segmente zueinander gewährleistet sein muss, um unerwünschte Leckagen und Effizienzverluste zu vermeiden.

Aus DE 20 2021 106 537 U1 ist eine Exzenterschneckenpumpe mit einer Statorauskleidung vorbekannt. Die Statorauskleidung stützt sich an einem sie umgebenden Statorgehäuse ab. Diese Abstützung soll eine ortsabhängige Stützwirkung erzeugen, indem die Statorauskleidung aus einer dünnwandigen Hülse und einer Trägerstruktur mit einer an die lokalen Bedürfnisse der Hülse angepassten Stützwirkung aufgebaut wird. Nachteilig an dieser Bauweise ist jedoch zum einen die hohe Empfindlichkeit gegenüber unerwarteten Belastungsspitzen, beispielsweise durch Fremdkörper oder Druckspitzen, welche die dünnwandige Hülsenstruktur irreversibel verformen oder perforieren können. Zum anderen ist die Fertigungsdauer für solcherart ausgebildete Statoren und die notwendige Mehrteiligkeit für eine effiziente Fertigungsweise ungünstig.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Wartungsaufwand an einer Verdrängerpumpe, wie beispielsweise einer Drehkolbenpumpe oder einer Exzenterschneckenpumpe, zu vereinfachen, auch wenn diese große Fördervolumen hat, und hierbei den Fertigungsaufwand zur Herstellung der Verdrängerpumpe nicht maßgeblich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch einen Drehkolben für eine Drehkolbenpumpe gelöst, umfassend o eine Nabenstruktur mit einer Lagerungsumfangsfläche, die sich um eine Rotationsachse des Drehkolbens herum erstreckt, und o zumindest zwei mit der Nabenstruktur verbundene Kolbenflügelstrukturen, wobei die Kolbengrundstruktur aus einem ersten, vorzugsweise metallischen Material ausgebildet ist, und vorzugsweise mit einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material, insbesondere einem Elastomermaterial, radial außen umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer, vorzugsweise jeder Kolbenflügelstruktur jeweils zumindest ein vorzugsweise gasgefüllter Hohlraum ausgebildet ist, der durch eine Kolbenflügelwandung der Kolbengrundstruktur und gegebenenfalls durch eine Außenumfangsfläche der Nabenstruktur umschlossen ist und der frei von Elastomermaterial ist.

Der erfindungsgemäße Drehkolben zeichnet sich durch zumindest jeweils einen Hohlraum aus, der in jeder Kolbenflügelstruktur angeordnet ist. Der Hohlraum kann vorzugsweise gasgefüllt sein. Ein zweiflügeliger Drehkolben weist demnach zumindest zwei solcher gasgefüllter Hohlräume auf, ein drei- oder mehrflügeliger Drehkolben dementsprechend mindestens drei und entsprechend mehr solche gasgefüllten Hohlräume. Die gasgefüllten Hohlräume sind in den Kolbenflügelstrukturen angeordnet und liegen hierdurch exzentrisch und beabstandet zu der Drehachse des Drehkolbens. Jeder Hohlraum wird einerseits durch eine Außenumfangsfläche der Kolbengrundstruktur umschlossen, was typischerweise durch eine Wandung der Kolbenflügelstruktur erfolgt und das Einbringen von gummielastischem Material bei einem etwaigen späteren Beschichtungsvorgang mit einem Elastomer verhindert. Der Hohlraum in jedem Drehkolben kann ein jeweils in sich geschlossener Hohlraum sein, kann aber auch nach radial einwärts offen ausgeführt sein, sodass die gasgefüllten Hohlräume in den einzelnen Kolbenflügelstrukturen miteinander in Fluidverbindung stehen durch einen hohl ausgeführten zentralen Innenraum des Drehkolbens. Insbesondere diese Bauweise ermöglicht es auch, den Drehkolben in einem Gussverfahren herzustellen und hierbei Kerne zu verwenden, die nach dem Gussvorgang zur Rotationsachse hin entfernt werden können, um hierdurch den Hohlraum in der Kolbenflügelstruktur auszubilden.

Der Drehkolben weist weiterhin eine Nabenstruktur mit eine Lagerungsfläche auf. Dies kann im einfachsten Fall durch eine Flanschanschlussfläche ausgebildet sein, mit welcher der Drehkolben an eine Antriebswelle angeschlossen und hierdurch gelagert wird. Die Lagerungsfläche kann auch durch eine zylindrische Innenumfangsfläche gebildet werden, mit welcher der Drehkolben auf einer Außenumfangsfläche einer Welle befestigt werden und so gelagert werden kann.

Ein gegenüber dem Gussverfahren bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des Drehkolbens ist ein additives Herstellungsverfahren, bei dem die Kolbengrundstruktur in einem additiven Herstellungsprozess hergestellt wird. Als additives Herstellungsverfahren wird erfindungsgemäß jedes Verfahren verstanden, bei dem ein Material selektiv punkt-, linien- oder schichtweise aufgetragen und ausgehärtet wird und ein Produkt hierdurch anhand der geometrischen Daten selektiv aufgebaut wird beispielsweise indem das Material in einem schmelzflüssigen Zustand selektiv aufgetragen wird und hiernach erstarrt oder indem das Material in einem pulverförmigen Zustand als homogene Schicht oder auch bereits selektiv aufgebracht wird und durch Aufschmelzen und Erstarren an selektiv ausgewählten Stellen verfestigt und miteinander verbunden wird.. Beispiele hierfürsind ein dreidimensionales Druckverfahren oder ein Schweißauftragsverfahren. Diese Verfahren ermöglichen es, einen Hohlraum unmittelbar im additiven Herstellungsprozess mit einer Wandung zu umschließen und hierdurch auch die gasgefüllten Hohlräume als in sich geschlossene Hohlräume auszubilden. Bei anderen Verfahren, wie beispielsweise Lasersinter- oder Laserschmelzverfahren kann nachträglich unausgehärtetes Pulvermaterial aus einem solchen Hohlraum entfernt werden - oder darin verbleiben. Ein solcher mit losem Pulver gefüllter Hohlraum soll im erfindungsgemäßen Sinn auch als gasgefüllter Hohlraum verstanden werden. Grundsätzlich soll als Hohlraum oder insbesondere gasgefüllter Hohlraum im Sinne der Erfindung ein Volumen verstanden werden, das nicht dazu ausgebildet oder nicht dazu geeignet ist, um mechanische Kräfte aufzunehmen oder zu übertragen.

Demzufolge ist es gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform insbesondere bevorzugt, wenn die Kolbenflügelstruktur teilweise oder vollständig in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt ist, vorzugsweise auf einer Außenumfangsfläche der Nabenstruktur in einer radialen Aufbaurichtung in Bezug auf die Rotationsachse aufgebaut ist. Typische additive Herstellungsverfahren sind beispielsweise Auftragsschweißverfahren, bei denen das Material in Drahtform oder Pulverform zugeführt wird, durch einen Lichtbogen, Laser oder in sonstiger Weise selektiv aufgeschmolzen und hierdurch verfestigt und mit der bereits hergestellten Teilstruktur verbunden wird. Weitere additive Herstellungsverfahren sind dreidimensionale Druckverfahren, mit denen direkt oder indirekt ein Produkt hergestellt wird, beispielsweise in direkter Weise durch Drucken vor aushärtbaren Polymermaterialien oder in indirekter Weise durch Drucken von mit einem Metall- oder Keramikpulver versetzten aushärtbaren Polymerbindermaterialien und nachfolgendem Ausschmelzen des Polymerbinders und Versintern des Metall- und Keramikanteils zum Endprodukt. Weitere additive Herstellungsverfahren, die für die Erfindung in Betracht kommen, sind Lasersinter- oder Laserschmelzverfahren, bei denen ein Produkt schichtweise hergestellt wird, indem aufeinanderfolgend eine Pulverschicht mittels eines Lasers selektiv ausgehärtet und mit einer in der darunterliegenden Pulverschicht zuvor ausgehärteten Struktur verbunden wird und dieser Vorgang wiederholt wird, bis durch aufeinanderfolgendes Aufschichten mehrerer solcher Pulverschichten das Produkt fertiggestellt ist.

Ein wesentlicher Einflussfaktor bei solchen additiven Herstellungsverfahren ist die Aufbaurichtung, entlang derer das Produkt punkt-, schicht- oder bereichsweise aufgebaut wird. Diese Aufbaurichtung wird einerseits durch die Oberflächengeometrie des Produkts beeinflusst, da die Oberfläche nur in einem bestimmten Maximalwinkel zur Aufbaurichtung zur Bildung eines Überhangs liegen darf, denn bei Überschreiten dieses Maximalwinkels ist ein sicherer Aufbau mit Verbindung einer oberen Schicht mit den Strukturen der darunterliegenden Schicht in einer Überhangstruktur nicht mehr sicher gewährleistet. Zum anderen wird die Aufbaurichtung auch durch die Form des Bauraums der jeweils benutzten Fertigungsvorrichtung bestimmt und begrenzt. Erfindungsgemäß ist es einerseits bevorzugt, den Drehkolben in axialer Richtung, das heißt mit einer Aufbaurichtung entlang der Drehachse des Drehkolbens aufzubauen. In diesem Fall kann insbesondere die Länge des Drehkolbens durch entsprechend vertikalen Aufbau in einem Bauraum auf einer horizontal begrenzten Aufbauplattform nahezu unbeschränkt gestaltet werden und ist nur durch die Höhe des Bauraums in vertikaler Richtung beschränkt. Alternativ ist es bevorzugt, die Kolbenflügelstruktur in einer radialen Aufbaurichtung auf einer Außenumfangsfläche der Nabenstruktur aufzubauen. In diesem Fall wird eine Nabenstruktur vorgefertigt, was durch ein konventionelles oder additives Herstellungsverfahren erfolgen kann, beispielsweise in einem spanenden Verarbeitungsverfahren in einem Drehprozess ausgeführt werden kann. Auf der so hergestellten Außenumfangsfläche der Nabenstruktur werden dann in radialer Richtung durch das additive Herstellungsverfahren die Kolbenflügelstrukturen hergestellt. Dies kann erfolgen, indem während des additiven Herstellungsverfahrens die Nabenstruktur um die Rotationsachse des Drehkolbens gedreht wird, um hierdurch einen Bewegungsfreiheitsgrad des additiven Herstellungsverfahrens bereitzustellen und so zu ermöglichen, dass der additive Herstellungsprozess stets auf einer Oberseite in Bezug auf die Schwerkraftrichtung auf der Nabenstruktur ausgeführt werden kann und hierdurch ein unerwünschtes Wegfließen des additiv aufgetragenen Materials vermieden werden kann.

Die erfindungsgemäße Struktur des Drehkolbens zeichnet sich im erstgenannten Fall dadurch aus, dass die Schichten der Kolbenflügelstruktur in axialer Richtung aufeinandergeschichtet sind, wohingegen bei der zweiten Fertigungsweise mit radialer Aufbaurichtung auf der Nabenstruktur die Schichten in radialer Richtung aufeinandergeschichtet sind. Der erfindungsgemäße Drehkolben kann weiter fortgebildet werden durch eine oder mehrere Rippen, die sich durch den Hohlraum erstrecken, wobei sich vorzugsweise durch jeden Hohlraum eine oder mehrere Rippen erstrecken. Solche Rippen können wirksam zu einer Versteifung der Struktur beitragen und dadurch insgesamt eine dünnere Wandstärke bei gleichbleibender Steifigkeit und Festigkeit ermöglichen. Die Rippen können hierbei bevorzugt integral im additiven Herstellungsverfahren des Drehkolbens aufgebaut werden. Die Rippen können den Hohlraum in zwei oder mehr voneinander abgetrennte einzelne Hohlraumabschnitte unterteilen, die miteinander nicht in Fluidverbindung stehen oder können nur teilweise in den Hohlraum hineinragen, sodass der Hohlraum als ein einziger Hohlraum erhalten bleibt.

Noch weiter ist es bevorzugt, wenn die mindestens zwei Kolbenflügelstrukturen in Umfangsrichtung um die Rotationsachse zueinander winkelversetzt angeordnet sind. Jede Kolbenflügelstruktur weist einen Kolbenflügelfuß und einen radial auswärts zu diesem angeordneten Kolbenflügelkopf auf, dazwischen kann noch ein Kolbenflügelhals angeordnet sein. Der Kolbenflügelfuß, der bevorzugt benachbart zu der Umfangsfläche angeordnet ist, weist eine in radialer Richtung mittig angeordnete Flügelfußbreite, die sich in Umfangsrichtung um die Rotationsachse erstreckt, auf. Kolbenflügelkopf und Kolbenflügelhals weisen entsprechend jeweils radial mittig eine Flügelkopfbreite und eine Flügelhalsbreite in Umfangsrichtung um die Rotationsachse auf. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Kolbenflügelstrukturen vorhanden, die zueinander winkelversetzt sind, beispielsweise bei genau zwei Kolbenflügelstrukturen um 180° winkelversetzt, bevorzugt sind die mehreren Kolbenflügelstrukturen gleichmäßig über den Umfang des Drehkolbens verteilt. Grundsätzlich kann die Flügelkopfbreite kleiner als die Flügelhalsbreite und die Flügelfußbreite sein und die Flügelhalsbreite kann kleiner oder gleich der Flügelfußbreite sein, sodass sich eine einem Haus mit Satteldach entsprechende Geometrie der Flügelstruktur ergibt. In anderen Ausgestaltungen kann auch die Flügelhalsbreite kleiner sein als die Flügelfußbreite und die Flügelkopfbreite, sodass sich eine eingeschnürte Form, ähnlich eines Sanduhrquerschnitts, ergibt. Hierdurch ergibt sich eine Einschnürung im Bereich des Kolbenflügelhalses, die ebenfalls vorteilhaft die Geometrie eines Kolbenflügels für einen Drehkolben wiedergibt und demzufolge es ermöglicht, dass der Drehkolben besonders leicht, mit einem großen Hohlraum im Kolbenflügel und mit einer der gewünschten Geometrie des Drehkolbens bereits gut angenäherten oder finalen Außengeometrie bzw. einer Außengeometrie, die mit einer Elastomerschicht mit konstanter Schichtdicke beschichtet werden kann, ausgeführt ist. Dieser geometrische Aufbau ermöglicht insbesondere eine effiziente Fertigung im Schweißauftragsverfahren auf einer Umfangsfläche der vorgefertigten Nabenstruktur, ohne dass hierbei Überhänge oder Aufbauwinkel entstehen, die nicht herzustellen sind oder die hinsichtlich der Fertigungsparameter besonderes empfindlich sind. Noch weiter ist es bevorzugt, wenn die Hohlraumbreiten in Kolbenflügelkopf, Kolbenflügelhals und Kolbenflügelfuß entsprechend der Flügelkopf-, Flügelhals- und Flügelfußbreite ausgebildet sind und somit eine gleichmäßige Wandstärke und gute Hohlraumausnutzung mit einer Maximierung des Hohlraumvolumens erreicht wird.

Bei den vorstehenden Ausführungsformen ist grundsätzlich zu verstehen, dass bei einem Kolbenflügel, der aus Kolbenflügelkopf und Kolbenflügelfuß besteht, diese beiden Abschnitte jeweils die Hälfte der radialen Gesamthöhe des Kolbenflügels einnehmen und die Kopfbreite bzw. die Fußbreite jeweils in der Mitte des Kolbenkopfes bzw. des Kolbenfußes gemessen wird, also in radialer Richtung bei 1/4 bzw. 3/4 der radialen Höhe des Kolbenflügels. Setzt sich der Kolbenflügel aus einem Kolbenflügelkopf, Kolbenflügelhals und Kolbenflügelfuß zusammen, so ist dies so zu verstehen, dass jeder dieser drei Abschnitte jeweils 1/3 der Gesamthöhe des Kolbenflügels in radialer Richtung einnehmen und die jeweilige Breite des jeweiligen Abschnitts in der Mitte des Abschnitts gemessen wird, also bei 1/6, 3/6 und 5/6 der radialen Höhe des Kolbenflügels.

