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Die Erfindung betrifft eine Pumpe nach dem Patentanspruch 1.
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Eine solche Pumpe dient zur Förderung eines Mediums. Beispielsweise kann die Pumpe als Dosierpumpe zur Zuführung und/oder Dosierung von Flüssigwaschmittel in einer Waschmaschine oder in einer Geschirrspülmaschine Verwendung finden.
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Eine derartige Pumpe besitzt einen Förderbereich, der einen drehbaren Rotor und einen Stator zur Aufnahme des Rotors umfasst. Der Rotor weist eine Schneckengeometrie sowie der Stator einen Hohlraum mit einer zur Schneckengeometrie im Wesentlichen korrespondierenden Geometrie auf. Mit anderen Worten besitzt der Rotor die Gestalt einer Schnecke während die Gestalt des Hohlraums im Stator im Wesentlichen korrespondierend schneckenförmig ausgebildet ist. Der Förderbereich weist an der einen Seite einen Einlass sowie an der anderen Seite einen Auslass für das Medium auf. Schließlich umfasst die Pumpe noch einen Antrieb für die Drehung des Rotors, wobei der Antrieb über ein Getriebe mit dem Rotor zusammenwirkt. Die bekannte Pumpe in der Art einer Exzenterschneckenpumpe ist großbauend ausgestaltet und daher für kleine Bauräume und/oder für beengte Platzverhältnisse wenig geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Pumpe in der Art einer Exzenterschneckenpumpe derart weiterzuentwickeln, dass diese kompakt ausgestaltet ist. Insbesondere soll die Exzenterschneckenpumpe für kleine Bauräume und/oder bei beengten Platzverhältnissen einsetzbar sein.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Pumpe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass es sich bei dem Getriebe um ein Planetenradgetriebe handelt. Dadurch ist eine kompakte Exzenterschneckenpumpe geschaffen, bei der aufgrund des Wirkprinzips in vorteilhafter Weise ein konstanter Durchfluss und/oder Druckaufbau für das Medium gewährleistet ist. Dies begünstigt zudem den Einsatz der erfindungsgemäßen Pumpe in Haushaltsgeräten. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zum Schutz der Pumpe gegenüber äußeren Einflüssen kann ein Gehäuse zur Aufnahme des Stators und/oder des Rotors und/oder des Getriebes vorgesehen sein. In effizienter Weise kann der Antrieb aus einem Elektromotor bestehen. In kompakter Art und Weise kann der Antrieb seitlich und/oder in Verlängerung zum Gehäuse angeordnet sein.
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Das Gehäuse kann in kompakter Art und Weise den Stator umfassen. Bevorzugterweise kann das Gehäuse in etwa zylinderförmig ausgestaltet sein. Zweckmäßigerweise kann der Stator in der Art eines zylinderförmigen Ansatzes ausgebildet sein. Das Gehäuse kann eine Aufnahme für das Getriebe aufweisen, wobei an der einen Seite der Aufnahme ein Deckel angeordnet sein kann. An der anderen Seite der Aufnahme kann wiederum der Hohlraum im Stator anschließen. Des Weiteren kann der Auslass am Übergang zwischen dem Hohlraum und der Aufnahme angeordnet sein, und zwar insbesondere vom Gehäuse seitlich abstehend. In vorteilhafter Weise kann dadurch ein im Wesentlichen einstückig ausgebildetes Gehäuse für die Pumpe mit geringem Platzbedarf geschaffen werden.
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Wie bereits erwähnt ist in kompakter Bauweise ein Planetenradgetriebe als Getriebe für die Pumpe vorgesehen. Ein solches Getriebe kann wenigstens ein Planetenrad und einen Planetenradträger, an dem das Planetenrad angeordnet ist, sowie ein Hohlrad aufweisen. In besonders funktionssicherer Art und Weise können drei Planetenräder vorgesehen sein. Das Planetenrad kann wiederum drehbar an einem Lagerzapfen am Planetenradträger angeordnet sein.
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In einfacher Art und Weise kann der Planetenradträger in Wirkverbindung mit dem Antrieb zur Bewegung des Planetenradträgers stehen. Zwecks Kompaktheit kann der Planetenradträger eine Außenverzahnung aufweisen. Der Planetenradträger kann wiederum mittels eines Antriebsritzels, das in die Außenverzahnung eingreift, vom Antrieb bewegbar sein. Zweckmäßigerweise kann das Antriebsritzel an einer Abtriebswelle des Elektromotors angeordnet sein. Schließlich kann wiederum in kompakter Art eine Öffnung im Gehäuse, und zwar insbesondere im Deckel, für den Eingriff des Antriebsritzels in die Außenverzahnung des Planetenradträgers vorgesehen sein.
