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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung betrifft Vakuumpumpen mit Rotorschmierung, wie z.B. Drehschieberpumpen.
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Eine Drehschieberpumpe, wie z.B. beschrieben in
WO2019166882A1 , ist eine Verdrängerpumpe für Gase und Flüssigkeiten für Saug- oder Druckaufgaben. Sie weist ein Gehäuse mit Schöpfraum auf, in dem sich ein darin exzentrisch montierter und mit einem oder mehreren Schiebern versehener Rotor dreht. Der Rotor berührt mittels des oder der Schieber die Innenwand des Gehäuses zwischen einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung. Drehschieberpumpe werden oft auch Ölpumpen genannt, weil sie in der Regel große Mengen Schmieröl benötigen.
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OFFENBARUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung die Schmierung bei Vakuumpumpen, insbesondere bei Drehschieberpumpen, zu verbessern. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vakuumpumpe, aufweisend ein Gehäuse und einen Rotor, der drehbar in dem Gehäuse angeordnet ist zur Erzeugung eines Unterdruckes. Der Rotor weist einen radialen Schmiermittelkanal auf zur Versorgung mit einem Schmiermittel um den Rotor - zumindest im Betrieb - zu schmieren. Der radiale Schmiermittelkanal weist eine radiale Öffnung in einer äußeren Oberfläche des Rotors auf. Durch die radiale Öffnung in der äußeren Oberfläche des Rotors kann eine verbesserte Schmierung des Rotors erreicht werden, insbesondere indem die radiale Öffnung an der äußeren Oberfläche so konfiguriert und platziert ist, dass das Schmiermittel an einer gewünschten Stelle austreten und dort unmittelbar wirken kann, also nicht erst noch durch weitere Mechanismen wie Kapillarwirkung, Kriechen, Verteilung, Bewegung etc. entsprechend verteilt werden muss. Entsprechend kann eine erforderliche Menge des Schmiermittels besser dosiert und herangeleitet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel befindet sich die radiale Öffnung des radialen Schmiermittelkanals an einer radialen äußeren Oberfläche des Rotors.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Vakuumpumpe ein Lager zur Lagerung der Drehbewegung des Rotors auf, wobei die radiale Öffnung des radialen Schmiermittelkanals an dem Rotor dem Lager gegenüberliegt und sich gegenüber dem Lager öffnet, um das Lager zu schmieren. Dies erlaubt eine direkte und unmittelbare Schmierung des Lagers. Ferner erlaubt dies eine thermische Beeinflussung des Lagers, z.B. indem eine Wärmeabführung von dem Lager begünstigt, also das Lager effektiv gekühlt wird. Umgekehrt kann das Lager durch die direkte Heranführung des Schmiermittels aber auch gewärmt werden, z.B. vor oder während eines Startvorgangs der Vakuumpumpe. Hierzu kann das Öl vorzugsweise auch entsprechend temperiert, also z.B. erwärmt oder gekühlt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der radiale Schmiermittelkanal in der Vakuumpumpe so angeordnet, dass das Schmiermittel durch die radiale Öffnung austreten kann.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Vakuumpumpe eine Schmiermittelversorgung auf, die mit dem radialen Schmiermittelkanal fluidisch gekoppelt ist und diesen mit Schmiermittel versorgt, sodass Schmiermittel aus der radialen Öffnung austreten kann. Eine solche Schmiermittelversorgung kann aktiv durch eine Pumpe unterstützt werden oder eine solche beinhalten. Alternativ oder zusätzlich kann die Schmiermittelversorgung auch passiv erfolgen, z.B. durch thermische Bewegung wie Konvektion des Schmiermittels.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Vakuumpumpe eine Drehschieberpumpe. Das Gehäuse weist einem Schöpfraum auf. Der Rotor ist exzentrisch in dem Schöpfraum angeordnet und weist mindestens einen, an dem Rotor vorzugsweise radial verschiebbar montierten Schieber auf.