Es ist weiter bevorzugt, wenn jede der mindestens zwei Kolbenflügelstrukturen eine Kolbenflügelwandung aufweist, die vorzugsweise den Hohlraum in der Kolbenflügelstruktur umschließt, und eine Mehrzahl von auf der Kolbenflügelwandung außerhalb des Hohlraums angeordnete Aufbaurippen aufweist, die vorzugsweise in einem bzw. dem additiven Herstellungsverfahren hergestellt sind. Gemäß dieser Ausführungsform weisen die Kolbenflügelstrukturen außen, also außerhalb des Hohlraums, angeordnete Aufbaurippen auf, die geometrisch unabhängig von etwaigen Rippen im Hohlraum ausgebildet sein können. Diese Aufbaurippen dienen dazu, durch ihre Außenkontur eine umhüllende Kontur des Drehkolbens herzustellen, die eine gute Haftung eines nachträglich aufgetragenen Umhüllungsmaterials wie eines gummielastischen Materials erzielt.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Aufbaurippen eine oder mehrere Umfangsrippen umfasst, die sich im Wesentlichen entlang einer Umfangsrichtung in Bezug auf die Rotationsachse über die Kolbenflügelwandung erstrecken und die vorzugsweise parallel zueinander verlaufen und/oder eine oder mehrere Axialrippen umfasst, die sich im Wesentlichen entlang einer axialen Richtung in Bezug auf die Rotationsachse erstrecken. Die Aufbaurippen können gemäß dieser Ausgestaltung in Umfangsrichtung oder in axialer Richtung in Bezug auf die Rotationsachse des Drehkolbens verlaufen oder es können sowohl Aufbaurippen in axialer als auch Aufbaurippen in Umfangsrichtung vorgesehen sein. Durch diese Anordnung wird eine wirksame formschlüssige Abstützung und adäsive Haftung eines gummielastischen Materials, mit dem der Kolben beschichtet wird, auf der Kolbenflügelstruktur erreicht und hierdurch eine Delamination der Gummibeschichtung auch bei hohen Belastungen und Kräften auf die Schnittstelle zwischen der Kolbenflügelstruktur und dem gummielastischen Material vermieden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung gelöst durch einen Drehkolben für eine Drehkolbenpumpe, umfassend eine Kolbengrundstruktur, umfassend o eine Nabenstruktur mit einer Lagerungsumfangsfläche, die sich um eine Rotationsachse des Drehkolbens herum erstreckt, und o zumindest zwei mit der Nabenstruktur verbundene Kolbenflügelstrukturen, wobei die Kolbengrundstruktur aus einem ersten, vorzugsweise metallischen Material ausgebildet ist und vorzugsweise mit einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material, insbesondere einem Elastomermaterial, radial außen umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbengrundstruktur teilweise oder vollständig in einem additiven Herstellungsverfahren, insbesondere einem draht- oder pulvergestützten Schweißauftragsverfahren hergestellt ist, und o die zumindest zwei Kolbenflügelstrukturen sich in radialer Richtung erstrecken und in Umfangsrichtung in Bezug auf die Rotationsachse voneinander beabstandet sind, wobei das zweite Material einen Untermaßabschlag der Kolbengrundstruktur auffüllt und eine Außengeometrie aufweist, die einer Sollgeometrie des Drehkolbens entspricht.

Gemäß dieser Ausführungsform weist der Drehkolben eine Kolbengrundstruktur auf, die in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt ist und die einen Untermaßabschlag aufweist, also eine Außengeometrie, die nicht der final angestrebten Außensollgeometrie des Drehkolbens entspricht. Diese Kolbengrundstruktur weist zumindest zwei Kolbenflügelstrukturen auf, vorzugsweise drei, vier oder mehr Kolbenflügelstrukturen, die gleichmäßig über den Umfang des Drehkolbens verteilt sind. Bevorzugt ist vorgesehen, dass jede Kolbenflügelstruktur eine erste Querschnittsfläche, die in einer ersten Tangentialebene zu einer ersten Zylinderfläche um die Rotationsachse liegt und eine zweite Querschnittsfläche aufweist, die in einer zweiten Tangentialebene zu einer zweiten Zylinderfläche um die Rotationsachse liegt, wobei die zweite Zylinderfläche radial auswärts von der ersten Zylinderfläche liegt und kleiner ist als die erste Querschnittsfläche. Der Untermaßabschlag und die vorzugsweise auch ausgebildete Querschnittsflächenerweiterung dienen dazu, das zweite Material, das ein Elastomermaterial wie beispielsweise ein gummielastisches Material sein kann, aufzunehmen und in besonders günstiger Weise an der Kolbengrundstruktur haften zu lassen. Zum einen ist die Oberfläche, die aus einem additiven Herstellungsverfahren resultiert, häufig bereits mit einer solchen Rauheit, gegebenenfalls auch Mikronuten aufgrund eines schicht- oder zeilenweisen Herstellungsverfahrens im additiven Verfahren versehen, sodass hierdurch eine gute Haftung und formschlüssige Kraftübertragung in der Grenzfläche zum zweiten Material erreicht wird. Insbesondere bei einem Schweißauftragsverfahren tritt durch die zeilenförmige Herstellung in Form der Schweißraupen einerseits eine oberflächliche Makrostruktur und durch die Schuppenbildung entlang der Schweißraupe eine oberflächliche Mikrostruktur, die zusammen besonders vorteilhaft für die spätere Beschichtung der Oberfläche sind, weil eienrseits eine Vergrößerung der wirksamen Haftungsoberfläche und andererseits eine formschlüssige Kraftübertragung zwischen der Schicht und der Oberfläche des Drehkolbens erzielt wird. Zum anderen ist die Querschnittsflächenvergrößerung von radial innen nach außen eine Verwirklichung eines vorteilhaften Hinterschnitts, der ebenfalls die Festigkeit der Schichtverbindung erhöht. Das zweite Material, welches auf die Kolbengrundstruktur aufgetragen wird, füllt die durch den Untermaßabschlag resultierende Differenz zur Sollgeometrie des Drehkolbens auf, sodass die Außenfläche des zweiten Materials der angestrebten Sollgeometrie des Drehkolbens entspricht. Der Drehkolben weist somit günstige mechanische Eigenschaften auf, ermöglicht eine geometrisch freie Gestaltung der Außengeometrie durch das additive Herstellungsverfahren und erzielt eine verbesserte Haftung des zweiten Materials, also der Elastomerbeschichtung auf dem Material der Kolbengrundstruktur. Hierbei ist, ebenso wie bei den voranstehenden Ausführungsformen der Erfindung, zu verstehen, dass die Kolbengrundstruktur vorzugsweise aus einem metallischen Material hergestellt wird, was beispielsweise bevorzugt in einem Auftragsschweißverfahren möglich ist.

Es ist bei dem zuvor erläuterten Drehkolben nach dem ersten Aspekt der Erfindung und ebenso bei dem Drehkolben nach dem zweiten Aspekt der Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass die Kolbengrundstruktur in dem additiven Herstellungsverfahren in einer radialen Aufbaurichtung in Bezug auf die Rotationsachse aufgebaut ist. Unter einer radialen Aufbaurichtung ist hierbei zu verstehen, dass der Drehkolben durch Schichten, Linien oder Abschnitte aufgebaut wird, die in radialer Richtung aufeinander gestapelt sind. Dabei wird die additive Fertigung typischerweise auf einer Umfangsfläche einer vorgefertigten Nabenstruktur begonnen, die also als zylindrische Aufbaufläche dient. So ist eine effiziente fertigung mit belastbaren Strukturen möglich.

Es ist bei dem zuvor erläuterten Drehkolben nach dem ersten Aspekt der Erfindung und ebenso bei dem Drehkolben nach dem zweiten Aspekt der Erfindung alternativ vorgesehen, dass die Kolbengrundstruktur in dem additiven Herstellungsverfahren in einer axialen Aufbaurichtung in Bezug auf die Rotationsachse aufgebaut ist. Unter einer axialen Aufbaurichtung ist hierbei zu verstehen, dass der Drehkolben durch Schichten, Linien oder Abschnitte aufgebaut wird, die in axialer Richtung aufeinander gestapelt sind. Die Aufbaurichtung der Schichten bzw. Abschnitte oder Linien entspricht folglich der Richtung der Rotationsachse des Drehkolbens, wobei zu verstehen ist, dass der Aufbau des Drehkolbens beispielsweise durch Aufträgen von Material in Umfangsrichtung oder in Radialrichtung oder einer hieraus kombinierten Richtung in einer Schichtebene erfolgen kann und nach Abschluss des Materialaufbaus in dieser Schichtebene der Aufbau in einer darüberliegenden Schichtebene, die dann in axialer Richtung beabstandet ist, fortgesetzt wird, wodurch die Aufbaurichtung bestimmt wird. Durch diese axiale Aufbaurichtung ergibt sich auch eine entsprechende Schichtungsstruktur in der Kolbengrundstruktur, die durch entsprechend erkennbare Grenzflächen zwischen den einzelnen Schichten, Linien oder Abschnitten, die axiale Schichtlagen des Drehkolbens voneinander abgrenzen, gebildet werden. Diese Grenzflächen weisen durch das Prinzip des additiven Herstellungsverfahrens jeweils eine ausreichende Festigkeit auf, sodass die Festigkeit des Grundmaterials hierdurch nicht oder nicht maßgeblich unterschritten wird, beispielsweise, weil eine Schicht mit der darunterliegenden Schicht verschmolzen wird. Die Grenzflächen sind aber aufgrund entsprechender Materialstrukturen beispielsweise mikroskopisch in Schliffbildern oder auch an der äußeren Oberfläche des Drehkolbens erkennbar.

Noch weiter ist es bevorzugt, wenn in einer, vorzugsweise jeder Kolbenflügelstruktur jeweils zumindest ein vorzugsweise gasgefüllter Hohlraum ausgebildet ist, der durch eine Kolbenflügelwandung der Kolbengrundstruktur und gegebenenfalls durch eine Außenumfangsfläche der Nabenstruktur umschlossen ist und der frei von Elastomermaterial ist, wobei vorzugsweise die Kolbengrundstruktur eine Außenwand mit einer Außenwandfläche und einer Innenwandfläche aufweist, und der Hohlraum radial in Bezug auf die Rotationsachse einwärts von der Innenwandfläche liegt, und weiter vorzugsweise in dem Hohlraum die Rotationsachse liegt. Gemäß dieser Ausführungsform wird beim additiven Herstellungsverfahren ein Hohlraum in jedem Kolbenflügel des Drehkolbens ausgebildet. Dieser Hohlraum kann geschlossen sein oder kann zur Rotationsachse des Drehkolbens hin geöffnet sein, sodass die gasgefüllten Hohlräume der jeweiligen Drehkolbenflügel durch Hohlraumabschnitte eines gegebenenfalls nur einzigen Hohlraums gebildet werden, indem sich dieser jeweils nach Art einer Aussackung in jeden Kolbenflügel hinein erstreckt. Es ist grundsätzlich zu verstehen, dass der solcherart mit einem Hohlraum in den Kolbenflügeln fortgebildete Drehkolben in gleicher Weise fortgebildet werden kann wie dies zuvor für den Drehkolben nach dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert wurde.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Pumpengehäuse für eine Drehkolbenpumpe, umfassend eine Körpergrundstruktur mit einer Außenwand, die in einem additiven selektiven Auftragsverfahren hergestellt ist, bei dem ein die Außenwand bildendes Material über einen mehrachsig bewegten Auftragskopf entlang einer oder mehrerer Bahnen schichtweise abgegeben wird und hierdurch die Außenwand aufbaut, wobei die Außenwand eine gekrümmte Wand mit einer Außenwandfläche und einer Innenwandfläche ist, die eine mechanisch in einem spanenden Fertigungsverfahren hergestellte Oberfläche in der Form zweier ineinander schneidender Teilzylinderflächen aufweist, die hergestellt ist, indem bei dem additiven selektiven Auftragsverfahren als Nachbearbeitungsdifferenz ein Bearbeitungszuschlag aufgetragen wird, sodass die geometrischen Abmessungen über eine Sollgeometrie der Innenwandfläche hinausgehen, und durch Abtragen von Material in einer die Nachbearbeitungsdifferenz ausgleichenden Stärke in einem nachfolgenden spanenden Bearbeitungsverfahren die Oberfläche der Innenwandfläche hergestellt ist, wobei die Körpergrundstruktur weiterhin eine Flanschfläche umfasst, die eine mechanisch in einem spanenden Fertigungsverfahren hergestellte Flanschoberfläche aufweist, die hergestellt ist, indem bei dem additiven selektiven Auftragsverfahren als Nachbearbeitungsdifferenz ein Bearbeitungszuschlag aufgetragen wird, sodass die geometrischen Abmessungen über eine Sollgeometrie der Flanschoberfläche hinausgehen, und durch Abtragen von Material in einer die Nachbearbeitungsdifferenz ausgleichenden Stärke in einem nachfolgenden spanenden Bearbeitungsverfahren die Flanschoberfläche hergestellt ist, wobei vorzugsweise der Auftragskopf entlang von Bahnabschnitten bewegt wird, die quer zur Innenwandfläche der Wand, insbesondere in einem Winkel von 50° - 90° zu der Innenwandfläche verlaufen. Gemäß dieser Ausführungsform wird das Pumpengehäuse für eine Drehkolbenpumpe in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt. Dabei wird das Pumpengehäuse mit seiner durch die Innenwandfläche begrenzten Innengeometrie solcherart hergestellt, dass in dem additiven Herstellungsverfahren ein Bearbeitungszuschlag aufgebaut wird, der in einem nachfolgenden mechanischen Bearbeitungsverfahren wieder abgetragen wird, um hierdurch eine präzise Geometrie der Innenwandfläche herzustellen, die eine hohe Oberflächengüte aufweist und sich daher für die abdichtende Zusammenwirkung mit den darin laufenden Drehkolben eignet. Es ist zu verstehen, dass dieses Gehäuse gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung bevorzugt mit einem Drehkolben nach dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung zusammenwirkt. Erfindungsgemäß weist die Körpergrundstruktur weiterhin eine Flanschfläche auf, die ebenfalls einen Bearbeitungszuschlag aufweist, der in einem dem additiven Herstellungsverfahren nachfolgenden mechanischen Bearbeitungsverfahren abgetragen wird, um hierdurch eine Flanschoberfläche herzustellen, die für den Anschluss an ein Getriebegehäuse, ein Antriebsgehäuse oder für den Anschluss eines Deckels oder für den Anschluss eines Einlassrohres oder eines Auslassrohres ausgebildet ist. Dementsprechend kann das Pumpengehäuse auch mehrere solche Flanschflächen aufweisen, beispielsweise vier Flanschflächen, die für die oben genannten Anschlüsse bereitgestellt sind. Dabei ist zu verstehen, dass der Flansch für den Anschluss eines Antriebs- oder Getriebegehäuses ebenso wie der Flansch für den Anschluss eines stirnseitigen Deckels typischerweise die beiden Rotationsachsen, die durch die Mittellängsachsen der beiden Teilzylinderflächen definiert sind, umschließt, wohingegen die beiden Flanschflächen für den Einlass und den Auslass diese entsprechende Einlassöffnung bzw. Auslassöffnung umschließen und radial auswärts zu diesen beiden Rotationsachsen gelegen sind, sodass die Querschnittsflächen, die durch diese Flanschflächen definiert werden und der Einlassöffnung bzw. der Auslassöffnung entsprechen, bevorzugt parallel zu den durch die Mittellängsachsen der Teilzylinderflächen definierten Rotationsachsen der Drehkolben liegen. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn diese Flanschflächen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung jeweils in einer Ebene liegen, die parallel zu einer Ebene liegt, in der die beiden Mittellängsachsen der Teilzylinderflächen liegen.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Drehkolbenpumpe, die ein Gehäuse der zuvor beschriebenen Art aufweist und/oder die einen Drehkolben gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung aufweist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch einen Rotor für eine Exzenterschneckenpumpe, umfassend: eine Rotorgrundstruktur, umfassend o eine Nabenstruktur mit einer Lagerungsumfangsfläche, die sich um eine Rotationslängsachse des Rotors herum erstreckt, und o eine mit der Nabenstruktur verbundene Gewindestruktur, die sich entlang der Rotationslängsachse erstreckt und die eine ■ Außenwandfläche aufweist, die eine um die Rotationslängsachse gewundene Gewindestruktur aufweist, und

■ eine Innenwandfläche aufweist, die einen vorzugsweise gasgefüllten Hohlraum umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorgrundstruktur teilweise oder vollständig in einem additiven Herstellungsverfahren, insbesondere einem draht- oder pulvergestützten Schweißauftragsverfahren hergestellt ist, und die Gewindestruktur durch eine gekrümmt verlaufende Wand mit im Wesentlichen gleichbleibender Wandstärke gebildet wird, wodurch die Innenwandfläche im Wesentlichen kongruent radial einwärts in Bezug auf die Rotationslängsachse von der Außenwandfläche verläuft und in dem Hohlraum die Rotationsachse verläuft.

Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Rotor für eine Exzenterschneckenpumpe mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt. Dieser Aspekt der Erfindung richtet sich folglich ebenso wie der zuvor erläuterte Drehkolben gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung auf einen Verdrängerkörper einer Verdrängerpumpe. Der Rotor weist eine Außenwandfläche auf, die eine Gewindestruktur aufweist. Diese Gewindestruktur wird bei einem Rotor für eine Exzenterschneckenpumpe typischerweise durch eine verrundete, eingängige, zweigängige oder mehrgängige Außengewindegeometrie verwirklicht, die entsprechend in einem Stator, der eine dazu angepasste Innengewindegeometrie aufweist, die einen Gewindegang mehr als der darin laufende Rotor hat, in einer exzentrischen Rotationsbewegung rotieren und abwälzen kann. Hierdurch kann eine axiale Durchströmung des Stators entlang der Statorlängsachse erzielt werden, bei der die Einströmrichtung in den Stator und die Ausströmrichtung aus dem Stator bevorzugt in axialer Richtung ohne eine radiale Richtungskomponente erfolgt. Der erfindungsgemäße Rotor zeichnet sich durch eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke aus, wodurch ein Hohlraum im Inneren des Rotors ausgebildet wird, der die Rotationslängsachse des Rotors beinhaltet und durch die Innenwandfläche der Rotorgrundstruktur nach radial auswärts begrenzt wird. Diese Innenwandfläche verläuft im Wesentlichen kongruent, also etwa parallel zur Außenwandfläche des Rotors. Dabei ist zu verstehen, dass zusätzliche Strukturen, beispielsweise Verrippungen oder sonstige Verstärkungen, insbesondere an der Innenwandfläche angeordnet und aufgetragen sein können, um dem Rotor mehr Festigkeit und Steifigkeit zu verleihen, sofern dies für den Anwendungsfall erforderlich ist.

Durch die Gestaltung des Rotors in dieser Weise wird ein besonders leichtgewichtiger, durch die gewindeförmige Gestaltung der Innenwandfläche und Außenwandfläche aber zugleich sehr steifer Rotor ausgebildet. Der Rotor kann zudem aufgrund der additiven Herstellungsweise in vielfältiger Weise variabel hinsichtlich seiner Außenwandgeometrie ausgeführt werden; so kann beispielsweise auch ein konisch sich verjüngender Rotor hergestellt werden oder ein Rotor, dessen Gewindetiefe sich entlang der Längsachse verändert, sodass der Rotor mit einer entlang der Längsachse steigenden oder sinkenden Exzentrizität im Stator bewegt werden kann.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Rotorgrundstruktur aus einem metallischen Material ausgebildet ist und eine Oberfläche aufweist, die gebildet ist, indem im additiven Herstellungsverfahren die Außenwandfläche mit einem Bearbeitungszuschlag hergestellt wird, der nachfolgend durch ein spanendes Bearbeitungsverfahren bis auf eine Außengeometrie abgetragen wird, die einer Sollgeometrie des Rotors entspricht. Gemäß dieser Fortbildungsform wird ein Bearbeitungszuschlag auf die Außenwandfläche aufgebracht und durch ein spanendes Bearbeitungsverfahren in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt abgetragen, um so die Sollgeometrie des Rotors herzustellen. Dieser Abtrag in einem spanenden Bearbeitungsverfahren kann in unbestimmter weise erfolgen, beispielsweise durch Abschleifen mit einem Schleifpapier, um auf diese Weise einen geringen Materialabtrag und eine Verbesserung der Oberflächenqualität mit Reduktion der Rauheit zu erreichen. Das spanende Bearbeitungsverfahren kann auch mit einem CNC- gesteuerten Bearbeitungswerkzeug erfolgen, beispielsweise mit einem mehrachsgeführten Schleifwerkzeug oder Fräswerkzeug oder mit einem Wirbelwerkzeug, um den Abtrag des Bearbeitungszuschlags auszuführen. In diesem Fall kann durch das spanende Bearbeitungsverfahren auch die Geometrie der Außenwandfläche genau definiert werden.

Grundsätzlich ist zu verstehen, dass der erfindungsgemäße Rotor auch endseitig mit Stirnflächen oder Flanschflächen versehen sein kann. Diese endseitigen Stirnflächen oder Flanschflächen können als vorgefertigte Flächen auf die additiv hergestellt Rotorgrundstruktur aufgelegt und mit dieser verbunden werden, beispielsweise verschweißt werden. Alternativ können die Stirnflächen oder Flanschflächen ebenfalls mit dem additiven Herstellungsverfahren ausgebildet werden. Die Stirnflächen oder Flanschflächenkönnen den Hohlraum des Rotors teilweise oder vollständig verschließen, sodass in der Exzenterschneckenpumpe geförderte Flüssigkeit nicht in diesen Hohlraum eindringen kann. Eine solche Stirnfläche oder Flanschfläche dient dann auch dazu, den Rotor mit einer Antriebseinrichtung zu verbinden, beispielsweise als Flansch zum Verbinden des Rotors mit einer Taumelwelle. Schließlich wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung gelöst durch einen Stator für eine Exzenterschneckenpumpe, umfassend: eine Statorgrundstruktur, die sich entlang einer Statorlängsachse erstreckt und o eine Innenwandfläche aufweist, die eine sich um Statorlängsachse windende

Gewindegeometrie aufweist und einen vorzugsweise gasgefüllten Hohlraum umschließt, in dem Statorlängsachse verläuft, und o Eine Außenwandfläche aufweist, wobei die Statorgrundstruktur durch eine gekrümmt verlaufende Wand mit im Wesentlichen gleichbleibender Wandstärke gebildet wird, wodurch die Außenwandfläche im Wesentlichen kongruent radial auswärts in Bezug auf die Statorlängsachse von der Innenwandfläche verläuft.

Ein Stator für eine Exzenterschneckenpumpe weist, wie zuvor bereits im Zusammenhang mit dem Rotor erläutert, eine Innenwandfläche auf, die eine sich um die Statorlängsachse windende Gewindegeometrie aufweist. Diese Innenwandfläche kann in vollmetallisch ausgeführten Statorenauch die direkte Kontaktfläche zum Rotor ausbilden, der in dem durch die Innenwandfläche umschlossenen Hohlraum in einer exzentrisch geführten Rotationsbewegung sich bewegt. In einem solchen Fall ist es vorteilhaft, wenn die Innenwandfläche in einem spanenden Bearbeitungsverfahren bearbeitet wird, um hierdurch auf die Sollgeometrie gebracht zu werden. Durch ein solches spanendes Bearbeitungsverfahren kann eine hohe Oberflächengüte erreicht werden. In der Regel aber wird die Innenwandfläche eines Stators mit einer gummielastischen Materialschicht beschichtet und die innere Oberfläche dieser Elastomerschicht definiert dann die innere Sollgeometrie des Stators und steht in Kontakt mit dem Rotor. In diesem Fall wird die Statorgrundstruktur mit einem Untermaßabschlag ausgeführt, weist also Durchmesser- Abmessungen auf, die größer sind als die angestrebte Sollinnengeometrie des Stators und dieser Untermaßabschlag wird durch das Elastomermaterial bei der Beschichtung der Innenwandfläche bis zum gewünschten Sollmaß ausgefüllt.

Der erfindungsgemäße Stator weist eine Außenwandfläche auf, die im Wesentlichen kongruent radial auswärts zu der Innenwandfläche verläuft, also im Wesentlichen parallel zu dieser Innenwandfläche ist. Hierdurch kann der erfindungsgemäße Stator mit einer Wand von im Wesentlichen gleichbleibender Wandstärke ausgebildet werden, was eine Statorgrundstruktur mit erheblich reduziertem Gewicht bei zugleich günstiger Steifigkeit ermöglicht. Der Stator kann bevorzugt einstückig ausgeführt sein und auf einen Aufbau des Stators aus mehreren ringförmigen Segmenten folglich verzichtet werden. Es ist besonders bevorzugt, wenn die Statorgrundstruktur aus einem metallischen Material ausgebildet ist. Für ein metallisches Material stehen einerseits verschiedene bevorzugte Fertigungsmethoden für die Statorgrundstruktur zur Verfügung, so beispielsweise Gießverfahren und additive Herstellungsverfahren, mit denen metallische Materialien verarbeitet werden. Ein metallisches Material kann zudem gut durch ein spanendes Bearbeitungsverfahren nachbearbeitet werden, beispielsweise, um hierdurch eine bessere Oberflächenqualität zu erzeugen.

Es ist besonders bevorzugt, wenn die Statorgrundstruktur teilweise oder vollständig in einem additiven Herstellungsverfahren, insbesondere einem draht- oder pulvergestützten Schweißauftragsverfahren hergestellt ist. Die Herstellung der Statorgrundstruktur in einem additiven Herstellungsverfahren erlaubt einerseits in besonders effizienter Weise die Ausbildung des Stators mit zueinander kongruenten Innenwand- und Außenwandflächen, andererseits ist auch die spezifische Gewindestruktur mit einem zwei- oder mehrgängigen Innengewinde mit einem additiven Herstellungsverfahren in wirtschaftlicher Weise herstellbar. Insbesondere eignet sich ein draht- oder pulvergestütztes Schweißauftragsverfahren für die Herstellung der Statorgrundstruktur. Bei diesem Verfahren wird ein Draht oder zugeführtes Pulver in einem Lichtbogen, der zwischen Draht und der bereits teil-hergestellten Statorgrundstruktur gezündet wird oder zwischen einer gesonderten Elektrode und der bereits teil-hergestellten Statorgrundstruktur gezündet wird, abgeschmolzen und hierdurch auf die bereits teilweise hergestellte Statorgrundstruktur aufgeschmolzen. Durch diesen Aufschmelzvorgang wird einerseits das Draht- oder Pulvermaterial selektiv an die teil- hergestellte Statorgrundstruktur hinzugefügt, andererseits mit dieser fest verbunden. Folglich kann durch ein solches Schweißauftragsverfahren eine Statorgrundstruktur selektiv, präzise und schnell hergestellt werden.

Es ist noch weiter bevorzugt, wenn die Wand der Statorgrundstruktur eine metallische Wandschicht und eine Schicht aus einem Elastomermaterial umfasst, wobei die metallische Wandschicht einen innenseitigen Untermaßabschlag aufweist, der in einem nachfolgenden Auftragsverfahren mit dem Elastomermaterial aufgefüllt ist, welches die Sollgeometrie der Innenwandfläche ausbildet. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Statorgrundstruktur ausgebildet und vorbereitet, um auf ihrer Innenwandfläche mit einem Elastomermaterial beschichtet zu werden, wie dies typisch für Statoren von Exzenterschneckenpumpen ausgeführt wird. Die Innenwandfläche, auf welche das Elastomermaterial aufgebracht wird, weist hierzu einen Untermaßabschlag auf, was bedeutet, dass diese Innenwandfläche jeweils größere Durchmesser aufweist als die angestrebte Sollgeometrie der Innenwandfläche des fertiggestellten Stators. Diese Sollgeometrie wird erst erreicht durch die Beschichtung mit dem Elastomermaterial und die innere Sollgeometrie des Stators wird dann durch die Innenwandfläche dieser Elastomermaterialbeschichtung ausgebildet.

Die Erfindung umfasst weiterhin eine Exzenterschneckenpumpe, die mit einem Rotor der zuvor beschriebenen Bauart ausgerüstet ist, der parallel und exzentrisch zu einer Statorlängsachse eines Stators angeordnet ist.

Weiterhin umfasst ist von der Erfindung eine Exzenterschneckenpumpe mit einem Stator der zuvor beschriebenen Bauweise, wobei innerhalb des Stators und parallel und exzentrisch zu der Statorlängsachse ein Rotor innerhalb des Stators angeordnet ist.

Schließlich ist weiterhin umfasst von der Erfindung eine Exzenterschneckenpumpe, die sowohl einen Rotor der zuvor beschriebenen Bauart als auch einen Stator der zuvor beschriebenen Bauart aufweist. Diese so ausgeführte Exzenterschneckenpumpe erlaubt es in besonders vorteilhafter Weise, den Stator und den Rotor mit einem additiven Herstellungsverfahren herzustellen, hierbei entsprechende Bearbeitungsabschläge oder Bearbeitungszuschläge vorzusehen, je nachdem, ob noch eine nachfolgende Beschichtung ausgeführt werden muss oder ein nachfolgender Abtrag von Material in einem spanenden Bearbeitungsverfahren ausgeführt werden muss.