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Das Hohlrad kann im Gehäuse feststehend angeordnet sein. In funktionssicherer Bauweise kann das Planetenrad als ein Zahnrad ausgebildet sein sowie das Hohlrad eine Innenverzahnung zur Zusammenwirkung mit dem Planetenrad aufweisen. Insbesondere kann dabei das Zusammenwirken derart erfolgen, dass durch Bewegung des Planetenradträgers eine Abwälzbewegung des Planetenrades im Hohlrad bewirkbar ist. Des Weiteren kann zwecks Kompaktheit das eine Planetenrad als ein Rotorstirnrad am Rotor zur Drehung des Rotors angeordnet sein.
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Schließlich kann die Rotationsachse des Rotorstirnrades exzentrisch zur Rotationsachse der Schneckengeometrie des Rotors angeordnet sein. Und zwar derart, dass durch den Achsversatz zwischen dem Rotorstirnrad und der Schneckengeometrie ein Abwälzvorgang des Rotors im Hohlraum des Stators bewirkbar ist. Dabei ist die Drehbewegung des Rotors mit einer geradlinigen Auf- und/oder Ab-Bewegung der Schneckengeometrie zur Föderung des Mediums überlagert.
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Zur Steigerung der Betriebssicherheit können das Getriebe und/oder der Antrieb mittels einer Dichteinheit vom Förderbereich getrennt sein, so dass ein Eindringen des Mediums in das Getriebe und/oder in den Antrieb verhindert ist. Die Dichteinheit kann eine Dichtscheibe und mindestens einen Wellendichtring umfassen. Die Dichtscheibe kann durch die Abwälzbewegung des Rotorstirnrades im Hohlrad bewegbar sein. Zweckmäßigerweise kann die Dichtscheibe exzentrisch ausgeformt sein, derart dass die Dichtscheibe zur Exzentrizität der Bewegung des Rotors korrespondiert. Der Rotor kann in funktionssicherer Art mittels eines Kugellagers drehbar in der Dichtscheibe gelagert sein. Des Weiteren kann der eine Wellendichtring zum Abdichten der Drehung der Dichtscheibe gegenüber dem Stator vorgesehen sein. Schließlich kann noch ein weiterer Wellendichtring zwischen dem Rotor und der Dichtscheibe zur Abdichtung der Drehbewegung des Rotors um dessen Rotationsachse vorgesehen sein.
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Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pumpe ist nachfolgendes festzustellen.
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Haushaltsgeräte, wie beispielsweise Kaffeemaschinen, Waschmaschinen o. dgl., benötigen Pumpen, um Medien, wie Wasser, Waschmittel o. dgl., zu fördern. Heutige Haushaltgeräte werden jedoch immer platzsparender konstruiert, wodurch somit der Bauraum für die benötigte Technik innerhalb des Gehäuses für das Haushaltsgerät zunehmend kleiner wird.
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Es ist daher das Bedürfnis für eine kompakte, kurzbauende Exzenterschneckenpumpe vorhanden. Diese Exzenterschneckenpumpe soll mit einem effektiven und leisen Antrieb für eine fein dosierbare und/oder sehr wiederholgenaue Förderung von verschiedenen Medien, wie beispielsweise Wasser, Waschmittel o. dgl., arbeiten. Gleichzeitig soll der notwendige Druckaufbau gewährleistet sein.
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Bisher auf dem Markt erhältliche Exzenterschneckenpumpen weisen eine meist sehr lange Bauform auf. Dies liegt zum einen am Wirkprinzip der Pumpen, da die Förderstrecke je nach Fördermedium und/oder Druck entsprechend lang sein muss. Ein weiterer Grund für die lange Bauform ist die Kraftübertragung vom Motor zum Rotor der Pumpe. Bei den gängigen Exzenterschneckenpumpen erfolgt diese Kraftübertragung durch eine lange Gelenkwelle oder ein Kardangelenk.