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Rotor eine Vertiefung auf, vorzugsweise in axialer Richtung, in der der Schieber verschiebbar ist. Der Rotor weist einen Schieber-Schmiermittelkanal auf zur Versorgung mit einem Schmiermittel um den Schieber zumindest im Betrieb zu schmieren. Der Schieber-Schmiermittelkanal weist eine Schieber-Öffnung auf, die sich in die Vertiefung öffnet.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Schieber-Schmiermittelkanal mit der Schmiermittelversorgung fluidisch gekoppelt und wird von dieser mit Schmiermittel versorgt, sodass Schmiermittel aus der Schieber-Öffnung austreten kann.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Vakuumpumpe einen Ausstoßkanal auf, der in dem Gehäuse zum Bereitstellen einer Verbindung zwischen dem Schöpfraum und einer Ausstoß-Öffnung in dem Gehäuse ausgebildet ist. Ein Ausstoßventil zum Bedecken der Ausstoß-Öffnung ist vorgesehen zum Unterdrücken von Rückfluss von Medium in den Ausstoßkanal in einem geschlossenen Zustand des Ausstoßventils, und zum Ermöglichen eines Flusses von Medium von dem Schöpfraum durch den Ausstoßkanal und durch die Ausstoß-Öffnung in einem offenen Zustand des Ausstoßventils.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Rotor einen axialen Schmiermittelkanal auf zur Versorgung mit einem Schmiermittel um den Rotor zumindest im Betrieb zu schmieren. Der axiale Schmiermittelkanal weist eine axiale Öffnung in einer äußeren Oberfläche des Rotors auf, und der axiale Schmiermittelkanal ist mit dem radialen Schmiermittelkanal fluidisch verbunden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der axiale Kanal mit der Schmiermittelversorgung fluidisch gekoppelt und wird von dieser mit Schmiermittel versorgt, sodass die axiale Öffnung einen Eintritt für das Schmiermittel darstellt.
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In einem Ausführungsbeispiel befindet sich die axiale Öffnung des axialen Kanals an einer äußeren axialen Oberfläche des Rotors.
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In einem Ausführungsbeispiel ist oder beinhaltet das Schmiermittel ein Öl.
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Die hier verwendeten Begriffe wie „axial“ und „radial“ sind nicht streng mathematisch zu verstehen. So ist „axial“ nicht streng und ausschließlich im Sinne von „in Richtung einer Achse“ oder „senkrecht zu radial“ zu verstehen, sondern es kann auch beispielsweise ein Winkel etc. umfasst werden. Entsprechend ist „radial“ nicht streng und ausschließlich im Sinne von „in Richtung des Radius“ oder „senkrecht zu axial“ zu verstehen, sondern es kann beispielsweise auch ein Winkel etc. umfasst werden. So kann ein erfindungsgegenständlicher radialer (Schmiermittel-)Kanal auch abgewinkelt gegenüber der Richtung des Radius des Rotors und damit nicht rechtwinklig gegenüber dem axialen Schmiermittelkanal sein. Zudem muss ein erfindungsgegenständlicher radialer (Schmiermittel-)Kanal auch nicht streng länglich ausgeführt sein, sondern es kann jede beliebige Formgebung (einschließlich Stufen) verwendet werden. Allerdings lassen sich zumindest bei den häufig verwendeten abtragenden Herstellungsverfahren streng längliche Kanäle am einfachsten durch Bohren und entsprechende Verfahren herstellen. Bei additiven Verfahren, wie 3-D-Druck, entfallen jedoch zumeist solche herstellungsspezifischen Limitationen, und die Formgebung kann mehr oder minder frei gewählt werden, z.B. hinsichtlich bestehender Anwendungszwecke, aus statischen Gründen, etc.
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Figurenliste
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Andere Ziele und viele der begleitenden Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht wahrnehmbar werden und besser verständlich werden unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
- 1 zeigt einen Querschnitt einer Drehschieberpumpe gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 zeigt den Rotor 106 isoliert dargestellt.
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Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch.