Die Erfindung ist weiterhin gerichtet auf eine Verwendung einer additiven Herstellungsvorrichtung, insbesondere einer draht- oder pulvergestützten Schweißauftragsvorrichtung, zur Herstellung einer Kolbengrundstruktur eines Drehkolbens einer Drehkolbenpumpe auf einer vorgefertigten Nabe mit einer Aufbaurichtung in der additiven Herstellungsvorrichtung, die radial auswärts in Bezug auf eine Rotationsachse der Nabe verläuft, oder Herstellung einer Kolbengrundstruktur eines Drehkolbens einer Drehkolbenpumpe auf einer Substratplatte mit einer Aufbaurichtung in der additiven Herstellungsvorrichtung, die axial in Bezug auf eine Rotationsachse des Drehkolbens verläuft oder Herstellung einer Statorgrundstruktur eines Stators einer Exzenterschneckenpumpe mit einer Aufbaurichtung in der additiven Herstellungsvorrichtung, die axial in Bezug auf eine Rotationsachse des Drehkolbens verläuft, insbesondere in solcherweise, dass in der additiven Herstellungsvorrichtung eine Wandung hergestellt wird, die einen vorzugsweise gasgefüllten Hohlraum umschließt, und/oder in der additiven Herstellungsvorrichtung eine Wandung hergestellt wird, die einen Bearbeitungszuschlag gegenüber einer Sollgeometrie aufweist und der Bearbeitungszuschlag nach der additiven Herstellung in einer spanenden Bearbeitungsvorrichtung abgetragen wird, sodass die Oberfläche der Kolbengrundstruktur auf ein Sollmaß verringert wird, und/oder in der additiven Herstellungsvorrichtung eine Wandung hergestellt wird, die einen Untermaßabschlag gegenüber einer Sollgeometrie aufweist und der Untermaßabschlag nach der additiven Herstellung in einer Beschichtungsvorrichtung mit einem Elastomermaterial bis zur Sollgeometrie aufgefüllt wird, sodass die Kolbengrundstruktur mit einem Elastomermaterial umhüllt bzw. die Statorgrundstruktur mit einem Elastomermaterial ausgekleidet wird. Mit dieser Verwendung wird die spezifische Nutzung einer additiven Herstellungsvorrichtung zur Herstellung eines Drehkolbens einer Drehkolbenpumpe oder eines Stators einer Exzenterschneckenpumpe vorgeschlagen, also derjenigen Bauteilen einer Verdrängerpumpe, die typischerweise aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehen, nämlich einem Material für die Grundstruktur, typischerweise ein metallisches Material, und einer Elastomerbeschichtung, typischerweise aus einem gummielastischen Material. Die additiven Herstellungsvorrichtung wird dabei erfindungsgemäß in solcher Weise eingesetzt, dass hinsichtlich des damit hergestellten Drehkolbens die Aufbaurichtung entweder radial ist, sich also ausgehend von einer vorgefertigten Nabenstruktur nach radial auswärts erstreckt und folglich entsprechende radial aufeinandergeschichtete Schichtlagen des Drehkolbens erzeugt oder die Aufbaurichtung axial liegt, sich also entlang der Rotationsachse des Drehkolbens erstreckt und folglich auch in Richtung der Rotationsachse aufeinandergeschichtete Schichtlagen des Drehkolbens erzeugt. In diesem zweiten Fall kann die Nabe des Drehkolbens in der additiven Herstellungsvorrichtung produziert werden. Der Drehkolben kann beispielsweise neben der Drehkolbenflügelstrukturen auch endseitige Nabenaufnahmestrukturen in der Art von Stirn- oder Flanschflächen aufweisen, in die eine Nabe nachträglich eingesetzt werden kann, um den Drehkolben auf oder an einer Welle aufzunehmen. Wie zuvor bereits im Zusammenhang mit dem Rotor erläutert, kann eine solche Stirn- oder Flanschfläche als vorgefertigte Platte oder Komponente auf die additiv hergestellte Kolbengrundstruktur aufgelegt und mit dieser verbunden werden, beispielsweise verschweißt werden. Es kann aber auch eine Nabenstrukturdurchgehend im additiven Herstellungsverfahren integral mit den Drehkolbenflügelstrukturen produziert werden.

Erfindungsgemäß wird bei einer ersten Alternative in der additiven Herstellungsvorrichtung eine Wandung hergestellt, die einen vorzugsweise gasgefüllten Hohlraum umschließt. Ein solcher Hohlraum kann beispielsweise in einer Drehkolbenflügelstruktur ausgebildet sein, wie zuvor erläutert oder kann im inneren eines Drehkolbens oder eines Stators ausgebildet sein, sodass der Drehkolben beziehungsweise der Stator als Hohlstruktur ausgeführt ist. In diesem Fall ist der Hohlraum nicht notwendigerweise vollständig geschlossen, sondern es können Öffnungen an dem Hohlraum ausgeführt sein, die beispielsweise beim Stator zur Aufnahme des Rotors dienen oder beim Drehkolben zur Aufnahme einer Nabe oder einer Antriebswelle.

Alternativ oder zusätzlich kann in der additiven Herstellungsvorrichtung auch eine Wandung mit einem Bearbeitungszuschlag hergestellt werden. Ein solcher Bearbeitungszuschlag wird durch einen zusätzlichen Materialanteil gebildet, der über die Sollgeometire des Drehkolbens beziehungsweise Stators hinaus steht und der in einem nachfolgenden Bearbeitungsvorgang abgetragen werden kann, um hierdurch eine besonders hohe Oberflächenqualität und eine besonders hohe geometrische Präzision zu erzielen, beispielsweise um hierdurch Anschlussflächen für andere Bauteile, Dichtungsflächen, Lagerungsflächen des Drehkolbens und des Stators bereitzustellen.

Weiterhin ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass in der additiven Herstellungsvorrichtung eine Wandung hergestellt wird, die einen Untermaßabschlag aufweist. Ein Untermaßabschlag ist im erfindungsgemäßen Sinne zu verstehen als ein zur Sollgeometrie fehlender Materialanteil, der in einem späteren Bearbeitungsschritt aufgefüllt wird, um die Sollgeometrie zu erreichen. Typischerweise wird ein solcher Untermaßabschlag dazu vorgesehen, um eine Elastomerbeschichtung, beispielsweise aus einem gummielastischen Material, vorsehen zu können und bei dieser Bauart wird die durch das additive Herstellungsverfahren typischerweise hergestellte raue Oberfläche in günstiger Weise dazu genutzt, um eine besonders gute Adhäsion und teilweise formschlüssige Befestigungswirkung der Elastomerschicht an der additiv hergestellten Oberfläche der Struktur zu erreichen. In anderen Anwendungsfällen kann jedoch auch der Untermaßabschlag mit anderen Materialien auf das Sollmaß hin aufgefüllt werden, beispielsweise um korrosionsschützende Schichten, verschleißschützende Schichten aufzutragen oder um in einem nachfolgenden Prozess einen Schichtauftrag vorzunehmen, der eine besonders hohe Oberflächenqualität mit geringen Rauigkeiten oder eine besonders hohe geometrische Präzision erreicht. So kann beispielsweise ein Untermaßabschlag auch in einem nachfolgenden additiven Herstellungsvorgang mittels additiven selektiven Materialauftrag aufgefüllt werden.

Die Erfindung umfasst weiterhin eine Verwendung einer additiven Herstellungsvorrichtung, insbesondere einer draht- oder pulvergestützten Schweißauftragsvorrichtung, zur Herstellung einer Pumpgehäusegrundstruktur einer Drehkolbenpumpe, wobei die Pumpgehäusegrundstruktur die eine Wand mit um zwei Rotationsachsen innerhalb einer Pumpkammer angeordnete, sich überschneidende teilzylinderförmige Wandinnenflächen aufweist, auf einer Substratplatte mit einer Aufbaurichtung in der additiven Herstellungsvorrichtung, die axial in Bezug auf die beiden Rotationsachsen verläuft, oder Herstellung einer Rotorgrundstruktur eines Rotors einer Exzenterschneckenpumpe, wobei die Rotorgrundstruktur eine Wand mit einer sich in einer Gewindegeometrie um eine Rotationsachse windende Wandaußenfläche aufweist, auf einer Substratplatte mit einer Aufbaurichtung in der additiven Herstellungsvorrichtung, die axial in Bezug auf die Rotationsachse des Rotors verläuft, insbesondere in solcher Weise, dass die in der additiven Herstellungsvorrichtung hergestellte Wandinnenfläche der Wand einen Hohlraum umschließt und die Wandstärke der Wand entlang des gesamten Verlaufs der Wand im Wesentlichen gleichbleibend ist, sodass die Wandaußenfläche im Wesentlichen parallel zu der Wandinnenfläche verläuft, und/oder in der additiven Herstellungsvorrichtung ein Bearbeitungszuschlag auf der Innenwandfläche oder der Außenwandfläche hergestellt wird, und nach der additiven Herstellung die darin hergestellte Pumpgehäusegrundstruktur bzw. die darin hergestellte Rotorgrundstruktur in einer spanenden Bearbeitungsvorrichtung nachbearbeitet wird, um den Bearbeitungszuschlag spanend abzutragen und hierdurch eine Sollinnengeometrie eines Pumpgehäuses und eine Sollgeometrie eines Pumpengehäuseflansches aus der Pumpgehäusegrundstruktur auszubilden, bzw. eine gewindeförmige Sollaußengeometrie eines Rotors aus der Rotorgrundstruktur auszubilden.

Gemäß dieser erfindungsgemäßen Verwendung wird eine additive Herstellungsvorrichtung in bestimmter Weise dazu eingesetzt, ein Pumpgehäuse einer Drehkolbenpumpe oder einen Rotor einer Exzenterschneckenpumpe herzustellen. Diese Verwendung richtet sich folglich auf die Herstellung derjenigen Bauteile von Verdrängerpumpen, die typischerweise keine Elastomerbeschichtung erhalten, sondern regelmäßig aus einem metallischen Material hergestellt werden. Die Anwendung der Herstellungsvorrichtung erfolgt dabei in spezifischer Weise so, dass gemäß einer alternativen Anwendungsweise eine Wand hergestellt wird, die eine Wandinnenfläche aufweist. Diese Wandinnenfläche umschließt einen Hohlraum und die Wandstärke der Wand ist im Wesentlichen über den gesamten Verlauf der Wand gleichbleibend. Unter einem im Wesentlichen gleichbleibenden Verlauf ist dabei zu verstehen, dass sich ein geometrischer Verlauf der Außenwand zumindest teilweise auch entsprechend kongruent an der Innenwandfläche abbildet, vorzugsweise die Außenwandfläche und die Innenwandfläche der Wand parallel zueinander verlaufen. Durch eine solche Anwendung wird eine besonders leicht gewichtige und zugleich steife Struktur des Drehkolbengehäuses beziehungsweise des Rotors erreicht. Zugleich wird der Materialverbrauch zu Herstellung des Drehkolbengehäuses beziehungsweise Rotors signifikant reduziert, was einerseits durch die spezifische Geometrie mit einer Wand mit gleichbleibender Wandstärke, andererseits durch das additive Herstellungsverfahren in der Herstellungsvorrichtung erreicht wird, welches Materialverlust durch Zerspanung prinzipiell vermindert oder sogar gänzlich vermeidet.

Alternativ oder zusätzlich kann die Pumpgehäusegrundstruktur beziehungsweise Rotorgrundstruktur in der additiven Herstellungsvorrichtung mit einem Bearbeitungszuschlag auf der Innenwandfläche oder der Außenwandfläche hergestellt werden, um hierdurch, wie zuvor erläutert, durch nachfolgendes Abtragen von Material die gewünschte Sollgeometrie mit hoher Oberflächenqualität und hoher geometrischer Präzision herstellen zu können. Hierzu wird Bezug auf die voranstehende Erläuterung zum Bearbeitungszuschlag genommen und es ist zu verstehen, dass der Bearbeitungszuschlag beispielsweise dazu dienen kann, um eine Flanschfläche zu einem Antriebsgehäuse oder einem Deckel des Pumpengehäuses herzustellen, um die mit den Drehkolben im Dichtungskontakt stehende Innenwandfläche des Pumpengehäuses herzustellen und um eine Flanschanschlussfläche für eine Antriebswelle oder einer Lagerungsfläche oder Dichtungsfläche an dem Rotor herzustellen oder um die Außengewindegeometrie des Rotors herzustellen.

Die Erfindung richtet sich weiter auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verdrängerkörpers oder eines Gehäuses einer Verdrängerpumpe, wie eines Drehkolbens oder Pumpengehäuses für eine Drehkolbenpumpe oder eines Rotors oder Stators für eine Exzenterschneckenpumpe, mit den Schritten:

Bereitstellen einer Aufbaufläche

Aufbauen einer Körpergrundstruktur auf der Aufbaufläche in einem additiven Herstellungsverfahren, insbesondere einem draht- oder pulvergestützten Schweißauftragsverfahren hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbauen der Körpergrundstruktur den Schritt umfasst: Aufbauen einer gekrümmten Wand einer Verdränger- oder Gehäusestruktur auf der Aufbaufläche und Umschließen eines gasgefüllten Hohlraums mit der gekrümmten Wand.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Verdrängerkörper oder ein Gehäuse einer Verdrängerpumpe in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt wird und hierbei eine gekrümmte Wand, welche eine Verdrängerstruktur oder eine Gehäusestruktur ausbildet, auf einer Aufbaufläche aufgebaut wird und einen Hohlraum umschließt. Die gekrümmte Wand kann, wie zuvor erläutert, vorzugsweise eine im Wesentlichen gleichbleibende Wandstärke aufweisen. Der gasgefüllte Hohlraum kann ein vollständig geschlossener Hohlraum sein, bei dem folglich das Gas während des Herstellungsvorgangs in der additiven Herstellung eingeschlossen wird und nachfolgend in dem Hohlraum verbleibt. Der Hohlraum kann auch ein nicht vollständig abgeschlossener Hohlraum sein, beispielsweise ein Innenraum eines Gehäuses oder Stators. Es können auch mehrere gasgefüllte Hohlräume vorgesehen sein. Beispielsweise können in jedem Drehkolbenflügel eines Drehkolbens entsprechend geschlossene gasgefüllte Hohlräume vorgesehen sein oder es kann in der Wandung eines Gehäuses gasgefüllte Hohlräume vorgesehen sein, um hierdurch eine steife und zugleich leichtgewichtige Struktur mit geringem Materialverbrauch herzustellen und um diese Hohlräume gegebenenfalls zur Durchströmung mit Fluid in späteren Betrieb für eine Kühlung oder Erwärmung eines durch die Verdrängerpumpe geförderten Fluids zu nutzen. Der Hohlraum kann vorzugsweise vollständig oder zu mehr als der Hälfte seiner Innenfläche von der im additiven Herstellungsverfahren hergestellten Wand umschlossen.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Körpergrundstruktur in dem additiven Herstellungsverfahren, insbesondere einem draht- oder pulvergestützten Schweißauftragsverfahren hergestellt wird, wobei die Körpergrundstruktur eine Vorfertigungsoberfläche aufweist, welche mit einer Nachbearbeitungsdifferenz, die ein Bearbeitungszuschlag oder ein Untermaßabschlag ist, einer Soll-Geometrie des Verdrängerkörpers der Verdrängerpumpe entspricht, und die Vorfertigungsoberfläche durch Auf- oder Abtragen von Material in einer die Nachbearbeitungsdifferenz ausgleichender Stärke nachbearbeitet wird, vorzugsweise weiterhin umfassend einen ersten Nachbearbeitungsschritt, in dem der Bearbeitungszuschlag auf der Umfangsfläche in einem spanenden Bearbeitungsverfahren bis auf ein Sollmaß abgetragen wird, und/oder vorzugsweise weiterhin umfassend einen zweiten Nachbearbeitungsschritt, in dem die Vorfertigungsaußenfläche der Verdrängerstruktur mit einer Schicht aus einem Elastomermaterial beschichtet wird, die den Untermaßabschlag auffüllt und eine Außengeometrie aufweist, die einer Sollaußengeometrie des Drehkolbens oder einer Sollinnengeometrie des Stators entspricht. Mit dieser Ausführungsform wird der Verdrängerkörper beziehungsweise das Gehäuse in dem additiven Herstellungsverfahren in axialer Richtung, also entlang der Richtung einer Rotationsachse, die durch den Verdrängerkörper beziehungsweise das Gehäuse definiert wird, aufgebaut. Der Aufbau kann dabei linienweise oder schichtweise erfolgen, wobei die Linien beispielsweise in einem Schweißauftragsverfahren gezogen werden und die durch diesen Linienauftrag erzeugte Materialschicht dann eine auftragende Schicht darstellt. Die so hergestellten Schichten des Materials sind in axialer Richtung aufeinander geschichtet. Die Führung einer Auftragsvorrichtung oder einer Vorrichtung zur Aushärtung erfolgt dabei im additiven Herstellungsverfahren typischerweise mehrachsig, um in einer Ebene eine dem Querschnitt des hergestellten Körpers entsprechende Querschnittsfläche selektiv herzustellen beziehungsweise auszuhärten und darauf folgend in einer darauf aufliegenden Querschnittsfläche dementsprechend eine dem Querschnitt des hergestellten Körpers in dieser Querschnittsfläche entsprechenden Materialanteil auszuhärten beziehungsweise aufzutragen. Die Lage dieser Querschnittsflächen entspricht folglich der Schichtlage und die Ebene dieser Querschnittsflächen liegt folglich senkrecht zur Aufbaurichtung beziehungsweise zur Rotationsachse des Verdrängerkörpers beziehungsweise des Gehäuses.

