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Die Erfindung betrifft einen Verbund
von wenigstens zwei Rohren, wobei die Rohre radial auf Passung ineinandergeschoben
sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen Verbundes von wenigstens zwei Rohren.
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Neben der Verwendung von Rohren zur Durchleitung
von Medien, wie Flüssigkeiten
oder Gasen, ist unter anderem die Verwendung von geraden Rohren
als Achsen oder Wellen bekannt, sogenannte Hohlachsen bzw. -wellen.
Im Gegensatz zu massiven Achsen oder Wellen bieten als Rohre ausgebildete Achsen
oder Wellen eine erhebliche Gewichtsersparnis bei nur unwesentlich
verringerter Stabilität.
Insbesondere die Verbiegesteifigkeit von solchen Hohlachsen bzw.
-wellen ist nur unwesentlich geringer als bei massiven Achsen bzw.
Wellen. Gleichwohl tritt immer wieder der Bedarf auf, Achsen oder
Wellen bereitzustellen, die bei geringem Gewicht eine besonders hohe
Biegesteifigkeit aufweisen.
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Dementsprechend ist es die Aufgabe
der Erfindung, Wellen und Achsen bereitzustellen, die bei möglichst
geringem Gewicht eine möglichst
hohe Stabilität,
insbesondere nämlich
eine möglichst
hohe Biegesteifigkeit, aufweisen.
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Die zuvor erläuterte Aufgabe ist bei dem
eingangs beschriebenen Verbund von wenigstens zwei Rohren, wobei
die Rohre radial auf Passung ineinandergeschoben sind, dadurch gelöst, daß die Rohre mittels
Laserpunktverschweißung
miteinander verbunden sind.
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Dadurch, daß die Rohre radial auf Passung ineinandergeschoben
sind, wird eine radiale Fixierung der beiden Rohre zueinander erzielt.
Dadurch, daß nun
zusätzlich
eine Laserpunktverschweißung vorgesehen
ist, mit der die beiden Rohre miteinander verbunden sind, wird auch
eine axiale Fixierung der beiden Rohre zueinander erzielt. Damit
wird ein Rohrverbund erhalten, der individuell zusammengestellt
werden kann, insbesondere nämlich
auch aus Rohren aus unterschiedlichen Materialien und mit unterschiedlichen
Wandstärken,
so daß Achsen
und Wellen erzielbar sind, die den jeweiligen Anforderungen an Biegesteifigkeit
und Gewicht genau entsprechen.
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Wesentlich für die Erzielung einer hohen
Biegesteifigkeit des Rohrverbundes ist die axiale Fixierung der
Rohre zueinander. Diese könnte
grundsätzlich
auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Maßnahmen zur axialen Fixierung
der Rohre zueinander, wie ein Verschrauben, ein Verklemmen, Lichtbogenschweißen oder
herkömmliches
Punktschweißen mittels
Strom sind jedoch insofern problematisch, als daß im allgemeinen ein Verziehen
der Achse bzw. Welle bei der Herstellung des Rohrverbundes nicht vermieden
werden kann. Der Einsatz eines verzogenen, also nicht mehr einer
geraden Linie folgenden Rohrverbundes als Achse oder Welle ist jedoch
nicht möglich.
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Überraschenderweise
haben nun Versuche gezeigt, daß ein
solches Verziehen beim axialen Fixieren der beiden Rohre zueinander
vermieden werden kann, wenn die axiale Fixierung mittels Laserpunktverschweißung erfolgt.
Diese Erkenntnis hat sich die Anmelderin erfindungsgemäß zunutze
gemacht, um Verbünde
von zwei oder mehr Rohren herzustellen, die entsprechende Hohlachsen
bzw. -wellen aus nur einem Rohr ersetzen können.
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Wie schon angesprochen, ist es dabei
ohne weiteres möglich,
einen Verbund von mehr als zwei Rohren zu schaffen, wobei zu dessen
Herstellung mit den beiden Rohren mit den kleinsten Durchmessern begonnen
wird und sukzessive jeweils ein weiteres Rohr mit größerem Durchmesser
hinzugefügt
wird. Dabei wird die Laserpunktverschweißung auf der äußeren Wandung
des jeweils äußeren Rohres
angesetzt und die Laserintensität
derart gewählt,
daß mit der
Laserpunktverschweißung
die Wandung des jeweils äußeren Rohres
bis zum jeweils inneren Rohr durchdrungen wird, so daß die erforderliche
axiale Fixierung der Rohre zueinander erzielt wird. Bei Edelstahlrohren
sind dabei ohne ein Verziehen der Rohre Durchdringungstiefen von
wenigstens 5 mm erzielbar.
