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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Förderaggregat nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Es ist schon ein Förderaggregat aus der
DE 10 2016 218 128 A1 bekannt, mit einer Antriebswelle und einem von der Antriebswelle angetriebenen, drehbar angeordneten Rotor zum Fördern von einem Fördermedium, wobei an einem dem Rotor zugewandten Ende der Antriebswelle ein Antriebselement vorgesehen ist, das an einer dem Rotor zugewandten Stirnseite eine schiefe Gleitfläche aufweist, die den Rotor bei Rotation der Antriebswelle antreibt und mit seiner Rotorachse um eine Antriebsachse der Antriebswelle taumeln lässt, wobei der Rotor an seiner dem Antriebselement zugewandten Seite eine mit der schiefen Gleitfläche des Antriebselementes zusammenwirkende Gleitfläche und an seiner dem Antriebselement abgewandten Stirnseite eine Verzahnung aufweist, die mit einer Verzahnung eines Statorgehäuses fluidfördernd zusammenwirkt, wobei zwischen der Verzahnung des Statorgehäuses und der Verzahnung des Rotors Arbeitsräume gebildet sind, wobei das Förderaggregat einen saugseitigen Eingang zum Befüllen der Arbeitsräume und einen druckseitigen Ausgang zum Entleeren der Arbeitsräume aufweist.
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Auf die schiefe Gleitfläche des einstückig mit der Antriebswelle verbundenen Antriebselementes wirkt im Betrieb eine resultierende Kraft aus den hydraulischen Kräften in den Arbeitsräumen des Förderaggregates. Zur teilweisen Kompensation dieser resultierenden Kraft wird das Antriebselement im Betrieb auf einer dem Rotor abgewandten Rückseite mit einem Druck der Druckseite des Förderaggregates beaufschlagt. Da die resultierende Kraft aus den hydraulischen Kräften in den Arbeitsräumen exzentrisch bezüglich der Rotorachse auf die Rotorwelle wirkt, kann ein resultierendes Kippmoment entstehen, das versucht, die Antriebswelle bezüglich der Rotorachse schiefzustellen, wodurch eine erhöhte Leckage zwischen den Arbeitsräumen des Förderaggregates entstehen kann. Ein unzulässiges Schiefstellen der Antriebswelle kann beispielsweise durch Verwendung eines in axialer Richtung vergleichsweise langen Gleitlagers verhindert werden.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Förderaggregat mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Kräftebilanz am Antriebselement derart verändert wird, dass das Kippmoment verringert oder ganz vermieden wird. Auf diese Weise werden die Kräfte, die zum Abdichten der Arbeitsräume des Förderaggregates benötigt werden, verringert. Weiterhin wird die Leckage zwischen der Saugseite und der Druckseite des Förderaggregates, beispielsweise zwischen den Arbeitsräumen des Förderaggregates, verringert. Außerdem wird auch der Einfluss von Form- und Toleranzabweichungen der Bauteile des Förderaggregates auf die Leckage verringert. Aufgrund dieser Verbesserungen kann eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Förderaggregates erreicht werden.
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Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem auf der Rückseite des Antriebselementes eine exzentrisch bezüglich der Antriebsachse angeordnete ringförmige Dichtung vorgesehen ist, die ein mit dem Druck der Saugseite bzw. Druckseite beaufschlagbares und zwischen dem Statorgehäuse und dem Antriebselement gebildetes Innenvolumen umschließt, das durch die Dichtung gegenüber einem außerhalb der Dichtung zwischen dem Statorgehäuse und dem Antriebselement gebildeten und mit einem gegenüber dem Innenvolumen unterschiedlichen Druck, insbesondere der Druckseite bzw. Saugseite, beaufschlagbaren Außenvolumen abgedichtet ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Förderaggregates möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn das Antriebselement ein separates Bauteil ist, das mit der Antriebswelle drehschlüssig verbunden und in axialer Richtung bezüglich der Antriebsachse gegenüber der Antriebswelle verschiebbar ist. Auf diese Weise kann das Antriebselement in axialer Richtung zum Rotor hin nachgestellt werden, wenn das Antriebselement und/oder der Rotor durch Reibung zunehmend verschleißen. Außerdem wird das Antriebselement von der Antriebswelle in axialer Richtung mechanisch entkoppelt, wodurch die Bauteile Antriebselement und Rotor zum Statorgehäuse hin gedrückt werden können, so dass ein gutes Abdichten der Arbeitsräume ermöglicht wird.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Antriebselement bezüglich der Antriebsachse radial innerhalb der Dichtung zumindest einen in die Arbeitsräume führenden Einlass bzw. Auslass und radial innerhalb der Dichtung die drehschlüssige Verbindung mit der Antriebswelle aufweist und dass das Antriebselement radial außerhalb der Dichtung zumindest einen in die Arbeitsräume führenden Auslass bzw. Einlass umfasst. Auf diese Weise können am Förderaggregat ortsnah hinreichend große Ein- und Auslassöffnungen ausgebildet werden.
