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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektropumpenbaugruppe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine gattungsgemäße Elektropumpenbaugruppe ist in
WO 2019/166319 A1 beschrieben. Sie besitzt einen Elektromotor mit einem drehbar gelagerten Rotor und ein Laufrad, das zum Fördern von Förderflüssigkeit eingerichtet ist, die als Förderstrom durch die Elektropumpenbaugruppe strömt. In einem Grenzbereich zwischen dem Laufrad und einem das Laufrad einhausenden Laufradgehäuse kommt es im Betrieb der Elektropumpenbaugruppe aus dem Förderstrom heraus zu bauformbedingten Leckagen, wodurch Förderflüssigkeit dann als Leckagestrom in einem Leckagekanal zwischen Laufrad und Laufradgehäuse zirkuliert. Dadurch ist beispielsweise der Gesamtwirkungsgrad der Elektropumpenbaugruppe reduziert.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform für eine Elektropumpenbaugruppe anzugeben.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe insbesondere durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der Beschreibung.
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Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, einen im Betrieb einer Elektropumpenbaugruppe in einem Grenzbereich zwischen einem Laufrad und einem Laufradgehäuse auftretenden, bauformbedingt aus dem Förderstrom abgezweigten Leckagestrom aus Förderflüssigkeit mittels eines hydrodynamischen Gleitlagers zu reduzieren. Insbesondere soll die im Grenzbereich verbleibende Fördererflüssigkeit des Leckagestroms einem Nutzen zugeführt werden. Weiter insbesondere soll eine reibungsarme Lagerung des Laufrads am Laufradgehäuse realisiert werden.
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Hierzu ist erfindungsgemäß eine Elektropumpenbaugruppe vorgesehen, die mit einem Elektromotor ausgerüstet ist, der einen um eine Rotormittenachse drehbar gelagerten Rotor aufweist. Dem Rotor ist ein Laufrad der Elektropumpenbaugruppe zugeordnet, das zum Fördern von Förderflüssigkeit eingerichtet und mit dem Rotor drehfest verbunden ist. Die besagte Förderflüssigkeit kann beispielsweise von Wasser oder anderen vergleichbaren Flüssigkeiten gebildet sein und/oder als Förderstrom durch die Elektropumpenbaugruppe strömen. Die Elektropumpenbaugruppe verfügt weiterhin über ein Laufradgehäuse, das beispielsweise topfförmig ausgebildet ist und einen Laufradaufnahmeraum zum Aufnehmen des Laufrads definieren kann. Das besagte Laufrad ist zumindest abschnittsweise oder vollständig im Laufradgehäuse eingehaust. Wesentlich ist, dass die Elektropumpenbaugruppe ein hydrodynamisches Gleitlager aufweist, anhand dem das Laufrad am Laufradgehäuse drehverstellbar um die Rotormittenachse gelagert ist. Zweckmäßigerweise kann das hydrodynamische Gleitlager ein zum Schmieren desselben eingerichtetes Schmiermittel aufweisen oder mit einem solchen Schmiermittel versorgt sein, wobei das Schmiermittel von Förderflüssigkeit gebildet ist. Insbesondere kann die das Schmiermittel bildende Förderflüssigkeit von Förderflüssigkeit eines Leckagestroms aus Förderflüssigkeit gebildet sein. Der Leckagestrom ist im Betrieb der Elektropumpenbaugruppe bauformbedingt aus einem durch die Elektropumpenbaugruppe strömenden Förderstrom aus Förderflüssigkeit abgezweigt und zirkuliert oder strömt beispielsweise in einem Grenzbereich zwischen Laufrad und Laufradgehäuse. Im Vergleich mit herkömmlichen Wälzlagern bietet das erfindungsgemäße hydrodynamische Gleitlager insbesondere bei hohen Drehzahlen der Rotor-Laufrad-Baugruppe den Vorteil einer reduzierten Lagerreibung. Weiterhin kann anhand des erfindungsgemäßen hydrodynamischen Gleitlagers zum einen der im Betrieb der Elektropumpenbaugruppe bauformbedingt auftretende Leckagestrom aus Förderflüssigkeit reduziert und zum anderen ein verbleibender Leckagestrom aus Förderflüssigkeit zur Schmierung des hydrodynamischen Gleitlagers verwendet werden. Im Ergebnis ist damit der Gesamtwirkungsgrad der Elektropumpenbaugruppe verbessert.
