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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Exzenterschnecken-Gaspumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Exzenterschnecken-Gaspumpverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
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Aus der
DE 10 2004 050 412 A1 ist ein Gaskompressor bekannt, der eine Komprimierungseinrichtung zum Komprimieren von Gas durch das Arbeitenlassen von zwei schraubenförmigen Rotoren enthält, die miteinander in Eingriff stehen. Unter anderem enthält dieser Gaskompressor innerhalb seines Gehäuses einen Schmiermittelraum und einen Rotorraum, wobei der letztere gegen eindringendes Schmiermittel, wie z. B. Öl und Schmierfett durch Dichtungen abgedichtet ist.
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Aus der
DE 19849098 A1 ist die Verwendung einer Exzenterschnecken-Gaspumpe als Verdrängermaschine zur Förderung und Verdichtung von Gasen, vorzugsweise als Vakuumpumpe bekannt. Dabei wird auch vorgeschlagen, dass diese Innenspindelpumpe vollständig trockenlaufend ausgeführt wird, also weder im Arbeitsraum noch in den anderen Bereichen der Maschine eine Zuführung der bekannten Betriebsmittel, wie Wasser oder Öl, erforderlich ist. Es erfolgt lediglich eine einmalige, werksseitig vor zunehmende Lebensdauerfettschmierung für Lagerung und Verzahnung, wobei die Lagerung möglicherweise als Hybridlagerung, also Keramikkugeln in Stahlringen, und das feststehende, innenverzahnte Zahnrad gegebenenfalls als Kunststoffzahnrad ausgeführt werden.
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Im Übrigen ist aus der Praxis bekannt, dass Exzenterschneckenpumpen mit einem Rotor und einem Stator verbreitet Anwendung bei der Förderung von solchen Medien finden, welche aus Flüssigkeiten, Feststoffen und Flüssigkeiten sowie Flüssigkeiten und Gasen in unterschiedlichsten Konzentrationen zusammengesetzt sind. Dabei dienen die Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsanteile sowohl der Schmierung als auch der Kühlung der Pumpe. Bei diesen bekannten Anwendungen steht für den Fall, dass nur Gas gefördert werden soll, weder Schmier- noch Kühlmittelwirkung zur Verfügung und es kommt zum Trockenlauf zwischen Rotor und Stator. Bei fehlender Schmierung erzeugt aber der sich im Stator drehende Pumpen-Rotor Reibungswärme, die zu einer örtlichen Überhitzung des Elastomers führt, aus dem zumindest die Innenseite des Stators gebildet ist. Dadurch verliert dieses Elastomer zunächst seine elastischen Eigenschaften und erfährt schließlich eine Verkohlung, jedenfalls wenn Sauerstoff vorhanden ist, da die materialbedingten Temperaturgrenzen für das Elastomer überschritten werden. Damit verbunden sind nicht nur Ausfallzeiten für Reparaturen und Wartung, sondern auch Verluste bei den Pumpmengen, so dass Exzenterschnecken-Gaspumpen dieser Bauart nicht optimal für die Förderung oder Kompression von Gas eingesetzt werden können.
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Die vorliegende Erfindung hat daher zum Ziel, Exzenterschnecken-Gaspumpen zu verbessern.
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Dieses Ziel erreicht die Erfindung mit einer Exzenterschnecken-Gaspumpe nach dem Anspruch 1 und mit einem Exzenterschnecken-Gaspumpverfahren nach dem Anspruch 12.
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Entsprechend schafft die Erfindung eine Exzenterschnecken-Gaspumpe mit einem Stator, der einen Statorinnenraum mit einer Elastomerinnenoberfläche sowie einen Gaseinlass und einen Gasauslass hat, wodurch vom Gaseinlass zum Gasauslass eine Pumpenförderrichtung definiert ist, und mit einem Rotor, der in den Statorinnenraum eingreift und drehantreibbar ist, wobei vor dem Stator ein Schmiermittelreservoir angeordnet ist, das über Schmiermittelleitungseinrichtungen mit dem Statorinnenraum verbunden ist.