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Sehr vorteilhaft ist, dass die Dichtung an einem der beiden Bauteile oder an beiden Bauteilen aus der Gruppe der Bauteile Antriebselement und Statorgehäuse schleift und/oder dass die Dichtung an einem der beiden Bauteile befestigt ist. Nach einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Dichtung an ihrem einen Ende am Antriebselement oder am Statorgehäuse befestigt und schleift mit dem anderen Ende an dem Statorgehäuse bzw. dem Antriebselement.
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Auch vorteilhaft ist, wenn die Dichtung am Antriebselement bezüglich der Antriebsachse in axialer oder radialer Richtung dichtet und/oder am Statorgehäuse in axialer oder radialer Richtung dichtet. Nach einer vorteilhaften Ausführung kann die Dichtung als eine Elastomerdichtung, Formdichtung oder Labyrinthdichtung ausgebildet sein, da auf diese Weise eine besonders einfache und zuverlässige Abdichtung erreicht wird.
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Außerdem vorteilhaft ist, wenn die Dichtung alternativ als Spaltdichtung ausgeführt und an der drehschlüssigen Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Antriebselement gebildet ist, wobei die drehschlüssige Verbindung durch einen in eine Durchgangsöffnung des Antriebselementes hineinragenden Exzenterabschnitt der Antriebswelle gebildet ist. Auf diese Weise ist für die Dichtung kein zusätzliches Element erforderlich, wodurch die Herstellungskosten verringert werden.
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Des Weiteren vorteilhaft ist, wenn die Dichtung in axialer Richtung bezüglich der Antriebsachse elastisch federnd ausgebildet ist und das Antriebselement in Richtung des Rotors drückt. Auf diese Weise kann die Dichtung das radial innerhalb der Dichtung eingeschlossene Volumen mit der Niederdruckfläche und das radial außerhalb der Dichtung gebildete Volumen mit der Druckausgleichsfläche auf der Rückseite des Antriebselementes gegeneinander abdichten. Außerdem sorgt die Dichtung dafür, dass die Arbeitsräume des Förderaggregates unmittelbar nach dem Anlauf des Förderaggregates abgedichtet sind, indem die Dichtung das Antriebselement ständig gegen den Rotor drückt, wodurch die Verzahnungen von Rotor und Statorgehäuse in dichtenden Eingriff miteinander gebracht werden.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Dichtung derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass die resultierende Kraft Fa der im Außenvolumen auf die Rückseite des Antriebselementes wirkenden hydraulischen Kraft auf der gleichen Wirkungslinie liegt wie die resultierende, in Achsrichtung wirkende Kraft F1 der auf die Vorderseite des Antriebselementes wirkenden hydraulischen Kräfte aus den Arbeitsräumen ist und insbesondere dass in Verbindung mit einer ständig wirkenden Kraft, beispielsweise einer Feder- oder Magnetkraft, eine Andrückkraft in Richtung des Statorgehäuses bewirkt ist. Auf diese Weise wird der Verschleiß an den Bauteilen des Förderaggregates verringert, insbesondere an Antriebselement, Rotor und Stator.
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Vorteilhaft ist, wenn auf der Rückseite des Antriebselementes innerhalb der Dichtung eine vom jeweiligen Druck in axialer Richtung beaufschlagbare Innenfläche und außerhalb der Dichtung eine vom jeweiligen Druck in axialer Richtung beaufschlagbare Außenfläche gebildet ist, wobei die Dichtung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Innenfläche gleich der Außenfläche ist. Bei einer solchen Ausführung kann die Drehrichtung der Antriebswelle umgekehrt werden, ohne die Kräftebilanz am Antriebselement zu verändern, obwohl bei der Drehrichtungsumkehr der Einlass des Antriebselementes zum Auslass und der Auslass des Antriebselementes zum Einlass werden würde. Dadurch erhält man ein Förderaggregat, das sich in beiden Drehrichtungen gleich verhält, also gleichen Wirkungsgrad hat und bei gleicher Drehzahl im Links- und Rechtslauf jeweils gleichen Volumenstrom liefert.
