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Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung eines Fluids nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
EP 3 098 382 A1 ist eine gattungsgemäße Pumpvorrichtung bekannt, welche einen elektrischen Antriebsmotor in einem Antriebsgehäuse aufweist. Der elektrische Antriebsmotor hat einen Rotor mit einer Rotorwelle. Die Rotorwelle ist einendig, von einer Pumpeneinrichtung abgewandt, mittels einer Wälzlagerung gelagert.
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An einem gegenüberliegenden Motorlagerschild ist die Rotorwelle anderendig gleitgelagert und zum Motor hin abgedichtet.
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Ein freies Ende der Rotorwelle steht in ein Pumpengehäuse hinein vor. Eine derartige Bauweise erfordert einen relativ hohen Bauteilaufwand und eine Vielzahl von Einzelbauteilen.
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Aus der
DE 10 2017 210 770 B4 ist eine nasslaufende Schraubenspindelpumpe in der Bauart als Kraftstoffförderaggregat bekannt. Die Kraftstoffpumpe verfügt über einen Elektromotor, der nass läuft, d. h. vom zu förderndem Kraftstoff umspült ist.
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Ein Rotor dieses Antriebsmotors ist einendig, d. h. an dem von der Spindelpumpe abgewandten Ende, gleitgelagert und anderendig ebenfalls innerhalb eines Antriebsgehäuses gleitgelagert.
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Bei einer derartigen Kraftstoffpumpe handelt es sich um eine sogenannte nasslaufende Pumpe, so dass keinerlei Anstrengungen unternommen sind, den Motorraum, also den Innenraum des Antriebsgehäuses, gegenüber dem Pumpenraum abzudichten.
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Weiterhin ist es im Stand der Technik üblich, die Rotorwelle beispielsweise mittels eines Kombinationslagers sowohl radial als auch axial zu führen.
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Gegenüber oben genanntem Stand der Technik ist es Ziel der Erfindung, Herstellkosten für die Pumpe zur Förderung eines Fluids, insbesondere durch Einsatz kostengünstiger Bauteile weiter zu reduzieren.
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Des Weiteren ist es Ziel der Erfindung, eine Pumpe zur Förderung eines Fluids zu schaffen, welche einen höheren Wirkungsgrad aufgrund von geringerer Reibung besitzt.
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Des Weiteren ist es Zweck der Erfindung eine Pumpe zur Förderung eines Fluids anzugeben, welche eine besonders kurze axiale Baulänge aufweist. Insbesondere soll auch eine Akustikoptimierung durch niedrigere Betriebsgeräusche erreicht werden.
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Die obigen Aufgaben werden mit einer Pumpe zur Förderung eines Fluids mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den hiervon abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Pumpe zur Förderung eines Fluids ist in einer besonderen Ausführungsform als Schraubenspindelpumpe ausbildbar und weist auf:
- - ein Pumpengehäuse, in dem wenigstens ein Pumpenelement um dessen Pumpenelementlängsachse drehbar gelagert ist,
- - einen Rotor eines Antriebsmotors, der um eine Rotorlängsachse drehbar in einem Antriebsgehäuse sitzt,
- - wobei der Rotor eine Rotorwelle besitzt, deren erster Wellenzapfen mit dem wenigstens einen Pumpenelement drehmomentübertragbar gekoppelt ist,
- - und die Rotorwelle mit einem zweiten Wellenzapfen im Antriebsgehäuse wälzgelagert ist, wobei
der erste Wellenzapfen zu dessen Radiallagerung mittels eines Gleitlagers gelagert ist, welches im Pumpengehäuse angeordnet ist.
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Durch den Ersatz eines im Stand der Technik für derartige Pumpen üblichen Kombinationslagers durch eine Wälzlagerung eines Wellenzapfens der Rotorwelle im Antriebsgehäuse und einer Gleitlagerung des anderen Wellenzapfens im Pumpengehäuse gelingt es, besonders einfache Bauteile (z. B. einreihiges Wälzlager und einfache Gleitlagerung) zu nutzen und so die Herstellkosten zu minimieren.
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Des Weiteren ist gegenüber einem standardisierten Kombinationslager die Reibung der Pumpe minimiert.
