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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur abgedichteten Durchführung eines Kabels mit einem vorgegebenen Außendurchmesser durch eine mit einer Dichtung versehenen Gehäusewandung eines elektrischen Geräts in einen Innenraum des Gehäuses, in dem das Kabel an Kontakten anschließbar ist, und ferner zur Bewirkung einer Zugentlastung des Kabels als Schutz gegen ein Abziehen des Kabels von den elektrischen Kontakten infolge eines Zugs am Kabel in eine Auszugsrichtung aus dem Innenraum heraus.
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Die Erfindung geht ferner aus von einem elektrischen Gerät mit einem einen Innenraum abdichtenden, umschließenden Gehäuse mit Gehäusewandungen, von denen wenigstens eine Wandung eine Kabeldurchführung aufweist, mit einer zylindrischen, sich von der Wandung in den Innenraum erstreckenden Durchführungswandung, in der sich eine Dichtung mit einem hülsenförmigen Dichtkörper radial innen von einer Durchführungswandung befindet und die Durchführung eines einen vorgegebenen Außendurchmesser aufweisenden Kabels erlaubt, das im Innenraum an elektrische Kontakte anschließbar und mit einer Zugentlastungseinrichtung bei einem Zug am Kabel in einer Auszugsrichtung gegen ein Abziehen von den elektrischen Kontakten schützbar ist, wobei ein Absatz des Gehäuses die Dichtung in der Auszugsrichtung übergreift.
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Kabeldurchführungen dieser Art sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt, um ein elektrisches Gerät mit elektrischem Strom zu versorgen, gleichzeitig jedoch das Eindringen von Feuchtigkeit, Wasser und ggf. Schmutz zu verhindern.
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Bekannte Konstruktionen sehen vor, dass die Kabeldurchführungswandung mit einem Schraubgewinde versehen ist, sodass der hülsenförmige Dichtkörper durch einen axialen Schraubdruck so gequetscht wird, dass er sich radial ausdehnen möchte. Da der radialen Ausdehnung nach außen die Gehäusewandung entgegensteht, findet die Ausdehnung nach radial innen statt, sodass sich der aus einem Elstomer gebildete Dichtkörper fest an den Außenumfang des Kabels anschmiegt und den gewünschten Dichtigkeitsgrad herstellt. Eine derartige Konstruktion, bei der eine Kompression eines Dichtrings mittels einer mit einem Gewinde versehenen Kappe zur Abdichtung eines Kabels ausgenutzt wird, ist durch
DE 60 2005 001 035 T2 oder
DE 102 35 499 A1 bekannt. Eine ähnliche Konstruktion ist in
DE 42 13 306 C1 offenbart. Die Verwendung von Schraubverbindungen bedingt jedoch eine aufwendige Gestaltung der Gehäusewandung mit einem entsprechenden Gewinde und den Einsatz zahlreicher Bauteile, die am Gehäuse montiert werden müssen.
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Zur Verringerung des Aufwandes für die Kabeldurchführung ist es durch
DE 28 35 832 C2 ferner bekannt, einen elastomeren hülsenförmigen Dichtkörper mit nach radial innen zeigenden Rippen auszubilden, die gegenüber dem Außendurchmesser des Kabels einen geringeren Innendurchmesser aufweisen, sodass das Kabel die Rippen in Einschubrichtung in axialer Richtung verdrängt, wodurch diese durch ihre elastischen Rückstellkräfte verstärkt am Außenmantel des Kabels anliegen. Die entsprechende Verdrängung der Rippen ist auch in Auszugsrichtung möglich, sodass es erforderlich ist, das Kabel im Innenraum des Gehäuses mit einer Zugentlastungseinrichtung festzulegen, um ein ungewolltes Abziehen des Kabels von den Kontakten im Innenraum des Gehäuses durch einen Zug am Kabel in Auszugsrichtung zu verhindern oder zumindest zu erschweren.
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Durch
DE 1 972 077 U ist es ferner bekannt, eine Kabeldurchführung mit einer ringförmigen Dichtlippe zu versehen, deren Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Kabelmantels, sodass die Dichtlippe in Einschubrichtung verformt wird und aufgrund ihrer Rückstellkraft am Kabelmantel verstärkt anliegt.