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Grundsätzlich kann eine einzige Laserpunktverschweißung zur
axialen Fixierung der Rohre zueinander genügen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung wird jedoch eine Mehrzahl von Laserpunktverschweißungen vorgesehen.
Dazu können
die Laserpunktverschweißungen über die Länge oder/und
den Umfang der Rohre verteilt sein. Insbesondere kann vorgesehen
sein, daß die
Laserpunktverschweißungen
längs einer
Geraden parallel zur Achse des Rohrverbundes oder aber längs einer Spirale
verlaufen.
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Die gewonnene Erkenntnis, daß mittels
Laserpunktverschweißung
zwei Rohre ohne Verziehen miteinander verbunden werden können, kann
auch noch anderweitig genutzt werden:
Die Erfindung betrifft
nämlich
auch eine magnetgekuppelte Zahnradpumpe, mit einer ein Zahnrad antreibenden
Welle, wobei an der Welle eine Magnethalterung zur Befestigung und
Halterung eines Magneten vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung auch
ein Verfahren zur Befestigung einer Magnethalterung an einer ein
Zahnrad antreibenden Welle einer magnetgekuppelten Zahnradpumpe,
wobei die Magnethalterung zur Befestigung und Halterung eines Magneten
vorgesehen ist.
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Bekanntermaßen weisen Zahnradpumpen als
Fördereinrichtung
ein System von wenigstens zwei ineinandergreifenden Zahnrädern auf,
mit dem ein pulsationsfreier Förder-
oder Dosierstrom von Flüssigkeiten
erzielt werden kann. Durch die Magnetkupplung wird darüber hinaus
ein hermetischer Abschluß gewährleistet,
was den Einsatz einer solchen magnetgekuppelten Zahnradpumpe selbst
in Vakuumsystemen erlaubt. Im Betrieb der Zahnradpumpe werden die
Zahnräder
mittels einer Welle in Rotation versetzt. Auf der Welle ist eine
Magnethalterung zur Befestigung und Halterung eines Magneten vorgesehen,
der mit einem Außenmagneten
kuppelt, so daß die
Welle über
die Kupplung von Außenmagneten
zu Innenmagneten angetrieben werden kann.
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Die Kupplung von Außenmagneten
zu Innenmagneten hat nun zur Folge, daß immer dann, wenn die beiden
Magneten mit ihrem jeweiligen Magnetfeld nicht in der gleichen Arbeitsebene
liegen, eine Kraft senkrecht zu dieser Arbeitsebene, also parallel
zur Achse der Welle wirkt. Bei einer solchen nicht-optimalen Ausrichtung
des Magneten auf der Welle relativ zum Außenmagneten wirkt somit immer eine
Kraft auf die Welle, was so selbstverständlich nicht erwünscht ist.
Entweder führt
dies nämlich
zu zusätzlicher
Reibung bei entsprechender axialer Fixierung der Welle, oder aber
es kommt zu einer Ver schiebung der Welle in deren Längsrichtung,
was eine Dejustage des auf der Welle angebrachten Zahnrads zur Folge
hat.
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Um diese Probleme zu vermeiden, mußte bei herkömmlichen
magnetgekuppelten Zahnradpumpen bisher bei der Herstellung der Welle
und der Anbringung des Zahnrads, der Magnethalterung und des Magneten
an mehreren Stellen mit höchster
Präzision
gearbeitet werden, konkret sind nämlich an mehreren Stellen Genauigkeiten
von wenigen hundertstel Millimetern einzuhalten gewesen.
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Damit stellt sich die Aufgabe, eine
mit weniger Aufwand herstellbare magnetgekuppelte Zahnradpumpe bzw.
ein einfacheres Verfahren zur Befestigung einer Magnethalterung
an einer ein Zahnrad antreibenden Welle einer magnetgekuppelten
Zahnradpumpe anzugeben.
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Bei einer magnetgekuppelten Zahnradpumpe,
mit einer ein Zahnrad antreibenden Welle, wobei an der Welle eine
Magnethalterung zur Befestigung und Halterung eines Magneten vorgesehen
ist, ist die zuvor formulierte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Magnethalterung
mittels Laserpunktverschweißung auf
der Welle befestigt ist.
