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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe zur Förderung
von Kraftstoff gemäß der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 näher
definierten Art.
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Stand der Technik
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Derartige
Hochdruckpumpen werden für Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme
verwendet, welche zur Förderung
des Kraftstoffes auf einen hohen Druck innerhalb des Common-Rail
vorgesehen sind. Derartige Hochdruckpumpen sind mit einem Nockentrieb
ausgebildet, welcher eine Nockenwelle umfasst, die einen Nockenabschnitt
aufweist. Über den
Nockenabschnitt walzt ein Abgriffselement ab, so dass eine Hubbewegung
im Abgriffselement erzeugt wird, die auf eine Stößeleinrichtung übertragen wird.
Die Stößeleinrichtung
umfasst einen Pumpenkolben, welcher mit einer Ventileinheit zusammenwirkt,
um die Förderung
des Kraftstoffs mit der Hubbewegung des Pumpenkolbens zu bewirken.
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Die
Nockenwelle ist im Pumpenkörper
gelagert, wobei die Lagerung vorzugsweise als Gleitlagerung ausgeführt ist.
In Abhängigkeit
von der Bauform der Hochdruckpumpe kann die Lagerung auch innerhalb
eines Flanschkörpers
eingebracht sein, wobei der Flanschkörper mit dem Pumpenkörper verbunden
ist. Die Lagerungen sind vorzugsweise Gleitlagerungen, so dass diese
aus Lagerbuchsen mit einem entsprechenden Lagerwerkstoff gebildet
sind. Die Lagerbuchsen befinden sich seitlich neben dem Nockenabschnitt,
so dass eine optimale Aufnahme der in die Nockenwelle eingeleiteten
Kräfte
ermöglicht ist.
Aus Montagegründen
ist das Gleitlager, welches im Pumpenkörper eingebracht ist, mit einem
geringfügig
kleineren Durchmesser ausgebildet als das Gleitlager, welches im
Flanschkörper
eingebracht ist. Neben den Radiallagern sind auch Axiallager der
Nockenwelle erforderlich, wobei die Axiallager in Form von Anlaufkörpern ausgebildet
sind, und ebenfalls nach dem Prinzip einer Gleitlagerung wirken.
Der Bereich zum Plananlauf der Nockenwelle befindet sich vorzugsweise
seitlich an der Nockengeometrie, da diese einen größeren Grundkreisdurchmesser
hat, als die benachbart angeordneten zylindrischen Abschnitte der
Nockenwelle. Zur Schmierung der Radial- und Axiallager wird der
Kraftstoff selbst verwendet, welcher sich innerhalb der Hochdruckpumpe
befindet. Der Bereich des Nockentriebs und damit der Bereich der
Lagerungen ist mit Kraftstoff gefüllt, so dass dieser auch zur
Schmierung der Radial- und Axialgleitlager zur Verfügung steht.
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Der
Kraftstoff gelangt zur Schmierung des Axiallagers sowie des Radiallagers
lediglich über
den Lagerspalt des Axiallagers in die Lager hinein, so dass zur
Schmierung der Radiallager das Schmiermittel zunächst das Axiallager durchlaufen
muss, um in den Schmierspalt der Radiallager zu gelangen.
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Bei
derartigen Lageranordnungen ergibt sich häufig das Problem, dass die
Schmierung der Radiallager möglicherweise
nicht hinreichend ist, um eine Dauerfestigkeit der Lagerung zu gewährleisten.
Die schlechte Schmierung ist dadurch bedingt, dass die Schmiermittelzufuhr
lediglich über
das Axiallager erfolgt, so dass aufgrund der kleinen Schmierspalte häufig zu
wenig Schmierstoff in den Bereich des Radiallagers gelangt. Daher
kommt es zu einem frühzeitigen
Verschleiß insbesondere
der Radiallager, welcher zu einem Ausfall der Hochdruckpumpe führen kann.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zufuhr des
Schmierstoffes für
die Lagerung der Nockenwelle innerhalb des Pumpenkörpers einer
Hochdruckpumpe zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einer Hochdruckpumpe zur Förderung
von Kraftstoff gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass das Schmiermittel durch zumindest
einen zwischen dem Anlaufkörper
und dem Pumpenkörper eingebrachten
Schmierkanal zuführbar
ist.