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Ein Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung liegt in der Ausgestaltung von Tauchpumpen (vgl.
DE 42 13 306 C1 ), die – insbesondere als Wasserversorgungspumpen im Campingbereich, also in Wohnwagen, Wohnmobilen, Wohnbooten o. dgl. – in einen Flüssigkeitsvorrat in einem Tank oder Behälter eingetaucht werden, um die Flüssigkeit aus dem Tank, Behälter o. dgl. an eine gewünschte Stelle zu transportieren. Durch das Kabel wird die Versorgungsspannung für den Pumpenmotor zugeführt. Dabei ist es erkennbar wichtig, dass keinerlei Flüssigkeiten in den Innenraum des Gehäuses gelangt, weil die – üblicherweise elektrisch leitende – Flüssigkeit im Innenraum des Gehäuses zu einem Kurzschluss führen würde, der die Tauchpumpe unbrauchbar macht.
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Bekannte Tauchpumpen dieser Art weisen eine Kabeldurchführung auf, in der eine Ausnehmung in Form einer Aufnahmekammer für den hülsenförmigen Dichtkörper aus einem elastomeren Material ausgebildet ist. Die Kabeldurchführungsöffnung befindet sich dabei in einem Deckel des Gehäuses, sodass der Dichtkörper von der im montierten Zustand des Gehäuses zum Innenraum zeigenden Seite in eine Kabeldurchführungsöffnung eingesetzt werden kann. Zur Außenseite hin ist der Dichtkörper so von einem ringförmigen Absatz in der Deckelwandung des Gehäuses übergriffen, sodass keine Gefahr besteht, dass der Dichtkörper nach außen aus dem Gehäuse herausgezogen wird. Bei dieser Konstruktion wird der oben erwähnte Montageaufwand erforderlich. Zusätzlich zu der Herstellung des Gehäuses muss der Dichtkörper in passender Weise hergestellt werden. Der Dichtkörper muss in der Gehäusewandung sorgfältig montiert werden, damit die gewünschte Abdichtung gegen Eindringen des Wassers gewährleistet ist. Darüber hinaus muss für die Zugentlastung des Kabels im Innenraum des Gehäuses gesorgt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kabeldurchführung für ein elektrisches Gerät, insbesondere für eine Tauchpumpe, so auszugestalten, dass eine vereinfachte Herstellung und Inbetriebnahme des elektrischen Geräts, insbesondere der Tauchpumpe, möglich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass in der die Kabeldurchführung aufweisenden Gehäusewandung eine Dichtung in Form eines hülsenförmigen Dichtkörpers durch Eingießen oder Einspritzen befestigt wird, der mit einer angesetzten, zum Innenraum hingerichteten Dichtlippe mit einer Wandstärke von weniger als ein Viertel der Wandstärke des Dichtkörpers versehen ist, dass das Kabel mit einer Überlänge in den Innenraum eingeführt wird, und dass das Kabel unter Mitnahme eines Randes der Dichtlippe in Auszugsrichtung aus dem Innenraum herausgezogen wird, bis die Dichtlippe in den Innenraum des Dichtkörpers umgebogen ist, auf diese Weise das Kabel innerhalb des Dichtkörpers verkeilt und dadurch ein weiteres Herausziehen des Kabels verhindert.