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Der besagte Leckagestrom aus Förderflüssigkeit strömt im Betrieb der Elektropumpenbaugruppe beispielsweise zumindest zeitweilig in einen zwischen dem Laufrad und dem Laufradgehäuse gebildeten oder begrenzten Grenzbereich, der als Leckagekanal ausgeführt ist. Um eine optimale Schmierung des hydrodynamischen Gleitlagers mit Förderflüssigkeit zu erreichen, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass das hydrodynamische Gleitlager im Leckagekanal positioniert ist.
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Der Fördererstrom aus Förderflüssigkeit kann beispielsweise an einem externen, an die Elektropumpenbaugruppe angeschlossenen Verbraucher bereitgestellt werden.
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Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass das hydrodynamische Gleitlager bezüglich der Rotormittenachse des Rotors betrachtet axial zwischen dem Laufrad und dem Laufradgehäuse angeordnet ist. Dadurch ist das hydrodynamischen Gleitlager sozusagen sandwichartig zwischen dem Laufrad und dem Laufradgehäuse angeordnet. Dadurch ist zunächst das Laufrad relativ einfach am Laufradgehäuse abstützbar. Das hat weiterhin den Vorteil, dass das hydrodynamische Gleitlager relativ einfach mit dem Leckagestrom aus Förderflüssigkeit kommunizieren kann. Dadurch ist eine Schmierung des hydrodynamischen Gleitlagers mit Förderflüssigkeit des Leckagestroms relativ einfach realisierbar.
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Weiterhin kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass das hydrodynamischen Gleitlager bezüglich der Rotormittenachse betrachtet als ein hydrodynamisches Axiallager realisiert ist. Anhand des hydrodynamischen Axiallagers können im Betrieb der Elektropumpenbaugruppe am Laufrad beispielsweise durch das strömungstechnische Zusammenwirken von Laufrad und Förderflüssigkeit auftretende Axialkräfte vom Laufrad auf das Laufradgehäuse übertragen werden. Durch ein solches hydrodynamisches Axiallager können seither im Elektromotor verwendete Axiallager ersetzt oder zumindest unterstützt werden, wodurch sich der Aufbau eines entsprechenden Elektromotors vereinfacht.
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Zweckmäßigerweise kann das hydrodynamische Gleitlager mehrteilig ausgeführt sein, wobei es insbesondere einen am Laufrad angeordneten Laufradlagerring und einen am Laufradgehäuse angeordneten Gehäuselagerring aufweist. Im zusammengebauten Zustand der Elektropumpenbaugruppe liegen sich der Laufradlagerring und der Gehäuselagerring axial bezüglich der Rotormittenachse gegenüber, so dass im Betrieb der Elektropumpenbaugruppe Axialkräfte von dem Laufradlagerring über einen krafttragenden Schmierspalt aus Schmiermittel auf den Gehäuselagerring übertragbar sind.
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Weiter zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass der Gehäuselagerring anhand einer Umspritzung am Laufradgehäuse fixiert ist. Weiterhin kann der Laufradlagerring anhand einer Umspritzung am Laufrad fixiert sein. Die Umspritzung kann beispielsweise jeweils aus einem Kunststoffmaterial realisiert sein. Dadurch kann der Laufradlagerring dauerhaft mit dem Laufrad bzw. der Gehäuselagerring dauerhaft mit dem Laufradgehäuse verbunden werden. Eine Umspritzung mit Kunststoffmaterial ist dabei besonders kostengünstig umsetzbar.
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Zweckmäßig ist, wenn der Laufradlagerring an einem dem Laufradgehäuse zugewandten Laufradmantel des Laufrads angeordnet ist. Insbesondere kann der Laufradlagerring anhand einer besagten Umspritzung am Laufradmantel fixiert sein.
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Dadurch kann der Laufradlagerring mit vergleichbar einfachen und kostengünstigen Mitteln dauerhaft mit dem Laufradmantel des Laufrads verbunden werden.
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Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass das besagte Laufrad mehrteilig ausgeführt ist, wobei dessen Einzelkomponenten zweckmäßigerweise durch Reibschweißen oder vergleichbare Fügetechniken miteinander dauerhaft verbunden sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Laufrad einen dem Elektromotor zugewandten Basisringteller, der sich beispielsweise trichterförmig in einer Umfangsrichtung um die Rotormittenachse herum erstreckt, eine Anordnung von insbesondere bezüglich dem Elektromotor abgewandt am Basisringteller angeordneten Laufradschaufeln zum Fördern von Förderflüssigkeit und einen an den Laufradschaufeln angeordneten Laufradmantel aufweist. Der Laufradmantel kann sich beispielsweise etwa trichterförmig in der Umfangsrichtung um die Rotormittenachse herum erstrecken. Der Laufradmantel kann durch einen Laufradringmantel realisiert sein. Der Basisringteller und der Laufradmantel können zumindestens abschnittsweise parallel ausgeführt sein.