Es ist noch weiter bevorzugt, wenn die Körpergrundstruktur in dem additiven Herstellungsverfahren, insbesondere einem draht- oder pulvergestützten Schweißauftragsverfahren hergestellt wird, wobei die Körpergrundstruktur eine Vorfertigungsoberfläche aufweist, welche mit einer Nachbearbeitungsdifferenz, die ein Bearbeitungszuschlag oder ein Untermaßabschlag ist, einer Soll-Geometrie des Verdrängerkörpers der Verdrängerpumpe entspricht, und die Vorfertigungsoberfläche durch Auf- oder Abtragen von Material in einer die Nachbearbeitungsdifferenz ausgleichender Stärke nachbearbeitet wird, vorzugsweise weiterhin umfassend einen ersten Nachbearbeitungsschritt, in dem der Bearbeitungszuschlag auf der Umfangsfläche in einem spanenden Bearbeitungsverfahren bis auf ein Sollmaß abgetragen wird, und/odervorzugsweise weiterhin umfassend einen zweiten Nachbearbeitungsschritt, in dem die Vorfertigungsaußenfläche der Verdrängerstruktur mit einer Schicht aus einem Elastomermaterial beschichtet wird, die den Untermaßabschlag auffüllt und eine Außengeometrie aufweist, die einer Sollaußengeometrie des Drehkolbens oder einer Sollinnengeometrie des Stators entspricht. Gemäß dieser Ausführungsform wird beim additiven Herstellungsverfahren eine Körpergrundstruktur hergestellt, die eine Geometrie aufweist, in die mit einer Nachbearbeitungsdifferenz als Außen- oder Innengeometrie aufgebaut ist. Eine solche Nachbearbeitungsdifferenz kann ein Bearbeitungszuschlag oder ein Untermaßabschlag sein und dazu dienen, nachträglich in einem folgenden Bearbeitungsschritt Material abzutragen oder aufzutragen, um hierdurch die Sollgeometrie herzustellen. Hierzu wird auf die voranstehende Erläuterung zum Bearbeitungszuschlag und Untermaßabschlag Bezug genommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bevorzugt zur Herstellung eines Drehkolbens oder eines Stators eingesetzt werden, wobei die Körpergrundstruktur eine Naben- oder Flanschstruktur mit einer Umfangsfläche aufweist, die rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse des Verdrängerkörpers verläuft und die einen Bearbeitungszuschlag aufweist, und eine Verdrängerstruktur aufweist, wobei die Verdrängerstruktur zumindest zwei radial ein- oder auswärts von der Nabenstruktur ausgebildete Verdrängerstrukturen aufweist, die sich in Bezug auf die Rotationsachse in radialer Richtung erstrecken und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und die auf ihrer Vorfertigungsaußenfläche als Nachbearbeitungsdifferenz einen Untermaßabschlag aufweist, wobei das Nachbearbeiten einen ersten Schritt umfasst, in dem der Bearbeitungszuschlag auf der Umfangsfläche in einem spanenden Bearbeitungsverfahren bis auf ein Sollmaß abgetragen wird, und das Nachbearbeiten einen zweiten Schritt umfasst, in dem die Vorfertigungsaußenfläche der Verdrängerstruktur mit einer Schicht aus einem Elastomermaterial beschichtet wird, die den Untermaßabschlag auffüllt und eine Außengeometrie aufweist, die einer Sollaußengeometrie des Drehkolbens oder einer Sollinnengeometrie des Stators entspricht.

Gemäß dieser Fortbildung wird das Verfahren eingesetzt, um ein Bauteil einer Verdrängerpumpe herzustellen, welches sowohl eine nachfolgende Beschichtung mit einem zweiten Material wie einer Elastomerschicht erhalten soll, als auch eine Anschluss , Dichtungs- oder Lagerungsfläche erhalten soll, die für eine geometrisch genaue Verbindung oder Dichtung oder Lagerung des Drehkolbens beziehungsweise Stators zu einem anderen Bauteil der Verdrängerpumpe dienen soll. Erfindungsgemäß wird hierbei das additiven Herstellungsverfahren in solcherweise durchgeführt, dass an einer dabei hergestellten Fläche ein Bearbeitungszuschlag hergestellt wird, der also in einem nachfolgenden Bearbeitungsverfahren abgetragen werden kann, um hierdurch die für eine präzise Lagerung/Abdichtung oder anschlussweise notwendige Oberflächenqualität und geometrische Präzision aufweist. In einem anderen Bereich in dem additiven Herstellungsverfahren hergestellten Oberflächen wird hingegen ein Untermaßabschlag hergestellt, der in einem nachfolgenden Fertigungsschritt mit einem zweiten Material, wie beispielsweise einem gummielastischen Material, auf die Sollgeometrie des Drehkolbens beziehungsweise Stators durch Beschichtung aufgefüllt wird. Hierdurch kann die für einen Drehkolben oder einen Stator gewünschte gummielastische Beschichtung effizient und zuverlässig mit der Grundstruktur adhäsiv und teilweise formschlüssig aufgrund der günstigen Oberflächenrauigkeit aus dem additiven Herstellungsverfahren verbunden werden. Das Verfahren umfasst folglich entsprechend zwei Nachbearbeitungsschritte, in dem dieser Abtrag des Bearbeitungszuschlags beziehungsweise dieses Auffüllen des Untermaßabschlags durchgeführt wird.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Aufbauen der Körpergrundstruktur den Schritt umfasst: Aufbauen einer Körpergrundstruktur mit mindestens zwei Kolbenflügelstrukturen und Umschließen eines gasgefüllten Hohlraums in jeder Kolbenflügelstruktur mit der gekrümmten Wand, wobei bei einem gegebenenfalls nachfolgenden Beschichten der Hohlraum frei von Elastomermaterial bleibt.

Gemäß dieser Fortbildung wird beim Herstellen der Körpergrundstruktur eines Drehkolbens ein vorzugsweise gasgefüllter Hohlraum durch die im additiven Herstellungsverfahren hergestellte Wandung umschlossen und dieser gasgefüllte Hohlraum bleibt in einem etwaig nachfolgenden Beschichtungsverfahren frei von Elastomermaterial. Mit dieser Fortbildung kann ein Drehkolben hergestellt werden, der aufgrund des darin enthaltenden gasgefüllten Hohlraums besonders leicht ist, ohne hierbei aber relevante Einbußen an Festigkeit oder Steifigkeit in Kauf zu nehmen. Es ist zu verstehen, dass bevorzugt in jeder Kolbenflügelstruktur ein solcher Hohlraum vorhanden sein kann, der in sich jeweils geschlossen ist. In bestimmten Ausführungsformen kann auch jede Kolbenflügelstruktur einen Hohlraum aufweisen und die Hohlräume der Kolbenflügelstrukturen sind untereinander verbunden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren fortgebildet, in dem beim Aufbauen der Körpergrundstruktur mindestens zwei Kolbenfügelstrukturen aufgebaut werden, die in Umfangsrichtung um die Rotationsachse zueinander winkelversetzt angeordnet sind und wobei jede Kolbenflügelstruktur eine umhüllende Kontur aufweist, die sich ausgehend von einem Kolbenflügelfuß, der benachbart zu der Umfangsfläche angeordnet ist und eine Fußbreite in Umfangsrichtung um die Rotationsachse aufweist, in radialer Richtung zu einem Kolbenflügelkopf erstreckt, der eine Kopfbreite in Umfangsrichtung um die Rotationsachse aufweist, wobei die umhüllende Kontur zwischen dem Kolbenflügelfuß und dem Kolbenflügelkopf einen Kolbenflügelhals aufweist, der eine Halsbreite in Umfangsrichtung um die Rotationsachse aufweist, die geringer ist als die Fußbreite und die vorzugsweise geringer ist als die Kopfbreite. Gemäß dieser Ausführungsform weist der Drehkolben zwei Kolbenflügelstrukturen auf, die in einen Kolbenflügelkopf, Kolbenflügelfuß und einen dazwischen liegenden Kolbenflügelhals unterteilt sind, wobei, wie zuvor erläutert, die drei Abschnitte jeweils etwa 1/3 der radialen Höhe des Kolbenflügels einnehmen. Der Kolbenflügelhals stellt gegenüber dem Kolbenflügelfuß eine Einschnürung in Umfangsrichtung dar und die breite in Umfangsrichtung im Bereich des Kolbenflügelhalses ist vorzugsweise auch kleiner als die breite am Kolbenflügelkopf, sodass sich im Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse des Drehkolbens eine Sanduhrform der Kolbenflügelstruktur ergibt. Diese Form ist vorteilhaft für ein aufeinander abwälzen der Kolbenflügel zweier ineinandergreifender Drehkolben und gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform definiert bereits die Kolbengrundstruktur diese Form des Drehkolbens und sorgt daher für eine gegebenenfalls in gleichmäßiger Schichtstärke aufgetragenen Beschichtung zur Verwirklichung der Sollgeometrie des Drehkolbens. Dabei ist es noch weiter bevorzugt, wenn beim Aufbauen der Körpergrundstruktur in jeder Kolbenfügelstruktur ein vorzugsweise gasgefüllter Hohlraum umschlossen wird, der sich ausgehend von dem Kolbenflügelfuß, der benachbart zu der Umfangsfläche angeordnet ist und eine Fußhohlraumbreite in Umfangsrichtung um die Rotationsachse aufweist, in radialer Richtung zu dem Kolbenflügelkopf erstreckt, der eine Kopfhohlraumbreite in Umfangsrichtung um die Rotationsachse aufweist, und der Hohlraum zwischen dem Kolbenflügelfuß und dem Kolbenflügelkopf eine Halshohlraumbreite in Umfangsrichtung um die Rotationsachse aufweist, die geringer ist als die Fußhohlraumbreite und die vorzugsweise geringer ist als die Kopfhohlraumbreite. Gemäß dieser Ausführungsform ist im inneren des Kolbenflügels ein Hohlraum ausgebildet, der im Kolbenflügelhals eine geringere Breite in Umfangsrichtung aufweist als im Kolbenflügelfuß und vorzugsweise auch eine geringere Breite als im Kolbenflügelkopf. Der Hohlraum kann folglich einer entsprechenden Außengeometrie des Kolbenflügels folgen, sodass eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke im Bereich des Kolbenflügels ausbilden lässt und zugleich ein in seinem Volumen maximierter Hohlraum entsteht, der die Vorteile einer Gewichts- und Materialeinsparung in einer bestmöglichen Weise umsetzt, ohne hierbei Steifigkeit und Festigkeit des Kolbenflügels maßgeblich zu beeinträchtigen.

Das Verfahren kann weiterfortgebildet werden, in dem die Körpergrundstruktur mindestens eine Verdrängerstruktur, insbesondere zwei Kolbenflügelstrukturen, umfasst und dass jede Verdrängerstruktur eine Wandung aufweist, die vorzugsweise einen insbesondere gasgefüllten Hohlraum umschließt, und die eine Mehrzahl von außenliegenden Aufbaurippen aufweist, die in dem additiven Herstellungsverfahren auf der Wandung aufgebaut werden, wobei die Aufbaurippen vorzugsweise in einer als Untermaßabschlag ausgebildeten Nachbearbeitungsdifferenz liegen. Gemäß dieser Ausführungsform sind auf der Außenwand der Kolbenflügelstrukturen Aufbaurippen ausgebildet, die ebenfalls integral im additiven Herstellungsverfahren hergestellt werden können. Diese Aufbaurippen dienen dazu, die Verbindung zu einer Elastomerschicht, die auf den Drehkolben aufgetragen ist, zu verbessern und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Scherkräften, welche in der Grenzfläche zwischen dieser Elastomerschicht und der Kolbenflügelgrundstruktur herrschen, zu erhöhen, in dem eine formschlüssige Abstützung der Elastomerschicht an den Aufbaurippen ermöglicht wird. Die Aufbaurippen liegen dabei vorzugsweise in einer Nachbearbeitungsdifferenz, die als Untermaßabschlag ausgebildet ist. Hierunter ist zu verstehen, dass die Aufbaurippen eine Umhüllende definieren, die Außenkontur des Kolbenflügels einschließlich der Aufbaurippen gelegt ist und diese Umhüllende in einem den Untermaßabschlag definierenden Abstand von der Sollgeometrie des Kolbens liegt. Hierdurch wird erreicht, dass die aufgetragene Elastomerschicht überall eine mindestens dem Untermaßabschlag entsprechende Schichtdicke aufweist und daher ein gewünschtes Verformungsmaß der Elastomerschicht in allen Bereichen dieser Schicht gewährleistet ist.

Es ist dabei weiter bevorzugt, wenn die Aufbaurippen eine Gruppe von Umfangsrippen umfasst, die sich im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung über die Wandung erstrecken und die vorzugsweise parallel zueinander verlaufen und/oder wenn die Aufbaurippen eine oder mehrere Axialrippen umfasst, die sich im Wesentlichen entlang der axialen Richtung in Bezug auf die Rotationsachse erstrecken und/oder wenn die Aufbaurippen eine oder mehrere Axial-Radialrippen, die sich im Wesentlichen entlang der Umfangslängsrichtung eines Flügels erstrecken, insbesondere sich helixförmig entlang eines mit einer Steigung verlaufenden Flügels um die Rotationsachse erstrecken. Gemäß dieser Ausführungsform sind Umfangsrippen, Axialrippen und/oder Axial-Radialrippen ausgebildet, welche vorzugsweise in der als Untermaßabschlag ausgebildeten Nachbearbeitungsdifferenz liegen und folglich eine Mindestdicke der Elastomerschicht definieren. Die Umfangsrippen können die Axialrippen vorzugsweis kreuzen, indem die in axialer Richtung verlaufenden Axialrippen sich mit den in Umfangsrichtung verlaufenden Umfangsrippen kreuzen. Durch solche Kreuzungsstellen wird die Steifigkeit des Drehkolbens maßgeblich erhöht und die Befestigung der Elastomerschicht an der Körpergrundstruktur des Drehkolbens verbessert. Wird ein Drehkolben eingesetzt, der schraubenförmig um die Rotationsachse verlaufende Kolbenflügel aufweist, können sich die Rippen auch als Axial-Radial-Rippen entlang der Außenwand eines solchen gewundenen Flügels erstrecken, was einem helixförmigen Verlauf um die Rotationsachse des Kolbens entspricht.

Die Erfindung ist weiter gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verdrängerkörpers oder eines Gehäuses einer Verdrängerpumpe, wie eines Drehkolbens oder Pumpengehäuses für eine Drehkolbenpumpe oder eines Rotors oder Stators für eine Exzenterschneckenpumpe, mit den Schritten:

Bereitstellen einer Aufbaufläche,

Aufbauen einer Körpergrundstruktur auf der Aufbaufläche, wobei die Körpergrundstruktur eine Vorfertigungsaußenfläche aufweist, welche mit einer Nachbearbeitungsdifferenz, die ein Bearbeitungszuschlag oder ein Untermaßabschlag ist, einer Außengeometrie des Verdrängerkörpers entspricht, Nachbearbeiten der Vorfertigungsaußenfläche durch Auf- oder Abtragen von Material in einer den Nachbearbeitungsdifferenz ausgleichender Stärke, dadurch gekennzeichnet, dass die Körpergrundstruktur in einem additiven Herstellungsverfahren, insbesondere einem draht- oder pulvergestützten Schweißauftragsverfahren hergestellt wird, und die Körpergrundstruktur eine Nabenstruktur mit einer Flanschfläche aufweist, die rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse des Verdrängerkörpers verläuft und die einen Bearbeitungszuschlag aufweist, wobei das Nachbearbeiten einen ersten Schritt umfasst, in dem der Bearbeitungszuschlag auf der Flanschfläche in einem spanenden Bearbeitungsverfahren bis auf ein Sollmaß abgetragen wird, und eine Verdrängerstruktur aufweist, die sich um die Rotationsachse windet und die auf ihrer Vorfertigungsaußenfläche als Nachbearbeitungsdifferenz einen radialen Bearbeitungszuschlag aufweist, wobei das Nachbearbeiten einen zweiten Schritt umfasst, in dem der Bearbeitungszuschlag auf der Vorfertigungsaußenfläche in einem spanenden Bearbeitungsverfahren bis auf ein Sollmaß abgetragen wird, oder eine Verdrängerstruktur aufweist, die sich um die Rotationsachse windet und die auf ihrer Vorfertigungsaußenfläche als Nachbearbeitungsdifferenz einen radialen Untermaßabschlag aufweist, wobei das Nachbearbeiten einen zweiten Schritt umfasst, in dem der Untermaßabschlag auf der Vorfertigungsaußenfläche in einem Beschichtungsverfahren bis auf ein Sollmaß aufgefüllt wird.

