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Die
Erfindung betrifft eine Fluidpumpe, insbesondere eine Flüssigkeitspumpe
für einen
Kühl- oder
Heizkreislauf eines Kraftfahrzeuges, sowie ein Verfahren zur Herstellung
einer derartigen Fluidpumpe.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 199 34 382
A1 ist eine Flüssigkeitspumpe,
insbesondere für
den Kühl-/Heiz-kreislauf
eines Kraftfahrzeuges bekannt, welche einen Stator in Klauenpolkonstruktion
und einen von dem Stator durch ein Rohr getrennten, im Kühlwasser
eingetauchten und ein Flügelrad
bildenden Rotor aufweist. Der Rotor der Flüssigkeitspumpe der
DE 199 34 382 A1 ist
radial innerhalb des Stators angeordnet. Ein Lagerschaft des Rotors
ist an seinen axialen Enden drehbar mit einer ortsfesten Welle verbunden und
umschließt
diese im Wesentlichen auf ihrer gesamten Länge. Die Länge des Lagerschaftes ist dabei
wenigstens so groß,
dass der Schwerpunkt des Rotors zwischen den beiden axialen Enden
des Lagerschaftes des Rotors liegt. Die Welle ist an einem ersten
Ende in einer Aussparung des Bodens des Pumpengehäuses drehfest
verankert. Ihr zweites Ende ist in der Nabe eines Rippensterns aufgenommen,
der mit dem Gehäusevorderteil
der Pumpe einstückig
ausgebildet ist und dessen Rippen radial im Ansaugstutzen der Pumpe
verlaufen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Fluidpumpe,
die insbesondere als Flüssigkeitspumpe
für einen
Kühl- und/oder
Heizkreislauf eines Kraftfahrzeuges Verwendung finden kann, weist
ein Pumpengehäuse
mit einer im Pumpengehäuse
angeordneten, drehfesten Welle für
einen ein Flügelrad
aufweisenden Rotor auf. In vorteilhafter Weise ist die Welle lediglich
einseitig gelagert bzw. fixiert und trägt an ihrem dieser Lagerstelle
entgegengesetzten Ende eine die Welle zumindest teilweise umgreifende
Abschlusskappe, die im weiteren auch als Lagerkappe bezeichnet wird.
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Diese
als Sicherungselement dienende Lagerkappe ermöglicht in vorteilhafter Weise,
dass die Lagerung des Rotors und die Abweisung des in der Kühlflüssigkeit
mitgeführten
Schmutzes, wie beispielsweise Formsand aus dem Motorblock, durch ein
einziges Bauteil realisiert werden kann. Dadurch, dass die Lagerkappe
lediglich von der drehfesten Welle getragen ist und nicht beispielsweise
am Gehäuse
der Pumpe angestützt
ist, ist zudem eine Erhöhung
des Wirkungsgrades der Pumpe möglich,
da auf eine Querschnittsverengung am Pumpenzulauf aufgrund einer
beispielsweise über
Stege realisierten sternförmigen
Fixierung eines Gegenlagers am Pumpengehäuse verzichtet werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Pumpe
können
somit die unterschiedlichen Funktionen Lagerung und Schmutzabweisung,
insbesondere die Abweisung von mitgeführtem Schmutz von der Lagerstelle,
in einem Bauteil realisiert werden, was zu einer Montage- und Kostenersparnis
der erfindungsgemäßen Pumpe führt.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
einer Fluidpumpe, insbesondere einer Flüssigkeitspumpe für den Kühl- und/oder
Heizkreislauf eines Kraftfahrzeuges ermöglicht somit ein vereinfachtes
Montageverfahren bzw. Verfahren zur Herstellung einer solchen Pumpe.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung einer solchen Pumpe kann die Welle mit ihrem ersten
Ende in einem Kunststoffgehäuse
der Pumpe fixiert werden, so dass der Innenrotor auf die Welle aufgeschoben
werden kann und anschließend über eine
auf die Welle aufgesetzte und von der Welle selbst getragene Lagerkappe
axial gesichert werden kann.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Merkmale
sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Fluidpumpe
möglich.