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Die erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe besteht im Wesentlichen aus der Förderstrecke, bestehend aus den Schneckengeometrien von Rotor und Stator, sowie einer Antriebseinheit, bestehend aus einem Zahnrad-Getriebe mit einer speziellen Dichteinheit, welche die Förderstrecke von der Antriebseinheit trennt. Die kompakte Bauform wird insbesondere durch ein Getriebe aus einem Stirnrad, im Folgenden Rotorstirnrad genannt, und einem Hohlrad erreicht. Das Rotorstirnrad ist mit dem Rotor der Pumpe verbunden. Der Rotor ist als Schneckengeometrie ausgeformt. Die Rotationsachse des Rotorstirnrades ist um den Betrag x zur Rotationsachse der Schneckengeometrie in der Art einer Exzentrizität verschoben. In Analogie zu einem Planetengetriebe fungiert das Rotorstirnrad des Rotors als Planet in einem Hohlrad.
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Der Antrieb beziehungsweise die Drehbewegung des Rotorstirnrades als Planet wird durch einen Planetenradträger initiiert. Durch Drehen des Planetenradträgers folgt eine Abwälzbewegung des Rotorstirnrades im Hohlrad. Durch den Achsversatz x zwischen dem Rotorstirnrad und der Schneckengeometrie des Rotors sowie durch das spezielle Größenverhältnis von Rotorstirnrad zu Hohlrad wird die Drehbewegung mit einer geradlinigen Auf- und/oder Ab-Bewegung überlagert Somit beschreibt die Schneckengeometrie des Rotors eine hypozykloidische Kurve, welche in diesem speziellen Fall eine Gerade ist, nämlich ein Cardanischer Kreis. Die erwähnte Überlagerung von Drehbewegung mit geradliniger Bewegung führt zu einem Abwälzvorgang des Rotors im Stator, welcher das Funktionsprinzip der Exzenterschneckenpumpe beschreibt.
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Um den Einsatz der Exzenterschneckenpumpe beispielsweise im Lebensmittelbereich gewährleisten zu können, ist die Antriebseinheit von der Förderstrecke, also der Abwälzbereich vom Rotor im Stator, durch eine Dichteinheit, bestehend aus einer Dichtscheibe und zwei Wellendichtringen, getrennt. Da der Rotor im Bereich der Dichtscheibe eine exzentrische Bewegung beschreibt, ist auch die Dichtscheibe exzentrisch ausgeformt, um die Exzentrizität des Rotors ausgleichen zu können. Der Rotor bewegt sich durch den Planetenradträger im Uhrzeigersinn auf einer Kreisbahn, wobei er sich durch den Abwälzvorgang zwischen dem Rotorstirnrad und dem Hohlrad im Gegenuhrzeigersinn um sich selbst dreht. Somit sind die Drehrichtung der Kreisbahn, auf der sich das Rotorstirnrad bewegt, und die Drehrichtung des Rotors um seine eigene Achse entgegengesetzt. Dies entspricht vergleichsweise dem sich drehenden Planet im Hohlrad eines Planetengetriebes. Die Drehung des Rotors um seine eigene Achse wird mit einem kleinen Wellendichtring zwischen dem Rotor und der Dichtscheibe abgedichtet. Die Drehung der Dichtscheibe wird mit einem größeren Wellendichtring zum Gehäuse des Stators abgedichtet. Durch dieses Prinzip kann die Pumpe durch die Verwendung einfacher Dichtelemente, wie beispielsweise radialer Wellendichtringe, O-Ringe, Quadringe o. dgl., gedichtet werden.
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Geschaffen ist somit eine kompakt bauende Exzenterschneckenpumpe mit einer vom Fördermedium abgetrennten Antriebseinheit auf Basis eines Zahnradgetriebes. Bei konventionellen Exzenterschneckenpumpen wird die Drehbewegung mit einer Auf- und/oder Ab-Bewegung durch Reibschluss zwischen Rotor und Stator erzeugt. Um die Auf- und/oder Ab-Bewegung zu realisieren, ist dafür eine relativ lange Gelenkwelle oder ein Kardangelenk nötig. Bei der Erfindung hingegen wird die bauraumintensive Kraftübertagung mittels Gelenkwelle oder Kardangelenk durch ein kompaktes Getriebe ersetzt, welches auch die Bewegung des Rotors vorgibt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Pumpe eine kompakte Bauweise aufweist. Außerdem können die jeweiligen Fördermedien in einfacher Art und Weise komplett von der Antriebseinheit getrennt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- 1 eine Explosionsdarstellung der Pumpe,
- 2 einen Längsschnitt durch die Pumpe aus 1,
- 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in 2,
- 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in 2 und
- 5 die Pumpe aus 1 in einer teilweise aufgeschnittenen Ansicht.
