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Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Ölpumpe mit einem eine Pumpenwelle aufweisenden Pumpenkopf, und mit einem eine Motorwelle aufweisenden Elektromotor. Die elektromotorische Ölpumpe ist insbesondere eine elektromotorische Hydraulikölpumpe. Die Erfindung betrifft ferner eine Spritzgussmaschine mit einer elektromotorischen Hydraulikölpumpe.
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Elektromotorische Ölpumpen weisen üblicherweise einen Pumpenkopf sowie einen Elektromotor auf, mittels dessen der Pumpenkopf angetrieben ist. Der Pumpenkopf selbst weist beispielsweise ein Flügelrad oder einen sonstigen Ansaugmechanismus auf, welcher drehfest mit einer Pumpenwelle verbunden ist. Die Pumpenwelle ist mittels einer Motorwelle des Elektromotors angetrieben. Zum Übertragen des Drehmoments von der Motorwelle auf die Pumpenwelle wird beispielsweise eine Kupplung verwendet. Diese wird sowohl an die Motorwelle als auch an die Pumpenwelle angeflanscht. Der Flansch selbst umfasst eine Anzahl an Bolzen, die in einem vergleichsweise großen Abstand zu der Rotationsachse der Motorwelle bzw. der Pumpenwelle angeordnet sind. Auf diese Weise ist auch ein vergleichsweise großer Drehmomentübertrag ermöglicht. Aufgrund der Kupplung ist einerseits eine Baugröße in axialer Richtung vergrößert. Andererseits ist eine Montage und Demontage erschwert, da sämtliche Bolzen befestigt bzw. gelöst werden müssen. Auch befinden sich die Bolzen in axialer Richtung zwischen dem Pumpenkopf und dem Elektromotor, sodass ein zur Verfügung stehender Montageraum begrenzt ist.
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Eine Alternative hierzu stellt die Verwendung einer so genannten Welle-Nabe-Verbindung dar, wobei eine der beiden Wellen eine nicht rotationssymmetrische Ausgestaltung aufweist, in die die verbleibende Welle eingreift. Hierbei wird mittels der ineinandergreifenden Strukturen das Drehmoment übertragen. Bei wechselnder Belastung des Pumpenkopfs, beispielsweise aufgrund einer sich ändernden Viskosität des zu pumpenden Öls, oder bei einer sich ändernden Drehzahl ist eine Belastung dieser Strukturen erhöht. Somit müssen diese Strukturen aus einem vergleichsweise abriebfesten und stabilen Material gefertigt werden, was deren Herstellung erschwert. Auch sind derartige Materialien teuer, was zu einer zusätzlichen Erhöhung der Herstellungskosten führt.
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Um den Verschleiß zu reduzieren, wird beispielsweise ein Fett zwischen die beiden ineinandergreifenden Strukturen eingebracht. Die beiden Strukturen sind umkapselt, um ein Austreten des Fettes zu verringern. Bei Betrieb kann das Fett jedoch trotzdem zwischen den Strukturen herausgepresst werden, sodass nach einer bestimmten Betriebsdauer kein Fett mehr zwischen den Strukturen vorhanden ist, weswegen der Verschleiß erhöht ist. Somit muss die elektromotorische Ölpumpe demontiert werden, um erneut zwischen die Strukturen ein Fett einzubringen.
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Aus
US 2006/0140805 A1 ist eine elektrische Ölpumpe mit einer Pumpe, die eine Welle aufweist, und einem Motor, der eine Ausgangswelle aufweist, bekannt. Die beiden Wellen sind mittels einer Oldham Kupplung verbunden. Hierbei ist ein Zwischenstück mit zueinander senkrecht verlaufenden endseitigen Schlitzen versehen, innerhalb derer entsprechende Fortsätze der beiden Wellen eingreifen. Auf diese Weise ist ein Antrieb auch bei einem Versatz der Rotationsachse der beiden Wellen ermöglicht.
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Aus
DE 10 2014 202 281 A1 ist ein Ölpumpenantrieb mit einem Elektromotor und einer Ölpumpe bekannt, wobei die Rotorwelle des Elektromotors über ein Wellenkuppelelement drehfest mit einer Eingangswelle der Pumpe gekoppelt ist. Hierbei befinden sich die beiden Wellen sowie das Wellenkupplungselement, mittels dessen die beiden Wellen gekoppelt sind, in einem ölgefüllten Rotorraum.
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Aus
DE 20 2013 104 531 U1 ist bekannt, dass zur Verbindung von Wellen von Hydraulikpumpe Oldham Kupplungen zum Einsatz kommen können.
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Aus
DE 602 18 107 T2 ist eine Spritzgussmaschine bekannt. Diese weist ein Hydrauliksystem mit einer Ölpumpe auf. Die Ölpumpe ist mittels eines Motors angetrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete elektromotorische Ölpumpe sowie eine besonders geeignete Spritzgussmaschine anzugeben, wobei vorteilhafterweise ein Verschleiß reduziert und geeigneterweise Herstellungskosten gesenkt sowie insbesondere eine Herstellung vereinfacht als auch vorzugsweise eine Baugröße verringert ist.
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Hinsichtlich der elektromotorischen Ölpumpe wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Spritzgussmaschine durch die Merkmale des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die elektromotorische Pumpe weist einen Pumpenkopf mit einer Pumpenwelle auf. An der Pumpenwelle sind insbesondere Komponenten angebunden, mittels derer bei Betrieb eine Saug- und/oder Druckwirkung erstellt werden kann. Diese Komponenten befinden sich bevorzugt in einem Förderraum des Pumpenkopfes, in den die Pumpenwelle geeigneterweise hineinreicht. Die Komponenten sind zum Beispiel an der Pumpenwelle befestigt, und insbesondere einstückig mit dieser. Die Komponenten sind beispielsweise ein Flügelrad oder ein Zahnrad. Hierbei wird bei Betrieb mittels der Komponenten das zu pumpende Öl von einer Saugseite des Förderraums zu einer Hochdruckseite des Förderraums befördert.