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Die
Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, die Zufuhr des Schmiermittels
zur Schmierung des Radiallagers nicht über den Spalt im Axiallager selbst
erfolgen zu lassen, sondern durch separate Schmierkanäle, die
zwischen dem Anlaufkörper,
der das Axiallager bildet, und dem Pumpenkörper/Flanschkörper eingebracht
sind. Außenseitig
im Bereich um den Anlaufkörper
herum ist der Pumpenkörper
mit Kraftstoff gefüllt,
so dass dieser als Schmiermittel wirkt und durch die Schmierkanäle radial
außenseitig
eintreten, und nach radial innenseitig in Richtung des Radiallagers
strömen
kann. Dadurch wird dem Radiallager eine größere Menge an Schmiermittel
zur Verfügung
gestellt, so dass eine Vollschmierung des Radiallagers auch über einen langen
Betriebszeitraum und hohen radialen und axialen Lagerkräften sichergestellt
ist. Wenn das Axiallager im Flanschkörper eingebracht ist, so erstreckt sich
der Schmierkanal zwischen dem Anlaufkörper und dem Flanschkörper, so
dass die Anordnung des Schmierkanals ebenso wie zwischen dem Anlaufkörper und
dem Pumpenkörper
vorgesehen ist.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Radiallager eine Radiallagerbuchse, welche in einer
Lagerbohrung im Pumpenkörper
eingesetzt ist und mit der Nockenwelle eine Gleitlageranordnung
bildet. Die Radiallagerbuchse kann ebenso im Flanschkörper eingebracht
sein, wobei diese einen metallischen Grundkörper umfasst, welcher eine
das Gleitlager bildende synthetische Einlage umfasst, die mit der
Nockenwelle eine besonders vorteilhafte Reibpaarung bildet. Daher
ist die Radiallagerbuchse nicht materialeinheitlich und einteilig
ausgeführt,
sondern kann aus mehreren koaxial ineinander gefügten Hülsenkörpern aus verschiedenen Materialien
bestehen. Es ist jedoch auch denkbar, dass in Abhängigkeit
von der Materialauswahl das Radiallager direkt durch den Pumpenkörper oder
den Flanschkörper
gebildet wird, wobei dieses eine mögliche Oberflächenbeschichtung
umfassen können.
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Es
ist von Vorteil, dass zur Schmierung des Radiallagers mehrere Schmierkanäle vorgesehen sind,
welche in zugeordnete Schmieröffnungen
zwischen dem Anlaufkörper
und der Radiallagerbuchse münden.
Die Schmierkanäle
können
auf dem Umfang des Anlaufkörpers
bzw. zwischen dem Anlaufkörper
und dem Pumpenkörper
oder dem Flanschkörper
mehrfach vorgesehen und gleichverteilt angeordnet sein, um das Schmiermittel
radial umfangsseitig von mehreren Stellen zuzuführen. Damit ist eine verbesserte
Schmiermittelzufuhr zum Radiallager gewährleistet, wobei sogar eine
Vielzahl von kleinen Schmierkanälen
vorgesehen sein kann, welche in regelmäßigen Abständen zueinander ähnlich wie
eine Hirth-Verzahnung ausgebildet sind. Die Schmieröffnungen
bilden das radial innenseitige Ende der Schmierkanäle zwischen
dem Anlaufkörper
und dem Pumpenkörper,
aus denen der Schmierstoff austritt und in den Radiallagerspalt
gelangt.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
des Axial- und Radiallagers umfasst einen Anlaufkörper und eine
Radiallagerbuchse, welche gemeinsam einteilig und/oder materialeinheitlich
ausgebildet oder stoffschlüssig
oder formschlüssig
miteinander in Verbindung gebracht sind, wobei die Verbindung zwischen dem
Anlaufkörper
und der Radiallagerbuchse in Umfangsrichtung Unterbrechungen aufweist,
die die Schmieröffnungen
bilden. Der Anlaufkörper
sowie die Radiallagerbuchse bilden damit einen gemeinsamen Lagerkörper, welcher
spanend, umform- oder
urformtechnisch hergestellt sein kann. Dabei muss sichergestellt
werden, dass sich zwischen dem Abschnitt, der den Anlaufkörper bildet,
und dem Abschnitt der Radiallagerbuchse die Schmierkanäle in Schmieröffnungen
münden,
welche als Unterbrechung zwischen der Verbindung zwischen dem Teil
des Anlaufkörpers
und dem Teil der Radiallagerbuchse ausgebildet sind. Ist der Anlaufkörper mit
der Radiallagerbuchse mittels eines Fügeverfahrens verbunden, so können die
Schmieröffnungen
in Form von Unterbrechungen der Fügestellen ausgeführt sein.