Gemäß des so definierten erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Verdrängerkörper oder ein Gehäuse einer Verdrängerpumpe in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt und hierbei eine Nachbearbeitungsdifferenz bei der Herstellung im additiven Verfahren berücksichtigt, die ein Bearbeitungszuschlag oder ein Untermaßabschlag ist. Dieser Bearbeitungszuschlag dient der Nachbearbeitung in einem spanenden Bearbeitungsverfahren, um hierdurch beispielsweise an einer Flanschfläche, die zur Abdichtung, Lagerung oder zum Anschluss an andere Komponenten der Verdrängerpumpe dienen, eine ausreichende Oberflächenqualität und geometrische Präzision zur Sollgeometrie herzustellen. Der Bearbeitungszuschlag kann auch an einer Verdrängerstruktur des Verdrängerkörpers oder des Gehäuses vorgesehen sein. Als solche Verdrängerstruktur soll im erfindungsgemäßen Sinne eine Oberfläche des Verdrängerkörpers oder des Gehäuses verstanden werden, die im Kontakt mit dem zu fördernden Fluid steht und eine Abdichtungswirkung für die Förderung dieses Fluids bereitstellt, also eine Struktur mit einer Oberfläche bildet, die in einem sich bewegenden, dichtenden Kontakt zwischen Verdrängerkörper und Gehäuse steht. Als Verdrängerstruktur werden folglich die Kolbenflügel eines Drehkolbens, die Gewindestruktur eines Rotors, die Nutstruktur eines Stators und die den Pumpenraum begrenzende Innenfläche eines Gehäuses einer Drehkolbenpumpe verstanden. Erfindungsgemäß kann entweder ein Bearbeitungszuschlag oder ein Untermaßabschlag an einer solchen Verdrängerstruktur vorgesehen sein, was im ersten Fall eine spanende Nachbearbeitung zur Herstellung einer hohen Oberflächengüte und geometrischer Präzision ermöglicht und im zweiten Fall eine Beschichtung mit einem zweiten Material wie einem Elastomermaterial ermöglicht, um beispielsweise hierdurch einen mit einer gummielastischen Schicht beschichteten Drehkolben oder einen mit einer gummielastischen Schicht auskleideten Stator herzustellen.

Dabei ist es für die Herstellung eines Drehkolbens, eines Stators oder eines Rotors bevorzugt, wenn die Verdrängerstruktur vorzugsweise gewindeförmig ist und in Bezug auf die Rotationsachse in radialer Richtung eine Gewindetiefe aufweist. Durch eine solche gewindeförmige Gestaltung wird die Wirkungsweise eines Rotors und Stators einer Exzenterschneckenpumpe ermöglicht und ein pulsationsreduziertes oder pulsationsfreies Fördern mit einer Drehkolbenpumpe ermöglicht. Unter einer gewindeförmig ausgebildeten Verdrängerstruktur ist hierbei eine Verdrängerstruktur zu verstehen, die nach Art eines Gewindes durch einen oder mehrere Gewindegänge mit dazwischen liegenden gewindetälern ausgebildet ist, die sich schraubenförmig um eine Rotationsachse winden. Das Gewinde verläuft dabei im Falle eines Rotors oder Stators typischerweise in einem Steigungswinkel von mehr als 60°, definiert als der Winkel zwischen der Richtung, entlang der sich ein Gang des Gewindes in einer Abwicklung erstreckt und der Basislinie, die in einer senkrecht zur Rotationsachse liegenden Querschnittsfläche liegt. Das Gewinde kann insbesondere mehrgängig sein.

Das Verfahren kann weiter fortgebildet werden, in dem das Aufbauen der Körpergrundstruktur den Schritt umfasst: Aufbauen der Verdrängerstruktur als eine gekrümmte Wand auf der Aufbaufläche und Umschließen eines gasgefüllten Hohlraums mit der gekrümmten Wand. Das Umschließen eines gasgefüllten Hohlraums, der ausgeführt sein kann, wie dies bereits zuvor beschrieben wurde, wird eine Gewichts- und Materialsparende Ausgestaltung der Körpergrundstruktur ermöglicht.

Noch weiter ist es bevorzugt, wenn das Verfahren fortgebildet wird, in dem die Aufbaufläche eine Oberfläche einer Substratplatte ist, und die Körpergrundstruktur schichtweise in Richtung der Rotationachse des Verdrängerkörpers oder des Gehäuses auf der Oberfläche der Substratplatte aufgebaut wird und die Rotationsachse senkrecht zur Oberfläche der Substratplatte steht. Gemäß dieser Fortbildungsform wird die Körpergrundstruktur senkrecht auf einer als Substratplatte dienenden Aufbauplatte aufgebaut, sodass die entlang der Rotationsachse realisierbare Länge der Körpergrundstruktur nicht durch die Abmessungen der Substratplatte beschränkt ist, sondern durch die Bauhöhe, die oberhalb der Substratplatte in der additiven Herstellungsvorrichtung zur Verfügung steht. Diese Aufbauweise ermöglicht die Herstellung von Körpergrundstrukturen mit einer ausreichenden Länge für die erfindungsgemäße Herstellung von beispielsweise Rotoren oder Statoren für Exzenterschneckenpumpen. Die in dieser Herstellungsweise erzielte Schichtung des schicht- oder linienweise aufgetragenen Materials weist folglich Schichtgrenzen zwischen zwei benachbarten Schichten auf, die näherungsweise senkrecht zu der Rotationsachse liegen, also etwa parallel zu Querschnittsfläche um die Rotationsachse.

Noch weiter ist es bevorzugt, wenn aus geometrischen Solldaten des Verdrängerkörpers oder Gehäuses ein Aufbaufertigungsdatensatz zur Steuerung des Aufbaus der Körpergrundstruktur in einem additiven Fertigungsverfahren erzeugt wird und der Aufbau der Körpergrundstruktur anhand dieses Aufbaufertigungsdatensatzes gesteuert wird, und aus den geometrischen Solldaten und/oder dem Aufbaufertigungsdatensatz ein Abtragsfertigungsdatensatz erstellt wird und die Nachbearbeitung durch eine Mehrachsfräsbearbeitung erfolgt, die mit dem Abtragsfertigungsdatensatz gesteuert wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird aus dem geometrischen Solldaten des Verdrängerkörpers oder des Gehäuses ein Datensatz hergestellt, der zur Steuerung des Ablaufs des additiven Herstellungsverfahrens in der additiven Fertigungsvorrichtung dient und anhand des so hergestellten Datensatzes für die Aufbaufertigung im additiven Herstellungsverfahren oder anhand der geometrischen Solldaten wird ein zweiter Datensatz erstellt, der für die Abtragsfertigung ausgebildet ist und einen CAD-CAM- Datensatz dargestellt, mit dem die nachfolgende Abtragung von Bearbeitungszuschlägen erfolgt. Durch diese direkte Ableitung der Fertigungssteuerungsdaten für das additive Herstellungsverfahren einerseits und das spanende Abtragsverfahren andererseits wird eine hohe geometrische Präzision der Herstellung beim additiven Herstellungsverfahren und spanenden Abtragsverfahren erreicht. Zugleich wird ermöglicht, den Bearbeitungszuschlag möglichst gering auszugestalten, um das zu zerspanenden Volumen zu minimieren, ohne dass hierbei die Gefahr besteht, dass der Bearbeitungszuschlag in einem Bereich der Geometrie unter das Sollmaß fällt und hierdurch keine spanenden Nachbearbeitung mehr ermöglicht. Die gemäß dieser Fortbildung definierte Erstellung der Fertigungsdaten reduziert weiterhin den Rechenaufwand und das Speichervolumen zur Erzeugung der benötigten Fertigungsdatensätze der aufeinanderfolgenden Fertigungsschritte der additiven Fertigung und der spanenden Abtragung.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Verfahren zur Herstellung eines Stators einer Exzenterschneckenpumpe eingesetzt wird, dass das Verfahren mit den Schritten abläuft: Bereitstellen einer Aufbaufläche, Aufbauen einer Körpergrundstruktur auf der Aufbaufläche, wobei die Körpergrundstruktur eine Vorfertigungsaußenfläche aufweist, welche mit einem Nachbearbeitungsdifferenz, der ein Bearbeitungszuschlag oder ein Untermaßabschlag ist, einer Außengeometrie des Stators entspricht, Nachbearbeiten der Vorfertigungsaußenfläche durch Auf- oder Abtragen von Material in einer den Nachbearbeitungsdifferenz ausgleichenden Stärke, dadurch gekennzeichnet, dass die Körpergrundstruktur in einem additiven Herstellungsverfahren, insbesondere einem draht- oder pulvergestützten Schweißauftragsverfahren hergestellt wird, und die Körpergrundstruktur, eine gekrümmte Wand mit einer Innenwandfläche und einer Außenwandfläche umfasst, die sich in Bezug auf die Rotationsachse in axialer Richtung erstreckt, wobei die Innenwandfläche die Rotationsachse umgibt und zumindest zwei Gewindegänge aufweist, die sich um die Rotationsachse winden, die Innenwandfläche als Nachbearbeitungsdifferenz einen Untermaßabschlag aufweist, und die Vorfertigungsaußenfläche eine vorbereitete Flanschfläche umfasst, die als Nachbearbeitungsdifferenz einen Bearbeitungszuschlag aufweist, das Nachbearbeiten einen ersten Schritt umfasst, in dem der Bearbeitungszuschlag auf der vorbereiteten Flanschfläche in einem spanenden Bearbeitungsverfahren bis auf ein Sollmaß abgetragen wird und hierdurch eine Flanschfläche hergestellt wird, und das Nachbearbeiten einen zweiten Schritt umfasst, in dem die Vorfertigungsaußenfläche der Kolbenflügelstrukturen mit einer Schicht aus einem Elastomermaterial beschichtet wird, die den Untermaßabschlag auffüllt und eine Außengeometrie aufweist, die einer Sollgeometrie des Drehkolbens entspricht.

Weiterhin ist es, wenn das Verfahren zu Herstellung eines Pumpengehäuses einer Drehkolbenpumpe eingesetzt wird, besonders bevorzugt, wenn das Verfahren mit den Schritten abläuft: Bereitstellen einer Aufbaufläche, die senkrecht zu einer Rotationsachse liegt, Aufbauen einer Körpergrundstruktur auf der Aufbaufläche, wobei die Körpergrundstruktur eine Vorfertigungsflanschfläche und einen Vorfertigungsinnenwandfläche aufweist, welche mit einer Nachbearbeitungsdifferenz einer Flanschfläche und einer Innenwandfläche des Pumpengehäuses entspricht, Nachbearbeiten der Vorfertigungsflanschfläche und der Vorfertigungsinnenwandfläche durch Abtragen von Material in einer die Nachbearbeitungsdifferenz ausgleichenden Stärke, dadurch gekennzeichnet, dass die Körpergrundstruktur in einem additiven Herstellungsverfahren, insbesondere einem draht- oder pulvergestützten Schweißauftragsverfahren hergestellt wird, und die Körpergrundstruktur, eine gekrümmte Wand mit der Vorfertigungsinnenwandfläche und einer Außenwandfläche umfasst, die sich in Bezug auf die Rotationsachse in axialer Richtung erstreckt, wobei die Vorfertigungsinnenwandfläche die Rotationsachse umgibt und zwei ineinander schneidende Teilzylinderflächen aufweist, das Nachbearbeiten einen ersten Schritt umfasst, in dem der Bearbeitungszuschlag auf der Vorfertigungsflanschfläche in einem spanenden Bearbeitungsverfahren bis auf ein Sollmaß abgetragen wird und hierdurch eine Flanschfläche hergestellt wird, und das Nachbearbeiten einen zweiten Schritt umfasst, in dem der Bearbeitungszuschlag auf der Vorfertigungsinnenwandfläche in einem spanenden Bearbeitungsverfahren bis auf ein Sollmaß abgetragen wird und hierdurch eine Innenwandfläche hergestellt wird.

Gemäß dieser Ausführungsform ist insbesondere vorgesehen, dass die Körpergrundstruktur, insbesondere der Verdrängerkörper, der Stator oder das Pumpengehäuse, sich entlang einer Fertigungsrotationsachse erstreckt, das Bereitstellen einer Aufbaufläche ein Bereitstellen einer Substratplatte mit einer die Aufbaufläche bildenden Oberfläche umfasst, das Aufbauen der Körpergrundstruktur ein Aufbauen der Körpergrundstruktur auf der Oberfläche umfasst, wobei die Oberfläche horizontal ausgerichtet ist und die Körpergrundstruktur in einer vertikal ausgerichteten Aufbaurichtung darauf schichtweise aufgebaut wird, wobei die Aufbaurichtung parallel zu der Fertigungsrotationsachse verläuft und Schichten der schichtweise aufgebauten Körpergrundstruktur etwa senkrecht zur Fertigungsrotationsachse liegen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verfahren fortgebildet wird, in dem die Wand als Doppelwand mit einer Innenwand, welche die Innenwandfläche aufweist, und einer Außenwand, welche die Außenwandfläche aufweist, aufgebaut wird und zwischen der Innenwand und der Außenwand mindestens ein vorzugsweise gasgefüllter Hohlraum gebildet wird. Durch eine solche Ausgestaltung der Wand als Doppelwand wird einerseits eine Versteifung erreicht, andererseits eine gewichts- und materialsparende Fertigung erzielt. Der Hohlraum kann dabei im späteren Betrieb des Bauteils als Hohlraum verbleiben und folglich einer Gewichtsreduktion des Bauteils bewirken. In einer anderen Anwendungsweise kann der Hohlraum zum Durchleiten eines Fluids wie einer Kühl- oder Erwärmungsflüssigkeit dienen, um einen Kühleffekt oder Erwärmungseffekt auf die Verdrängerpumpe zu bewirken.

Besonders bevorzugt ist es weiterhin bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die beim additiven Herstellungsverfahren einen vorzugsweise gasgefüllten Hohlraum erzeugen, wenn beim Aufbauen der Körpergrundstruktur eine oder mehrere Rippen aufgebaut werden, die sich durch den Hohlraum erstrecken, um eine Wandstruktur um den Hohlraum zu versteifen, wobei vorzugsweise jeder Hohlraum durch eine oder mehrere Rippen versteift wird. Durch solche Rippen kann der Hohlraum in zwei voneinander vollständig getrennte Hohlräume unterteilt werden oder kann durch solche Rippen in einen rippenversteiften, zusammenhängenden Hohlraum unterteilt werden, der eine verbesserte Steifigkeit aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das additive Herstellungsverfahren ein draht- oder pulvergestützes Schweißauftragsverfahren ist, bei dem selektiv anhand der Geometrie der Körpergrundstruktur ein Materialauftrag durch Abschmelzen eines Metalldrahts oder Pulvers erfolgt, insbesondere indem ein kontinuierliches Aufschmelzen entlang einer Schweißbahn, deren Verlauf anhand geometrischer Daten der Körpergrundstruktur gesteuert wird, erfolgt und/oder das Aufschmelzen in einem elektrischen Lichtbogen oder einem Laserstrahl erfolgt.