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Die elektromotorische Ölpumpe weise ferner einen Elektromotor mit einer Motorwelle auf. Der Elektromotor ist beispielsweise ein bürstenbehafteter Elektromotor. Besonders bevorzugt jedoch ist der Elektromotor bürstenlos. Zum Beispiel ist der Elektromotor ein Asynchron- oder ein Synchronmotor. Der Elektromotor ist vorzugsweise mehrphasig aufgebaut, und geeigneterweise zwei- oder dreiphasig, wobei jede der elektrischen Phasen beispielsweise eine Anzahl an elektrischen Spulen aufweist, beispielsweise zwei oder drei. Vorzugsweise sind die elektrischen Phasen in einer Dreiecks- oder Sternschaltung verschaltet. Beispielsweise ist der Elektromotor flüssigkeitsgekühlt. Besonders bevorzugt jedoch ist der Elektromotor luftgekühlt, was eine Montage vereinfacht und Herstellungskosten senkt. Die elektromotorische Ölpumpe weist bevorzugt einen Umrichter auf, mittels dessen bei Betrieb der Elektromotor bestromt ist. Der Umrichter selbst ist beispielsweise ein Wechselrichter, der zweckmäßigerweise eine Brückenschaltung aufweist, beispielsweise eine B6-Schaltung. Hierbei weist jeder der Brückenzweige bevorzugt zwei Halbleiterschalter auf, beispielsweise MOSFETs oder IGBTs.
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Die Pumpenwelle und die Motorwelle sind freiendseitig unter Ausbildung einer Koppelstelle ineinander gesteckt. Zweckmäßigerweise ist hierbei eine Spielpassung zwischen der Pumpenwelle und der Motorwelle realisiert, was eine Montage vereinfacht. Zur Montage werden somit die Pumpenwelle und die Motorwelle ineinander gesteckt. Zweckmäßigerweise ist die Pumpenwelle koaxial mit der Motorwelle. Mit anderen Worten ist bei einer Rotation der Motorwelle um eine Achse des Elektromotors diese Achse gleich der Achse, um den die Pumpenwelle rotiert wird. Insbesondere ist eine so genannte Welle-Nabe-Verbindung erstellt. Hierbei greifen zweckmäßigerweise Strukturen der Pumpenwelle in Strukturen der Motorwelle, wobei dies beispielsweise formschlüssig erfolgt, insbesondere mittels einer Klaue oder dergleichen.
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Zwischen der Pumpenwelle und der Motorwelle ist im Bereich der Koppelstelle ein Raum gebildet. Geeigneterweise ist der Raum mittels der Pumpenwelle und der Motorwelle zumindest teilweise begrenzt, beispielsweise in radialer Richtung bezüglich der Pumpenwelle und der Motorwelle. Der zwischen der Pumpenwelle und der Motorwelle im Bereich der Koppelstelle gebildete Raum ist fluidtechnisch mit dem Förderraum des Pumpenkopfes verbunden. Mit anderen Worten weist die elektromotorische Ölpumpe Mittel zur Einbringung eines zu pumpenden Öls zwischen die Pumpenwelle und die Motorwelle im Bereich der Koppelstelle auf. Mit nochmals anderen Worten sind Mittel vorgesehen, ein zu pumpendes Öl im Bereich der Koppelstelle zwischen die Pumpenwelle und die Motorwelle einzubringen. Zweckmäßigerweise ist der Raum mit einer Hochdruckseite des Förderraums fluidtechnisch verbunden.
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Somit wird bei Betrieb das zu pumpende Öl von dem Förderraum in den zwischen der Motorwelle und der Pumpenwelle im Bereich der Koppelstelle gebildeten Raum eingebracht, sodass dort eine Reibung und somit ein Verschleiß reduziert ist. Vorzugsweise wird die Koppelstelle mittels des Öls geschmiert. Mit anderen Worten dient die fluidtechnische Verbindung des zwischen der Pumpenwelle und der Motorwelle im Bereich der Koppelstelle gebildeten Raums mit dem Förderraum des Pumpenkopfs der Schmierung der Koppelstelle. Hierbei handelt es sich um Öl, welches einem Ölkreislauf, der die elektromotorische Ölpumpe aufweist, entnommen wird. Somit ist dieses stets in Bewegung, und weist vergleichsweise geringe Verunreinigungen oder Ablagerungen auf, sofern die elektromotorische Ölpumpe oder weitere Bestandteile des Ölkreislaufs einen Filter aufweisen. Auch ist eine Dissoziation oder Alterung des sich in dem Raum befindenden Öls vermieden. Zudem weist bei Betrieb die Motorwelle und die Pumpenwelle im Wesentlichen die Temperatur des zu pumpenden Öls auf, weswegen diese gekühlt werden.
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Der Raum weist einen Abfluss auf, welcher beispielsweise mit einer Saugseite des Förderraums fluidtechnisch verbunden ist. Alternativ hierzu ist der Abfluss vorgesehen und eingerichtet, mit weiteren Komponenten eines etwaigen Ölkreislaufs verbunden zu werden, beispielsweise einem Filter oder einem Vorratsbehälter. Auf diese Weise wird das sich in dem Raum befindende Öl kontrolliert abgeleitet und durch weiteres Öl ersetzt. Zweckmäßigerweise wird bei Betrieb das Öl mit einem überhöhten Druck eingebracht, wobei die Druckerhöhung beispielsweise größer als 0,1 bar und kleiner als 1 bar ist. Zweckmäßigerweise ist die Druckerhöhung im Wesentlichen gleich 0,5 bar.
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Aufgrund des Ineinandersteckens der beiden Wellen ist einerseits eine Herstellung vereinfacht. Andererseits werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt, was sowohl eine axiale Baugröße verringert als auch Herstellungskosten senkt. Hierbei ist aufgrund des bei Betrieb in den Raum eingebrachten Öls ein Verschleiß verringert, sodass eine mögliche Betriebsdauer der elektromotorischen Ölpumpe erhöht ist.