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In 1 ist eine Pumpe 30 zur Förderung eines Mediums in Explosionsdarstellung zu sehen. Die Pumpe 30 dient beispielsweise als Dosierpumpe für die Zuführung von Flüssigwaschmittel in einer Waschmaschine oder einer Geschirrspülmaschine. Die Pumpe 30 besitzt einen Förderbereich 10, wobei der Förderbereich 10 an der einen Seite einen Einlass 11 sowie an der anderen Seite einen Auslass 12 für das Medium aufweist. Der Förderbereich 10 umfasst einen drehbaren Rotor 1 und einen Stator 2 zur Aufnahme des Rotors 1. Der Rotor 1 weist eine Schneckengeometrie 5 auf, indem dieser in der Gestalt einer Schnecke ausgeformt ist. Der Stator 2 weist wiederum einen Hohlraum 13 mit einer zur Schneckengeometrie 5 im Wesentlichen korrespondierenden Geometrie auf, womit die Gestalt des Hohlraums 13 also im Stator 2 im Wesentlichen korrespondierend schneckenförmig ausgestaltet ist.
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Des Weiteren ist ein in 2 gezeigter Antrieb 14 für die Drehung des Rotors 1 vorhanden, wobei der Antrieb 14 vorzugsweise aus einem Elektromotor besteht. Der Antrieb 14 wirkt über ein Getriebe 15 mit dem Rotor 1 zusammen. Zur Aufnahme des Stators 2 und/oder des Rotors 1 und/oder des Getriebes 15 ist ein Gehäuse 16 vorgesehen. Der Antrieb 14 ist in Verlängerung zum Gehäuse 16 angeordnet, wie anhand von 2 zu erkennen ist. Entsprechend einer anderen Ausführung, die in 5 gezeigt ist, ist der Antrieb 14 seitlich am Gehäuse 16 befindlich.
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Wie weiter anhand von 1 zu sehen ist, ist das Gehäuse 16 in etwa zylinderförmig ausgestaltet. Das Gehäuse 16 umfasst den in der Art eines ebenfalls zylinderförmigen Ansatzes ausgebildeten Stator 2. Des Weiteren weist das Gehäuse 16 eine Aufnahme 26 für das Getriebe 15 auf. An der einen Seite der Aufnahme 26 ist ein Deckel 27 angeordnet, so dass das Gehäuse 16 seitlich abgeschlossen ist. An der anderen Seite der Aufnahme 26 schließt sich der Hohlraum 13 im Stator 2 an. Schließlich ist der Auslass 12 am Übergang 28 zwischen dem Hohlraum 13 und der Aufnahme 26 angeordnet. Und zwar steht der Auslass 12 vom Gehäuse 16 seitlich ab.
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Bei dem Getriebe 15 handelt es sich um ein Planetenradgetriebe. Das Getriebe 15 weist wenigstens ein Planetenrad 3 und einen Planetenradträger 6, an dem das Planetenrad 3 angeordnet ist, sowie ein Hohlrad 4 auf. Insbesondere weist das Getriebe 15 drei am Planetenradträger 6 angeordnete Planetenräder 3, 17, 17' auf, wie anhand von 3 zu sehen ist. Wie weiter aus 4 hervorgeht, ist das Planetenrad 3, 17, 17' drehbar an einem Lagerzapfen 18 am Planetenradträger 6 angeordnet.
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Der Planetenradträger 6 steht gemäß 2 in Wirkverbindung mit dem Antrieb 14 zur Bewegung des Planetenradträgers 6. Wie weiter in 5 zu sehen ist, weist hierfür der Planetenradträger 6 eine Außenverzahnung 19 auf, so dass der Planetenradträger 6 mittels eines Antriebsritzels 20, das in die Außenverzahnung 19 eingreift, vom Antrieb 14 bewegbar ist. Das Antriebsritzel 20 ist an der Abtriebswelle 21 des Elektromotors 14 angeordnet. Für den Eingriff des Antriebsritzels 20 in die Außenverzahnung 19 des Planetenradträgers 6 ist eine in 1 sichtbare Öffnung 22 im Gehäuse 16, und zwar genauer im Deckel 27, vorgesehen.