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Die oben erwähnte Aufgabe wird ferner bei einem elektrischen Gerät der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die Dichtung aus einem spritz- oder gießbaren Elastomer in das Gehäuse eingegossen ist und an dem hülsenförmigen Dichtkörper, der eine Basiswandstärke aufweist, mit einer angesetzten, zum Innenraum gerichteten Dichtlippe versehen ist, deren Wandstärke weniger als ein Viertel der Basiswandstärke beträgt und so an dem Kabel anliegend ausgebildet ist, dass sie durch einen Zug in Auszugsrichtung des Kabels in das Innere des Dichtkörpers umgebogen wird und so zugleich als Zugentlastungseinrichtung wirkt.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, den Dichtkörper in das Gehäuse des elektrischen Geräts einzuspritzen oder einzugießen und so eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Gehäuse und Dichtkörper herzustellen. Die Dichtung stellt somit kein separates Bauteil mehr dar, sondern ist – wenn auch aus einem Elastomermaterial – einstückig mit dem Material des Gehäuses verbunden. Für eine gewisse Dichtwirkung sorgt bereits das enge Anliegen des Dichtkörpers an dem Außenmantel des Kabels, wobei der Innendurchmesser des hülsenförmigen Dichtkörpers zumindest teilweise ein Untermaß gegenüber dem Außendurchmesser des Kabels aufweisen kann. Der Hauptteil der Dichtwirkung wird jedoch durch die Dichtlippe erzielt, die aufgrund ihrer geringen Wandstärke eine nur geringe Verformungsstabilität aufweist. Die Neigung zur Verformung der Dichtlippe nimmt mit zunehmendem Abstand zu dem Dichtkörper zu, da am Übergang zum Dichtkörper dieser eine formstabilisierende Wirkung auf die Dichtlippe ausübt. Im Bereich der Dichtlippe befindet sich vorzugsweise der kleinste lichte Innendurchmesser der hülsenförmigen Dichtung, sodass im Bereich der Dichtlippe die höchste Reibwirkung mit dem durch die Dichtung hindurch geschobenen Kabel entsteht. Wird das Kabel erfindungsgemäß mit einer Überlänge in den Innenraum des Gehäuses eingeführt und anschließend in Auszugsrichtung aus dem Gehäuse herausgezogen, nimmt der Mantel des Kabels die Dichtlippe insbesondere an ihrem freien, in den Innenraum zeigenden Ende mit und bewirkt aufgrund der leichten Verformbarkeit der Dichtlippe ein Umklappen der Dichtlippe in den Innenraum des Dichtkörpers. Die umgeschlagene Dichtlippe wirkt mit dem Kabel, das sie einschließt, gemeinsam als ein Stopfen, der sich im Innenraum des Dichtkörpers verklemmt und ein weiteres Ausziehen in Auszugsrichtung verhindert. Demgemäß wirkt die erfindungsgemäße Dichtung nicht nur als Abdichtung gegenüber der an der Außenseite des Kabels in das Gehäuse eindringenden Flüssigkeit, Verschmutzung o. ä., sondern auch als Zugentlastungseinrichtung, da das Kabel aus der Kabeldurchführung nicht herausziehbar ist.
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Die Herstellung der Dichtung erfolgt erfindungsgemäß mit der Herstellung des Gehäuses, das vorzugsweise im Spritzgießverfahren hergestellt wird. Die Anbringung der Dichtung erfolgt vorzugsweise ebenfalls im Spritzgießverfahren. Dieser Herstellschritt kann in derselben Spritzgießmaschine lediglich in einem zusätzlichen Schritt ausgeführt werden. Erfindungsgemäß entfällt somit die Lagerhaltung für separate Dichtungen und das Einsetzen der Dichtungen in das Gehäuse des elektrischen Geräts, das insbesondere eine Tauchpumpe sein kann.
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Die Dichtung ist vorzugsweise aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) gebildet. Ein derartiges thermoplastisches Elastomer vereinigt die Vorzüge der leichten Spritzgießbarkeit eines Thermoplastens mit den sehr elastischen Eigenschaften eines Elastomers und ist daher für die erfindungsgemäße Dichtung besonders geeignet.