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Die elektromotorische Ölpumpe ist bevorzugt eine Hydraulikölpumpe. Mit anderen Worten wird bei Betrieb der elektromotorischen Ölpumpe ein Hydrauliköl gefördert. Dieses ist meist vergleichsweise rein, sodass eine Ablagerung zwischen der Pumpenwelle und der Motorwelle im Bereich der Koppelstelle von etwaigen Partikeln im Wesentlichen ausgeschlossen werden kann. Mit der Hydraulikölpumpe wird zusammenfassend ein Hydrauliköl bewegt, sodass bei Betrieb etwaige Zylinder mit dem Hydrauliköl befüllt werden, was eine Verstellung eines mit dem Zylinder wirkverbundenen Verstellteils bewegt. Bevorzugt ist die Hydraulikölpumpe ein Bestandteil einer Industrieanlage. Zweckmäßigerweise wird ein Aktor mittels der Hydraulikölpumpe bei Betrieb bewegt. Besonders bevorzugt ist die Hydraulikölpumpe ein Bestandteil einer Spritzgussmaschine, wobei bevorzugt ein Schieber mittels der elektromotorischen Hydraulikölpumpe bewegt wird.
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Geeigneterweise ist bei Betrieb zwischen der Hochdruckseite des Förderraums und der Niederdruckseite des Förderraums eine Druckdifferenz zwischen 100 bar und 400 bar bereitgestellt, zweckmäßigerweise zwischen 150 bar und 250 bar oder 300 bar, und vorzugsweise gleich 200 bar.
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Der Raum und der Förderraum sind mittels eines Leckageölkanals des Pumpenkopfs fluidtechnisch verbunden. Der Leckageölkanal dient insbesondere dem Auffang eines aus dem Förderraum austretenden Öls im Bereich von etwaigen Dichtungen, insbesondere von Radialdichtungen. Geeigneterweise wird ein aus einem Lager des Pumpenkopfes austretendes Öl (Leckageöl) mittels des Leckageölkanals aufgefangen. Zweckmäßigerweise wird bei Betrieb zunächst ein Lager des Pumpenkopfes mittels des Öls geschmiert, und dieses im Anschluss hieran dem Leckageölkanal zugeleitet. Auf diese Weise ist ein Verschleiß des Pumpenkopfes reduziert. Der Leckageölkanal reicht durch die Pumpenwelle hindurch, und weist zweckmäßigerweise einen im Wesentlichen axialen Verlauf bezüglich der Pumpenwelle auf. Hierbei ist der Leckageölkanal zweckmäßigerweise konzentrisch zu einer Achse der Pumpenwelle angeordnet. Geeigneterweise mündet der Leckageölkanal an dem der Motorwelle zugewandten axialen Freiende des Pumpenkopfes. Beispielsweise ist in diesem Bereich eine Aussparung zwischen der Pumpenwelle und der Motorwelle gebildet. Die Aussparung ist insbesondere ein Bestandteil des Raums. Zweckmäßigerweise ist diese Aussparung fluidtechnisch mit weiteren Bestandteilen der Koppelstelle verbunden, welche sich insbesondere umfangsseitig der Motorwelle und/oder Pumpenwelle befinden, und welche zum Beispiel ein Bestandteil des Raums ist. Vorzugsweise wird dorthin bei Betrieb das Öl von der Aussparung geleitet. Geeigneterweise wird das Öl im Anschluss hieran in Radialrichtung zu weiteren Komponenten der Koppelstelle geleitet. Zweckmäßigerweise umfasst die Motorwelle ein Sackloch, innerhalb dessen bevorzugt kein weiterer Bestandteil der elektromotorischen Ölpumpe angeordnet ist. Das Sackloch ist geeigneterweise in axialer Richtung gegenüber der Mündung des Leckageölkanals angeordnet. Das Sackloch dient insbesondere als zusätzliches Ölreservoir und zur Abbremsung oder Verringerung einer Fließgeschwindigkeit des Öls.
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Beispielsweise weist die Pumpenwelle oder die Motorwelle eine Feder auf, die im Montagezustand in einer korrespondierenden Nut der jeweils anderen Welle einliegt. Besonders bevorzugt jedoch sind die Pumpenwelle und die Motorwelle mittels einer Innenverzahnung und einer Außenverzahnung miteinander verzahnt. Hierbei verlaufen die zwischen den Zähnen gebildeten Nuten zweckmäßigerweise in Axialrichtung der Pumpenwelle bzw. der Motorwelle. Somit ist ein vergleichsweise effektiver Drehmomentübertrag ermöglicht. Auch ist aufgrund der Verzahnungen die Montage der Pumpenwelle bezüglich der Motorwelle in einer Vielzahl an Montagepositionen ermöglicht, was die Herstellung vereinfacht. Zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung ist hierbei zweckmäßigerweise der fluidtechnisch mit dem Förderraum des Pumpenkopfes verbundene Raum zumindest teilweise gebildet. Mit anderen Worten ist der Raum zumindest teilweise zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung gebildet (Teilraum). Sofern die Aussparung vorhanden ist, in die der Leckageölkanal mündet, ist diese Aussparung zweckmäßigerweise mit den zwischen der Innenverzahnung und Außenverzahnung gebildeten Teilraum fluidtechnisch verbunden, sodass bei Betrieb das Öl von der Aussparung durch die beiden Verzahnungen hindurch transportiert wird. Aufgrund des Öls ist ein Verschleiß der einzelnen Zahnflanken verringert, weswegen auch eine Verzahnung mit einer vergleichsweise geringen Zahnhöhe und somit einer vergleichsweise großen Anzahl an Zähnen verwendet werden kann.
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Insbesondere weist die Innenverzahnung einen ausgerundeten Lückengrund und die Außenverzahnung einen flachen Lückengrund auf. Zwischen dem flachen Lückengrund und dem ausgerundeten Lückengrund ist somit ein Durchtrittskanal für das zu fördernde Öl gebildet, welches von dort zu den jeweiligen Flanken der Verzahnungen geleitet werden kann. Aufgrund der speziellen Geometrie der Verzahnungen kann eine vergleichsweise große Menge an Öl zwischen der Motorwelle und der Pumpenwelle hindurch befördert werden, wobei lediglich eine vergleichsweise geringe Druckdifferenz benötigt wird. Auf diese Weise ist ein Wirkungsgrad der elektromotorischen Ölpumpe erhöht.