So kann beispielsweise die Anlaufscheibe an die Radiallagerbuchse
angeschweißt
sein, wobei die Schweißnaht Unterbrechungen
aufweist, und die Unterbrechungen an den Stellen der Schmierkanäle auftreten,
so dass der Schmierstoff durch die Schmierkanäle und folglich durch die Unterbrechungen
in den Innenbereich des Lagers gelangen kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Anordnung der Schmierkanäle
sieht vor, dass diese planseitig im Anlaufkörper in Form von Nuten eingebracht
sind. Eine alternative Ausführungsform der
Anordnung der Schmierkanäle
sieht hingegen vor, dass diese in Form von Nuten in die Plananlagefläche des
Pumpenkörpers
bzw. des Flanschkörpers eingebracht
sind. Dabei ist auch eine Kombination beider Ausgestaltungen der
Schmierkanäle
möglich, so
dass sich die Schmierkanäle
im Anlaufkörper
und in der Plananlagefläche
des Pumpenkörpers
bzw. des Flanschkörpers
entweder gegenüberstehen
oder diese umfangsseitig versetzt zueinander angeordnet sind, um
die Anzahl der Schmierkanäle
zu erhöhen. Sind
die jeweiligen Schmierkanäle übereinandergebracht,
so vergrößert sich
der Querschnitt der einzelnen Schmierkanäle entsprechend.
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Es
ist von Vorteil, dass die Schmierkanäle in Form von Nuten in die
Plananlagefläche
des Pumpenkörpers
eingebracht sind. Der Pumpenkörper wird
vorzugsweise mittels eines Gussverfahrens hergestellt, so dass die
Schmierkanäle
bereits in der Gussform des Pumpenkörpers vorgesehen sein können. Auch
durch eine spanende Bearbeitung können die Schmierkanäle in die
Plananlagefläche
eingebracht werden, wobei vorzugsweise ein Fräsverfahren angewendet werden
kann. Ferner können
die Schmierkanäle
durch ein Prägeverfahren,
ein Stanzverfahren oder im Guss selbst in die Plananlagefläche des
Pumpenkörpers
eingebracht werden, wobei die gleichen Verfahrensmöglichkeiten
auch zur Einbringung der Schmierkanäle in den Flanschkörper möglich sind.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Querschnittsgeometrie der Schmierkanäle können runde, rechteckige oder
trapezförmige
Querschnitte umfassen, wobei der runde Querschnitt Nuten in Form
von Halbkreisen betrifft. Die Größe der die
Schmierkanäle
bildenden Nuten muss dabei mit der Dicke des Anlaufkörpers korrespondieren,
so dass dieser nicht hinsichtlich der erforderlichen Festigkeit
geschwächt wird.
Somit ist es von Vorteil, mehrere Schmierkanäle gleichverteilt auf dem Umfang
einzubringen, so dass die Plananlage des Anlaufkörpers regelmäßig durch die
Schmierkanäle
unterbrochen wird. Daher sind die Schmierkanäle auf dem Umfang des Axial-
bzw. Radiallagers zueinander gleich beanstandet oder unregelmäßig angeordnet.
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Ferner
ist es von Vorteil, dass die Radiallagerbuchse am an den Anlaufkörper angrenzenden Ende
eine radial innenseitig angebrachte Fase aufweist. Die Fase verbessert
das Eintreten des Schmierstoffs in den Schmierspalt zwischen der
Radiallagerbuchse und der Nockenwelle, wobei die Fase am anlaufkörperseitigen
Ende der Radiallagerbuchse innenseitig angebracht ist, so dass der Schmierkanal
radial innenseitig im Anlaufkörper
endet und die Schmieröffnung
in die Fase übergeht,
um das Eintreten des Schmierstoffs in den Schmierspalt der Radiallagerbuche
zu erleichtern.