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Vorzugsweise enthalten die Schmiermittelleitungseinrichtungen eine Schmiermittelzuführleitung vom Schmiermittelreservoir zum Statorinnenraum und eine Schmiermittelrückführleitung vom Statorinnenraum zum Schmiermittelreservoir. Mit weiterem Vorzug ist in die Schmiermittelzuführleitung eine Drosseldüse integriert.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass ein Pumpenvorraum vorgesehen ist, der bezogen auf die Pumpenförderrichtung eingangsseitig an den Statorinnenraum angeschlossen ist, und dass der Gaseinlass in den Pumpenvorraum mündet. Insbesondere kann dabei weiter vorgesehen sein, dass der Rotor oder eine Rotorantriebseinrichtung durch den Pumpenvorraum hindurch geführt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Schmiermittelzuführleitung in den Pumpenvorraum münden, wobei weiterhin mit Vorzug die Einmündung der Schmiermittelzuführleitung in den Pumpenvorraum vor dem Gaseinlass liegt, so dass zu pumpendes oder zu komprimierendes Gas erst in den Pumpenvorraum kommt, wenn schon Schmiermittel zugeführt wurde.
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Entsprechende vorher erläuterte Ausgestaltungen können dadurch weitergebildet sein, dass sich in Pumpenförderrichtung an einen Ausgang des Statorinnenraums ein Verteiler mit einer Gasabzweigung nach oben zum Gasauslass und einer Schmiermittelabzweigung nach unten zur Schmiermittelrückführleitung anschließt, so dass Schmiermittel gravitationsbedingt zur Schmiermittelrückführleitung und in das Schmiermittelreservoir gelangt.
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Noch eine andere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass das Schmiermittelreservoir zur Kühlung des darin enthaltenen und insbesondere von aus dem Statorinnenraum zurückgeführten Schmiermittels ausgelegt ist.
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Weiter kann mit Vorzug vorgesehen sein, dass das Schmiermittelreservoir ein Schmierölreservoir oder Schmieröltank ist und/oder dass zum Drehantrieb des Rotors ein Getriebemotor enthalten ist.
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Das Ziel der Erfindung wird auch mit einem Exzenterschnecken-Gaspumpverfahren erreicht, wobei in einer Exzenterschnecken-Gaspumpe Gas mit einem drehangetriebenen Rotor in einem Stator durch einen Statorinnenraum mit einer Elastomerinnenoberfläche von einem Gaseinlass kommend zu einem Gasauslass gefördert und verdichtet wird, wodurch vom Gaseinlass zum Gasauslass eine Pumpenförderrichtung definiert ist, und wobei von einem Schmiermittelreservoir unterhalb des Stators über Schmiermittelleitungseinrichtungen eine Schmiermittelversorgung des Statorinnenraums erfolgt und Schmiermittel aus dem Statorinnenraum über die Schmiermittelleitungseinrichtungen in das Schmiermittelreservoir zurückgeführt wird.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen bestehen darin,
- – dass durch die Anordnung des Schmiermittelreservoirs unterhalb des Stators an oder nach einem Ausgang des Statorinnenraums eine gravitationsbedingte Trennung von Schmiermittel und Gas erfolgt, und/oder
- – dass Schmiermittel in dem Schmiermittelreservoir abkühlt oder abgekühlt wird, und/oder
- – dass Schmiermittel durch die Schmiermittelleitungseinrichtungen geleitet wird, die eine Schmiermittelzuführleitung vom Schmiermittelreservoir zum Statorinnenraum und eine Schmiermittelrückführleitung vom Statorinnenraum zum Schmiermittelreservoir enthalten, und dass die Schmiermittelströmung in der Schmiermittelzuführleitung durch eine Drosseldüse gedrosselt wird, und/oder
- – dass das Gas vom Gaseinlass in einem Pumpenvorraum geleitet wird, von dem aus es in den Statorinnenraum gelangt, wobei mit Vorzug weiter Schmiermittel durch die Schmiermittelzuführleitung an einer Stelle in den Pumpenvorraum geleitet wird, bevor das Gas vom Gaseinlass in den Pumpenvorraum geleitet wird, so dass zu pumpendes oder zu komprimierendes Gas erst in den Pumpenvorraum kommt, wenn schon Schmiermittel zugeführt wurde, und oder wobei insbesondere das Gas in Pumpenförderrichtung von einem Ausgang des Statorinnenraums in einem Verteiler mit einer Gasabzweigung nach oben zum Gasauslass und einer Schmiermittelabzweigung nach unten zur Schmiermittelrückführleitung geleitet wird, so dass Schmiermittel gravitationsbedingt zur Schmiermittelrückführleitung und in das Schmiermittelreservoir gelangt, was vorzugsweise dadurch weitergebildet sein kann, dass durch den auf eine Schmiermittelsäule in der Schmiermittelrückführleitung und in dem Schmiermittelreservoir wirkende Druck Schmiermittel aus dem Schmiermittelreservoir über die Schmiermittelzuführleitung über den Pumpenvorraum in den oberhalb des Schmiermittelreservoirs liegenden Statorinnenraum gedrückt wird, und/oder
- – dass der Rotor mittels eines Getriebemotors drehangetrieben wird.