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Das Hohlrad 4 ist im Gehäuse 16 feststehend angeordnet. Das Planetenrad 3, 17, 17' ist als ein Zahnrad ausgebildet und das Hohlrad 4 weist eine Innenverzahnung 23 zur Zusammenwirkung mit dem Planetenrad 3, 17, 17' auf, derart dass durch Bewegung des Planetenradträgers 6 eine Abwälzbewegung des Planetenrades 3, 17, 17' im Hohlrad 4 bewirkbar ist. Des Weiteren ist das eine Planetenrad 3 als ein Rotorstirnrad am Rotor 1 zur Drehung des Rotors 1 angeordnet.
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Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist die Rotationsachse des Rotorstirnrades 3 exzentrisch zur Rotationsachse der Schneckengeometrie 5 des Rotors 1 angeordnet. Dadurch ist ein Achsversatz zwischen dem Rotorstirnrad 3 und der Schneckengeometrie 5 vorhanden, wodurch ein Abwälzvorgang des Rotors 1 im Hohlraum 13 des Stators 2 bewirkbar ist. Dadurch ist die Drehbewegung des Rotors 1 mit einer geradlinigen Auf- und/oder Ab-Bewegung der Schneckengeometrie 5 zur Förderung des Mediums überlagert, so dass die Pumpe 30 als eine Exzenterschneckenpumpe arbeitet.
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Wie anhand von 2 zu sehen ist, ist das Getriebe 15 mittels einer im Gehäuse 16 befindlichen Dichteinheit 24 von dem Förderbereich 10 getrennt, so dass ein Eindringen des Mediums in das Getriebe 15 verhindert ist. Selbstverständlich ist dadurch auch der Antrieb 14 vom Förderbereich 10 getrennt, so dass auch eine Beeinträchtigung des Antriebs 14 durch das Medium ausgeschlossen ist. Gemäß 1 umfasst die Dichteinheit 24 eine Dichtscheibe 7 und mindestens einen Wellendichtring 8, bevorzugterweise zwei Wellendichtringe 8, 9. Die Dichtscheibe 7 ist durch die Abwälzbewegung des Rotorstirnrades 3 im Hohlrad 4 bewegbar. Weiterhin ist die Dichtscheibe 7 exzentrisch ausgeformt, derart dass die Dichtscheibe 7 zur Exzentrizität der Bewegung des Rotors 1 korrespondiert. Der Rotor 1 ist wiederum mittels eines Kugellagers 25 drehbar in der Dichtscheibe 7 gelagert. Der eine, größere Wellendichtring 9 ist zum Abdichten der Drehung der Dichtscheibe 7 gegenüber dem Stator 2 vorgesehen. Der weitere, kleinere Wellendichtring 8 ist zwischen dem Rotor 1 und der Dichtscheibe 7 zur Abdichtung der Drehbewegung des Rotors 1 um dessen Rotationsachse vorgesehen.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann die Pumpe 30 nicht nur bei Waschmaschinen und/oder Geschirrspülmaschinen eingesetzt sein, sondern auch in sonstigen Geräten Verwendung finden, in denen aufgrund der Umgebungsbedingungen nur kleine Bauraumverhältnisse zugelassen sind und/oder beengte Platzverhältnisse herrschen. Insbesondere eignet sich die Kompaktbauweise der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe in Verbindung mit den Vorteilen von deren Wirkprinzip, nämlicher konstanter Durchfluss und/oder Druckaufbau, zum Einsatz in Haushaltsgeräten, speziell auch für Kaffeemaschinen.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Rotor
- 2:
- Stator
- 3:
- Planetenrad / Rotorstirnrad
- 4:
- Hohlrad
- 5:
- Schneckengeometrie (des Rotors)
- 6:
- Planetenradträger
- 7:
- Dichtscheibe
- 8:
- Wellendichtring
- 9:
- (weiterer) Wellendichtring
- 10:
- Förderbereich
- 11:
- Einlass
- 12:
- Auslass
- 13:
- Hohlraum (im Stator)
- 14:
- Antrieb / Elektromotor
- 15:
- Getriebe
- 16:
- Gehäuse
- 17,17':
- Planetenrad
- 18:
- Lagerzapfen (an Planetenradträger)
- 19:
- Außenverzahnung (an Planetenradträger)
- 20:
- Antriebsritzel
- 21:
- Abtriebswelle (von Antrieb)
- 22:
- Öffnung (im Gehäuse)
- 23:
- Innenverzahnung (von Hohlrad)
- 24:
- Dichteinheit
- 25:
- Kugellager
- 26:
- Aufnahme (für Getriebe im Gehäuse)
- 27:
- Deckel
- 28:
- Übergang (zwischen Aufnahme und Hohlraum)
- 30:
- Pumpe
