In den letzten Jahren ist ein Trend zu beobachten, dass Mehrphasenpumpen mit einem deutlich höheren Druck an immer unzugänglicheren Orten eingesetzt werden. Dabei müssen diese absolut wartungsfrei und zuverlässig über mindestens drei Jahre laufen, weshalb Änderungen an den Pumpendimensionen, ebenso wie an den funktionalen Maßen notwendig sind.

Das Maß des Spalts zwischen der Förderspindel und dem Gehäuse, das stets durch Flüssigkeit gedichtet sein muss, muss auf Grund des schwer zugänglichen Einsatzortes der Pumpe reduziert werden, da sonst die Menge der bereit zu stellenden Dichtungsflüssigkeitsreserve zu hoch werden würde.

Eine Spaltverringerung durch Toleranzminimierung und ein neues Verfahrenskonzept für die Fertigung der Gehäusebohrung führen dann zur Verbesserung des hydraulischen Wirkungsgrades.

Zur Fertigung der sich überschneidender Bohrungen (siehe Bild 1) für den Verlauf der Spindeln der Schraubenpumpen in der geforderten Größe und Genauigkeit existieren derzeit keine geeigneten Fertigungsmethoden, die eine wirtschaftliche Herstellung des Pumpengehäuses ermöglichen.

Bild 1:       Unterbrochener Schnitt bei der Gehäusefertigung

Die Vorgaben für die Spindelpumpe wie extrem hohe Drücke (intern und extern), große Fördermenge und die extrem hohe Gasbeladung haben einen breiten Forschungsaufwand zur Folge. Das iwb ist dabei mit der Entwicklung eines innovativen Fertigungsverfahrens zur Bearbeitung der Gehäusebohrungen, in welche die Spindelwellen eingeführt werden, betraut. Dabei sollen die geforderten Genauigkeiten des zu entwickelnden Pumpengehäuses eingehalten werden um den Gesamtwirkungsgrad der Schraubenspindelpumpe positiv zu beeinflussen. 

Die am iwb vorhandenen Erfahrungen in den Bereichen der Genauigkeitssteigerung von Werkzeugmaschinen, der Kompensation von thermischer Verlagerung sowie der adaptronischen Prozessregelung werden bei der Zielerreichung genutzt. Die erarbeiteten Lösungswege werden durch eine Simulation des statischen und dynamischen Prozessverhaltens abgesichert. Darüber hinaus sollen durch eine Untersuchung der toleranzabhängigen Fertigungs- und Montagefolgen weitere Optimierungspotenziale erschlossen werden.

Verschiedene Fertigungsverfahren werden hinsichtlich ihrer Eignung für die geforderte Bearbeitungsaufgabe beurteilt. Vor allen Dingen sind dabei Aspekte der aktiven, mechatronischen Schwingungsdämpfung sowie der regelungstechnischen Positionsüberwachung zu berücksichtigen. Die Realisierbarkeit der notwendigen geometrischen Dimensionen, Kräfte und Momente in einer Werkzeugmaschine muss zudem überprüft werden.

Um das bislang am besten geeignete Fertigungsverfahren für die Bearbeitungsaufgabe weiter zu verbessern, müssen neben der Geometrie des Schnittwerkzeugs auch dessen dynamisches Verhalten sowie die entsprechende Ansteuerung für eine Erhöhung der Fertigungsgenauigkeit angepasst werden.

Um die hohen Genauigkeitsanforderungen realisieren zu können, ist neben der Auswahl des Bearbeitungsverfahrens und des Werkzeugs die Integration von aktiven Elementen (z.B. Piezo-Stellelementen) in das Werkzeug möglich. Es werden Vorschläge erarbeitet, wie Verlagerungen auf Grund von Temperaturschwankungen mit Hilfe von Sensoren und Aktoren kompensiert werden können.

Anforderungen an einen Regelalgorithmus, der die im Bearbeitungsprozess auftretenden Störkräfte bzw. die daraus resultierenden Werkzeugauslenkungen mit Hilfe der festgelegten Sensorik detektiert und mittels der vorhandenen Aktorik kompensiert, können abgeleitet werden.