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Zur
Verbesserung der Schmierwirkung des Radiallagers ist es ferner von
Vorteil, dass die Schmierkanäle
im Anlaufkörper
und/oder in der Plananlagefläche
im Pumpenkörper
eine in die radiale Richtung der Lager weisende lineare oder spiralförmige Erstreckung
aufweisen, wobei die Drallrichtung der spiralförmigen Erstreckung entgegen
der Rotationsrichtung der Nockenwelle weist, um ein verbessertes
Eintreten des Schmiermittels in die Schmierkanäle zu schaffen. Durch die Rotation
der Nockenwelle wird der Kraftstoff, der die Nockenwelle umgibt, ebenfalls
in eine rotatorische Strömung
versetzt. Weisen die Öffnungen
der Schmierkanäle
entgegen der Strömungsrichtung
des Kraftstoffs, so wird dieser in vorteilhafter Weise in die Schmierkanäle hinein
gedrückt
oder das Eintreten des Kraftstoffes in die Schmierkanäle wird
zumindest verbessert. Da rechts- und linkslaufende Hochdruckpumpen
zur Anwendung kommen, können
in der spiralförmigen
Erstreckung wechselseitig ausgerichtete Drallrichtungen der Schmierkanäle vorgesehen
sein, so dass für beide
Laufrichtungen der Nockenwelle entweder eine erster Anteil der Schmierkanäle oder
ein zweiter Anteil der Schmierkanäle in verbesserter Weise mit Kraftstoff
beaufschlagt wird.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Ausführungsbeispiel
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Es
zeigt:
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1 eine
quergeschnittene Ansicht einer Hochdruckpumpe mit einer mittels
Gleitlagern gelagerten Nockenwelle;
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2 einen
Ausschnitt der Gleitlagerung innerhalb des Pumpenkörpers mit
einem axialen Anlaufkörper
sowie einer Radiallagerbuchse und wenigstens einem Schmierkanal
zwischen dem Anlaufkörper
und dem Pumpenkörper;
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3 eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schmierkanäle zwischen
dem Anlaufkörper
und dem Pumpenkörper;
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4 eine
Ansicht eines Anlaufkörpers,
wobei linksseitig linear ausgerichtete Schmierkanäle und rechtsseitig
Schmierkanäle
mit einer spiralförmigen
Erstreckung in einer Drallrichtung dargestellt sind;
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5a eine quergeschnittene Ansicht eines Ausschnittes
eines Anlaufkörpers
mit einem rechteckigen Querschnitt eines Schmierkanals;
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5b einen Ausschnitt eines Anlaufkörpers mit
einem trapezförmigen
Querschnitt eines Schmierkanals; und
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5c eine Ansicht eines Ausschnitts aus einem
Anlaufkörper
mit einem runden Querschnitt eines Schmierkanals.
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Die
in 1 dargestellte Hochdruckpumpe 1 umfasst
einen Pumpenkörper 2,
durch den sich eine Nockenwelle 4 hindurch erstreckt. Die
Aufnahme der Nockenwelle 4 erfolgt mittels einer Lagerung,
die zur radialen Lagerung zwei Radiallagerbuchsen 7a und 7b umfasst,
und zur axialen Lagerung wenigstens einen Anlaufkörper 5 beinhaltet.
Die Nockenwelle 4 ist sowohl im Pumpenkörper 2 selbst als
auch in einem Flanschkörper 9 gelagert,
welcher in den Pumpenkörper 2 eingebracht
und mit diesem verschraubt ist. Die linksseitig angeordnete Radiallagerbuchse 7a sowie
der Anlaufkörper 5 sind
im Flanschkörper 9 aufgenommen,
wobei die rechtsseitige Lagerung, bestehend aus der Radiallagerbuchse 7b,
im Pumpenkörper 2 aufgenommen
ist. Die Lagerungen wirken mit einem zylindrischen Lagerungsabschnitt
der Nockenwelle 4 zusammen, und bilden die Anordnung eines
jeweiligen Gleitlagers. Die Gleitlager sind links- und rechtsseitig
von dem Abschnitt der Nockenwelle 4 angeordnet, der den
Nockentrieb 3 bildet. Der Nockentrieb 3 wirkt
mit einem Abgriffselement 10 zusammen, welches als Rolle
ausgebildet. Das Abgriffselement 10 versetzt eine Stößeleinheit 11 in
eine Hubbewegung, welche mit einer Ventileinheit 12 in Wirkverbindung
steht, um den Kraftstoff auf den gewünschten Druck zu fördern. Die
Stößeleinheit 11 und
die Ventileinheit 12 sind in einem Zylinderkopf 13 aufgenommen,
welcher mit dem Pumpenkörper 2 verschraubt
ist. Über
den Nockentrieb 3 und insbesondere über den Kontakt des Abgriffselementes 10 mit
dem Nockenabschnitt auf der Nockenwelle 4 wird in diese
eine Kraft eingeleitet, welche durch die Förderung des Kraftstoffs von
der Stößeleinheit 11 auf die
Nockenwelle 4 übertragen
wird. Die Kräfte
werden mittels der Radiallagerbuchsen 7a und 7b aufgenommen,
wobei zusätzlich
axiale Kräfte
entstehen können,
welche durch den Anlaufkörper 5 aufgenommen
werden. die axialen Kräfte
können
zusätzlich durch
externe Faktoren in die Nockenwelle 4 eingeleitet werden,
welche aus Richtung des sich aus dem Pumpenkörper 2 hinaus erstreckenden
Abschnitt der Nockenwelle 4 in diese eingeleitet werden.