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Dadurch, dass eine Radiallagerung mittels eines Gleitlagers, welches im Pumpengehäuse angeordnet ist, erfolgt, muss innerhalb des Antriebsgehäuses keine zweite Lagerstelle mehr für den Wellenzapfen geschaffen werden und der hierfür erforderliche Platzbedarf kann in eine ohnehin vorhandene Trennwand zwischen Pumpengehäuse und Antriebsgehäuse, also am Pumpengehäuse, verlegt werden. Dies erspart axiale Baulänge.
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In einer besonderen Ausführungsform ist das Gleitlager des ersten Wellenzapfens als Nasslager ausgebildet. Dies trägt insbesondere zu einem geräuscharmen und reibungsarmen Betrieb bei, da Fluid zwischen dem ersten Wellenzapfen und umgebenden Gleitlagerflächen vorhanden ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Rotorwelle antriebsmotorseitig mittels eines Dichtrings, der im Antriebsgehäuse sitzt, abgedichtet. Eine derartige Ausgestaltung bewirkt eine Abdichtung des Antriebsraums gegenüber dem Pumpenraum, so dass die Pumpe ohne Weiteres als trocken laufende Pumpe, d. h. mit trockenem Antriebsraum betreibbar ausgestaltet werden kann.
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Des Weiteren ist eine Anordnung des Dichtrings, der im Antriebsgehäuse sitzt, besonders vorteilhaft, da ein solcher Dichtring, der im Antriebsgehäuse sitzt, für eine grobe Vorzentrierung der Rotorwelle sorgt und somit die Montage des Pumpengehäuses am Antriebsgehäuse erleichtert ist.
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In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist das Pumpengehäuse mittels einer, z. B. konischen, Dichtfläche mit einem, beispielsweise konischen, Dichtsitz im Antriebsgehäuse dichtend zusammenwirkend ausgebildet. Dies trägt außerdem zu einer verbesserten Abdichtung des Motorraums gegenüber dem Pumpenraum bei.
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In einer besonderen Ausführungsform kann pumpenseitig dem Gleitlager eine Vordichteinrichtung vorgelagert sein oder pumpenseitig integral mit dem Gleitlager ausgebildet sein. Eine derartige Maßnahme hilft beispielsweise die Fluidmenge im Gleitlager definiert einzustellen, wenn z. B. als Vordichtung eine Dichtung mit einer definierten Leckage verwendet wird. Zum anderen entsteht hierdurch eine geringere Fluidlast auf einem vorhandenen Dichtring, der axial darauffolgend im Antriebsgehäuse sitzt.
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Zweckmäßiger Weise kann der Vordichtring als Wellendichtring ausgebildet sein. Wie oben bereits erwähnt, kann der Vordichtring eine vordefinierte Mindestleckage und/oder eine vordefinierte Höchstleckage aufweisen, was es erleichtert, einen definierten Nasslauf des Gleitlagers, d. h. eine definierte Fluidmenge, in den Kontakt zwischen den Gleitflächen der Rotorwelle und dem Gleitlager zu befördern.
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Zweckmäßig ist es, das Gleitlager pumpengehäuseseitig in einem Lagerträger des Pumpengehäuses anzuordnen. Dies erleichtert insbesondere die Montage des Pumpenaggregats. Außerdem verringert es durch die einteilige Ausbildung in einem Lagerträger zusammen mit dem Pumpengehäuse die Toleranzen, so dass ein geringerer Herstellaufwand die Folge ist.
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In einer möglichen Ausführungsform wird das Gleitlager durch eine Lagerhülse, die im Pumpengehäuse sitzt, gebildet.
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In einer einfachst möglichen Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Pumpe dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager durch das Pumpengehäuse selbst, d. h. durch das Material des Pumpengehäuses selbst, gebildet wird, insbesondere in Form einer Bohrung oder einer Lageröffnung im Lagerausleger.
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Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass das Antriebsgehäuse zur Vorpositionierung der Rotorwelle einen spielbehafteten Rotorwellendurchgang aufweist, in dem die Rotorwelle mit Radialspiel sitzen kann und insbesondere in einer Montagerichtung M das Pumpengehäuse zur erleichterten Montage einen Findungstrichter besitzt, der in der Montagerichtung M dem Gleitlager in einer Axialrichtung A vorgelagert ist.
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Weiterhin kann es zweckmäßig sein, dass die Pumpe als Zentrifugalpumpe oder besonders bevorzugt als Schraubenspindelpumpe ausgebildet ist. Für letzteres eignet sich die Erfindung in besonderem Maße, da mittels des gleitgelagerten Wellenzapfens der Rotorwelle und dessen endseitige Kopplung mit einer der Schraubenspindeln gleichzeitig eine Zentrierung der Schraubenspindel relativ zu dem Pumpengehäuse stattfinden kann.