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In
vorteilhafter Weise ist die Lagerkappe derart auf der Welle montiert,
dass der Innenrotor der Fluidpumpe axial auf der Welle gesichert
ist. Die Lagerkappe dient somit als axiales Sicherungselement, welches
die axiale Verschiebbarkeit des Rotors auf der drehfesten Welle
begrenzt.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Fluidpumpe
ist die Lagerkappe daher als ein Hohlkörper, insbesondere als ein
metallischer Hohlkörper
ausgebildet. Dieser Hohlkörper kann
beispielsweise an seiner der Lagerstelle der Welle zugewandten Seite
Laschen, insbesondere einstückig
mit dem Hohlkörper
ausgebildete Laschen, aufweisen, die eine Wirkverbindung der Lagerkappe
mit der Welle ermöglichen.
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Dazu
kann beispielsweise zumindest eine Lasche der Lagerkappe in eine
in die Welle eingebrachte Nut eingreifen und die Kappe auf der welle axial
fixieren.
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In
alternativen Ausführungsformen
können die
Laschen insbesondere als metallische Blattfedern ausgebildet sein,
so dass die Lagerkappe unter Aufbringung einer entsprechenden Aufpresskraft
unter elastischer Verformung der Lagerkappenlaschen auf die Welle
aufgepresst bzw. aufgesteckt werden kann.
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Die
Montage der Lagerkappe kann in einer Nut, in Rillen oder auch direkt
auf der Welle selbst erfolgen.
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In
alternativen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Pumpe
kann zwischen dem Flügelrad
und der die Welle zumindest teilweise umgreifenden Lagerkappe eine
zusätzliche
Scheibe, beispielsweise eine Sicherungsscheibe, eingebracht sein.
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In
vorteilhafter Weise besitzt die auf das zweite Wellenende aufgebrachte
Lagerkappe eine im Wesentlichen konische Form. Insbesondere verjüngt sich
die Lagerkappe in Richtung auf die Ansaugöffnung der Pumpe hin. Dabei
kann in vorteilhafter Weise der Öffnungswinkel
des Konus der Lagerkappe mit dem Öffnungswinkel der Ansaugöffnung der Pumpe
korreliert sein. Dies ermöglicht
eine effektive Umlenkung, bzw. ein nicht turbulentes Anströmen des
durch die Ansaugöffnung
einströmenden
Fluids auf die Förderschaufeln
des Pumpenrades.
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In
vorteilhafter Weise entspricht die Form der Lagerkappe dabei einem
Drehkegel bzw. einem Drehkegelstumpf, wobei das der Ansaugöffnung zugewandte
Ende der Lagerkappe abgeflacht bzw. abgerundet ist, um möglichst
eine im Wesentlichen laminare Umströmung der Lagerkappe zu gewährleisten.
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Die
erfindungsgemäße Fluidpumpe
mit ihrer einseitig fixierten Welle, welche an ihrem der Befestigung
abgewandten Ende ein kappenförmiges
Fixierelement für
den Rotor bzw. das Flügelrad
der Pumpe aufweist, ermöglicht
in vorteilhafter Weise sowohl die sichere Lagerung des Rotors bzw.
Flügelrades
als auch eine effiziente Schmutzabweisung des mit dem Förderfluid
mitgeführten
Schmutzes. Dies verhindert insbesondere, dass sich Schmutzpartikel
zwischen dem Rotor und der Welle ablagern können, was zu einer deutlichen
Verschlechterung der Laufeigenschaften des Rotors der Fluidpumpe
führen
würde.
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Weitere
Vorteile der erfindungsgemäßen Fluidpumpe
bzw. des erfindungsgemäßen Montageverfahrens
für eine
derartige Fluidpumpe ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Fluidpumpe
dargestellt, welches in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden
soll. Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombinationen. Ein Fachmann wird diese Merkmale
auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen
zusammenfassen. Insbesondere wird ein Fachmann auch Merkmale aus
unterschiedlichen Ausführungsformen
zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Fluidpumpe
in einer vereinfachten Längsschnittdarstellung,
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2 eine
Detaildarstellung einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fluidpumpe
im Bereich des Rotors der Pumpe,
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3 eine
perspektivische Aufsicht auf das Flügelrad der Fluidpumpe mit aufgesetzter
Lagerkappe,
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4 ein
Ausführungsbeispiel
einer Lagerkappe,
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5 eine
auf das freie Wellenende aufgesetzte und an diesem fixierte Lagerkappe.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
in einer schematischen Übersichtsdarstellung
eine erfindungsgemäße Fluidpumpe
in einem Längsschnitt.