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Nach einer vorteilhaften Ausführung ist die Außenfläche der Rückseite des Antriebselementes sichelförmig oder nierenförmig und/oder die Innenfläche der Rückseite des Antriebselementes kreisförmig, oval, kreisausschnittsförmig, sichelförmig oder nierenförmig ausgebildet. Auf diese Weise gelingt es, die axial wirkenden hydraulischen Kräfte, die auf den Rotor und das Antriebselement wirken, auf eine Wirkungslinie zu bringen. Wenn die Kräfte so ausgelegt sind, dass auf Antriebselement und Rotor in Summe eine Kraft in Richtung Statorgehäuse wirkt, dann wirkt, unabhängig vom Auflagepunkt von Antriebselement und Rotor, kein Kippmoment auf die Teile. Wird die Summe dieser Kraft zusätzlich klein gehalten, so kann das Förderaggregat bei sehr geringem Verschleiß abgedichtet werden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt im Schnitt eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Förderaggregates,
- 2 eine Ansicht der dem Rotor abgewandten Rückseite des Antriebselementes nach 1 mit der erfindungsgemäßen exzentrischen Dichtung und
- 3 im Schnitt eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Förderaggregates.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt im Schnitt eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Förderaggregates.
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Das Förderaggregat 1 weist eine Antriebswelle 2 und einen von der Antriebswelle 2 angetriebenen, drehbar angeordneten Rotor 3 zum Fördern von einem Fördermedium auf. Die Antriebswelle 2 wird beispielsweise von einem Elektromotor 4 angetrieben. An einem dem Rotor 3 zugewandten Ende der Antriebswelle ist ein Antriebselement 5 vorgesehen, das an einer dem Rotor 3 zugewandten Vorderseite 21 eine schiefe Gleitfläche 6 aufweist, die den Rotor 3 bei Rotation der Antriebswelle 2 antreibt und mit seiner Rotorachse 8 um eine Antriebsachse 10 der Antriebswelle 2 taumeln lässt. Die Gleitebene 6 ist bezüglich einer senkrecht zur Antriebsachse 10 verlaufenden Ebene schief bzw. schräg ausgebildet. Der Rotor 3 hat an seiner dem Antriebselement 5 zugewandten Seite eine mit der schiefen Gleitfläche 6 des Antriebselementes 5 zusammenwirkende Gleitfläche 11.
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An der dem Antriebselement 5 abgewandten Stirnseite weist der Rotor 3 eine Verzahnung 14 auf, die mit einer Verzahnung 15 eines den Rotor 3 und das Antriebselement 5 aufnehmenden Statorgehäuses 16 fluidfördernd zusammenwirkt. Die Verzahnung 14 des Rotors 3 und die Verzahnung 15 des Statorgehäuses 16 ist beispielsweise jeweils als Zykloidenverzahnung ausgebildet. Zwischen der Verzahnung 15 des Statorgehäuses 16 und der Verzahnung 14 des Rotors 3 sind Arbeitsräume 18 gebildet. Das Förderaggregat 1 umfasst einen nicht dargestellten saugseitigen Eingang zum Befüllen der Arbeitsräume 18 und einen nicht dargestellten druckseitigen Ausgang zum Entleeren der Arbeitsräume 18. Das Statorgehäuse 16 umfasst eine Förderkammer 17 zur Aufnahme des Rotor 3 und des Antriebselementes 5. Die Antriebswelle 2 ragt durch ein deckelförmiges Lagerschild 19 des Statorgehäuses 16 in die Förderkammer 17 hinein. Das Antriebselement 5 kragt in radialer Richtung bezüglich der Antriebsachse 10 gegenüber der Antriebswelle 2 aus, so dass eine ringförmige Schulter gebildet ist. Die Antriebswelle 2 ist in dem Lagerschild 19 des Statorgehäuses 16 drehgelagert, beispielsweise durch Vorsehen eines Gleitlagers.