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Zur Ausbildung oben genannter Varianten ist das Pumpenelement im Falle einer Zentrifugalpumpe zweckmäßiger Weise als Pumpenrad ausgebildet. Im Falle einer Ausbildung als Schraubenspindelpumpe ist das Pumpenelement zweckmäßiger Weise wenigstens eine Schraubenspindel.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1: einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe zur Förderung eines Fluids in einem Querschnitt;
- 2: ein Detail einer zweiten Ausführungsform in einer vergrößerten Darstellung (Längsschnitt).
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Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe 1 ist in 1 gezeigt. Die Pumpe 1 ist als Schraubenspindelpumpe ausgebildet, bei der in einem Pumpengehäuse 2 Pumpenelemente 3 angeordnet sind. Die Pumpenelemente 3 sind in der Ausführungsform als Schraubenspindelpumpe als Schraubenspindeln ausgebildet, welche in bekannter Art und Weise miteinander kämmen. Eines der Pumpenelemente 3 ist an einem freien Ende seiner Pumpenelementlängsachse 4 zum Zwecke des Antriebs mit einer Rotorwelle 5 eines Rotors 6 drehmomentübertragbar verbunden. Der Rotor 6 ist Teil eines Antriebsmotors 7, der in einem Antriebsgehäuse 8 untergebracht ist. Der Rotor 6 besitzt eine Rotorlängsachse 9, die in der Ausführungsform gemäß 1 mit der Pumpenelementlängsachse 4 eines der Pumpenelemente 3 (angetriebene Schraubspindel) fluchtet.
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Der Rotor 6 besitzt einen ersten Wellenzapfen 10 und einen zweiten Wellenzapfen 11. Der erste Wellenzapfen 10 ist in einem Gleitlager 12 wenigstens radial, d. h. in einer Radialrichtung R, gelagert. Im Antriebsgehäuse 8 sitzt im Bereich eines Rotorwellendurchgangs 13 ein Dichtring 14, welcher beispielsweise als Wellendichtring ausgebildet ist und einen fluidführenden Pumpenraum 16 fluidisch von einem Motorraum 17 trennt bzw. abdichtet.
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Die Pumpe 1 gemäß 1 ist demnach als Trockenläuferpumpe ausgebildet, bei der der Antriebsmotor 7 trocken läuft, d. h., dass kein zu pumpendes Fluid in den Motorraum 17 gelangen soll. Der zweite Wellenzapfen 11 ist mittels eines Wälzlagers 18, z. B. mittels eines einreihigen Kugellagers, in Radialrichtung R und in einer Axialrichtung A bezüglich des Antriebsgehäuses 8 festgelegt. Der Rotor 6 besitzt einen Rotorkörper 19, welcher in üblicher Art und Weise innerhalb eines Stators 20 angeordnet ist und sich rotatorisch um die Rotorlängsachse 9 relativ zum Stator 20 drehen kann.
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Das Gleitlager 12 sitzt in einem Lagerträger 21, welches einstückig mit dem Pumpengehäuse 2 verbunden ist. Das Gleitlager 12 kann - wie in der Ausführungsform gemäß 1 - als Lagerhülse 12a ausgebildet sein oder kann lediglich durch eine entsprechende Lochausnehmung im Lagerträger 21 durch das Material des Lagerträgers 21, d. h. im Falle einstückiger Ausbildung mit dem Pumpengehäuse 2, aus dem Material des Pumpengehäuses 2 gebildet sein. Eine solche Ausführungsform kann die Montage einer Gleitlagerhülse im Lagerträger 21 einsparen.
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Grundsätzlich ist bei der Ausführungsform gemäß 1 das Gleitlager 12 ein sogenanntes nass laufendes Gleitlager 12, da es sich in Kontakt mit zu pumpendem Fluid, welches im Pumpenraum 16 vorhanden ist, befindet. Im Folgenden wird daher für ein derart von Pumpfluid umgebenem und benetzten Gleitlager 12 auch als Nasslager gesprochen.
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Zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Antriebsgehäuse 8 ist ein Montageflansch vorgesehen, an dem das Pumpengehäuse 2 mit dem Antriebsgehäuse 8 verbunden werden kann.