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Bei der Herstellung der Dichtung muss das Material der Dichtung im flüssigen Zustand in eine mit dem bereits hergestellten Gehäuse und dem geeigneten Werkzeug hergestellte Kavität eingefüllt werden. Demgemäß entsteht ein an die Außenseite des Gehäuses geführter Anguss. Dieser wird erfindungsgemäß dazu ausgenutzt, dass neben der stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Dichtung und dem Gehäuse auch eine formschlüssige Verbindung bezüglich der Einschubrichtung des Kabels ausgebildet wird. Bezüglich der Auszugsrichtung des Kabels ergibt sich die formschlüssige Fixierung hier bereits durch den Absatz des Gehäuses, der die Dichtung in der Auszugsrichtung übergreift.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Anguss um eine Kante des Gehäuses in einer Ausnehmung des Gehäuses herumgeführt und schließt mit der Oberseite der Wandung des Gehäuses fluchtend ab. Auf diese Weise gelingt es, den benötigten Anguss in ästhetisch ansprechender Weise in die äußere Erscheinung des Gehäuses zu integrieren.
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Die erfindungsgemäße Funktion der Dichtung kann dadurch unterstützt werden, dass sich der Innendurchmesser des Dichtkörpers zum Innenraum hin verkleinert. In ähnlicher Weise kann sich auch der Innendurchmesser der Dichtlippe zum Innenraum hin verkleinern. Diese Verkleinerungen des Innendurchmessers können konisch erfolgen, jedoch aufgrund der einfachen Herstellbarkeit auch stufenförmig.
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Da der zum Innenraum zeigende Endbereich der Dichtlippe von dem in Auszugsrichtung gezogenen Kabel mitgenommen werden soll, um sich dabei durch Umklappen zu verformen, kann es zweckmäßig sein, in diesem Endbereich einen minimalen Innendurchmesser auszubilden. Ferner kann das Umklappen der Dichtlippe durch eine geeignete Materialschwächung, die sich vorzugsweise in der Nähe des Übergangs zum Dichtkörper befindet, erleichtert werden. Die erfindungsgemäße Kabeldurchführung sorgt nicht nur für eine sichere Abdichtung, insbesondere gegen eindringende Flüssigkeiten, wie Wasser, sondern übernimmt zugleich die Funktion einer Zugentlastungseinrichtung, die so bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Gerät entfallen kann.
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Das erfindungsgemäße Gerät ist vorzugsweise ein mit einem zylindrischen Gehäuse ausgebildete Tauchpumpe, die mit Standfüßen auf den Boden eines Flüssigkeitsbehälters gestellt werden kann und in einer Bodenwandung eine Ansaugöffnung aufweist, hinter der Pumpenflügel rotieren. Die Pumpenflügel werden von einem Pumpenmotor angetrieben, der sich in dem Gehäuse befindet. Die Stromzuführung erfolgt durch ein Deckelteil des Gehäuses, das auf einen zylindrischen Gehäusekörper aufgesetzt wird und das einen Stutzenansatz aufweist, in dem das Zuführungskabel zur Kabeldurchführungsöffnung geführt wird. In der Kabeldurchführungsöffnung befindet sich die erfindungsgemäße Dichtung. Das Deckelteil ist mit dem zylindrischen, oben offenen Gehäusekörper verklebt oder verschweißt, sodass sich ein abgedichteter Innenraum ergibt, in dem die mit dem Kabel zugeführten Adern mit entsprechenden Kontakten des Pumpenmotors kontaktiert werden.
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Durch den Entfall der Montage der Dichtung und den Entfall der Zugentlastung lassen sich nicht nur deutliche Materialkosten sondern auch deutliche Montagekosten einsparen.
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Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 einen vertikalen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kabeldurchführung mit einem in Einschubrichtung eingeführten Kabel
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2 die Darstellung gemäß 1 nach einem Herausziehen des Kabels um ein gewisses Maß in Auszugsrichtung
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3 einen vertikalen Schnitt durch eine Tauchpumpe mit der Kabeldurchführung gemäß 1 und 2
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4 eine Draufsicht auf die Tauchpumpe gemäß 3
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5 eine perspektivische Ansicht einer separat dargestellten Dichtung.