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Auf die schiefe Gleitfläche 6 des mit der Antriebswelle 2 verbundenen Antriebselementes 5 wirkt im Betrieb mittelbar eine resultierende Kraft F1 aus den hydraulischen Kräften in den Arbeitsräumen 18 des Förderaggregates, indem der Rotor 3 durch die hydraulischen Kräften in den Arbeitsräumen 18 gegen das Antriebselement 5 gedrückt wird. Zur teilweisen Kompensation dieser resultierenden Kraft wird das Antriebselement 5 im Betrieb auf einer dem Rotor 3 abgewandten Rückseite 20 mit einem Druck der Druckseite des Förderaggregates 1 beaufschlagt.
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Da die resultierende Kraft aus den hydraulischen Kräften in den Arbeitsräumen 18 exzentrisch bezüglich der Rotorachse 10 auf das Antriebselement 5 wirkt, kann ein resultierendes Kippmoment entstehen, das die Antriebswelle 2 bezüglich der Rotorachse 10 schiefstellt, wodurch eine erhöhte Leckage zwischen den Arbeitsräumen 18 des Förderaggregates 1 entstehen kann.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass auf der Rückseite 20 des Antriebselementes 5 eine exzentrisch bezüglich der Antriebsachse 10 angeordnete ringförmige Dichtung 23 vorgesehen ist, die ein mit dem Druck der Saugseite bzw. Druckseite beaufschlagbares und zwischen dem Statorgehäuse 16 und dem Antriebselement 5 gebildetes Innenvolumen 24 umschließt, das durch die Dichtung 23 gegenüber einem außerhalb der Dichtung 23 zwischen dem Statorgehäuse 16 und dem Antriebselement 5 gebildeten und mit einem gegenüber dem Innenvolumen 24 unterschiedlichen Druck, insbesondere Druckseite bzw. Saugseite, beaufschlagbaren Außenvolumen 25 abgedichtet ist.
Auf diese Weise wird die Kräftebilanz am Antriebselement 5 derart verändert, dass das resultierende Kippmoment verringert oder ganz vermieden wird.
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Das Antriebselement 5 ist erfindungsgemäß ein gegenüber der Antriebswelle 2 separates Bauteil, das mit der Antriebswelle 2 drehschlüssig verbunden und in axialer Richtung bezüglich der Antriebsachse 10 gegenüber der Antriebswelle 2 verschiebbar ist. Das Antriebselement 5 ist gegenüber der Antriebswelle 2 verkippbar ausgebildet, beispielsweise in einem Maße, das im Bereich des mechanischen Spiels der Lagerung der Antriebswelle 2 liegt. Dadurch kann das Antriebselement 5 um seine Lagerstelle taumeln und sich somit dem taumelnden Rotor 3 anpassen, wodurch ein gutes Abdichten zwischen Antriebselement 5 und Rotor 3 sowie der Arbeitsräume 18 zwischen Rotor 3 und Statorgehäuse 16 ermöglicht wird.
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2 zeigt eine Ansicht der dem Rotor abgewandten Rückseite des Antriebselementes nach 1 mit der erfindungsgemäßen exzentrischen Dichtung.
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Das Antriebselement 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist radial innerhalb der Dichtung 23 zumindest einen Einlass 26 in die Arbeitsräume 18 und radial außerhalb der Dichtung 23 zumindest einen Auslass 27 aus den Arbeitsräumen 18 auf. Das Antriebselement 5 weist radial innerhalb der Dichtung 23 außerdem die drehschlüssige Verbindung mit der Antriebswelle 2 auf. Nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Innenvolumen 24 mit dem Saugseite und das Außenvolumen 25 mit der Druckseite des Förderaggregates 1 hydraulisch verbunden. Dadurch wirkt bei Betrieb des Förderaggregates 1 im Innenvolumen 24 der Druck der Saugseite und im Außenvolumen der Druck der Druckseite.
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Die Dichtung 23 kann an einem der beiden Bauteile 5,16 oder an beiden Bauteilen 5,16 aus der Gruppe der Bauteile Antriebselement 5 und Statorgehäuse 16 schleifen und/oder an einem der beiden Bauteile 5,16 befestigt sein. Beispielsweise ist die Dichtung 23 an ihrem einen Ende am Antriebselement 5 oder am Statorgehäuse 16 befestigt und schleift mit dem anderen Ende an dem anderen Bauteil, also an dem Statorgehäuse 16 bzw. dem Antriebselement 5. Die Dichtung 23 kann zum Antriebselement 5 hin in axialer oder radialer Richtung bezüglich der Antriebsachse 10 dichten. Weiterhin kann die Dichtung 23 zum Statorgehäuse 16 hin in axialer oder radialer Richtung dichten. Für die Dichtung 23 kommen verschiedene Arten von Dichtungen in Betracht, beispielsweise eine Elastomerdichtung, eine Formdichtung oder eine Labyrinthdichtung.