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Die verfahrensmäßige Lösung lässt sich durch die verschiedenen Ausgestaltungen gemäß und analog den vorstehenden Vorrichtungsvarianten mit Vorzug weiter ausgestalten und umgekehrt. Weitere bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und deren Kombinationen sowie den gesamten vorliegenden Anmeldungsunterlagen.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung lediglich exemplarisch näher erläutert, in der
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1 in einer perspektivischen Schemadarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Exzenterschnecken-Gaspumpe zeigt, und
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2 einen schematischen teilweisen Längsschnitt zur Verdeutlichung weiterer Einzelheiten des ersten Ausführungsbeispiels der Exzenterschnecken-Gaspumpe aus der 1 zeigt.
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Anhand des nachfolgend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs- und Anwendungsbeispiels wird die Erfindung lediglich exemplarisch näher erläutert, d. h. sie ist nicht auf dieses Ausführungs- und Anwendungsbeispiel oder auf die vollständige Merkmalskombination innerhalb dieses Ausführungs- und Anwendungsbeispiels beschränkt.
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Vorrichtungs- und Verfahrensmerkmale ergeben sich auch jeweils analog aus bildlichen und schriftlichen Darstellungen von Verfahren bzw. Vorrichtungen.
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Einzelne Merkmale, die im Zusammenhang mit dem konkreten Ausführungsbeispiel angeben und/oder dargestellt sind, sind nicht auf dieses Ausführungsbeispiel oder die Kombination mit den übrigen Merkmalen dieses Ausführungsbeispiels beschränkt, sondern können im Rahmen des technisch Möglichen, mit jeglichen anderen Varianten, auch wenn sie in den vorliegenden Unterlagen nicht gesondert behandelt sind, und insbesondere Merkmalen und Ausgestaltungen anderer Realisierungsformen kombiniert werden.
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Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren und Abbildungen der Zeichnung bezeichnen gleiche oder ähnliche oder gleich oder ähnlich wirkende Komponenten. Anhand der Darstellungen in der Zeichnung werden auch solche Merkmale deutlich, die nicht mit Bezugszeichen versehen sind, unabhängig davon, ob solche Merkmale nachfolgend beschrieben sind oder nicht. Andererseits sind auch Merkmale, die in der vorliegenden Beschreibung enthalten, aber nicht in der Zeichnung sichtbar oder dargestellt sind, ohne weiteres für einen Fachmann verständlich. Ferner ist die Bezugszeichenliste am Ende dieser Beschreibung explizit Bestandteil dieser Beschreibung.
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In den 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Exzenterschnecken-Gaspumpe 1 jeweils schematisch in einer perspektivischen Ansicht bzw. in einem teilweisen Längsschnitt gezeigt. Solche Exzenterschnecken-Gaspumpen 1 können beispielsweise bei der Komprimierung von Erdgas, das bei der Erdölförderung entsteht, eingesetzt werden, so dass das Erdgas als eigenständiger Energieträger gewonnen, verteilt und genutzt werden kann.
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Diese Exzenterschnecken-Gaspumpe 1 enthält, wie im Einzelnen gut in der 2 zu sehen ist, einen Stator 2, der in einem Gehäuse 3 einen Statorinnenraum 4 mit einer Elastomerinnenoberfläche 5 sowie einen Gaseinlass 6 und einen Gasauslass 7 hat, wodurch vom Gaseinlass 6 zum Gasauslass 7 eine Pumpenförderrichtung (Pfeil 8) definiert ist. Das Gehäuse 3 des Stators 2 enthält einen festen Außenmantel 9, in dem ein elastisches Schneckenrohr 10 beispielsweise aus einem Elastomer sitzt und die Elastomerinnenoberfläche 5 bildet oder bereit stellt. Die Exzenterschnecken-Gaspumpe 1 enthält ferner einen Rotor 11, der in den Statorinnenraum 4 eingreift und drehantreibbar ist. Zum Drehantrieb des Rotors 11 ist ein Getriebemotor 12 enthalten. Derartige Gestaltungen sind üblich und dem Fachmann wohlbekannt, so dass hier nicht weiter auf die baulichen und gestalterischen Möglichkeiten des Stators 2 und des Rotors 11 eingegangen werden braucht, sondern diesbezüglich auf die entsprechende Literatur verwiesen wird. Jedenfalls sind alle derzeit bekannten Versionen im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar und daher durch die Bezugnahme hiermit in diese Beschreibung aufgenommen.