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Die
in 1 gezeigte, erfindungsgemäße Fluidpumpe besitzt die Ausführungsform
einer Kühlwasserpumpe,
insbesondere einer Kühlasserpumpe für einen
Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei die erfindungsgemäße Pumpe
nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt
ist. Die Pumpe 10 hat ein dreiteiliges Gehäuse, das
aus einem Gehäusevorderteil 12 mit
einem daran ausgebildeten Saugstutzen 14, einer Trennwand 16 sowie
einem Gehäusehinterteil 18 besteht.
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Die
Gehäuseteile 12, 16 und 18 sind
im Ausführungsbeispiel
der 1 durch Schrauben 20 zusammengehalten,
wobei jedoch auch ein Verkleben oder Verschweißen der Gehäuseteile möglich ist. Die Trennwand 16,
die im Wesentlichen becherförmig ausgebildet
ist, ist dabei zwischen dem Gehäusevorderteil 12 und
dem Gehäusehinterteil 18 eingespannt.
Ein Dichtring 22 ist zwischen Gehäusevorderteil 12 und
Trennwand 16 eingeklemmt. Die Trennwand 16 besteht
aus einem nichtmagnetischen Material und besitzt einen dünnwandigen
Abschnitt in Form eines Rohres 24, der zusammen mit einem
Boden 26 einen Becher bildet, in dem ein Rotor 28 drehbar
angeordnet ist.
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Der
Rotor 28 ist aus einem kunststoffgebundenen Magnetmaterial,
zum Beispiel aus in eine Kunstharzmatrix oder Kunststoffmatrix eingebettetes,
pulverförmiges
Magnetmaterial, insbesondere einstückig, zum Beispiel durch Spritzguss,
gefertigt. Der Rotor weist einen äußeren Zylinder 30 auf,
der mit geringem Abstand dem Verlauf des Rohres 24 der
becherförmigen
Trennwand 16 folgt. Der äußere Zylinder 30 ist
an seinem dem Ansaugstutzen 14 zugewandten Ende durch einen
Flansch 32 verschlossen. Der Flansch 32 trägt eine
Mehrzahl von Flügeln bzw.
Schaufeln du bildet somit ein Flügel-
oder Förderrad 35 der
Pumpe, das im Ausführungsbeispiel der 1 einstückig mit
dem Rotor ausgebildet sind.
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Ein
mit dem Rotorflansch 32 einstückig verbundener Lagerschaft 34 erstreckt
sich durch das Innere des Zylinders 30 des Rotors 28.
Der Lagerschaft 34 und somit der Rotor 28 ist
drehbar auf einer drehfesten Welle 36 angeordnet und umschließt diese
im Wesentlichen auf ihrer gesamten Länge.
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Die
Welle 36 ist an einem ersten Ende in einer Aussparung 38 des
Bodens 26 drehfest verankert. Dazu besitzt die Welle 36 des
Ausführungsbeispiels
gemäß 1 eine
Rändelung 40,
mit der die beispielsweise metallische Welle in die Aussparung 38 des
Kunststoffbodens 26 eingepresst ist. Andere, dem Fachmann
bekannte Möglichkeiten
zur Fixierung des ersten Wellenendes im oder am Pumpengehäuse sind
ebenso möglich.
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An
ihrem zweiten, der Lagerstelle 38 entgegen gesetzten Ende 42 trägt die Welle 36 eine
Lagerkappe 44, die die Welle zumindest teilweise umgreift und
auf dieser befestigt ist. Der Lagerschaft 34 des Rotors 28 ist
somit zwischen der Aussparung 38, die eine erste Lagerstelle
der Welle darstellt, und der Lagerkappe 44 gesichert.
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Die
Lagerkappe 44 weist eine im Wesentlichen konische Form
auf, die sich insbesondere in Richtung auf die Ansaugöffnung des
Saugstutzens 14 hin verjüngt.