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Eine Laserpunktverschweißung gewährleistet
nämlich
einerseits eine feste Halterung der Magnethalterung auf der Welle,
wobei andererseits kein Verziehen der Welle, insbesondere kein Verbiegen der
Welle, durch beim Schweißen übertragene
Hitze befürchtet
werden muß.
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Dabei ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung vorgesehen, daß die
Magnethalterung axial eine durchgängige Bohrung aufweist, die
Magnethalterung mittels dieser Bohrung radial auf Passung auf ein
Ende der Welle aufgeschoben ist und die Laserpunktverschweißung zwischen
der Welle und der Magnethalterung angesetzt ist. Das heißt, daß die Laserpunktverschweißung dort
angesetzt wird, wo die Welle die Magnethalterung berührt, so
daß der Übergang
von Welle zu Magnethalterung per Laserpunktverschweißung verschweißt wird.
Dabei wird es sich typischerweise um einen Ort auf der Stirnseite
oder auf der Außenseite
der Welle handeln, wobei bei der Magnethalterung typischerweise sowohl
ein Ort auf der Innenfläche
der Bohrung in der Magnethalterung als auch ein Ort auf der Stirnfläche der
Magnethalterung in Frage kommt.
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Auch hier gilt, daß grundsätzlich eine
hinreichende Befestigung der Magnethalterung auf der Welle durch
eine einzige Laserpunktverschweißung erzielbar ist. Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird jedoch eine Mehrzahl
von Laserpunktverschweißungen
vorgesehen, was die Stabilität
der Befestigung der Magnethalterung an der Welle erhöht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Befestigung
einer Magnethalterung an einer ein Zahnrad antreibenden Welle einer
magnetgekuppelten Zahnradpumpe, wobei die Magnethalterung zur Befestigung
und Halterung eines Magneten vorgesehen ist, ist unter Lösung der
weiter oben formulierten Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die Magnethalterung
mittels Laserpunktverschweißung
auf der Welle befestigt wird. Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergeben sich in Analogie zu den zuvor beschriebenen bevorzugten
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen magnetgekuppelten Zahnradpumpe.
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Im übrigen ist eine bevorzugte
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dadurch gegeben, daß die
Welle zur Befestigung der Magnethalterung in eine für die Aufnahme
der Welle vorgesehene Bohrung im Pumpenkörper mit vorbestimmter Einstecktiefe
eingesteckt wird und der Abstand der auf das Ende der Welle aufgesteckten
Magnethalterung von dem Pumpenkörper
durch eine Lehre definiert wird, die während der Befestigung der Magnethalterung
an der Welle derart zwischen Pumpenkörper und Welle gelegt wird,
daß die
Lehre mit ihren beiden Seiten am Pumpenkörper bzw. an der Magnethalterung
anschlägt,
und nach der Befestigung der Magnethalterung durch Laserpunktverschweißung wieder entfernt
wird. Die vorbestimmte Einstecktiefe der Welle in der im Pumpenkörper vorgesehenen
Bohrung kann auf verschiedene Weisen definiert sein, nämlich z.
B. dadurch, daß die
Welle in der Bohrung an einem Anschlag anschlägt oder dadurch, daß das auf
der Welle befestigte Zahnrad an einem Anschlag anschlägt.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. In
der Zeichnung zeigt
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1a das
Zusammenfügen
von zwei Rohren zu einem Verbund gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei die Rohre radial auf Passung ineinandergeschoben
werden,
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1b ein,
wie in 1a gezeigt, hergestellter
Verbund von zwei Rohren, die radial auf Passung ineinandergeschoben
sind, wobei dargestellt ist, an welchen Stellen gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung Laserpunktverschweißungen vorgesehen werden,
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2a eine
magnetgetriebene Zahnradpumpe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Schnitt und
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2b eine
Lehre zur Befestigung der Magnethalterung auf der Welle der magnetgetriebenen Zahnradpumpe
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung in Draufsicht bzw. in Seitenansicht.