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Ein solcher Antriebsflansch, obwohl er nicht unbedingt im mathematischen Sinne eine Ebene sein muss, sei im Zusammenhang mit dieser Anmeldung als Trennebene 22 bezeichnet. Im Bereich des Flansches kann ein Findungstrichter (nicht gezeigt in 1) vorgesehen sein, so dass bei einem Fügen des Pumpengehäuses 2 und des Antriebsgehäuses 8 in einer Montagerichtung M, welche im vorliegenden Fall parallel ist zur Axialrichtung A, ein erleichtertes Einsetzen des Pumpengehäuses 2 am Antriebsgehäuse 8 ermöglicht ist. Zudem können in üblicher Art und Weise Dichtmittel, z. B. ein O-ring 23, vorgesehen sein.
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In der Ausführungsform gemäß 1 ist das Gleitlager 12 selbst nicht abgedichtet und läuft - wie vorbeschrieben - im zu pumpenden Fluid als Nasslager.
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Der Dichtring 14 ist in bekannter Art und Weise als Wellendichtring, z. B. in der Bauart eines Simmerrings, ausgebildet. Der Dichtring 14 kann dabei in einem Zustand, in das Pumpengehäuse 2 noch nicht mit dem Antriebsgehäuse 8 verbunden ist und somit der erste Wellenzapfen 10 noch keine radiale Führung durch das Gleitlager 12 erfährt, für eine Vorpositionierung und eine Vorfixierung der Rotorwelle 5 des Rotors 6 in Radialrichtung R sorgen.
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Somit ist bei der Montage des Pumpengehäuses 2 am Antriebsgehäuse 8 durch diese Vorpositionierung ein erleichtertes Einführen des ersten Wellenzapfens 10 in das Gleitlager 12 und nachfolgend ein erleichtertes Finden und Koppeln des ersten Wellenzapfens 10 mit dem Pumpenelement 3 ermöglicht. Eine zum Antrieb des Pumpenelements 3 um die Pumpenelementlängsachse 4 erforderliche Drehmomentübertragung von dem Rotor 6 bzw. der Rotorwelle 5 ist eine drehmomentübertragungsfähige Kupplung zwischen dem ersten Wellenzapfen 10 und dem anzutreibenden Pumpenelement 3 vorgesehen. Derartige Kupplungen sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt und im vorliegenden Fall nicht näher beschrieben.
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In einer weiteren besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe 1 ist als Gleitlager 12 ein nass laufendes abgedichtetes Gleitlager 12 verwendbar. Eine derartige Ausführungsform ist in der vergrößerten Detaildarstellung gemäß 2 dargestellt. Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe 1 gemäß 2 entspricht, soweit nicht in der 2 anderweitig dargestellt, der Ausführungsform gemäß 1. Dies gilt insbesondere in dem außerhalb des vergrößerten Bereichs nicht dargestellten Bereich der Pumpe 1. Der erste Wellenzapfen 10 läuft wie in der Ausführungsform gemäß 1 in einer Lagerhülse 12a, die das Gleitlager 12 ausbildet. Die Lagerhülse 12a ist dabei z. B. als einseitig abgedichtete Lagerhülse 12a ausgebildet, die über Dichtmittel 25, z. B. einen integrierten Wellendichtring, verfügt, der hinsichtlich der Längserstreckung der Lagerhülse 12a in Axialrichtung A motorseitig in der Lagerhülse 12a angeordnet ist. Mit einem solchen abgedichteten Gleitlager 12 ist es möglich, auf den Dichtring 14, wie er in der Ausführungsform gemäß 1 im Antriebsgehäuse 8 notwendig ist, zu verzichten. Der diesbezügliche Rotorwellendurchgang 13 ist in der Ausführungsform gemäß 2 freigelassen dargestellt. Dieser kann jedoch sowohl in Axialrichtung A wie auch in Radialrichtung R gegenüber der Darstellung in der 2 deutlich verkleinert werden, so dass eine axiale Baulängeneinsparung möglich ist und bei entsprechend kleinem Durchmesser des Rotorwellendurchgangs 13, z. B. wenige zehntel Millimeter im Durchmesser größer als der Außendurchmesser des ersten Wellenzapfens 10, der Rotorwellendurchgang 13 für eine radiale Vorpositionierung des ersten Wellenzapfens 10 vor der Montage der Pumpe 1 sorgen kann.