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Der Öffnungswinkel
des Konus der Lagerkappe 44 korrespondiert dabei in vorteilhafter
Weise mit dem Öffnungswinkel
der Ansaugöffnung
der Pumpe. Die derart ausgestaltete Lagerkappe 44 gewährleistet
somit sowohl die Lagerung des Rotors der Pumpe als auch die Abweisung
von Schmutz, beispielsweise des in der Kühlflüssigkeit eines Verbrennungsmotors
mitgeführten
Schmutzes, in einem einzelnen Bauteil. Die konische Ausformung der
Lagerkappe, deren Form beispielsweise zwischen der Form eines Drehkegels
und eines Drehkegelstumpfes liegt, erhöht zudem den Wirkungsgrad der
Pumpe, da Turbulenzen durch die Form der Lagerkappe und insbesondere
durch den Verzicht der Befestigung einer solchen Lagerkappe mittels
Gehäusestegen
vermieden werden kann. Da die Lagerkappe lediglich von der Welle
selbst getragen ist, kommt es zu keinerlei Querschnittsverengung
im Pumpenzulauf aufgrund von Befestigungsstegen, wie diese aus dem
Stand der Technik bekannt sind. Darüber hinaus führt die
abgerundete, kegelstumpfartige Ausformung der Lagerkappe zu einer
effektiven Abweisung des im Kühlfluid
mitgeführten
Schmutzes von der Lagerstelle weg. Die Form der Lagerkappe, die
im Wesentlichen das Anströmprofil
der Nabe des Rotors fortsetzt, ermöglicht im Zusammenspiel mit
der Ausformung der Ansaugöff nung
die Unterdrückung
von Fluidturbulenzen im Bereich des Förderrades der Pumpe.
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2 zeigt
zur Verdeutlichung eine Detaildarstellung des auf der Welle gesicherten
Rotors einer alternativen Ausführungsform
einer Fluidpumpe. Funktionsgleiche Bauteile sind dabei mit denselben Bezugszeichen
wie in der 1 gekennzeichnet. Die Welle 36 ist
einseitig in einer als Lagerstelle dienenden Aussparung 38 des
Topfbodens 28 der Trennwand 16 fixiert. Im Ausführungsbeispiel
der 2 ist die Welle ohne spezielle Rändelung
lediglich in die Aussparung eingepresst bzw. eingeklebt. Auf die Welle
aufgesetzt ist ein Rotor 28 aus einem kunststoffgebundenen
Magnetmaterial. Einstückig
mit dem Rotor ausgebildet ist ein Flügelrad 35 mit einer Mehrzahl
von Förderschaufeln,
von denen in der Darstellung der 2 jedoch
nur eine einzelne Förderschaufel
dargestellt ist. Der auf die Welle 36 aufgesetzte Rotor 28,
der gleichzeitig als Förderrad 35 für das zu
fördernde
Fluid dient, ist über
eine auf die Welle 36 aufgepresste Lagerkappe 44 axial
gesichert. Dabei umgreift die Lagerkappe 44 das der Lagerstelle 38 entgegen
gesetzte Ende 42 der Welle 36.
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3 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung den in die becherförmige Trennwand 16 eingesetzten
Rotor 28, an dem das Förderrad 35 mit
den Förderschaufeln
einstückig
ausgeformt sind. Durch die erfindungsgemäße Lagerkappe 44 ist
der Rotor 28 axial auf der drehfesten Welle 36 gesichert.
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4 zeigt
in einer nicht maßstäblichen
Darstellung ein Ausführungsbeispiel
für eine
Lagerkappe 44. Diese Lagerkappe kann beispielsweise aus
einem metallischen Werkstoff, beispielsweise einem Blech, gezogen,
gebogen oder andersartig ausgeformt werden. Die Lagerkappe 44 ist
als ein Hohlkörper
ausgebildet, wobei die Kappe im Ausführungsbeispiel der 4 an
ihrem der Anströmungsrichtung 48 entgegen
gesetzten Ende eine Mehrzahl von gebogenen Laschen 50 aufweist,
deren freie Enden 52 in Richtung des Innenraumes 54 umgebogen
sind. Die kranzförmig
angeordneten Laschen 50 definieren somit eine Öffnung 56 der
Lagerkappe 44, die auf der der Anströmungsrichtung 48 abgekehrten
Seite der Kappe ausgebildet ist. In diese Öffnung 56 der Lagerkappe 44 kann
das freie Wellenende 42 eingeführt werden.
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In
vorteilhafter Weise ist der Durchmesser dieser Öffnung 56 um ein geringes
Maß kleiner
als der Durchmesser der Welle, auf der die Lagerkappe aufgesetzt
und befestigt werden soll.