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Aus 1 sind
ein äußeres Rohr 1 und
ein inneres Rohr 2 ersichtlich, wobei das innere Rohr 2 radial
auf Passung in das äußere Rohr 1 eingeschoben
wird. "Radial auf
Passung" bedeutet
dabei, daß das äußere Rohr 1 einen
solchen Innendurchmesser und das innere Rohr 2 einen solchen
Außendurchmesser
aufweist, daß ein
Ineinanderschieben der Rohre 1, 2 möglich ist,
im ineinandergeschobenen Zustand der beiden Rohre 1, 2 jedoch
eine radiale Fixierung der beiden Rohre 1, 2 vorliegt,
also keine wesentliche Relativbewegung der beiden Rohre 1, 2 zueinander
mehr möglich
ist. Mit anderen Worten liegt die Innenfläche des Rohrs 1 an
der Außenfläche des Rohrs 2 über den
gesamten Innen- bzw. Außenumfang
der Rohre 1, 2 an.
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In 1a ist
dargestellt, daß die
beiden Rohre 1, 2 im wesentlichen dieselbe Länge aufweisen. Dies
ist nicht zwingend erforderlich, grundsätzlich sind nämlich auch
voneinander verschiedene Längen
der beiden Rohren 1, 2 oder weiterer, in 1a nicht dargestellter Rohre
des Rohrverbundes möglich.
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Bei den beiden Rohren 1, 2 handelt
es sich gemäß dem dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung um Metallrohre, wobei insbesondere auch vorgesehen
sein kann, daß die
Materialien der beiden Rohre 1, 2 voneinander
verschieden sind, um bei entsprechendem Gewicht eine Hohlwelle oder
-achse mit besonderen Steifigkeits- und Stabilitätseigenschaften zu erzielen.
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Wie nun aus 1b ersichtlich, die einen Schnitt des
Rohrverbundes aus den Rohren 1, 2 zeigt, erfolgt
eine axiale Fixierung der beiden Rohre 1, 2 zueinander,
indem mehrere Laserpunktverschweißungen durchgeführt werden.
Wie aus 1b ersichtlich,
sind im Bereich des dort gezeigten Schnitts um den Umfang des äußeren Rohres 1 in gleichen
Abständen
voneinander solche Laserpunktverschweißungen 3 vorgesehen,
die durch die Wand des äußeren Rohres 1 hindurchdringen
und bis in die Wand des inneren Rohres 2 reichen. Entlang
der Längserstreckung
des Rohrverbundes aus den Rohren 1, 2 sind typischerweise
weitere Laserpunktverschweißungen 3 vorgesehen,
was die axiale Fixierung der Rohre zueinander weiter verbessert.
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Die Anwendung eines so erzielten
Rohrverbundes aus den Rohren 1, 2 und gegebenenfalls
weiterer, nicht dargestellter Rohre liegt insbesondere in der Verwendung
als Hohlachse bzw. -welle, wobei ein Verziehen der Achse bzw. Welle
beim Befestigen der Rohre 1, 2 aneinander vermieden
wird. Durch das Verfahren der Laserpunktverschweißung, bei
der ein fokussierter Laserstrahl auf die entsprechende Stelle auf
dem Rohr 1 gerichtet wird, kommt es nämlich nur zu einer lokal sehr
begrenzten Erhitzung der Rohre 1, 2 so daß insgesamt
nur eine geringe thermische Werkstoffbeeinflussung vorliegt. Konkret
gilt, daß im
Gegensatz zu herkömmlichen
Lichtbogenschweißverfahren
beim Verfahren des Laserpunktschweißens die Leistung so stark
fokussiert werden kann, daß der
Werkstoff, vorliegend also das Material des Rohres 1 sowie
das darunterliegende Material des Rohres 2, verdampft und
ein Tiefschweißeffekt erzielt
wird. Es wird also eine Dampfkapillare im Rohr 1 erzeugt,
die von einer Schmelze umgeben ist, die ihrerseits beim eigentlichen
Schweißvorgang
die Dampfkapillare hinter dem Schweißprozeß wieder schließt. Damit
wird, insbesondere im Vergleich zum Wärmeleitungsschweißen, eine
sehr große
Schweißtiefe
bei minimaler Schweißbreite
erzielt.