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2 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt der
Lageranordnung innerhalb des Pumpenkörpers 2, wobei zur
Aufnahme der Axialkräfte
ein Anlaufkörper 5 vorgesehen
ist, welcher eine Anlauffläche 13 umfasst,
gegen die die Nockenwelle anlaufen kann. Zwischen dem Anlaufkörper 5 und
dem Pumpenkörper 2 ist
der erfindungsgemäße Schmierkanal 6 dargestellt,
wobei ein erster Schmierkanal 6 im Querschnitt gezeigt
ist, und 90° versetzt
zum ersten Schmierkanal ein zweiter Schmierkanal 6 gezeigt
ist, welcher aus Richtung der Schmieröffnung zu erkennen ist. Zur
Bildung des Radiallagers ist in den Pumpenkörper 2 eine Radiallagerbuchse 7 eingebracht, welche
mit dem Anlaufkörper 5 entweder
einteilig und materialeinheitlich ausgebildet sein kann oder mit dieser
stoff- oder formschlüssig
verbunden ist. Der Schmierstoff gelangt durch den Schmierkanal 6 in den
Schmierspalt zwischen der Radiallagerbuchse 7 und der Nockenwelle,
so dass eine verbesserte Schmierung des Radiallagers gewährleistet
ist. Um den Zufluss des Schmierstoffs in den Schmierspalt innerhalb der
Radiallagerbuchse 7 zu verbessern, ist zwischen dem Schmierkanal 6 und
dem Innenbereich der Radiallagerbuchse eine Fase 8 angebracht, welche
in Form einer 45°-Fase
ausgestaltet ist. Die Schmierkanäle 6 sind
in den Anlaufkörper 5 in
Form von Vertiefungen eingebracht, wobei gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels
auf dem Umfang des Anlaufkörpers 5 insgesamt
vier Schmierkanäle 6 vorgesehen
sind.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lösung der
Schmierung des Radiallagers, wobei der Schmierkanal 6 ebenfalls zwischen
dem Anlaufkörper 5 und
dem Pumpenkörper 2 eingebracht
ist. Jedoch ist in diesem Ausführungsbeispiel
der Schmierkanal 6 in der Plananlagefläche des Pumpenkörpers 2 eingebracht,
und nicht im Anlaufkörper 5.
der Schmierstoff kann auch in diesem Ausführungsbeispiel durch den Schmierkanal 6 in
die Innenseite der Radiallagerbuchse 7 gelangen, wobei
der Schmierkanal 6 in Form einer gefrästen, geprägten oder gegossenen Nut innerhalb
des Pumpenkörpers 2 ausgebildet
ist.
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4 zeigt
verschiedene Ausführungsbeispiele
des Schmierkanals 6 innerhalb des Anlaufkörpers 5 oder
des Pumpenkörpers 2,
wobei linksseitig zwei Schmierkanäle 6a mit einer linearen
Erstreckung und rechtsseitig zwei Schmierkanäle 6b mit einer spiralförmigen Erstreckung
beispielhaft dargestellt sind.
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Die 5a bis 5c zeigen
verschiedene Querschnittsgeometrien der Schmierkanäle 6,
welche innerhalb des Anlaufkörpers 5 eingebracht
sind. 5a zeigt einen rechteckigen
Querschnitt eines Schmierkanals 6, 5b zeigt
einen trapezförmigen Querschnitt
eines Schmierkanals 6 und die 5 zeigt
einen kreisförmigen
bzw. halbkreisförmigen Querschnitt
des Schmierkanals 6. Die Schmierkanäle 6 sind gegenüberliegend
zur Anlauffläche 13 in den
Anlaufkörper 5 eingebracht.
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Die
vorliegende Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten
Lösung
auch bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die erfindungsgemäßen Schmierkanäle sowohl
auf der der Anlauffläche 13 gegenüberliegenden
Fläche
des Anlaufkörpers 5 befinden
können,
wobei auch die Möglichkeit
besteht, dass sich die Schmierkanäle 6 auf der gleichen
Seite innerhalb der Anlauffläche 13 befinden.
Ferner ist es möglich,
dass sowohl auf der Anlauffläche 13 als auch
auf der der Anlauffläche 13 gegenüberliegenden
Fläche
im Anlaufkörper 5 Schmierkanäle 6 eingebracht
sind.