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Beispielsweise ist die Pumpenwelle im Bereich der Koppelstelle innenverzahnt und die Motorwelle ist im Bereich der Koppelstelle außenverzahnt. Besonders bevorzugt jedoch ist die Pumpenwelle im Bereich der Koppelstelle außenverzahnt und die Motorwelle ist im Bereich der Koppelstelle innenverzahnt. Hierbei wird zweckmäßigerweise die Pumpenwelle zur Montage in die Motorwelle gesteckt, sodass diese die Pumpenwelle zweckmäßigerweise im Bereich der Koppelstelle umfangsseitig umgibt.
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Besonders bevorzugt umgibt die Motorwelle die Pumpenwelle im Bereich der Koppelstelle umfangsseitig. Folglich ist umfangsseitig der Pumpenwelle zumindest teilweise der Raum, also der Teilraum, gebildet, der fluidtechnisch mit dem Förderraum verbunden ist. Zweckmäßigerweise wird bei Betrieb das zu pumpende Öl in Axialrichtung entlang des Umfangs der Pumpenwelle zumindest teilweise gefördert. Zweckmäßigerweise weist hierbei die Motorwelle die Innenverzahnung und die Pumpenwelle die Außenverzahnung auf. Zur Montage wird somit geeigneterweise die Pumpenwelle in die Motorwelle gesteckt, und die Motorwelle umgibt freiendseitig die Pumpenwelle, weswegen diese vor etwaigen Beschädigungen geschützt ist. Geeigneterweise ist hierbei der Leckageölkanal vorhanden, der durch die Pumpenwelle ragt, und der an dessen der Motorwelle zugewandten Freiende mündet. Zweckmäßigerweise ist die Motorwelle im Bereich der Koppelstelle topfförmig ausgestaltet, sodass das durch den Leckageölkanal beförderte Öl nicht weiter in den Elektromotor gefördert sondern aufgrund des umfangsseitigen Umgebens der Pumpenwelle durch die Motorwelle erneut in Richtung des Pumpenkopfes geleitet wird. Auf diese Weise ist ein Abtransport des Öls von der Koppelstelle erleichtert.
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Geeigneterweise ist die Motorwelle im Bereich der Koppelstelle mittels eines A-seitigen Lagers des Elektromotors drehbar gelagert. Zweckmäßigerweise umgibt das A-seitige Lager die Motorwelle im Bereich der Koppelstelle umfangsseitig, und folglich auch die Pumpenwelle. Somit ist die Koppelstelle weiter stabilisiert. Auch ist ein Bauraum in axialer Richtung weiter verringert. Das A-seitige Lager ist zweckmäßigerweise an einem (A-seitigen) Lagerschild des Elektromotors angebunden, welches beispielsweise aus einem Aluminium erstellt ist. Vorzugsweise ist das Lager umfangsseitig über eine Buchse an dem Lagerschild befestigt, wobei die Buchse beispielsweise aus einem Stahl erstellt ist. Auf diese Weise ist eine Beschädigung des Lagerschildes vermieden. Das A-seitige Lager ist zweckmäßigerweise ein Wälzlager, beispielsweise ein Kugellager. Zusammenfassend wird die Koppelstelle mittels des A-seitigen Lagers stabilisiert, und der Bauraum ist verkürzt. Beispielsweise umfasst die Motorwelle im Bereich der Koppelstelle eine Schulter, sodass die Motorwelle keinen konstanten Außendurchmesser aufweist.
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Hierbei liegt das Lager zweckmäßigerweise an der Schulter an und umgibt die Motorwelle im Bereich des verringerten Außendurchmessers. Somit wird mittels der Schulter der Motorwelle ein Versatz dieser bezüglich des Lagers in axialer Richtung verhindert. Vorzugsweise umfasst der Elektromotor ein weiteres Lager, nämlich ein B-seitiges Lager, welches dem weiteren Freiende der Motorwelle zugeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist das B-seitige Lager an einem B-seitigen Lagerschild des Elektromotors angebunden.
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Geeigneterweise ist das A-seitige Lager mittels eines zwischen dem A-seitigen Lagerschild und der Motorwelle angeordneten Wellendichtring fluidtechnisch von dem Raum getrennt. Insbesondere ist der Wellendichtring bezüglich der Motorwelle in radialer Richtung nach außen versetzt und liegt zweckmäßigerweise an dieser an. Geeigneterweise liegt eine etwaige Lippe des Wellendichtrings an der Motorwelle an, und der Wellendichtring ist zum Beispiel drehfest an dem A-seitigen Lagerschild oder einer etwaigen Buchse befestigt, die an dem Lagerschild anliegt. Insbesondere ist die Motorwelle im Bereich der Anlage der Lippe an dieser geschliffen, was eine Reibung reduziert. Aufgrund des Wellendichtrings ist ein Eindringen des Öls in den Elektromotor unterbunden. Infolgedessen ist der Elektromotor im Wesentlichen frei von dem zu pumpenden Öl, was einen Ölbedarf reduziert. Auch sind Panschverluste eines Rotors des Elektromotors vermieden, der anderweitig bei Betrieb in dem Öl rotieren würde. Zudem ist ein elektrischer Kurzschluss von weiteren Bestandteilen des Elektromotors aufgrund des Öls vermieden.
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Zweckmäßigerweise weist die Motorwelle eine Hülse auf, die an einem Wellenstumpf der Motorwelle angebunden ist, insbesondere an einem Freiende des Wellenstumpfes. Die Hülse ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgestaltet und vorzugsweise auf den Wellenstumpf gepresst. Hierbei steht die Hülse zweckmäßigerweise in Axialrichtung über den Wellenstumpf über. Zur Befestigung wird geeigneterweise die Hülse erhitzt und der Wellenstumpf in Axialrichtung zumindest teilweise in die Hülse eingeführt. Geeigneterweise wird ein Klebstoff als Gleitmittel verwendet. Nach Abkühlen der Hülse ist deren Ausdehnung verringert, sodass ein Presssitz zwischen dieser und dem Wellenstumpf realisiert ist. Der Klebstoff härtet hierbei aus und dient als weitere Sicherung.