Durch diese Ausgestaltung des additiven Herstellungsverfahrens wird ein effizientes Herstellen der Körpergrundstruktur in dem additiven Herstellungsverfahren erzielt und eine rasche und hochbelastbarer Materialaufbau für auch große Körpergrundstrukturen mit Abmessungen von mehr als einem Meter ermöglicht. Das Schweißauftragsverfahren erlaubt dabei die Verarbeitung verschiedener alternativer metallischer Werkstoffe und kann daher den Festigkeitsanforderungen an Verdrängerkörper oder Gehäuse von Verdrängerpumpen gut gerecht werden.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn in dem additiven Herstellungsverfahren ein Materialauftragskopf mehrachsig relativ zu der Aufbaufläche bewegt wird. Durch die mehrachsige Bewegung des Materialauftragskopfes wird einerseits bevorzugt, dass Verfahren des Materialauftragskopfes entlang der jeweiligen Schichtebene, in der eine Schicht der Körpergrundstruktur hergestellt wird, ermöglicht, weiterhin kann das Verfahren in vertikaler Richtung, als senkrecht zu dieser Schichtebene, durch die Mehrachsbewegung des Auftragskopfes verwirklicht werden. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Auftragskopf verschwenkbar gelagert und dieser Verschwenkbewegung ebenfalls Bestandteil der Mehrachsbewegung des Auftragskopfes ist. Durch eine solche Verschwenkbarkeit kann der Anstellwinkel, mit dem der Lichtbogen ausgehend von Auftragskopf gezündet wird, solcher Art verbessert werden, dass auch eine additive Herstellung von Überhängen und Überlappungen hierdurch erzielt wird. , die einen für beispielsweise das WAAM-Verfahren üblichen Wert von 25° zur vertikalen Richtung überschreiten. Die Mehrachsbewegung des Auftragskopfes ist im erfindungsgemäßen Sinne grundsätzlich als eine relative mehrachsige Bewegung zwischen Substratplatte und Auftragskopf zu verstehen. In diesem Sinne kann beispielsweise auch durch Rotieren der Substratplatte eine Bewegungsachse der Mehrachsbewegung bereitgestellt werden.

Die Bewegung des Materialauftragskopfes und die Drehung der Aufbaufläche um die Fertigungsrotationsachse werden vorzugsweise anhand von Steuerungsdaten gesteuert, welche aus geometrischen Daten der Körpergrundstruktur abgeleitet sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine perspektivische, teiltransparente Darstellung einer Drehkolbenpumpe gemäß einer erster Ausführungsform der Erfindung von schräg oben seitlich,

Fig. 2 Eine schematische Frontalansicht von zwei Drehkolben in einem Pumpengehäuse in einer quergeschnittenen Ansicht, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3a-3c Perspektivische und teilweise geschnittene Ansichten einer dritten Ausführungsform eines Drehkolbens gemäß der Erfindung,

Fig. 4 Eine schematische, längsgeschnittene Seitenansicht einer Exzenterschneckenpumpe gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 Eine schematische, perspektivische Ansicht eines Stators gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 6 Eine schematische, perspektivische Darstellung eines Rotors gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Bezugnehmend zunächst auf Fig. 1 ist der grundsätzliche Aufbau einer Drehkolbenpumpe wie folgt: In einem Pumpengehäuse 10 rotieren zwei Drehkolben 20, 21 mit mehreren Drehkolbenflügeln 20a, b,c,... 21 a, b,c,... ineinander kämmend um zwei parallel zueinander laufende Rotationsachsen 20‘, 21 Die Größe des zwischen zwei benachbarten Drehkolbenflügeln eines Drehkolbens und der Innenwandfläche des Pumpengehäuses eingeschlossene Volumen, das maßgeblich vom Durchmesser, Länge und Achsabstand der Drehkolben beeinflusst wird, und die Anzahl der Drehkolbenflügel und die Drehzahl der Drehkolben bestimmt das Fördervolumen dieser Drehkolbenpumpe gemäß dem Prinzip einer Verdrängerpumpe. Typischerweise werden bei der Auslegung solcher Drehkolbenpumpen in einer Serie die Länge der Drehkolben entlang der Rotationsachse variiert, um das Fördervolumen bei ansonsten gleichen Bedingungen zu erhöhen. Dementsprechend ist das Pumpengehäuse 10 auch in Richtung der Rotationsachsen entsprechend lang passend zur gewählten Drehkolbenlänge ausgeführt.

An einem ersten Ende ist das Pumpengehäuse 10 durch einen Deckel 11 verschlossen, der hier transparent dargestellt ist und zu Darstellungszwecken den Blick auf die Drehkolben eröffnet. Dieser Deckel 11 ist über mehrere Schrauben an einer stirnseitigen Flanschfläche 1 T des Pumpengehäuses abgedichtet befestigt. Er kann abgenommen werden, um die Drehkolben dann aus dem Pumpengehäuse zu entnehmen für Zwecke der Wartung oder des Ersatzes.

Am Gehäuse 10 ist eine seitliche Einlassöffnung 12 und eine dieser gegenüberliegende seitliche Auslassöffnung 13 angeordnet. Die Durchströmungsrichtung durch die Einlass- und die Auslassöffnung 12, 13 ist radial in Bezug auf die Rotationsachsen 20‘, 21 ‘ und kann durch Drehrichtungsumkehr der Drehkolben auch von der Auslassöffnung zur Einlassöffnung verlaufen. Bevorzugt weist die Durchströmungsrichtung keine axiale Richtungskomponente auf.

Die beiden Drehkolben 20, 21 sind auf der dem Deckel 11 gegenüberliegenden Seite mit einer oberen und einer unteren Antriebswelle verbunden, die sich ausgehend von einem Getriebegehäuse 30 entlang der Rotationsachsen 20‘, 21 ‘ erstrecken. Das Getriebegehäuse 30 ist, ebenso wie der Deckel 11 , über einen Flansch 1 T mit dem Pumpengehäuse verbunden. Im Getriebegehäuse wird die Antriebskraft eines Elektromotors 40, der die obere Antriebswelle unmittelbar oder über ein Getriebe antreibt, mittels einer Getriebekopplung auf die untere Antriebswelle übertragen und die Drehzahl dieser beiden Antriebswellen synchronisiert. Es werden dadurch beide Drehkolben durch den Elektromotor angetrieben. In anderen Ausführungsformen kann auf eine Getriebesynchronisation auch verzichtet werden und beispielsweise der Elektromotor direkt nur einen der beiden Drehkolben antreiben. Der andere Drehkolben wird dann durch die kämmende Kraftübertragung durch den angetriebenen Drehkolben in Rotation versetzt. Wiederum in anderen Ausgestaltungen kann auch jeder der beiden Drehkolben durch jeweils einen Antriebsmotor direkt in Rotation versetzt werden. In einem solchen Fall kann beispielsweise anstelle des Deckels 11 auch ein Antriebsgehäuse mit Elektromotor vorgesehen sein, dass den entsprechend anderen Drehkolben direkt antreibt.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Die Drehkolbenpumpe dieser Ausführungsform weist zwei jeweils vierflügelige Drehkolben 120, 121 auf. Die Drehkolben sind auf Antriebswellen 131 , 132 drehmomentfest mittels einer Nut-Federverbindung befestigt und werden durch ein Drehmoment von diesen Antriebswellen in Rotation versetzt. Diese Rotation führt durch Ineinanderkämmen der Drehkolben im Bereich zwischen den beiden Rotationsachsen 120‘, 12T zu einer Verdrängung von Flüssigkeit und zu einer Förderung von Flüssigkeit im jeweils außenliegenden Umfangsbereich der Drehkolben. Dadurch wird Flüssigkeit von einer Einlassöffnung 112 zu einer Auslassöffnung 113 gefördert, wobei durch Umkehr der Drehrichtung auch eine entgegengesetzte Förderung erfolgen kann.

Die Drehkolben gleiten im äußeren Umfangsbereich dichtend an einer inneren Umfangsfläche 114, 1 15 eines Pumpengehäuses 1 10. Dieses Pumpengehäuse ist in einem Schweißauftragsverfahren hergestellt und weist eine Doppelwandung mit einem Hohlraum 116, 117 auf. Der Hohlraum wird durch eine innere Wand 116‘, 117‘ und eine außenliegende Wand 116“, 117“ umschlossen. Der Hohlraum ist gasgefüllt, wobei zu verstehen ist, dass in dem Hohlraum 116, 117 im Betrieb eine Kühlflüssigkeit oder Heizflüssigkeit geführt und zirkuliert werden kann, um eine Kühlung beziehungsweise Erwärmung der Pumpe und des darin geförderten Mediums zu erreichen - dies ist erfindungsgemäß auch als gasgefüllter Hohlraum zu verstehen.

Die innenliegende Umfangsfläche 114, 115 wird im additiven Herstellungsverfahren mit einem Bearbeitungszuschlag aufgebaut, der nachfolgend spanend abgetragen wird, um eine hohe Oberflächengüte und geometrische Präzision dieser inneren Umfangsfläche zu erzielen. Sie bildet dann zwei präzise Teilzylinderflächen um die Rotationsachsen 120‘, 121 ‘ aus und kann daher eine sichere Abdichtung gegen die daran entlang gleitenden Spitzen der Kolbenflügel und einen minimierten Verschleiß dieser Kolbenflügelspitzen bewirken. Im Bereich der Einlassöffnung 112 und der Auslassöffnung 113 sind Flanschflächen 112‘, 113‘ vorgesehen, die dazu dienen, eine Einlassleitung beziehungsweise eine

Auslassleitung dichtend an das Pumpengehäuse anzuschließen. Auch im Bereich dieser Flanschflächen 112‘, 113‘ wird in additiven Herstellungsverfahren ein

Bearbeitungszuschlag hergestellt, der nachfolgend spanend abgetragen wird, um hierdurch eine plane Anschlussfläche zu erzeugen und einen dichten Anschluss einer Rohrleitung an die Einlassöffnung beziehungsweise Auslassöffnung zu ermöglichen.

Der linke Drehkolben ist in Fig. 2 als gummibeschichteter Drehkolben dargestellt, während der rechte Drehkolben als vollmetallischer Drehkolben abgebildet ist. Grundsätzlich ist zu verstehen, dass in einer Drehkolbenpumpe jedoch stets zwei Drehkolben gleicher Bauart zum Einsatz kommen, also auf beiden Seiten jeweils ein gummibeschichteter Kolben oder jeweils ein vollmetallischer Drehkolben. Die gemischte Darstellung in Fig. 2 dient lediglich der besseren Erläuterung der möglichen Varianten der Erfindung.

Der linke Drehkolben 121 weist eine Körpergrundstruktur bzw. Kolbengrundstruktur auf, die in einem Schweißauftragsverfahren als additivem Herstellungsverfahren hergestellt ist. Er umfasst eine metallische Kolbengrundstruktur 122, welche die Form des Drehkolbens mit den vier daran ausgebildeten Kolbenflügeln sowie die Nabe mit der Innenumfangsfläche zum Verbinden mit der Antriebswelle 132 grundsätzlich ausbildet. Die Innenumfangsfläche der zentralen Bohrung dieser Kolbengrundstruktur, die zum Anschluss und zur Zentrierung des Drehkolbens auf der Antriebswelle 132 dient, wird im additiven Herstellungsverfahren mit einem Bearbeitungszuschlag hergestellt, der zuvor oder nachfolgend in einem spanenden Drehbearbeitungsvorgang auf ein mit einer Fertigungstoleranz definiertes Sollmaß erweitert wird, um einen zentrierten und nahezu spielfreien Anschluss des Drehkolbens auf der Antriebswelle zu erreichen.

Die Kolbengrundstruktur 122 weist in jedem der vier Kolbenflügel einen Hohlraum 123a,b,c,d auf, der gasgefüllt und allseits von der Kolbengrundstruktur dichtend umschlossen ist. Diese gasgefüllten Hohlräume dienen der Materialeinsparung und Gewichtserleichterung des Drehkolbens.

Die gasgefüllten Hohlräume 123a,b,c,d weisen eine Sanduhrform auf mit einer in Umfangsrichtung größeren Breite am Kolbenflügelfuß und am Kolbenflügelkopf und einer Einschnürung mit geringerer Breite in Umfangsrichtung im Bereich des Kolbenflügelhalses zwischen dem Kolbenflügelkopf und dem Kolbenflügelfuß. Die Außengeometrie jedes Kolbenflügels weist eine dementsprechende Geometrie mit einer geringfügigen Einschnürung im Bereich des Kolbenflügelhalses auf. In anderen Ausführungsformen können die Kolbenflügel auch ohne eine solche Einschnürung ausgeführt sein und im Bereich des Kolbenflügelhalses geradlinig verlaufen oder sich zur Kolbenflügelspitze hin verjüngen.

Die metallische Kolbengrundstruktur ist außen mit einer Elastomerschicht 124 beschichtet. Diese Elastomerschicht wird durch Aufvulkanisieren eines gummielastischen Materials auf die im additiven Herstellungsverfahren erzeugte Außenwandfläche der Kolbengrundstruktur hergestellt und könnte beispielsweise auch kalt gegossen werden. Die Elastomerschicht 124 ist entlang des gesamten Drehkolbens mit im Wesentlichen gleichbleibender Wandstärke ausgeführt, was dadurch erreicht wird, dass die Außenwandfläche der metallischen Kolbengrundstruktur bereits die gewünschte Sollgeometrie des Drehkolbens abzüglich eines Untermaßabschlags vordefiniert. In manchen Ausgestaltungen kann an besonders belasteten Stellen eine größere Wandstärke der Elastomerschicht vorgesehen sein, beispielsweise im Kopfbereich der Kolbenflügel. Dieser Untermaßabschlag wird beim additiven Herstellungsvorgang gefertigt und entspricht der gewünschten Wandstärke der Elastomerschicht, die folglich diesen Untermaßabschlag bis auf das gewünschte Sollaußenmaß des Drehkolbens auffüllt.

Der linke Drehkolben 121 ist ebenso wie der rechte Drehkolben 120 mit gewindeförmig um die Rotationsachse 121 ‘, 120‘ verlaufenden Drehkolbenflügeln versehen, sodass die Drehkolbenflügel der beiden Drehkolben nach Art eines Schneckengetriebes im Bereich zwischen der den beiden Rotationsachsen ineinander kämmen und hierdurch eine pulsationsverminderte oder sogar pulsationsfreie Förderung des Mediums bewirken. Die Steigung des gewindeförmigen Verlaufs der Drehkolben ist dabei mit der axialen Länge der Drehkolben so abgestimmt, dass in jeder Drehstellung des Drehkolbens ein durch zwei Flügelspitzen gegen die Innenumfangsfläche des Pumpengehäuses abgedichteter Förderraum verbleibt. Dies bedeutet, dass der Steigungswinkel als Winkel zwischen einer Querschnittsfläche und dem Verlauf eines Kolbenflügels umso steiler sein muss, je länger der Drehkolben ist. Durch diese Aufrechterhaltung eines in sich geschlossenen Zwischenraums zwischen zwei Drehkolbenflügeln wird die Förderwirkung erzielt und die Drehkolbenpumpe in jeder Drehstellung gegen Rückströmung abgedichtet.

Der rechte Drehkolben 120 ist als metallischer Drehkolben abgebildet, er weist eine metallische Kolbengrundstruktur auf, die durch eine im additiven Herstellungsverfahren ausgebildete äußere mehrfach gekrümmte Wandfläche einerseits und eine innere, zylindrische Wandfläche andererseits gebildet wird, die sich im Bereich der Vertiefungen zwischen zwei Kolbenflügelspitzen miteinander verbinden. Diese Kolbengrundstruktur 125 des rechten Drehkolbens 120 bildet somit unmittelbar die äußere Oberfläche des Drehkolbens ab, welche in kämmendem Eingriff mit dem anderen (im realen Anwendungsfall dann abweichend von Fig. 2 auch vollmetallischem) Drehkolben und in dichtendem Gleitkontakt zu dem Pumpengehäuse steht und die innere Zylinderumfangsfläche des Drehkolbens, welche auf der Antriebswelle befestigt ist. Sowohl die äußere Oberfläche des Drehkolbens als auch die innere Zylinderumfangsfläche des Drehkolbens werden im additiven Herstellungsverfahren mit einem Bearbeitungszuschlag produziert, der in einem nachfolgenden spanenden Bearbeitungsverfahren abgetragen wird, um hierdurch eine hohe Oberflächengüte und geometrische Präzision dieser Flächen zu erzeugen.