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Um Axialkräfte zwischen dem Laufrad und dem Laufradgehäuse übertragen zu können und um einen Leckagestrom aus Förderflüssigkeit reduzieren zu können, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass der Laufradlagerring bezüglich der Rotormittenachse betrachtet radial innen am Laufradmantel angeordnet ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Laufradmantel eine dem Laufradgehäuse zugewandte Grundfläche definiert, die bezüglich der Rotormittenachse betrachtet rotationssymmetrisch ausgebildet sein kann. Als rotationssymmetrisch wird die Grundfläche insbesondere dann betrachtet, wenn sie sich für Drehungen um beliebige Winkel um die Rotormittenachse auf sich selbst abbildet. Die Grundfläche ist zweckmäßigerweise in einen Montagebereich zum Anordnen und Fixieren des Laufradlagerrings am Laufradmantel sowie einen Freibereich, in dem der Laufradlagerring nicht angeordnet und nicht fixiert werden soll, aufgeteilt. Der Montagebereich kann dabei bezüglich dem Freibereich radial innen angeordnet sein. Der Freibereich kann daher bezüglich dem Montagebereich radial außen angeordnet sein. Zweckmäßigerweise bildet oder besitzt der Freibereich einen Außenrand des Laufradmantels. Weiter zweckmäßigerweise bildet oder besitzt der Montagebereich einen Innenrand des Laufradmantels. Ein im Montagebereich am Laufrad angeordneter Laufradlagerring ist dadurch bezüglich dem Freibereich radial innen angeordnet.
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Zweckmäßigerweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Laufradlagerring eine erste Gleitfläche definiert und dass der Gehäuselagerring eine zweite Gleitfläche definiert. Die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche sind beispielsweise eben gestaltet. Zweckmäßigerweise liegen im zusammengebauten Zustand sowie im Betrieb der Elektropumpenbaugruppe sich die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche bezüglich der Rotormittenachse axial gegenüber. Die Elektropumpenbaugruppe ist zweckmäßigerweise dazu eingerichtet, im Betrieb der Elektropumpenbaugruppe zwischen der ersten Gleitfläche und der zweiten Gleitfläche einen von Schmiermittel gefüllten Schmierspalt selbsttätig, d.h. ohne externe Hilfsmittel, auszubilden. Hierbei wird das Schmiermittel vorteilhafterweise von Förderflüssigkeit, insbesondere von Förderflüssigkeit eines axial zwischen Laufrad und Laufradgehäuse strömenden Leckagestroms aus Förderflüssigkeit, gebildet.
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Zusammenfassend bleibt festzuhalten: Die vorliegende Erfindung betrifft vorzugsweise eine Elektropumpenbaugruppe, die mit einem Elektromotor ausgerüstet ist, der einen um eine Rotormittenachse drehbar gelagerten Rotor aufweist, an dem ein Laufrad zum Fördern von Förderflüssigkeit drehfest angeordnet ist. Das Laufrad ist in einem Laufradgehäuse der Elektropumpenbaugruppe eingehaust. Wesentlich ist, dass die Elektropumpenbaugruppe ein hydrodynamisches Gleitlager aufweist, anhand dem das Laufrad am Laufradgehäuse drehbar gelagert ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigt schematisch
- 1 eine Schnittansicht einer stark vereinfachten Elektropumpenbaugruppe mit einem hydrodynamischen Gleitlager.
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Die 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer im Gesamten mit der Bezugsziffer 1 bezeichneten Elektropumpenbaugruppe, die einen nur ausschnittsweise angedeuteten Elektromotor 2 besitzt, der einen zylindrischen Rotor 24 aufweist, der in seiner Haupterstreckungsrichtung eine in 1 mit strichpunktierter Linie angedeutete Rotormittenachse 4 definiert. Der Rotor 24 ist exemplarisch auf einer stehenden Rotorachse 3 angeordnet und in einer durch einen Pfeil angedeuteten, um die Rotormittenachse 4 umlaufenden Umfangsrichtung 21 drehbar gelagert. Bei einer nicht illustrierten Variante der Erfindung kann die Rotorachse 3 entfallen.
