Herstellung von tiefen Bohrungen mit nicht kreisförmigen Querschnitten

Fuß, M.1, a; Koeppen, D.2, b

1)
Institut für Spanende Fertigung, Technische Universität Dortmund, Baroper Str. 303, 44227 Dortmund
2)
Beratende Gesellschaft für Tiefbohr- und Zerspanungstechnik GmbH, Dorstfelder Hellweg 60, 44149 Dortmund

a) fuss@isf.de; b) d.koeppen@bgtb.de

Kurzfassung

Unterschiedliche technische Anwendungen benötigen zu ihrer Realisierung Rohre, deren Bohrungen durch ein unrundes, in axialer Richtung schraubenförmig fortgesetztes Profil ausgezeichnet sind. Rohre dieser Art finden zum Beispiel als Statoren in sogenannten Moineau-Pumpen, auch PCP (progressing cavity pump) genannt, Anwendung. Aufgrund der ungleichen Anzahl der Gewindegänge bilden sich zwischen dem Rotor und dem Stator abgeschlossene Hohlräume aus, die sich bei Drehung des Rotors fortbewegen. Der unrunde Bohrungsquerschnitt ist aus mehreren kleinen und größeren Kreissegmenten zusammengesetzt, sodass sich eine ungleiche Bohrungswandstärke über den Umfang ausbildet. Um die Dichtheit zu gewährleisten, muss der geringfügig mit Untermaß ausgeführte Stator mit einer Elastomerschicht ausgekleidet werden. Das Spiel zwischen Stator und Rotor mit Elastomeren auszukleiden, ist naheliegend und erforderlich, um Fertigungsungenauigkeiten, ungewollte Verformungen im Betrieb sowie Verunreinigungen auszugleichen. Die Herstellung einer profilierten Bohrung ist bislang nur bei größeren Durchmessern spanend möglich. Bei diesen größeren Statoren wird die Elastomerschicht auf ein metallisches Grundprofil aufgetragen. Kleinere Bohrungsdurchmesser werden i. d. R. zylindrisch gebohrt und das Profil anschließend mithilfe eines Kerns durch ein Elastomer eingegossen. Durch das Elastomer wird zwar eine gute Abdichtung zwischen Rotor und Stator erreicht, der geringere E-Modul des Elastomers führt jedoch zu erheblichen Leistungsverlusten. Statoren mit einem metallischen Grundgewinde zu versehen und mit einer dünnen Gummilage zu beschichten, realisiert eine Effizienzsteigerung zwischen 40-100 %. Aus diesem Grund wird angestrebt, auch bei geringeren Bohrdurchmessern eine dünne Elastomerschicht zur Abdichtung auf das metallische Grundprofil aufzubringen. Hinsichtlich des „Mud-Motors” gibt es zwei angestrebte Entwicklungstrends. Zunehmend finden kleinere Mud-Motoren (Durchmesser ca. 27/8” (73 mm)) Anwendung, bei denen zudem angedacht wird, die Statoren und Rotoren zu verlängern, um somit die Leistung zu erhöhen. Um diesen Trend wirtschaftlich zu realisieren, hat die Fa. Beratende Gesellschaft für Tiefbohr- und Zerspanungstechnik (BGTB) in Kooperation mit dem Institut für Spanende Fertigung (ISF) ein neuartiges Auskammersystem entwickelt und auf einer Tiefbohrmaschine der Fa. Giana des Typs GGB 560 zum Einsatz gebracht. Dieses Auskammersystem wurde auf einen Werkzeugdurchmesser von d = 48 mm ausgelegt, wodurch der aktuell in der Industrie angefragte Durchmesser zukunftsorientiert geringer dimensioniert wurde.

Veröffentlichung

In: Spanende Fertigung, 7. Ausgabe, Biermann, D. (Hrsg.), Vulkan Verlag, Essen, 2017, ISBN 978-3-8027-2989-8 (print), 978-3-8027-3052-8 (ebook), S. 104-113