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Weiterhin ist unterhalb des Stators 2 ein Schmiermittelreservoir 13 angeordnet, das über Schmiermittelleitungseinrichtungen 14 mit dem Statorinnenraum 4 verbunden ist. Dadurch, dass an der Unterseite 15 des Stators 4 der Exzenterschnecken-Gaspumpe 1 das Schmiermittelreservoir 13 angeordnet und über die Schmiermittelleitungseinrichtungen 14 mit dem Statorinnenraum 4 verbunden ist, wird die Förderung und/oder Komprimierung eines Mediums (nicht gezeigt), das vollständig oder zu 100% aus Gas besteht, ermöglicht. Durch die Anordnung des Schmiermittelreservoirs 13 unterhalb des Stators 4 erfolgt eine einfache gravitationsbedingte Trennung von Schmiermittel (nicht gezeigt) und Gas (nicht gezeigt). Die eigentliche Pumpenkomponente, bestehend aus dem Statorinnenraum 4 mit Elastomerinnenoberfläche 5 und dem Rotor 11, sowie die Schmiermittelleitungseinrichtungen 14 und das Schmiermittelreservoir 13 bilden einen Schmierkreislauf, der auch eine Kühlung bewerkstelligt und daher auch als Kühlkreislauf anzusehen ist. Der Schmierkreislauf sorgt jedenfalls dafür, dass der oben beim Stand der Technik erläuterte Trockenlauf verhindert wird.
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Die Schmiermittelleitungseinrichtungen 14 enthalten eine Schmiermittelzuführleitung 16 (siehe 1) vom Schmiermittelreservoir 13 zum Statorinnenraum 4 und eine Schmiermittelrückführleitung 17 vom Statorinnenraum 4 zum Schmiermittelreservoir 13. In die Schmiermittelzuführleitung 16 ist eine Drosseldüse oder ein Drosselventil 18 integriert. Ferner ist ein Pumpenvorraum 19 vorgesehen, der bezogen auf die Pumpenförderrichtung (Pfeil 8) eingangsseitig oder zuführseitig an den Statorinnenraum 4 angeschlossen ist. Der Gaseinlass 6 mündet in den Pumpenvorraum 19, der somit dem Statorinnenraum 4 vorgeschaltet ist. Eine Rotorantriebswelleneinrichtung 20 in Form einer Welle, die mit dem Rotor 11 über Verbindungseinrichtungen 21 gekoppelt ist, ist durch den Pumpenvorraum 19 hindurch geführt. Die Schmiermittelzuführleitung 16 mündet so in den Pumpenvorraum 19, dass die Einmündung 22 der Schmiermittelzuführleitung 16 in den Pumpenvorraum 19 vor dem der Einmündung 23 des Gaseinlasses 6 liegt, so dass im Normalbetrieb zu pumpendes oder zu komprimierendes Gas (nicht gezeigt) erst in den Pumpenvorraum 19 kommt, wenn schon Schmiermittel zugeführt wurde, wodurch eine Schmierung des Rotors 11 oder der Rotorantriebswelleneinrichtung 20 in dem Pumpenvorraum 19 von Anfang an gewährleistet ist und kein von Gas (nicht gezeigt) umspülter Bereich ohne Schmierung entstehen kann.