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Die Elektropumpenbaugruppe 1 besitzt weiterhin ein Laufrad 5. Grundsätzlich kann es beispielswiese durch ein Axiallaufrad realisiert sein, um beispielsweise in Axialpumpen eingesetzt zu werden. In 1 ist es exemplarisch durch ein Radiallaufrad realisiert, das aus einer hier nicht illustrierten Quelle bereitgestellte Förderflüssigkeit, beispielsweise Wasser, im Wesentlichen radial bezüglich der Rotormittenachse 4 unter Ausbildung eines in 1 durch einen einfachen Pfeil angedeuteten Förderstroms 13 fördert. Man könnte die vorliegende Elektropumpenbaugruppe 1 daher auch als Radialpumpe bezeichnen. Die Förderflüssigkeit kann beispielsweise an einem nicht illustrierten, an die Elektropumpenbaugruppe 1 angeschlossenen externen Verbraucher bereitgestellt werden. Das Laufrad 5 ist drehfest am Rotor 24 angeordnet, so dass es anhand des Elektromotors 2 antreibbar ist, und mehrteilig aufgebaut, wobei Einzelkomponenten 6, 10, 11 des Laufrads 5 mittels Reibschweißen oder ähnlichen Fügetechniken dauerhaft miteinander verbunden sind. Eine erste Einzelkomponente dieser Einzelkomponenten 6, 10, 11 ist exemplarisch durch einen etwa trichterförmigen Basisringteller 11 realisiert, der sich in Umfangsrichtung 21 erstreckt und zweckmäßigerweise bezüglich dem Elektromotor 2 axial unmittelbar benachbart oder demselben zumindest zugewandt ist. Die Trichterform des Basisringtellers 11 ist beispielsweise so gestaltet, dass ein Axialabstand zwischen dem Basisringteller 11 und dem Elektromotor 2 von radial außen nach radial innen zunimmt. Dadurch zeigt sozusagen eine Trichterspitze des Basisringtellers 11 vom Elektromotor 2 axial weg. Eine zweite Einzelkomponente dieser Einzelkomponenten 6, 10, 11 ist durch eine Anordnung von mehreren Laufradschaufeln 10 realisiert. Die Laufradschaufeln 10 sind exemplarisch an einer Seite des Basisringteller 11 angeordnet, die bezüglich dem Elektromotor 2 abgewandt ist und weiter exemplarisch dauerhaft stoffschlüssig mit dem Basisringteller 11 verbunden. Die Laufradschaufeln 10 verlaufen bezüglich der Rotormittenachse 4 beispielsweise spiralförmig von radial innen nach radial außen. Das Design der Laufradschaufeln 10 ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern vielmehr mit Blick auf eine strömungstechnisch optimale Förderung von Förderflüssigkeit ausgelegt. Die Laufradschaufeln 10 wirken im Betrieb der Elektropumpenbaugruppe 1 unmittelbar mit der an der Elektropumpenbaugruppe 1 bereitgestellten Förderflüssigkeit strömungstechnisch zusammen, sodass die Förderflüssigkeit wie oben beschrieben unter Ausbildung des Förderstroms 13 gefördert wird. Eine dritte Einzelkomponente dieser Einzelkomponenten 6, 10, 11 ist durch einen Laufradmantel 6 realisiert, der an einer bezüglich dem Basisringteller 11 abgewandten Seite der Laufradschaufeln 10 an den Laufradschaufeln 10 angeordnet und mit denselben dauerhaft stoffschlüssig verbunden ist. Der exemplarisch trichterförmig gestaltete Laufradmantel 6 erstreckt sich in Umfangsrichtung 21 um die Rotormittenachse 4 herum und ist zumindestens abschnittsweise parallel zum Basisringteller 11 ausgeführt. Der Laufradmantel 6 definiert eine bezüglich dem Basisringteller 11 und den Laufradschaufeln 10 abgewandte und dem Laufradgehäuse 14 zugewandte Grundfläche 7, die bezüglich der Rotormittenachse 4 betrachtet rotationssymmetrisch ist. Die Grundfläche 7 ist in einen Montagebereich 8 sowie einen Freibereich 9 zoniert. Der Montagebereich 8 ist bezüglich dem Freibereich 9 radial innen angeordnet.
