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Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung eines Fluids, insbesondere Hydraulik-Öl gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Pumpen der hier angesprochenen Art, insbesondere Hydraulikpumpen, sind bekannt. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie über einem Ölsumpf beispielsweise eines Automatikgetriebes in einem Kraftfahrzeug angeordnet sind. Bei einem derartigen Einsatzfall ist es nicht möglich, die Lager der Pumpen mit Fett zu schmieren, da dieses durch den Ölnebel innerhalb des Getriebes ausgewaschen wird.
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Bei einer bekannten Pumpe (
US 3 806 287 A ) ist vorgesehen, dass eine Pumpeneinheit der Pumpe hermetisch gegenüber einem Lager abgeschlossen ist. Ein Auswaschen eines Schmiermittels ist damit nicht möglich. Um ein Auswaschen des Schmiermittels zu vermeiden, werden bei einer bekannten Pumpe ein Wellendichtring und eine Leckölbohrung vorgesehen, die so geführt ist, dass das Lager der Pumpe in deren Betrieb mit Öl geschmiert wird und dass das Lecköl aus dem Leckageraum entweichen kann. Derartige bekannte Pumpen (
DE 26 50 814 A1 ;
US 5 289 681 A ) weisen eine Dichtungseinrichtung auf, die im Betrieb der Pumpe einen Austritt von Öl verhindert. Nachteilig bei derartigen Pumpen ist es jedoch, dass im Stillstand der Pumpe Öl über die Lagereinrichtung austreten kann, so dass die Pumpe leerläuft. Das heißt, das im Pumpenraum vorhandene Öl läuft aus, so dass sich dieser mit Luft füllt. Aufgrund der im Pumpenraum vorhandenen Luft wird das Anlaufverhalten der Pumpe nachhaltig beeinträchtigt.
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Es daher Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die diese Nachteile eben nicht aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Pumpe vorgeschlagen, die die in Anspruch 1 genannten Merkmale zeigt. Die Pumpe weist unter anderem eine Dichtungseinrichtung mit einem im Querschnitt U-förmigen Dichtring auf. Dieser liegt mit einem einen Schenkel des U's bildenden Dichtungsabschnitt an der Antriebswelle an und mit einem anderen einen Schenkel bildenden Dichtungsabschnitt an einer Dichtungsfläche, die die Antriebswelle umgibt und beispielsweise von dem Gehäuse der Pumpe gebildet wird. Der Dichtring ist so angeordnet, dass die beiden Dichtungsabschnitte von dem Inneren der Pumpe weggerichtet sind und jeweils mit einer gewissen Vorspannung an der Antriebswelle beziehungsweise der Dichtungsfläche anliegen. Der Umgebungsdruck kann daher in den Innenraum zwischen den Dichtungsabschnitten des im Querschnitt U-förmigen Dichtrings eindringen. Die Dichtungseinrichtung ist zwischen einer Lagereinrichtung und einer Pumpeneinheit der Pumpe angeordnet, wobei zwischen der Pumpeneinheit und der Dichtungseinrichtung ein Freiraum vorgesehen ist, in den im Betrieb der Pumpe Lecköl gelangen kann. Der auf der Antriebswelle aufliegende Dichtungsabschnitt oder der an der Dichtfläche anliegende Dichtungsabschnitt der Dichtungseinrichtung wirkt als Rückschlagventils. Im Betrieb der Pumpe kann daher ein im Inneren des Pumpengehäuses gegebener Druck einen Dichtungsabschnitt abheben, so dass im Inneren der Pumpe vorhandene Luft und/oder gegebenenfalls Lecköl aus dem Inneren der Pumpe austreten können. Befindet sich diese jedoch im Stillstand, entfällt also der im Inneren der Pumpe gegebene Druck, so können sich die Dichtungsabschnitte des Dichtrings an die Antriebswelle und an den Dichtungsbereich sicher anlegen, so dass die Pumpe praktisch hermetisch abgeschlossen ist und ein Austritt von Öl verhindert wird. Bei dem Wiederanlauf der der Pumpe ist also eine in deren Inneren vorhandene Pumpeneinheit vollständig mit Öl gefüllt und zeigt ein optimales Anlaufverhalten.
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Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 bis 3 verschiedene Ausführungsbeispiele von Pumpen zur Förderung von Öl und
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4 eine vereinfachte Detailvergrößerung.