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1 zeigt im Schnitt einen Gehäusedeckel 1, der Teil eines Gehäuses 2 ist. Der Gehäusedeckel 1 besteht aus einer Deckelwandung 3 und einer davon nach unten abgewinkelten umlaufenden Mantelwandung 4. Von der Deckelwandung 3 erstreckt sich eine hohlzylindrische, tüllenartige Führung 5 nach oben, die zur Führung und als Abknickschutz für ein elektrisches Kabel 6 dient. Fluchtend mit der Führung 5 weist die Deckelwandung eine Durchgangsöffnung 7 auf, deren Innendurchmesser dem vorgegebenen Außendurchmesser des elektrischen Kabels 6 etwa entspricht. Unterhalb der Durchgangsöffnung befindet sich ein zylindrischer Aufnahmeraum 8, der durch eine zylindrische Mantelwand 9 nach radial außen begrenzt ist. Am Übergang der Deckelwandung 3 zur Mantelwandung 4 ist eine Ausnehmung 10 vorgesehen, die sich um die Kante zwischen Deckelwandung 3 und Mantelwandung 4 bis zu einer gewissen Höhe der Mantelwandung 4 erstreckt. Ein Verbindungskanal 11 führt von der Ausnehmung 10 in der Deckelwandung 3 zu dem Aufnahmeraum 8 und verläuft über eine gewisse Höhe des Aufnahmeraums 8 tangential zum Aufnahmeraum 8.
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In einem Spritzgießvorgang wird die Ausnehmung 10, der Verbindungskanal 11 und der Aufnahmeraum 8 mit einem thermoplastischen Elastomer in flüssiger Form gefüllt, sodass sich eine Dichtung mit einem hülsenförmigen Dichtkörper 12 in dem Aufnahmeraum 8 und einem Anguss 13 in dem Verbindungskanal 11 und der Ausnehmung 10 ausbildet.
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Dabei wird der Dichtkörper an seiner Innenwandung mit Abschnitten 12a, 12b, 12c, 12d mit verringertem Innendurchmesser so ausgebildet, dass sich der Innendurchmesser des Dichtkörpers 12 zu einem Innenraum 14 des Gehäuses 2 ständig verkleinert.
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Zum Innenraum 14 zeigend ist der Dichtkörper 12 mit einer angespritzten Dichtlippe 15 versehen, deren Innenwandung mit der Innenwandung des Dichtkörpers 12 fluchtet und deren Wandstärke weniger als ein Viertel, vorzugsweise weniger als ein Fünftel, der mittleren Wandstärke des Dichtkörpers 12 entspricht. Auch die Dichtlippe 15 kann zu ihrem freien Ende hin mit einem verringerten Innendurchmesser ausgebildet sein. Im Bereich der Dichtlippe 15 weist die Dichtung einen minimalen freien Innendurchmesser auf. Mit anderen Worten weist der freie Innendurchmesser der Dichtung im Bereich der Dichtlippe 15 ein maximales Untermaß gegenüber dem Außendurchmesser des Kabels 6 auf, sodass im Bereich der Dichtlippe 15 eine maximale Reibung zwischen der Dichtung und dem Kabel 6 zustande kommt.
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1 zeigt die Einführung des mit zwei Adern 16 versehenen Kabels in den Innenraum 14 des Gehäuses 2. Die Dichtung ist mit dem Material des Gehäuses 2, das vorzugsweise ABS ist, stoffschlüssig verbunden. Durch den Anguss 13 wird die Verbindung zwischen Dichtung und Gehäuse 2 beim Einführen des Kabels 6 in den Innenraum auch durch einen Formschluss unterstützt, da der Anguss 13 die Oberseite des Gehäuses 2 hakenförmig übergreift.
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Für die endgültige Montage werden die Adern 16 des Kabels 6 mit Kontakten 17 im Innenraum 14 verbunden. Anschließend wird an der Außenseite des Gehäuses 2 an dem Kabel 6 in Auszugsrichtung aus dem Innenraum 14 herausgezogen. Dabei nimmt das Kabel 6 die freien Enden der Dichtlippe 15 durch Reibung mit, wodurch sich die Dichtlippe 15 aufgrund ihrer geringen Wandstärke bauchig verformt, bis das Ende der Dichtlippe 15 umklappt und mit dem Kabel in ungeklappter Form mit in Auszugsrichtung gezogen wird, wie dies 2 verdeutlicht. Dabei gelangt das umgebogene Ende der Dichtlippe 15 in das Innere des Dichtkörpers 12 und verkeilt auf diese Weise das Kabel 6 innerhalb des Dichtkörpers 12, sodass das Kabel 6 nicht mehr in Auszugsrichtung aus dem Innenraum 14 weiter herausgezogen werden kann. In dieser montierten Stellung ist die hergestellte Kabeldurchführung nicht nur sicher dicht, sondern bewirkt zugleich eine Zugentlastung, die das Abziehen des Kabels 6 von den Kontakten 17 (von denen in 2 nur einer dargestellt ist) verhindert.