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Der Wellenstumpf ist im Montagezustand zweckmäßigerweise von der Pumpenwelle wegversetzt, insbesondere in Axialrichtung. Mit andere Worten ist zwischen der Pumpenwelle und dem Wellenstumpf eine Aussparung geschaffen, innerhalb derer zweckmäßigerweise der etwaige Leckageölkanal mündet. Der Wellenstumpf weist insbesondere an dessen der Pumpenwelle zugewandten Freiende das in Axialrichtung verlaufende Sackloch auf, mittels dessen somit ein Ölreservoir bereitgestellt ist. Geeigneterweise weist die Hülse die Innenverzahnung auf. Zumindest jedoch erfolgt ein Drehmomentübertrag zwischen der Motorwelle und der Pumpenwelle mittels der Hülse. Hierbei bildet die Hülse zumindest teilweise eine der ineinandergreifenden/ineinander gesteckten Strukturen der Pumpenwelle und der Motorwelle. Geeigneterweise ist die Hülse aus einem gehärteten Material, beispielsweise gehärtetem Stahl, gefertigt. Insbesondere ist die Hülse nitriert, zweckmäßigerweise gasnitriert. Der Wellenstumpf selbst ist vorzugsweise aus einem ungehärteten Material erstellt, insbesondere ungehärtetem Stahl.
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Auf diese Weise ist die Erstellung des Wellenstumpfes erleichtert, und dieser kann mit vergleichsweise geringen Toleranzen gefertigt werden. Auch erfolgt kein Verzug oder eine Änderung eines Außendurchmessers. Mittels der Hülse ist ein sicherer Drehmomentübertrag auf die Pumpenwelle gewährleistet, insbesondere sofern die Hülse aus einem gehärteten Material erstellt ist. Auch ist es auf diese Weise lediglich erforderlich, einen vergleichsweise geringen Anteil der Motorwelle zu härten, was die Herstellung vereinfacht.
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Geeigneterweise ist die Hülse umfangsseitig oder an der der Pumpenwelle zugewandten Seite geglättet, insbesondere sofern eine etwaige Dichtung, zum Beispiel der Wellendichtring, an der Hülse anliegt. Geeigneterweise ist die Hülse mittels des A-seitigen Lagers drehbar gelagert. Mit anderen Worten umgibt das A-seitige Lager die Hülse umfangsseitig und ist vorzugsweise an dieser angebunden, insbesondere befestigt. Zweckmäßigerweise liegt die Hülse mechanisch direkt an einem Innenring des A-seitigen Lagers an. Auf diese Weise ist die Motorwelle weiter stabilisiert, wobei aufgrund der Hülse eine Beschädigung von weiteren Komponenten der Motorwelle bei Montage vermieden ist, insbesondere sofern die Hülse aus einem gehärteten Material erstellt ist. Vorzugsweise umfasst der Wellenstumpf einen von dessen Freiende weg versetzten Bund, an dem die Hülse anliegt. Der Bund selbst ist zweckmäßigerweise radial nach außen vorspringend und umlaufend ausgestaltet. Mittels des Bundes ist ein Anschlag für die Hülse bereitgesetzt, welches ein Einschieben des Wellenstumpfes in die Hülse bei Montage begrenzt. Auf diese Weise ist eine Herstellung vereinfacht.
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Beispielsweise ist ein Lager des Elektromotors fluidtechnisch mit dem Förderraum des Pumpenkopfes verbunden. Insbesondere ist das A-seitige Lager, sofern dieses vorhanden ist, fluidtechnisch mit dem Förderraum des Pumpenkopfes verbunden. Auf diese Weise ist eine Reibung des Lagers reduziert, was den Wirkungsgrad des Elektromotors erhöht. Sofern der Wellendichtring vorhanden ist, ist dieser zweckmäßigerweise bezüglich des Lagers axial nach innen versetzt. Geeigneterweise wird mittels des Wellendichtrings ein weiteres Eindringen von Öl in den Elektromotor unterbunden. In einer Alternative hierzu ist der Wellendichtring nicht vorhanden, und das Öl wird in den Elektromotor geleitet, beispielsweise zur Kühlung. Geeigneterweise ist das Lager des Elektromotors über den Raum fluidtechnisch mit dem Förderraum verbunden. Mit anderen Worten strömt das Öl bei Betrieb von dem Förderraum zu dem Raum und von diesem zu dem Lager des Elektromotors, wobei insbesondere der Leckageölkanal herangezogen wird. Vorzugsweise ist der Leckageölkanal vergrößert, sodass eine vergleichsweise große Menge an Öl zur Verfügung steht, was die Schmierung des Lagers verbessert.