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1 zeigt eine Querschnittansicht einer Drehschieberpumpe 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Drehschieberpumpe 100 weist ein Gehäuse 102 mit einem Schöpfraum 104 auf. Ein zu pumpendes Fluid, zum Beispiel Luft aus einem zu evakuierenden Raum (nicht gezeigt), wird über einen (nicht gezeigten) Ansatzstutzen in den Schöpfraum 104 eingeführt. In dem zylindrischen Schöpfraum 104 rotiert ein exzentrisch montierter Rotor 106. Entlang des Umfangs des Rotors 106 sind mehrere Schieber 108 verschiebbar gelagert montiert, die sich während des Rotierens des Rotors 106 in dem Schöpfraum 104 dichtend gegen die Wandung des Schöpfraums 104 anlegen. Durch das Rotieren des Rotors 106 in dem Gehäuse 102 wird ein Gemisch aus dem zu pumpenden Fluid und einem Schmiermittel (das heißt Pumpenöl zum Schmieren und Dichten) durch den Schöpfraum 104 geführt und komprimiert. Der Schöpfraum 104 ist zum Ausstoßen des gepumpten Mediums mit einem Ausstoßkanal 110 in dem Gehäuse 102 verbunden. Das gepumpte Gemisch wird in den Ausstoßkanal 110 gepumpt und gelangt dadurch in Richtung einer Ausstoß-Öffnung 112 in einem Flansch 114 des Gehäuses 102 der Drehschieberpumpe 100.
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Die Ausstoß-Öffnung 112 an dem Flansch 114 des Gehäuses ist durch eine Ventilanordnung bzw. durch ein Ausstoßventil 150 verschlossen, das vorzugsweise an dem Flansch 114 montiert ist. Dieses kann aus einem ersten Ventilabschnitt 116 und einem zweiten Ventilabschnitt 120 gebildet sein, wobei vorzugsweise der erste Ventilabschnitt 116 von dem Flansch 114 durch den zweiten Ventilabschnitt 120 getrennt ist. Das Ausstoßventil 150 dient zum Bedecken der Ausstoß-Öffnung 112 zum Unterdrücken von Rückfluss des gepumpten Mediums in den Ausstoßkanal 110 in einem geschlossenen Zustand des Ausstoßventils 150. Das Ausstoßventil 150 ermöglicht ferner einen Fluss des gepumpten Mediums von dem Schöpfraum 104 durch den Ausstoßkanal 110 und durch die Ausstoß-Öffnung 112 in einem offenen Zustand des Ausstoßventils 150.
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Der erste Ventilabschnitt 116, der hier als Metallplättchen gebildet ist, weist zwischen seinen gegenüberliegenden Hauptflächen ein Anschlussloch 118 mit einem kreisförmigen Querschnitt auf. Als zweite Komponente des Ausstoßventils 150 ist der zwischen dem ersten Ventilabschnitt 116 und dem Flansch 114 angeordnete zweite Ventilabschnitt 120 aus einem elastischen Material, zum Beispiel Kunststoff oder Gummi, vorgesehen. Der zweite Ventilabschnitt 120 ist zum Bedecken der Ausstoß-Öffnung 112 zum Unterdrücken von Rückfluss von Medium in den Ausstoßkanal 110 in dem geschlossenen Zustand des Ausstoßventils 150 und zum Dämpfen von während dem Betrieb der Drehschieberpumpe 100 anfallenden Geräuschen ausgebildet. Der zweite Ventilabschnitt 120 hat ein direkt in das Anschlussloch 118 übergehendes und als Schlitz oder Langloch geformtes Verbindungsloch 122, das sich gemäß 1 im Wesentlichen senkrecht zur Ausstoßrichtung von Medium durch den Ausstoßkanal 110 erstreckt. Das Verbindungsloch 122 ist in direkter Fluidverbindung mit dem Ausstoßkanal 110, so dass eine Fluidverbindung zwischen einem Pumpenäußeren und dem Ausstoßkanal 110 mittels des Anschlusslochs 118 und des Verbindungslochs 122 ausgebildet ist. Mittels eines Befestigungskörpers 124, der hier als Befestigungsschraube ausgestaltet ist, ist die Ventilanordnung an dem Flansch 114 des Gehäuses 102 lösbar montiert und kann somit einfach gewartet oder ausgetauscht werden.
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Der erste Ventilabschnitt 116 und der zweite Ventilabschnitt 120 können in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei miteinander fest und vollflächig verklebten Plättchen hergestellt und dadurch vollständig untrennbar voneinander ausgebildet werden.