Die Wandstärke der Kolbengrundstruktur ist im Wesentlichen gleichmäßig, sodass die äußere Oberfläche des Drehkolbens durch eine mehrfach gekrümmte Wand gebildet wird. Diese Wand wird nach einwärts durch eine entsprechend kongruent verlaufende innere gekrümmte Wandfläche begrenzt. Diese innere gekrümmte Wandfläche schließt in jedem Kolbenflügel des Drehkolbens 120 einen gasgefüllten Hohlraum 126a,b,c,d ein. Dieser gasgefüllte Hohlraum wird radial innenseitig durch die Wandstruktur der Kolbengrundstruktur, welche die innere Zylinderumfangsfläche des Drehkolbens umgibt, begrenzt. Die gasgefüllten Hohlräume 126a, b,c,... dienen wiederum der Materialeinsparung und Gewichtserleichterung des Drehkolbens.

Bezugnehmend nun auf die Fig. 3a-3c ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung abgebildet in Gestalt eines vierflügeligen Drehkolbens mit einer gummielastischen Beschichtung. Fig. 3b zeigt hierbei die Kolbengrundstruktur, welche aus einer Nabenstruktur 210 und vier daran angesetzten sich radial erstreckenden Kolbenflügelstrukturen 220a,b,c,d gebildet wird. Die Nabenstruktur und die Kolbenflügelstrukturen können hierbei in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt werden, beispielsweise in solcher Art, dass die Kolbenflügelstruktur in einem schichtweisen Herstellungsverfahren mit Aufeinanderschichten der einzelnen Schichten entlang der Richtung der Rotationsachse 200‘ des Drehkolbens aufgebaut wird. Alternativ kann die Nabenstruktur 210 des Drehkolbens als Rohrabschnitt vorgefertigt sein und die äußere Umfangsfläche dieses Rohrabschnitts als Aufbaufläche für die vier Flügelstrukturen des Drehkolbens dienen. In diesem Fall werden die vier Flügelstrukturen jeweils in radialer Richtung schichtweise auf der Außenumfangsfläche dieser Nabenstruktur 210 im additiven Herstellungsverfahren aufgebaut. Jede Kolbenflügelstruktur 220a,b,c,d weist eine im Querschnitt hausförmige Struktur auf mit einem nahezu parallelen Verlauf von zwei Wandflächen im Flügelfußbereich und einem giebelförmigen Verlauf der beiden Wandflächen hin zu einer Kolbenflügelspitze im Flügelspitzenbereich des Kolbenflügels. Die Kolbenflügelstruktur umschließt dabei in jedem der Drehkolbenflügel einen gasgefüllten Hohlraum 226.

Die Kolbenflügelstruktur 220a-d und die Nabenstruktur 210 bilden eine Kolbengrunstruktur aus, die, wie den Fig. 3a, 3c zu entnehmen ist, mit einer gummielastischen Schicht 224 beschichtet ist. Diese gummielastische Schicht 224 ist unmittelbar auf die im additiven Herstellungsverfahren hergestellten Kolbenflügelstrukturen 220a-d aufgebracht und haftet dadurch an der fertigungsbedingt rauen Oberfläche dieser Kolbenflügelstrukturen besonders gut, sodass lediglich eine Behandlung mit einem Primer noch vor der Aufbringung der Gummischicht erfolgen muss. Eine gesonderte Vorbereitung oder Bearbeitung dieser Oberfläche der Kolbenflügelgrundstrukturen zur Verbesserung der Anhaftung kann sich daher oftmals auf eine Reinigung und Entfettung beschränken oder gänzlich entfallen, ohne dass hierdurch die Haftung der gummielastischen Schicht nachteilig beeinflusst würde.

Die Kolbenflügelstrukturen werden im additiven Herstellungsverfahren mit einem Untermaßabschlag an ihrer äußeren Oberfläche aufgebaut, um hierdurch, wie zuvor bereits erläutert, den notwendigen Raum für die Beschichtung mit gummielastischen Schicht bis auf das Sollmaß zu schaffen.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die als Exzenterschneckenpumpe ausgeführt ist. Die Exzenterschneckenpumpe weist einen Stator 310 und einen darin um eine Rotorlängsachse 320‘ rotierenden Rotor 320 auf. Die äußere Umfangsfläche des Rotors 320 ist mit einer mehrgängigen, steilen Gewindestruktur mit abgerundeten Gewindegängen versehen und wälzt in einer hierzu passenden mehrgängigen Innengewindestruktur des Stators ab, die einen Gang mehr aufweist als die Außengewindestruktur des Rotors. Der Rotor führt daher eine um eine Statormittellängsachse 310‘ rotierende Bewegung aus, d. h. der Rotor rotiert um seine Rotationsachse und die Rotationsachse 320‘ des Rotors rotiert um die Statorlängsachse.

Der Rotor 320 ist an einem einlassseitigen Ende des Stators mit einer Taumelwelle 330 verbunden, die ihrerseits über ein Getriebe 340 mit einem Antriebsmotor 350 verbunden ist. Die Taumelwelle treibt den Rotor für seine exzentrische Rotationsbewegung mittels zweier Kardangelenke 331 , 332 an. Der Rotor 320 wird durch eine gekrümmt verlaufende Wandung gebildet, die in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt wird. Die Wandung umschließt dabei einem inneren Gas, gasgefüllten Hohlraum 326, durch den sich eine Befestigungsschraube vom Auslassende des Rotors bis zu einer Flanschanschlussfläche, mit welcher der Rotor am linken Kardangelenkt 331 der Taumelwelle befestigt ist, erstreckt. Im Bereich dieser Flanschanschlussfläche zum Anschließen an das Kardangelenk wird der Rotor mit einem Bearbeitungszuschlag im additiven Herstellungsverfahren hergestellt, der in einem nachfolgenden spanenden Bearbeitungsverfahren auf ein Sollmaß abgetragen wird, um hierdurch die notwendige Oberflächenqualität und geometrische Präzision für eine konische Verbindung zu dem Kardangelenk zu erzeugen. Die Befestigungsschraube 322 dient der Aufbringung einer entsprechenden Zugkraft auf diese Konusverbindung und kann am auslassseitigen Ende des Rotors durch eine Schraubbewegung gelöst werden.

Der Stator 310 wird ebenfalls durch eine gekrümmte Gehäusewand gebildet und diese Wand schließt ebenfalls einen gasgefüllten Hohlraum 316 ein. In dem gasgefüllten Hohlraum 316 ist im Betrieb der Pumpe das zu fördernde Fluid und der Rotor angeordnet. Die gekrümmte Gehäusewand 311 des Stators weist eine innere Geometrie auf, welche der mehrgängigen Statorgewindestruktur entspricht. Diese innere Oberfläche kann mit einem Bearbeitungszuschlag im additiven Herstellungsverfahren hergestellt werden, um nachfolgend eine geometrisch präzise Oberfläche durch ein spanendes Herstellungsverfahren herzustellen und so einen rein metallischen Stator zu produzieren. Bevorzugt ist jedoch, die innere Oberfläche der Statorgrundstruktur im additiven Herstellungsverfahren mit einem Untermaßabschlag herzustellen, der durch eine innere Auskleidung mit einem gummielastischen Material in einem nachfolgenden Beschichtungsprozess auf ein Innensollmaß aufgefüllt wird. Diese Elastomerbeschichtung im Innenraum des Stators kann mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Wandstärke ausgeführt werden, da die metallischen Statorgrundstruktur im additiven Herstellungsverfahren bereits die Gewindegeometrie des mehrgängigen Innengewindes des Stators geometrisch bereitstellt.

Die Wandstärke der Statorgrundstruktur ist im Wesentlichen gleichmäßig, sodass sich die mehrgängige Gewindestruktur auch auf der äußeren Umfangsfläche des Stators abbildet. Der Stator ist außen folglich nicht mit einer zylindrischen Umfangsfläche versehen, sondern mit einer mehrgängigen Außengewindeoberfläche. Diese Ausgestaltung führt zu einer Materialeinsparung und einem Erhalt der Steifigkeit des Stators. Einlassseitig sowie Auslassseitig ist der Stator mit stirnseitigen Flanschflächen 311 , 312 versehen, die beispielsweise im additiven Herstellungsverfahren mit einem Bearbeitungszuschlag produziert werden, um durch mechanische Nachbearbeitung eine für einen dichtenden Anschluss an das Einlassgehäuse beziehungsweise Auslassgehäuse ausreichende Oberflächenqualität und geometrische Präzision zu erreichen. Flanschflächen können alternativ aber auch durch die Substratplatte gebildet werden, auf welcher der Stator aufgebaut wird oder können nachträglich als vorgefertigte Platte mit dem Stator verbunden werden. Der Stator wird axial durchströmt.

Die Taumelwelle 330 rotiert in einem Einlassgehäuse mit einer Einlassöffnung 333. Am Auslassende des Stators 310 ist ein Auslassgehäuse 360 dichtend befestigt, welches eine Auslassöffnung 363 aufweist.

Fig. 5 zeigt schematisch eine im additiven Herstellungsverfahren hergestellte Statorgrundstruktur. Ausgehend von einer Aufbaufläche 410 erstreckt sich die Statorgrundstruktur als eine gekrümmte Wandfläche, die mit ihrer Innen- und Außenfläche einen mehrgängigen gewindeförmigen Verlauf mit verrundeten Gewindegängen ausbildet in vertikaler Richtung entlang der Statormittellängsachse 410‘. Die Statorgrundstruktur wird in vertikaler Richtung entlang der Mittellängsachse 410‘ aufgebaut, wodurch sich eine Schichtstruktur ergibt, die schematisch durch Schichtgrenzen 411 a,b,c,... in Fig. 5 dargestellt ist. Diese Schichtgrenzen liegen in Querschnittsflächen etwa senkrecht zu der Mittellängsachse 410‘. Am stirnseitigen Ende ist die Statorgrundstruktur mit je einem Flansch 411 , 421 zum Anschluss an das Auslass- oder Einlassgehäuse der Exzenterschneckenpumpe versehen. Der innere Hohlraum weist, wie an dem oberen Ende erkennbar, einen ovalen Querschnitt auf, der durch die zweigängige Gestaltung des Gewindes dieses Stators bedingt ist. Der in Fig. 5 dargestellte Stator ändert sein Querschnittsprofil von einem eingangsseitigen Kreisquerschnitt ins Oval und wieder zurück in einen ausgangsseitigen Kreisquerschnitt. Durch die eingangs- und ausgangsseitigen Kreisquerschnitte ist ein Anschluss des Stators an vorhandenen Einlass- und Auslassflansche erleichtert. In dieser Bauweise kann auf ein Einlegen einer Deckschicht bzw. einer Flanschplatte verzichtet werden. Grundsätzlich ist zu verstehen, dass auch drei- , vier- oder mehrgängige Gewindegestaltungen am Stator ausgeführt sein können, in diesem Fall ergibt sich eine entsprechend nach Art eines abgerundeten Dreiecks, nach Art eines abgerundeten Vierecks beziehungsweise Kleeblatts sich darstellende Öffnung am Ende des Stators beziehungsweise eine nach Art eines abgerundeten Mehrecks ausgebildete Öffnung. Fig. 6 zeigt eine schematische Abbildung einer Rotorgrundstruktur für eine Exzenterschneckenpumpe. Die Rotorgrundstruktur ist als gekrümmte Wandstruktur ausgebildet, die einen gewindeförmigen Verlauf eines eingängigen Gewindes auf ihrer Außenfläche und Ihrer Innenfläche aufweist. Der Rotor entspricht hierdurch einem Rohr mit kreisförmigen Querschnitt, dass einen spiralförmigen Verlauf seiner Mittellängsachse aufweist. Die Rotorgrundstruktur kann wiederrum, wie bereits bezüglich des Stator gemäß Fig. 5 erläutert, auf einer hier nicht dargestellten Aufbaufläche in vertikaler Richtung aufgebaut werden, in dem Schichten in Richtung einer Rotorlängsachse 520‘ aufeinander aufgeschichtet werden. Dabei ist zu verstehen, dass diese Aufschichtung erfolgen kann, in dem in einem Auftragsschweißverfahren die Wandstruktur des Rotors durch spiralförmiges Umfahren der Mittellängsachse des Rotors mit dem Schweißauftragskopf hergestellt wird. Es ergeben sich folglich schraubenförmig verlaufende Schichtgrenzen, die durch die Linien 511 a, b,c symbolisch dargestellt sind. Der Rotor wird im additiven Herstellungsverfahren auf seiner Außenumfangsfläche und seinen beiden stirnseitigen Ringflächen 511 , 521 mit einem Bearbeitungszuschlag hergestellt, der in einem nachfolgenden spanenden Bearbeitungsvorgang auf ein Sollmaß abgetragen wird, um eine hohe Oberflächengüte und - Präzision herzustellen. Der Rotor weist eine im Wesentlichen gleichbleibende Wandstärke auf und umschließt in seinem Innenraum einen gasgefüllten Hohlraum 526, der im Betrieb gasgefüllt bleibt und so eine erhebliche Gewichts- und Materialeinsparung bewirkt. Der gasgefüllte Hohlraum kann dazu dienen, eine Befestigungsschraube zur Befestigung des Rotors an der Taumelwelle aufzunehmen oder um ein langes Werkzeug zur Befestigung und Lösung einer Schraube am einlassseitigen Ende des Rotors hindurch zu stecken, welches den Rotor an der Taumelwelle oder einem Gelenk der Taumelwelle befestigt.

10, Pumpengehäuse Deckel

11‘ Flansch

12 Einlassöffnung

13 Auslassöffnung

20, 21 Drehkolben

20a, b,c.., 21a, b,c... Drehkolbenflügel

20‘, 21 ‘ Rotationsachsen

30 Getriebegehäuse

40 Elektromotor

110 Pumpengehäuse

112 Einlassöffnung

113 Auslassöffnung

112‘, 113‘ Flanschflächen

114, 115 innere Umfangsfläche

116, 117 Hohlraum

116‘, 117‘ innere Wand

116“, 117“ äußere Wand

120 rechter Drehkolben

121 linker Drehkolben

120, 121 flügelige Drehkolben

120‘, ₁₂ 1‘ Rotationsachsen

122 Kolbengrundstruktur

123a,b,c Hohlraum

124 Elastomerschicht

125 Kolbengrundstruktur

125, 126 Antriebswellen

126a,b,c... gasgefüllte Holraum

132 Antreibswelle

200‘ Rotationsachse

210 Nabenstruktur

210, 220a-d Kolbenflügelgrundstruktur

220 Rotor

220‘ Rotationsachse

220a,b,c,d Kolbenflügelstruktur - M -

224 gummielastische Schicht

226 gasgefüllter Hohlraum

310 Stator

311 gekrümmte Gehäusewand

320 Rotor

321 gasgefüllter Hohlraum

320‘ Rotorlängsachse

322 Befestig u ngssch rau be

330 Taumelwelle

331 , 332 Kardangelenke

334 Einlassöffnung

340 Getriebe

350 Antriebsmotor

360 Auslassgehäuse

363 Auslassöffnung

400‘ Statormittellängsachse

410 Aufbaufläche

411a,b,c,... Schichtgrenzen

412 Flansch

520‘ Rotorlängsachse

511a, b,c,... Linien

526 Hohlraum