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Beim Ziehen des Kabels 6 in Auszugsrichtung aus dem Innenraum 14 heraus wird eine hohe Reibungskraft auch auf den Dichtkörper 12 ausgeübt. Ein Lösen des Dichtkörpers 12 von der Mantelwand 9, mit der er stoffschlüssig verbunden ist, wird durch den Aufnahmeraum 8 übergreifenden ringförmigen Absatz 18 der Deckelwand 3 unterbunden. Der ringförmige Absatz 18 erstreckt sich von der Mantelwand 9 bis zur Durchgangsöffnung 7 der Deckelwandung 3.
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3 zeigt die Anordnung aus den 1 und 2 als Teil des Gehäuses 2 einer Tauchpumpe. Das Gehäuse 2 besteht aus dem beschriebenen Gehäusedeckel 1 und wird durch ein zylindrisches, nach oben offenes Gehäuseunterteil 19 komplettiert. Das Gehäuseunterteil 19 weist eine Bodenwandung 20 mit drei Standfüßen 21 auf, von denen in der Schnittdarstellung der 3 nur zwei dargestellt sind. In der Bodenwandung 20 befindet sich eine etwa mittige Ansaugöffnung 22, durch die Flüssigkeit, in die die Tauchpumpe hineingestellt ist, in eine Pumpenkammer 23 gelangt. In der Pumpenkammer 23 rotiert ein Pumpenrad 24, das die angesaugte Flüssigkeit aus der Pumpenkammer 23 in eine nach vertikal oben gerichtete Ausgangsleitung 25 drückt, die sich bis in den Gehäusedeckel 1 fortsetzt und dort in einer Ausgangstülle 26 endet, auf die ein Schlauch geschoben werden kann. Das Pumpenrad 24 ist mit einer Abtriebsachse 27 eines Pumpenmotors 28 drehfest verbunden. Der Pumpenmotor 28 befindet sich im Innenraum 14 des Gehäuses 2. Die Abtriebsachse 27 ist über einen Wellendichtring 29 auch während ihrer Rotation abgedichtet aus dem Innenraum 14 in die Pumpenkammer 23 geführt, sodass auch von der Pumpenkammer 23 aus der Innenraum 14 gegenüber Flüssigkeitseintritt abgedichtet ist.
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4 zeigt in einer Draufsicht die Außenkontur des zylindrischen Gehäuses 2 und lässt auf der Oberseite der Deckelwandung 3 die Führung 5 für das Kabel und die Ausgangstülle 26 für die gepumpte Flüssigkeit sowie die Lage des Schnitts A-A (3) erkennen.
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Die erfindungsgemäße Kabeldurchführung gewährleistet eine sichere Abdichtung und Zugentlastung des Kabels auch bei dem besonders kritischen Einsatz in dem Gehäuse einer Tauchpumpe, die ständig unter Wasser im Einsatz ist.
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Die perspektivische Ansicht der 5 zeigt die Dichtung mit dem Dichtkörper 12 und der Dichtlippe 15, die rotationssymmetrisch umlaufend (hülsenförmig) ausgebildet sind, während sich der Anguss 13 nur in einer radialen Richtung erstreckt. Es ist zu beachten, dass 5 nur zur Verdeutlichung dient. Ein separates Teil, wie es in 5 dargestellt ist, existiert nicht, da die Dichtung bei ihrer Herstellung mit dem Gehäuse 2 stoffschlüssig zu einem handhabbaren Teil des Gehäuses 2 verbunden wird.