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2 zeigt den Rotor 106 isoliert dargestellt, wobei 2A eine dreidimensionale Ansicht des Rotors 106 und 2B den Rotor 106 in dreidimensionaler Schnittdarstellung zeigt. Der Rotor 106 ist in dem Gehäuse 102 drehbar angeordnet zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Schöpfraum 104.
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Wie am besten ersichtlich aus der Schnittansicht in 2B wird der Rotor 106 axial an beiden Seiten mit jeweils einem Lager 200A und 200B gelagert. Ein exemplarisch dargestellter Schieber 108A ist in einer Vertiefung 210A verschiebbar angeordnet und kann sich bei einer Drehung des Rotors 106 radial in Pfeilrichtung 205 nach außen bewegen. In der exemplarisch dargestellten Ausführungsform weist der Rotor 106 drei Vertiefungen 210A-C auf, wobei in anderen Ausführungsformen nur eine oder zwei oder auch mehr als drei Vertiefungen 210 jeweils mit entsprechendem Schieber 108 verwendet werden können, wie dies im Stand der Technik bekannt ist.
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Zur Schmierung des Rotors 106 weist dieser einen ersten und einen zweiten axialen Schmiermittelkanal 220A sowie 220B auf, die jeweils eine axiale Öffnung 225A sowie 225B haben, durch die, wie durch Pfeile 227A und 227B dargestellt, ein Schmiermittel, wie z.B. ein Öl, in den Rotor 106 eingebracht werden kann. Die Bewegungsrichtung des Öls axial von außen in den Rotor 106 hinein (gemäß der dargestellten Pfeile 227) kann vorzugsweise aktiv, z.B. mittels einer Pumpe, passiv, z.B. durch thermische Konvektion, oder gemischt durch beide Mechanismen erfolgen bzw. unterstützt werden. Wie in den Figuren nicht weiter dargestellt, werden die axialen Öffnungen 225 entsprechend fluidisch gekoppelt und mit dem Schmiermittel in Pfeilrichtung 227 versorgt.
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An die beiden axialen Schmiermittelkanäle 220A und 220B können sich, jeweils fluidisch gekoppelt zu dem jeweiligen axialen Schmiermittelkanal 220, weitere Kanäle anschließen, die sich in radialer Richtung erstrecken. In dem Ausführungsbeispiel nach 2 erstreckt sich jeweils fluidisch gekoppelt an den axialen Schmiermittelkanal 220A ein erster radialer Schmiermittelkanal 230A mit einer ersten radialen Öffnung 235A, ein zweiter radialer Schmiermittelkanal 240A mit einer zweiten radialen Öffnung 245A sowie ein Schieber-Schmierkanal 250A mit einer Schieber-Öffnung 255A. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit spiegelsymmetrischer Kanalstruktur erstreckt sich entsprechend und jeweils fluidisch gekoppelt an den axialen Schmiermittelkanal 220B ein erster radialer Schmiermittelkanal 230B mit einer ersten radialen Öffnung 235B, ein zweiter radialer Schmiermittelkanal 240B mit einer zweiten radialen Öffnung 245B sowie ein Schieber-Schmierkanal 250B mit einer Schieber-Öffnung 255B.
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Das Schmiermittel, z.B. ein Öl, das durch die jeweilige axiale Öffnung 225 in den Rotor 106 eingebracht wird (axiale Pfeile 227), wird (radiale Pfeile) durch den jeweiligen axialen Schmiermittelkanal 220 geführt und in die jeweiligen radialen Kanäle, wie den ersten radialen Schmiermittelkanal 230, den zweiten radialen Schmiermittelkanal 240 und den Schieber-Schmiermittelkanal 250 geleitet und abgezweigt und kann an den jeweiligen Öffnungen, wie der ersten radialen Öffnung 235, der zweiten radialen Öffnung 245 sowie der Schieber-Öffnung 255 austreten, um den Rotor 106 zu schmieren.
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Während die Schieber-Öffnung 255 in der (jeweiligen) Vertiefung 210 mündet, also vertieft gegenüber der äußeren Oberfläche des Rotors 106, öffnen sich sowohl die erste radialen Öffnung 235 als auch die zweite radialen Öffnung 245 direkt an der äußeren Oberfläche des Rotors 106. Damit kann das Schmiermittel unmittelbar an der äußeren Oberfläche des Rotors 106 austreten und wirken.