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Aus 2a ist
im Schnitt eine magnetgekuppelte Zahnradpumpe gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ersichtlich. Die magnetgekuppelte Zahnradpumpe weist
eine ein Zahnrad 4 antreibende Welle 5 auf, wobei
an der Welle 5 eine Magnethalterung 6 vorgesehen
ist. Mittels einem auf die Magnethalterung 6 aufschraubbaren
Gegenstück 7 kann
ein Magnet 8 befestigt und an der Welle 5 gehaltert
werden. Angetrieben wird die Welle 5 durch die Kupplung
des Magneten 8 mit einem Außenmagneten 9, der
sich außerhalb
des hermetisch abgeschlossenen Innenbereichs der magnetgekuppelten
Zahnradpumpe befindet. Der Aufbau und die Funktion einer solchen
magnetgekuppelten Zahnradpumpe sind dem Fachmann hinlänglich bekannt,
so daß es
diesbezüglich
keiner weiteren Erläuterungen
bedarf.
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Wie weiterhin aus 2a ersichtlich, weist die Magnethalterung 6 axial
eine durchgängige
Bohrung 10 auf, wobei die Magnethalterung 6 mittels
dieser Bohrung 10 radial auf Passung auf ein Ende der Welle 5 aufgeschoben
ist. Die Verbindung der Welle 5 mit der Magnethalterung 6 ist
nun durch Laserpunktverschweißungen 3 realisiert,
die an dem dem Zahnrad 4 abgewandten Ende der Welle 5 im Übergangsbereich
von der Welle 5 auf die Magnethalterung 6 vorgesehen
sind. Die Fixierung der Magnethalterung 6 an der Welle 5 erfolgt
nun, wie im folgenden beschrieben.
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Die Welle 5 ist in eine
im Pumpenkörper 11 vorgesehen
Bohrung 12 eingesteckt, und zwar mit einer vorbestimmten
Einstecktiefe. Diese vorbestimmte Einstecktiefe wird im zusammengebauten
Zustand dadurch bestimmt, daß das
an der Welle 5 angebrachte Zahnrad 4 auf Passung
an einem sich an den Pumpenkörper 11 anschließenden Aufnahmebauteil 13 für die Welle 5 aufliegt
bzw. in dem dem Aufnahmebauteil 13 abgewandten Bereich
einer in dem Pumpenkörper 11 vorgesehenen
Ausnehmung 14 anschlägt.
Bei der Montage der Magnethalterung 6 an der Welle 5 kann
die vorbestimmte Einstecktiefe durch ein nicht weiter dargestelltes,
das Aufnahmebauteil ersetzendes Bauteil erzielt werden, das bezüglich der
Welle 5 und dem Zahnrad 4 entsprechende Abmessungen
aufweist, ansonsten jedoch kleiner ist, so daß beim Vorgang der Laserpunktverschweißung das
Aufnahmebauteil 13 noch nicht montiert sein muß.
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Zur genauen Definition des Anbringungsortes
der Magnethalterung 6 an der Welle 5 wird nun bei
der Montage unter die Magnethalterung 6 eine Lehre 15 gelegt,
die im einzelnen auch aus 2b ersichtlich
ist. Bei dieser Lehre 15 handelt es sich um ein Blech mit
zwei voneinander verschiedenen Dickenbereichen 16, 17 und
einer Ausnehmung 18, die für das seitliche Aufschieben
auf die Welle 5 vorgesehen ist.
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Die Lehre 15 wird nun während der
Befestigung der Magnethalterung 6 an der Welle 5 mittels Laserpunktverschweißung derart
zwischen Pumpenkörper 11 und
Magnethalterung 6 gelegt, daß die Lehre 15 mit
ihren beiden Seiten am Pumpenkörper 11 bzw.
an der Magnethalterung 6 anschlägt und damit praktisch als
Abstandshalter dient. Durch den Einsatz der Lehre 15 als
Abstandshalter kann die Magnethalterung 6 an genau vorbestimmter
Stelle auf die Welle 5 per Laserpunktverschweißung angebracht
werden, und nach Abschluß der
Anbringung durch die Laserpunktverschweißung wird die Lehre 15 wieder
entfernt und steht damit für
die Herstellung einer weiteren magnetgekuppelten Zahnradpumpe zur
Verfügung.
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Im Ergebnis wird das Herstellungsverfahren für die magnetgekuppelte
Zahnradpumpe erfindungsgemäß gegenüber dem
herkömmlichen
Herstellungsverfahren deutlich erleichtert, fallen doch einige der
Genauigkeiten weg, mit denen bei der herkömmlichen magnetgekuppelten
Zahnradpumpe bei der Anbringung der Magnethalterung 6 an
der Welle 5 an verschiedenen Stellen gearbeitet werden
mußte.