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In der Ausführungsform gemäß 2 ist das Gleitlager 12 mit der antriebsmotorseitigen Abdichtung durch das Dichtmittel 25 ebenfalls als Nasslager ausgebildet. Zur übrigen Abdichtung des Pumpengehäuses 2 gegenüber dem Antriebsgehäuse 8 ist am Lagerträger 21 bevorzugt eine Dichtkonusfläche 30 vorgesehen, welche mit einer korrespondierenden Gegendichtfläche 31 in der Umgebung des Rotorwellendurchgangs 13 am Antriebsgehäuse 8 dichtend zusammenwirkt, wenn das Pumpengehäuse 2 am Antriebsgehäuse 8 montiert ist.
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Mit einem derart ausgebildetem Lagerträger 21, welcher mittels der Dichtkonusfläche 30 und der Gegendichtfläche 31 am Antriebsgehäuse 8 die beiden Gehäuse 2; 8 gegeneinander abdichtet, kann es auch zweckmäßig sein, ein pumpenseitig vorgedichtetes Gleitlager 12 zu verwenden. Ein solches vorgedichtetes Gleitlager 12 kann durch die Verwendung von (in 2 gestrichelt gezeichneten) Vordichteinrichtungen 33 ausgebildet werden. Derartige Vordichteinrichtungen 33 können von der Bauart her ähnlich zu einem Wellendichtring ausgebildet sein, verfügen jedoch zweckmäßiger Weise über eine definierte Leckage, so dass eine bestimmte Menge von zu förderndem Fluid aus dem Pumpenraum 16 die Vordichteinrichtung 33 überwinden kann und für einen Nasslauf des Gleitlagers 12 sorgen kann.
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Motorseitig sind die Dichtmittel 25 vorgesehen, die den bewusst hindurch gelassenen Leckagestrom gegenüber dem Antriebsgehäuse 8 abdichten.
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In einer weiteren Alternative kann das Gleitlager 12 nur über die Vordichteinrichtungen 33 verfügen und nicht über die Dichtmittel 25. Bei einer derartigen Konstruktion würde das Gleitlager 12 also noch den Leckagestrom, den die Vordichteinrichtungen 33 hindurch lassen, in das Antriebsgehäuse 8 entleeren. In einem solchen Fall ist es daher möglich und zweckmäßig, zur Abdichtung des Antriebsgehäuses 8 einen Dichtring 14, wie er in der Ausführungsform gemäß 1 dargestellt ist, einzusetzen.
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Durch eine erfindungsgemäße Anordnung des Gleitlagers 12 am Pumpengehäuse 2, bzw. an einem Lagerträger 21, gelingt eine Bauteilanzahlverringerung, da mittels einer geeigneten radial spielfreien Kopplung zwischen dem ersten Wellenzapfen 10 und dem anzutreibenden Pumpenelement 3 das Gleitlager 12 sowohl für eine zweite Radiallagerung des Rotors 6 als auch für eine motorseitige Radiallagerung des Pumpenelements 3 sorgen kann.
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Im Falle eines abgedichteten oder zumindest teilweise abgedichteten Gleitlagers 12 (vergl. Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurden) kann außerdem ein Dichtring 14 im Antriebsgehäuse 8 eingespart werden, was einen weiteren Effekt einer möglichen Axialverkürzung und somit einer Bauraumverkleinerung für die Gesamtpumpe bedeutet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3
- Pumpenelement
- 4
- Pumpenelementlängsachse
- 5
- Rotorwelle
- 6
- Rotor
- 7
- Antriebsmotor
- 8
- Antriebsgehäuse
- 9
- Rotorlängsachse
- 10
- Erster Wellenzapfen
- 11
- Zweiter Wellenzapfen
- 12
- Gleitlager
- 12a
- Lagerhülse
- 13
- Rotorwellendurchgang
- 14
- Dichtring
- 16
- Pumpenraum
- 17
- Motorraum
- 18
- Wälzlager
- 19
- Rotorkörper
- 20
- Stator
- 21
- Lagerträger
- 22
- Trennebene
- 23
- O-ring
- 25
- Dichtmittel
- 30
- Dichtkonusfläche
- 31
- Gegendichtfläche
- 33
- Vordichteinrichtungen
- A
- Axialrichtung
- M
- Montagerichtung
- R
- Radialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3098382 A1 [0002]
- DE 102017210770 B4 [0005]