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Die Spritzgussmaschine weist einen Hydraulikkreislauf und einen Schieber auf. Der Schieber selbst ist zweckmäßigerweise an einem Zylinder des Hydraulikkreislaufs oder einem Stempel, der zumindest teilweise in dem Zylinder einliegt und bezüglich dessen beweglich gelagert ist, angebunden. Hierbei ist die Position des Schiebers in Abhängigkeit eines Hydraulikölmenge innerhalb des Zylinders bestimmt. Der Hydraulikkreislauf weist ferner eine elektromotorische Hydraulikölpumpe auf, wobei die elektromotorische Hydraulikölpumpe geeigneterweise mittels einer Leitung mit dem Zylinder und/oder einem etwaigen Hydraulikölreservoir verbunden ist. Beispielsweise umfasst eine dieser Leitungen ein Filtersystem. Die elektromotorische Hydraulikölpumpe umfasst einen Pumpenkopf mit einer Pumpenwelle, sowie einen Elektromotor mit einer Motorwelle. Die Pumpenwelle und die Motorwelle sind unter Ausbildung einer Koppelstelle freiendseitig ineinander gesteckt, wobei zwischen der Pumpenwelle und der Motorwelle im Bereich der Koppelstelle ein Raum gebildet ist. Der Raum ist fluidtechnisch mit einem Förderraum des Pumpenkopfes verbunden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 schematisch vereinfacht eine Spritzgussmaschine mit einer elektromotorischen Hydraulikölpumpe,
- 2 perspektivisch die elektromotorischen Hydraulikölpumpe,
- 3 ausschnittsweise in einer Schnittdarstellung die elektromotorische Hydraulikölpumpe,
- 4 einen vergrößerten Ausschnitt der 3,
- 5 in einer Schnittdarstellung eine Hülse einer Motorwelle der elektromotorischen Hydraulikölpumpe,
- 6 die Hülse in einer Draufsicht,
- 7 in einer Schnittdarstellung eine Pumpenwelle der elektromotorischen Hydraulikölpumpe,
- 8 in einer Schnittdarstellung die in die Motorwelle gesteckte Pumpenwelle,
- 9 einen vergrößerten Ausschnitt der 8, und
- 10 eine weitere Ausführungsform der elektromotorischen Hydraulikölpumpe gemäß 4.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch vereinfacht eine Spritzgussmaschine 2 dargestellt, die zur Durchführung eines Kunststoffspritzgussverfahrens dient. Die Spritzgussmaschine 2 umfasst eine Gussform 4, in die ein Zulauf 6 mündet. Durch den Zulauf 6 wird bei Betrieb ein Kunststoff in die Gussform 4 eingebracht. Innerhalb der Gussform 4 ist ein Schieber 8 angeordnet, mittels dessen die Ausgestaltung der Gussform 4 verändert werden kann. Hierfür ist der Schieber 8 innerhalb der Gussform 4 verfahrbar. Der Schieber 8 ist an einem Ende eines Stempels 10 angebunden, und das verbleibende Ende des Stempels 10 ist innerhalb eines Zylinders 12 eines Hydraulikkreislaufs 14 angeordnet. Der Hydraulikkreislauf 14 umfasst ferner eine elektromotorische Hydraulikölpumpe 16 sowie ein Ölreservoir 18.
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Ein Pumpenkopf 20 der elektromotorischen Hydraulikölpumpe 16 ist mittels einer ersten Leitung 22 mit dem Ölreservoir 18 und mittels einer zweiten Leitung 24 mit dem Zylinder 12 fluidtechnisch verbunden. Eine der beiden Leitungen 22, 24 weist einen Ölfilter auf. Bei Betrieb der elektromotorischen Hydraulikölpumpe 16 wird ein Elektromotor 26 der elektromotorischen Hydraulikölpumpe 16 bestromt, der in Wirkverbindung mit dem Pumpenkopf 20 ist. Hierbei wird je nach Drehrichtung ein sich in dem Ölreservoir 18 befindendes Hydrauliköl 28 durch die erste Leitung 22 in einen Förderraum 30 des Pumpenkopfs 20 befördert. Von dort wird das (Hydraulik-)Öl 28 durch die zweite Leitung 24 in den Zylinder 12 geleitet, sodass der Stempel 10 aus diesem gedrückt wird. Bei dem entgegengesetzten Antrieb des Elektromotors 26 wird das Hydrauliköl 28 aus dem Zylinder 12 durch die zweite Leitung 24 in den Förderraum 30 gesaugt und von dort durch die erste Leitung 22 in das Ölreservoir 18 gedrückt.
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In 2 ist perspektivisch die elektromotorische Hydraulikölpumpe 16 dargestellt. Der Elektromotor 26 weist ein hohlzylindrisches Gehäuse 32 auf, dessen eines Ende mittels eines A-seitigen Lagerschilds 34 verschlossen ist. Das verbleibende Ende ist mittels eines B-seitigen Lagerschilds 36 verschlossen, an dem eine Auswerteelektronik 38 mit Sensoren zur Drehzahlüberwachung angebunden ist. An dem Gehäuse 32 ist ferner ein Anschlussterminal 40 angebunden, welches eine elektrische Kontaktierung für einen Umrichter bereitstellt. An dem A-seitigen Lagerschild 34 ist ein Pumpenkopf 42 befestigt, der einen Zulauf 44 aufweist, welcher zu dem Förderraum 30 führt.
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In 3 ist in einer Schnittdarstellung längs einer Rotationsachse 46 die elektromotorische Hydraulikölpumpe 16 ausschnittsweise dargestellt, wobei 4 einen Ausschnitt hieraus vergrößert zeigt. Innerhalb des Gehäuses 32 ist ein Stator 48 angeordnet, der ein Blechpaket 50 sowie elektrische Spulen 52 aufweist, von denen lediglich die Wickelköpfe gezeigt sind. Der Stator 48 selbst ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgestaltet und konzentrisch zur Rotationsachse 46 angeordnet. Innerhalb des Stators 50 ist ein Rotor 54 mit Permanentmagneten positioniert, der ebenfalls im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgestaltet und konzentrisch zu dem Stator 48 angeordnet ist. Der Rotor 54 ist drehfest an einer Motorwelle 56 befestigt. Folglich handelt es sich bei dem Elektromotor 26 um einen bürstenlosen Elektromotor, und der Elektromotor 26 ist ein Innenläufer.
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Die Motorwelle 56 weist einen Wellenstumpf 58 auf, der konzentrisch zu Rotationsachse 46 angeordnet und rotationssymmetrisch bezüglich dieser ist. Der Wellenstumpf 58 ist aus einem ungehärteten Stahl erstellt und weist an dem A-seitigen Lagerschild 34 zugewandten Ende ein Sackloch 60 auf, das parallel zur Rotationsachse 46 verläuft und bezüglich dieser rotationssymmetrisch ist. Auf dieses Ende des Wellenstumpfes 58 ist eine Hülse 62 aufgepresst, die aus einem gasnitrierten Stahl erstellt und folglich gehärtet ist. Zur Montage wird die Hülse 62 erhitzt und folglich aufgeweitet. Anschließend wird das das Sackloch 60 aufweisende Ende des Wellenstumpfes 48 in die Hülsen 62 eingepresst, bis diese stirnseitig an einem radial nach außen vorstehenden und umfangsseitig umlaufenden Bund 64 des Wellenstumpfes 48 anliegt. Hierbei ist der Bund 64 zwischen der Hülse 62 und dem Rotor 54 angeordnet.