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Die Elektropumpenbaugruppe 1 besitzt weiterhin ein in 1 nur ausschnittsweise angedeutetes, exemplarisch topfförmig gestaltetes Laufradgehäuse 14, das beispielsweise einen in 1 nur abschnittsweise dargestellten Laufradaufnahmeraum 22 zum Aufnehmen des Laufrads 5 definiert, der unter Ausbildung einer in 1 nicht illustrierten Topföffnung am Laufradgehäuse 14 ausmündet. Das Laufradgehäuse 14 ist beispielsweise mit seiner Topföffnung voran auf den Elektromotor 2 und das Laufrad 5 aufgesetzt, wodurch das Laufrad 5 vorliegend vollständig im Laufradgehäuse 14 eingehaust ist, d.h. im Laufradaufnahmeraum 22 des Laufradgehäuses 14 angeordnet ist.
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In einem vom Förderstrom 13 durchströmten Grenzbereich zwischen dem Laufrad 5 und dem Laufradgehäuse 14 treten im Betrieb der Elektropumpenbaugruppe 1 bauformbedingt aus dem Förderstrom 13 aus Förderflüssigkeit heraus Leckagen auf, wodurch Förderflüssigkeit als Leckagestrom 12 in einen zwischen Laufrad 5 und Laufradgehäuse 14 gebildeten oder begrenzten Leckagekanal 23 strömt. Mit anderen Worten zweigt sich im Betrieb der Elektropumpenbaugruppe 1 bauformbedingt aus dem Förderstrom 13 aus Förderflüssigkeit ein Leckagestrom 12 aus Förderflüssigkeit ab, der in einen zwischen dem Laufrad 5 und dem Laufradgehäuse 14 gebildeten Leckagekanal 23 strömt, wo er zumindest zeitweilig zirkuliert.
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Um eine Reduzierung des Leckagestroms 12 aus Förderflüssigkeit hinsichtlich eines Volumenstroms oder Massestroms von Förderflüssigkeit zu erreichen und/oder um den Gesamtwirkungsgrad der Elektropumpenbaugruppe 1 zu verbessern, ist vorgesehen, dass die Elektropumpenbaugruppe 1 ein in 1 durch zwei einfache Kästchen angedeutetes beispielsweise durch ein hydrodynamisches Axiallager realisiertes hydrodynamisches Gleitlager 15 aufweist. Das hydrodynamische Gleitlager 15 ist im Leckagekanal 23 axial zwischen dem Laufrad 5 und dem Laufradgehäuse 14 angeordnet, wodurch das Laufrad 5 am Laufradgehäuse 14 um die Rotormittenachse 4 drehverstellbar gelagert ist.
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Das hydrodynamische Gleitlager 15 weist einen am Laufrad 5 angeordneten und eine erste Gleitfläche 18 definierenden Laufradlagerring 16 und einen am Laufradgehäuse 14 angeordneten und eine zweite Gleitfläche 19 definierenden Gehäuselagerring 17 auf. Der Gehäuselagerring 17 ist beispielsweise durch zumindest partielles oder vollständiges Umspritzen mit einem Spritzmaterial, beispielsweise Kunststoff, dauerhaft mit dem Laufradgehäuse 14 verbunden. Der Laufradlagerring 16 ist im oben beschriebenen Montagebereich 8 des Laufradmantels 6, der zum Anordnen und Fixieren des Laufradlagerrings 16 am Laufradmantel 6 eingerichtet ist, am Laufradmantel 6 angeordnet und beispielsweise durch zumindest partielles oder vollständiges Umspritzen mit einem Spritzmaterial, beispielsweise Kunststoff, dauerhaft mit dem Laufradmantel 6 verbunden. Dadurch ist der Laufradlagerring 16 bezüglich dem Freibereich 9 bzw. einem umlaufenden Außenrand des Laufrads 5 radial innen angeordnet. Ferner sind der Laufradlagerring 16 und der Gehäuselagerring 17 bezüglich ihrer axialen und/oder radialen Position so zueinander ausgerichtet, dass sich die erste Gleitfläche 18 und die zweite Gleitfläche 19 radial bezüglich der Rotormittenachse 4 überlappen und axial gegenüberliegen. Die Elektropumpenbaugruppe 1 ist dazu eingerichtet, im Betrieb der Elektropumpenbaugruppe 1 axial zwischen der ersten Gleitfläche 18 und der zweiten Gleitfläche 19 einen von Schmiermittel gefüllten Schmierspalt 20 selbsttätig auszubilden, wobei das Schmiermittel von Förderflüssigkeit des Leckagestroms 12 gebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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