Die Dichtung 23 kann in axialer Richtung bezüglich der Antriebsachse 10 elastisch federnd ausgebildet sein und dadurch das Antriebselement 5 in Richtung des Rotors 3 drücken.
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Auf der Rückseite 20 des Antriebselementes 5 ist innerhalb der Dichtung 23 eine vom jeweiligen Druck in axialer Richtung beaufschlagbare Innenfläche 30 und außerhalb der Dichtung 23 eine vom jeweiligen Druck in axialer Richtung beaufschlagbare Außenfläche 31 gebildet. Im Betrieb des Förderaggregates wirkt auf die Innenfläche 30 eine resultierende Kraft Fi und auf die Außenfläche 31 eine resultierende Kraft Fa.
Die Dichtung 23 kann derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass die resultierende Kraft Fa der im Außenvolumen 25 auf die Rückseite 20 des Antriebselementes 5 wirkenden hydraulischen Kraft auf der gleichen Wirkungslinie liegt wie die resultierende, in Achsrichtung wirkende Kraft F1 der auf die Vorderseite 21 des Antriebselementes 5 wirkenden hydraulischen Kräfte aus den Arbeitsräumen 18 und dass in Verbindung mit einer initial, also mit dem Betriebsstart des Förderaggregates sofort wirkenden Kraft, z.B. einer Feder- oder Magnetkraft, insgesamt eine Andrückkraft in Richtung des Statorgehäuses 16 bewirkt ist. Die Kräftebilanz am Förderaggregat ist so ausgelegt, dass die Antriebswelle 2 zum Rotor 3 drückt und dass Antriebswelle 2 und Rotor 3 zum Statorgehäuse 16 gedrückt werden, so dass die potentiellen Leckagestellen zugedrückt werden und somit besser abdichten.
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Die Dichtung 23 kann in einer weiteren Ausführung auch derart ausgebildet und angeordnet sein, dass die Innenfläche 30 gleich der Außenfläche 31 ist. Bei einer solchen Ausführung kann die Drehrichtung der Antriebswelle 2 umgekehrt werden, ohne die Kräftebilanz am Antriebselement 5 zu verändern, obwohl bei der Drehrichtungsumkehr der Einlass 26 des Antriebselementes 5 zum Auslass und der Auslass 27 des Antriebselementes 5 zum Einlass werden würde.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die auf der Rückseite 20 des Antriebselementes 5 gebildete Außenfläche 31 sichelförmig oder nierenförmig und die Innenfläche 30 kreisförmig, oval, kreisausschnittsförmig, sichelförmig oder nierenförmig ausgebildet.
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3 zeigt im Schnitt eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Förderaggregates.
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Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die erfindungsgemäß exzentrische Dichtung 23 als Spaltdichtung ausgeführt und an der drehschlüssigen Verbindung zwischen der Antriebswelle 2 und dem Antriebselement 5 gebildet ist. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist die drehschlüssige Verbindung durch einen in eine Durchgangsöffnung 32 des Antriebselementes 5 hineinragenden Exzenterabschnitt 33 der Antriebswelle 2 gebildet, wobei sich die Spaltdichtung 23 zwischen der Durchgangsöffnung 32 und dem Exzenterabschnitt 33 ergibt. Die Antriebswelle 2 ist hohl ausgebildet und umfasst einen Einlass 26 in die Arbeitsräume 18. Weiterhin ist - wie im ersten Ausführungsbeispiel- am Antriebselement 5 ein Auslass 27 vorgesehen. Das Spiel der drehschlüssigen Verbindung zwischen der Antriebswelle 2 und dem Antriebselement 5 ist beispielsweise so gewählt, dass sich zum einen eine ausreichende Dichtigkeit zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite ergibt, zum anderen das Antriebselement 5 so viel kippen kann, dass es am Rotor 3 anliegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016218128 A1 [0002]