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Die Hülse 62 selbst weist eine Schulter 66 auf, die von dem Wellenstumpf 58 in axialer Richtung also parallel zur Rotationsachse 46 wegversetzt ist. Mittels der Schulter 66 erfolgt eine Verringerung eines Außendurchmessers der Hülse 62. An der Schulter 66 sowie an dem Bereich des verringerten Außendurchmessers ist ein A-seitiges Lager 68 mit dessen Innenring befestigt. Die Hülse 62 steht in Axialrichtung von dem Wellenstumpf 58 wegweisend noch einen Abschnitt 69 über, wobei der Abschnitt 68 zwischen 0,5 und einer Länge des A-seitigen Lagers 68 beträgt. Das A-seitige Lager 68 ist ein Kugellager dessen Umfangsseite von einer Buchse 70 umgeben ist. Der Außenring des A-seitigen Lagers 68 ist an der Buchse 70 befestigt. Die Buchse 70 ist an dem A-seitigen Lagerschild 34 befestigt, welches aus einem Aluminium erstellt ist. Folglich ist die Motorwelle 56 im Bereich der Hülse 62 mittels des A-seitigen Lagers 68 drehbar gelagert. Zwischen der Buchse 70 und dem Abschnitt 69 ist ein Wellendichtring 71 angeordnet, wobei eine Lippe des Wellendichtrings 71 gegen die Hülse 62 gepresst ist. Der Wellendichtring 71 selbst ist an der Buchse 70 drehfest befestigt.
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An dem A-seitigen Lagerschild 34 ist mittels eines Flansches 72 der Pumpenkopf 20 befestigt, wobei Bolzen 74 durch den Flansch 72 in das A-seitige Lagerschild 34 eingedreht sind. Der Pumpenkopf 20 weist eine Pumpenwelle 76 auf, die konzentrisch zur Rotationsachse 46 und koaxial zu der Motorwelle 56 ist. Die Pumpenwelle 76 ist in die Hülse 62 der Motorwelle 56 unter Ausbildung einer Koppelstelle 78 eingesteckt. Hierbei liegt ein Freiende der Pumpenwelle 76 in der Hülse 62 ein. Somit umgibt die Hülse 62 und folglich die Motorwelle 56 die Pumpenwelle 76 im Bereich der Koppelstelle 78 umfangsseitig. Zusammenfasssend sind die Pumpenwelle 76 und die Motorwelle 56 freiendseitig unter Ausbildung der Koppelstelle 78 ineinandergesteckt. Die Pumpenwelle 76 ist von dem Wellenstumpf 58 wegversetzt, sodass zwischen diesen eine Aussparung 80 gebildet ist. Zwischen der Pumpenwelle 76 und der Hülse 62 ist umfangsseitig zumindest abschnittsweise ein Formschluss erstellt, wobei eine Spielpassung vorherrscht, weswegen eine Montage vereinfacht ist. Da die Hülse 62 mittels des A-seitigen Lagers 68 drehbar gelagert ist, und da die Schulter 66 um mehr als die Ausdehnung der Aussparung 80 von der dem Wellenstumpf 58 weg versetzt ist, ist auch die Koppelstelle 78 mittels des A-seitigen Lagers 68 des Elektromotors 26 drehbar gelagert.
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Zur Montage wird der Pumpenkopf 20 an dem Elektromotor 26 befestigt, wofür der Pumpenkopf 20 mittels des Flansches 72 und der Bolzen 74 an dem A-seitigen Lagerschild 34 befestigt wird. Hierbei taucht das Freiende der Pumpenwelle 76 in die Hülse 62 der Motorwelle 56 ein. Aufgrund des Flansches 72 wird ein Einführen begrenzt, sodass die Aussparung 80 gebildet ist.
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Zentral weist die Pumpenwelle 76 einen in Axialrichtung verlaufenden Leckageölkanal 82 auf, der in der Aussparung 80 mündet. Der Leckageölkanal 82 dient der Aufnahme des durch ein nicht näher dargestelltes Lager des Pumpenkopfes 20 durchtretenden Hydrauliköls 28, welches aus dem Förderraum 30 über dieses Lager entweicht und zur Schmierung dieses Lagers dient. Somit ist die Aussparung 80 sowie der zwischen der Hülse 62 und dem Umfang der Pumpenwelle 76 gebildete Teilraum 84 mittels des Leckageölkanals 82 fluidtechnisch verbunden. Zusammenfassend ist ein Raum 86, der im Bereich der Koppelstelle 78 zwischen der Pumpenwelle 76 und der Motorwelle 56 gebildet ist, und im Wesentlichen aus der Aussparung 80 sowie dem Teilraum 84 besteht, fluidtechnisch mit dem Förderraum 30 des Pumpenkopfs 20 über den Leckageölkanal 82 verbunden. Der Teilraum 84 mündet in eine zweite Aussparung 88, die in Axialrichtung zwischen dem A-seitigen Lagerschild 34 und dem Flansch 72 des Pumpenkopfs 20 gebildet ist. Die zweite Aussparung 88 wiederum mündet in einen Kanal 90, welcher durch das A-seitige Lagerschild 34 zu einem Abfluss 92 reicht. Der Abfluss 92 mündet in der ersten und/oder zweiten Leitung 22, 24.