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5 zeigt
in einer Detaildarstellung eine auf eine Welle 36 aufgebrachte
Lagerkappe 44.
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Bei
dem Einpressen der Welle 36 in den Innenraum 54 der
Lagerkappe 44 können
die Laschen 50 in der Art von Blattfedern elastisch zurückgedrückt werden,
so dass diese mit einer entsprechenden Gegenkraft auf die Welle 36 drücken und
somit die Lagerkappe 44 sicher auf der Welle 36 befestigen.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 5 besitzt die Welle 36 eine in Umfangsrichtung
verlaufende Nut 58, in die die freien Enden 52 der
Laschen 50 eingreifen können,
um somit eine besonders zuverlässige Sicherung
der Lagerkappe 44 auf dem zweiten Wellenende 42 zu
gewährleisten.
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In
alternativen Ausführungsformen
kann zwischen der Lagerkappe 44 und dem Flügelrad des
Rotors auch noch eine zusätzliche
Sicherungsscheibe vorgesehen sein.
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Die
erfindungsgemäße Fluidpumpe
lässt sich
in einfacher Weise montieren, da die Welle lediglich mit ihrem ersten
Ende in einem Kunststoffgehäuse
der Pumpe, beispielsweise in dem Topfboden 26 der Trennwand 16,
fixiert werden muss. Der Rotor 28 kann sodann auf die Welle
aufgeschoben werden und über
die auf die Welle aufzusetzende und von der Welle getragene Lagerkappe 44 axial
gesichert werden.
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Die
erfindungsgemäße Fluidpumpe
ist nicht auf die in den Figuren beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
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Insbesondere
ist die Fluidpumpe nicht beschränkt
auf eine metallische Lagerkappe. Lagerkappen aus Kunststoff oder
einem natürlichen,
beispielsweise elastischen, Material sind ebenso vorstellbar.
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Darüber hinaus
ist die erfindungsgemäße Fluidpumpe
nicht auf die beschriebenen Befestigungsmethoden der Welle im Pumpengehäuse bzw. der
Lagerkappe auf der Welle beschränkt.
Weitere, dem Fachmann bekannte Befestigungsmethoden sind in der
erfindungsgemäßen Fluidpumpe
ebenso möglich.
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Eine
metallische Lagerkappe kann beispielsweise aus einem gestanzten
und/oder gezogenen Blech hergestellt sein.
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Die
erfindungsgemäße, von
der Welle getragene Lagerkappe bildet somit ein Gegenlager des Flügelrades
der erfindungsgemäßen Fluidpumpe.
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Darüber hinaus
ist die erfindungsgemäße Fluidpumpe
nicht beschränkt
auf die Ausführungsform
der beschriebenen Spaltrohrpumpe.
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Der
die Fluidpumpe des Ausführungsbeispiels
der
1 antreibende Elektromotor ist als ein so genannter
Spaltrohrmotor ausgebildet, bei dem der in dem Förderfluid umlaufende Rotor
durch eine dünne
Trennwand vom radial um den Rotor verlaufenden, ortsfesten Stator
abgegrenzt ist. Das Spaltrohr
24 ist im Ausführungsbeispiel
der
1 einstückig
mit der Trennwand
16 und dem Boden
26 ausgeformt.
An der Trennwand
16 ist zudem auch die Zylinderspule
60 des
Stators des Elektromotors befestigt. Die Zylinderspule
60 ist über elektrische
Verbindungsmittel
62 mit einer Leiterplatte
64 kontaktiert, auf
der die Leistungselektronik
66 zum Antrieb der Pumpe angeordnet
ist. Über
ein entsprechendes Steckerelement
68 kann eine derartige
Pumpe, beispielsweise an das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, angeschlossen
werden, um in einem Kühlkreislauf bzw.
Heizkreislauf des Kraftfahrzeuges als Förderpumpe für das Kühlmedium zu dienen. In vorteilhafter Weise
kann der Stator, wie in der
DE 199 34 382 A1 beschrieben, als Klauenpolstator
ausgebildet sein. Diese Bauform erlaubt es, mit einer einfachen
Wicklung in Form einer Zylinderspule
60 eine hohe Polpaarzahl
zum Antrieb des Rotors
28 zu realisieren.
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Um
die Antriebsleistung der Pumpe zu steigern, könnten auch eine Mehrzahl von
Statoren axial hintereinander montiert werden.