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Der erste radiale Schmiermittelkanal 230 ist so gewählt, dass sich die erste radialen Öffnung 235 im Bereich des Lagers 200 befindet bzw. diesem gegenüber liegt. Damit kann das austretende Schmiermittel unmittelbar eine Schmierung des Lagers 200 bewirken. Durch geeignete Formgebung des ersten radialen Schmiermittelkanals 230 kann vorzugsweise die in das Lager 200 austretende Menge des Schmiermittels beeinflusst und eingestellt werden, z.B. indem durch eine Reduzierung des (effektiven) Kanalquerschnitts die Schmiermittelmenge reduziert und umgekehrt durch eine Vergrößerung (effektiven) Kanalquerschnitts die Schmiermittelmenge vergrößert wird.
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Zur weiteren Verbesserung der Schmierung des Lagers 200 kann der Rotor 106 an der dem Lager 200 gegenüberliegenden äußeren Oberfläche noch eine Vertiefung 260 aufweisen, wie z.B. eine Nut. Durch diese Vertiefung 260 kann das Schmiermittel z.B. entlang der gesamten, dem Lager 200 gegenüberliegenden äußeren Oberfläche des Rotors 106 geführt und verteilt werden, sodass eine gleichmäßigere Schmierung des Lagers 200 erreicht werden kann.
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Der zweite radiale Schmiermittelkanal 240 ist so gewählt, dass sich die zweite radialen Öffnung 245 an einer äußeren Oberfläche des Rotors 106 befindet, die im Betrieb eine Oberfläche des Gehäuses 102 gegenüberliegt bzw. gegenüber liegen kann (da im Betrieb der Rotor 106 sich gegenüber dem Gehäuse 102 dreht). Damit kann das austretende Schmiermittel unmittelbar eine Schmierung gegenüber dem Gehäuse 102 bewirken. Durch geeignete Formgebung des zweiten radialen Schmiermittelkanals 240 kann vorzugsweise die austretende Menge des Schmiermittels beeinflusst und eingestellt werden, z.B. indem durch eine Reduzierung des (effektiven) Kanalquerschnitts die Schmiermittelmenge reduziert und umgekehrt durch eine Vergrößerung (effektiven) Kanalquerschnitts die Schmiermittelmenge vergrößert wird.
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Es ist ersichtlich, dass neben den in 2B im Schnitt dargestellten radialen Schmiermittelkanälen 230 und 240 auch weitere radiale Schmiermittelkanäle vorgesehen werden können, die entsprechend fluidisch mit den axialen Schmiermittelkanäle in 220 gekoppelt sind. Dadurch lässt sich eine bessere und gleichmäßigere Verteilung des Schmiermittels entlang der äußeren Oberfläche des Rotors 106 erreichen. In 2A ist dies beispielsweise durch die radialen Öffnungen 245A' und 245B' angedeutet.
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Die radialen Schmiermittelkanäle 230 und 240 müssen nicht streng mathematisch im Sinne von „in Richtung des Radius“ oder „senkrecht zu axial“ verlaufen, sondern es kann beispielsweise auch ein Winkel umfasst werden. So kann ein erfindungsgegenständlicher radialer (Schmiermittel-)Kanal auch abgewinkelt gegenüber der Richtung des Radius des Rotors 106 und damit nicht rechtwinklig gegenüber dem axialen Schmiermittelkanal 220 sein. Zudem muss ein erfindungsgegenständlicher radialer (Schmiermittel-)Kanal auch nicht, wie in 2 exemplarisch dargestellt, streng länglich ausgeführt sein, sondern es kann jede beliebige Formgebung (einschließlich Stufen) verwendet werden.
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Anstelle der hier dargestellten symmetrischen (vorzugsweise spiegelsymmetrischen) Anordnung der Schmiermittelkanäle kann auch nur ein axialer Schmiermittelkanal 220 mit einer axialen Öffnung 225 sowie einem oder mehreren daran anschließenden radialen Schmiermittelkanälen 230, 240 vorgesehen werden.
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Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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