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Bei Betrieb der elektromotorischen Hydraulikölpumpe 16 wird das Öl 28 durch den Förderraum 30 gefördert. Hierbei tritt ein Teil des Hydrauliköls 28 durch das Lager zur Lagerung der Pumpenwelle 76 und schmiert dieses. Dieses Leckageöl wird durch den Leckageölkanal 82 durch die Pumpenwelle 76 hindurch zur Aussparung 80 und folglich zu dem Raum 86 geleitet. Dort wird das Öl 28 mittels des Sacklochs 60 abgebremst sowie umgeleitet, sodass dieses durch den Teilraum 84 und folglich in Umfangsrichtung zwischen der Pumpenwelle 76 und der Motorwelle 56 hindurchtritt. Hierbei wird die Koppelstelle 78 mittels des Hydrauliköls 28 geschmiert. Das Öl 28 wird in der zweiten Aussparung 88 gesammelt und mittels des Kanals 90 zu dem Abfluss 92 transportiert, von wo das Öl 28 erneut dem Förderraum 30, dem Ölreservoir 28 oder dem Zylinder 12 zugeleitet wird. Die Druckdifferenz zwischen dem sich in dem Leckageölkanal 82 befindenden Hydrauliköl 28 und dem sich in dem Kanal 90 befindenden Hydrauliköl 28 beträgt 0,5 bar.
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Aufgrund der Zuführung von Hydrauliköl 28, welches stets umgewälzt wird, ist eine Anlagerung von Fremdpartikeln innerhalb des Raums 86 vermieden. Auch erfolgt hierbei eine Kühlung der elektromotorischen Hydraulikölpumpe 16 im Bereich der Koppelstelle 78. Bei einer erhöhten Förderleistung der elektromotorischen Pumpe 16 steigt auch der Anteil an Leckageöl, sodass eine vergrößerte Menge des Hydrauliköls 28 zu der Koppelstelle 78 geleitet wird, weswegen eine Schmierung verbessert wird. Mittels des Wellendichtrings 71 ist das A-seitige Lager 68 fluidtechnisch von dem Raum 86 getrennt, sodass kein Hydrauliköl 28 in das A-seitige Lager 68 eintreten kann. Zusammenfassend ist das A-seitige Lager 68 mittels des zwischen dem A-seitigen Lagerschild 34 und der Motorwelle 56 angeordneten Wellendichtring 71 fluidtechnisch von dem Raum 86 getrennt.
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In 5 ist in einer Schnittdarstellung längs der Rotationsachse 46 und in 6 in einer Draufsicht die Hülse 62 gezeigt. Die Schulter 66 ist gestuft ausgeformt, und trennt einen erster Bereich 94 von einem zweiten Bereich 96, die in Axialrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Der erste Bereich 94 weist den Abschnitt 69 und einen im Vergleich zu dem zweiten Bereich 96 verringerten Außendurchmesser auf. Der zweite Bereich 96 weist an dessen Innenseite einen Anschlag 98 auf. In die Aussparung 80 mündet eine Innenverzahnung 100 des ersten Bereichs 94, die somit in die inneren Begrenzungsfläche des hohlzylindrischen ersten Bereichs 94 eingebracht ist. Die Innenverzahnung 100 weist hierbei einen ausgerundeten Lückengrund 102 auf. Mit anderen Worten sind die radial nach außen gerichteten Nuten der Innenverzahnung 100 spitz zulaufend.
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In 7 ist in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Rotationsachse 46 die Pumpenwelle 76 im Bereich der Koppelstelle 78 dargestellt. Die Pumpenwelle 76 weist eine Außenverzahnung 104 mit einem flachen Lückengrund 106 auf. Mit anderen Worten sind die radial nach außen gerichteten Zähne abgeflacht.
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In 8 ist die in die Motorwelle 56 eingesteckte Pumpenwelle 76 in einer Schnittdarstellung im Bereich der Koppelstelle 78 senkrecht zur Rotationsachse 46 gezeigt. Hierbei greift die Innenverzahnung 100 in die Außenverzahnung 104, sodass die Pumpenwelle 76 und die Motorwelle 56 mittels der Innenverzahnung 100 und der Außenverzahnung 104 miteinander verzahnt sind. Folglich ist die Pumpenwelle 76 im Bereich der Koppelstelle 78 außenverzahnt, und die Motorwelle ist im Bereich der Koppelstelle 78 innenverzahnt. Wie in 9 in einem vergrößerten Ausschnitt dargestellt, ist zwischen dem ausgerundeten Lückengrund 102 der Innenverzahnung 100 sowie dem flachen Lückengrund 106 der Außenverzahnung 104 jeweils der Teilraum 84 gebildet, durch den bei Betrieb das Hydrauliköl 28 hindurchtritt.
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In 10 ist eine weitere Ausgestaltungform der elektromotorischen Hydraulikölpumpe 16 gezeigt, wobei die Motorwelle 56 und der Pumpenkopf 20 unverändert belassen sind. Bei dem Elektromotor 26 sind im Wesentlichen lediglich die Buchse 70 sowie das A-seitige Lagerschild 34 abgeändert. Auch ist die zweite Aussparung 88 verkleinert. Der Wellendichtring 71 ist in Axialrichtung auf den Stator 48 hin versetzt, sodass nunmehr das Lager 68 zwischen dem Wellendichtring 71 und der zweiten Aussparung 88 angeordnet ist. Infolgedessen tritt bei Betrieb das Hydrauliköl 28 von der zweiten Aussparung 88 durch das A-seitige Lager 68 hindurch und wird in einer dritten Aussparung 108 gesammelt, die in radialer Richtung zwischen der Buchse 70 und der Hülse 62 gebildet ist. In Axialrichtung wird die dritte Aussparung 108 mittels des Wellendichtrings 71 begrenzt, der in Radialrichtung zwischen der Buchse 70 und dem zweiten Bereich 96 der Hülse 62 angeordnet ist. Auch hier liegt der Wellendichtring 71 an einem geschliffenen Teil des zweiten Bereichs 96 an, sodass ein Verschleiß des Wellendichtrings 71 verringert ist. Von der dritten Aussparung 108 tritt das Hydrauliköl 28 in den im Wesentlichen lediglich radial verlaufenden Kanal 90 und wird von dort wiederum zu dem Abfluss 92 befördert. Zusammenfassend ist das A-seitige Lager 68 des Elektromotors 26 fluidtechnisch mit dem Förderraum 30 des Pumpenkopfs 20 über den Raum 86 verbunden.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele 5 beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu ver lassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Aus führungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise mitei nander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