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In Pumpenförderrichtung (Pfeil 8) oder Gasströmungsrichtung innerhalb Statorinnenraums 4 schließt an einen Ausgang 24 des Statorinnenraums 4 ein Verteiler 25 mit einer Gasabzweigung 26 nach oben zum Gasauslass 7 und einer Schmiermittelabzweigung 27 nach unten zur Schmiermittelrückführleitung 17 an, so dass Schmiermittel (nicht gezeigt) gravitationsbedingt zur Schmiermittelrückführleitung 17 und in das Schmiermittelreservoir 13 gelangt. Damit erfolgt eine einfache und zuverlässige Trennung von Gas und Schmiermittel (jeweils nicht gezeigt). Das in den Pumpenvorraum 19 einströmende Gas (nicht gezeigt) vermengt sich mit dem eingespritzten Schmiermittel (nicht gezeigt), wie z. B. Öl, aus dem unterhalb des Statorinnenraums 4 angeordneten Schmiermittelreservoir 13, und Gas und Schmiermittel (jeweils nicht gezeigt) werden zusammen durch den Statorinnenraum 4 zur Druckseite zum Verteiler 25 hin gefördert. Das am Verteiler 25 ankommende Gemisch aus Gas und Schmiermittel (jeweils nicht gezeigt) trennt sich auf Grund der Schwerkraft automatisch: Das Gas (nicht gezeigt) wird durch den Verteiler 25 nach oben über die Gasabzweigung 26 zum Gasauslass 7 abgeführt, und das Schmiermittel (nicht gezeigt) läuft im Verteiler 25 nach unten über die Schmiermittelabzweigung 27 und die Schmiermittelrückführleitung 17 in das Schmiermittelreservoir 13, wo das Schmiermittel (nicht gezeigt) zusätzlich auch abkühlen kann, um im Kreislauf später wieder Wärme aus dem Betrieb der Exzenterschnecken-Gaspumpe 1 bedingt durch Reibung und Gasverdichtung aufnehmen kann. In Versuchen wurde eine maximale Schmiermittel- oder Öltemperatur von 80°C festgestellt.
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Wenn Gas mit einer Konzentration von 100% in die Exzenterschnecken-Gaspumpe 1 einströmt und mit dem Rotor 11 in dem Statorinnenraum 4 zum Ausgang 24 hin, der auch die Druckseite definiert, gefördert und verdichtet wird, steht auch in der Schmiermittelrückführleitung 17, die auch als Druckstutzen bezeichnet werden kann, ein erhöhter Druck zur Verfügung, der auf das Schmiermittel (nicht gezeigt) in der Schmiermittelrückführleitung 17 und in dem Schmiermittelreservoir 13 wirkt. Der somit auf die Schmiermittelsäule in der Schmiermittelrückführleitung 17 und in dem Schmiermittelreservoir 1 wirkende Druck hat zur Folge, dass Schmiermittel (nicht gezeigt) aus dem Schmiermittelreservoir 13, wie beispielsweise einem Schmieröltank, über die Schmiermittelzuführleitung 16 über den Pumpenvorraum 19 in den oberhalb des Schmiermittelreservoirs 13 liegenden Statorinnenraum 4 gedrückt wird. Die schon erwähnte Drosseldüse 18 in dem Kreislauf in der Schmiermittelzuführleitung 16 sorgt dann dafür, dass der Druck am Gasauslass 7 durch den Schmiermittelkreislauf nicht oder nicht zu stark abfällt.
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Die Erfindung ist anhand der Ausführungsbeispiele in der Beschreibung und in der Zeichnung lediglich exemplarisch dargestellt und nicht darauf beschränkt, sondern umfasst alle Variationen, Modifikationen, Substitutionen und Kombinationen, die der Fachmann den vorliegenden Unterlagen insbesondere im Rahmen der Ansprüche und der allgemeinen Darstellungen in der Einleitung dieser Beschreibung sowie der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und deren Darstellungen in der Zeichnung entnehmen und mit seinem fachmännischen Wissen sowie dem Stand der Technik, insbesondere den Offenbarungsgehalten der eingangs angegebenen eigenen Vorveröffentlichungen kombinieren kann. Insbesondere sind alle einzelnen Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung und ihrer Ausführungsvarianten kombinierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Exzenterschnecken-Gaspumpe
- 2
- Stator
- 3
- Gehäuse
- 4
- Statorinnenraum
- 5
- Elastomerinnenoberfläche
- 6
- Gaseinlass
- 7
- Gasauslass
- 8
- Pfeil für Pumpenförderrichtung
- 9
- fester Außenmantel
- 10
- elastisches Schneckenrohr
- 11
- Rotor
- 12
- Getriebemotor
- 13
- Schmiermittelreservoir
- 14
- Schmiermittelleitungseinrichtungen
- 15
- Unterseite des Stators
- 16
- Schmiermittelzuführleitung
- 17
- Schmiermittelrückführleitung
- 18
- Drosseldüse
- 19
- Pumpenvorraum
- 20
- Rotorantriebswelleneinrichtung, Welle
- 21
- Verbindungseinrichtungen
- 22
- Einmündung der Schmiermittelzuführleitung in den Pumpenvorraum
- 23
- Einmündung des Gaseinlasses in den Pumpenvorraum
- 24
- Ausgang
- 25
- Verteiler
- 26
- Gasabzweigung
- 27
- Schmiermittelabzweigung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004050412 A1 [0002]
- DE 19849098 A1 [0003]