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Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass es sich bei der hier beschriebenen Pumpe um eine Pumpe zur Förderung von Hydraulik-Öl handelt, wie sie beispielsweise in hydraulisch gesteuerten Getrieben verwendet wird. Die Pumpe befindet sich üblicherweise im Gehäuse des Getriebes und kann über dem Ölsumpf angeordnet sein. In den Darstellungen wird beispielhaft davon ausgegangen, dass es sich bei der Pumpe um eine sogenannte Flügelzellenpumpe handelt, deren Pumpeneinheit einen Rotor aufweist, der radial verschiebliche Flügel aufnimmt und innerhalb eines Hubrings drehbar gelagert ist. Zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Flügeln befindet sich ein Freiraum mit variablem Volumen, so dass wenigstens ein Saug- und ein Druckbereich ausgebildet werden. Denkbar ist es jedoch auch, dass die Pumpe ein beliebiges Fluid fördert und/oder als Axial- oder Radialkolbenpumpe ausgebildet ist, deren Bauformen bekannt sind.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Pumpe 1, die eine in einem Gehäuse 3 untergebrachte Pumpeneinheit 5 umfasst. Diese besteht hier aus einem Rotor 7, der in radialer Richtung, das heißt senkrecht zu einer Drehachse 9 einer Antriebswelle 11 verlaufende Schlitze umfasst, in die radial verschiebliche Flügel 13 eingesetzt sind. Der Rotor 7 dreht sich innerhalb eines Hubrings 15, der einen im weitesten Sinne elliptischen Innenraum einschließt, und an dessen Innenfläche die Flügel 13 bei einer Rotation des Rotors 7 entlanggleiten. Rechts und links von dem Rotor 7 und dem Hubring 15 sind Seitenplatten 17 und 19 vorgesehen. In den Rotor 7 greift die Antriebswelle 11 ein, die von einer geeigneten, beispielsweise als Wälz- oder Gleitlager ausgebildeten Lagereinrichtung 21 im Gehäuse 3 geführt ist. An dem aus dem Gehäuse 3 vorstehenden Ende der Antriebswelle 11 ist hier ein nur zum Teil dargestelltes, beispielsweise als Riemenscheibe oder Zahnrad ausgebildetes Antriebsrad 23 vorgesehen, über die das Antriebsmoment in die Antriebswelle 11 eingeleitet wird.
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Zwischen der Lagereinrichtung 21 und der Pumpeneinheit 5 befindet sich eine Dichtungseinrichtung 25, die den die Pumpeneinheit 5 aufnehmenden Innenraum der Pumpe 1 gegenüber der Umgebung abdichtet.
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Zwischen der Pumpeneinheit 5 und der Dichtungseinrichtung 25 befindet sich ein die Antriebswelle 11 umgebender Freiraum 27, in den im Betrieb der Pumpe 1 Lecköl gelangen kann. Lecköl ist von der Arbeits- beziehungsweise Hochdruckseite, beispielsweise durch Spalte zwischen Rotor und Seiten- beziehungsweise Druckplatten, entweichendes Öl. Dieses dient der Schmierung der Lagereinrichtung 21, die hier als zweireihiges Kugel- bzw. Wälzlager ausgebildet und so dimensioniert ist, dass die über das Antriebsrad 23 senkrecht zur Drehachse 9 wirkenden Kräfte sicher abgefangen werden.
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Um einen Durchtritt des Lecköls zur Lagereinrichtung 21 zu ermöglichen, weist die Dichtungseinrichtung 25 einen Dichtring 29 auf, der im Querschnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und zwei die Schenkel des U's bildenden Dichtungsabschnitte 31 und 33 umfasst, die im Wesentlichen parallel zur Drehachse 9 der Antriebswelle 11 verlaufen und über einen Dichtungsbereich 35 miteinander verbunden sind, der im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 9 der Antriebswelle 11 verläuft. Der Dichtring 29 ist so ausgebildet, dass seine Dichtungsabschnitte 31 und 33 unter einer Vorspannung stehen, das heißt abgespreizt werden, so dass der Dichtring 29 fixiert wird. Der Dichtring 29 ist dabei so angeordnet, dass der Dichtungsbereich 35 dem die Pumpeneinheit 5 aufnehmenden Innenraum der Pumpe 1 zugeordnet ist, während die Dichtungsabschnitte 31 und 33 vom Inneren der Pumpe 1 nach außen verlaufen. Wird nun im Betrieb der Pumpe 1 durch das Lecköl im Freiraum 27 ein Überdruck aufgebaut, so kann das Lecköl einen der Dichtungsabschnitte, beispielsweise den an der Antriebswelle 11 anliegenden Dichtungsabschnitt 31, abheben und zur Lagereinrichtung 21 gelangen. Von dort entweicht das Lecköl dann ins Freie. Es ist auch möglich, den Dichtring 29 so auszubilden, dass bei einem Überdruck im Freiraum 27 der äußere Dichtungsabschnitt 33 von einer Dichtfläche 37 abhebt, der die Antriebswelle 11 beziehungsweise den Dichtring 29 umgibt. Es ist zu beachten, dass jeweils nur ein Dichtungsabschnitt abhebt, entweder der innere Dichtungsabschnitt 31 oder der äußere Dichtungsabschnitt 33. Der jeweils andere Dichtungsabschnitt liegt dichtend an der zugehörigen Anlagefläche an und fixiert damit den Dichtring 29. Es ist jedoch auch möglich, zusätzlich einen mechanischen Anschlag, beispielsweise einen Sicherungsring, für die axiale Fixierung des Dichtringes vorzusehen.
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Beim dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des Dichtrings 29 ist ein Federelement 39 vorgesehen, welches ringförmig in dem in den Dichtungsabschnitten 31 und 33 gebildeten Innenraum des Dichtrings 29 liegt und den inneren auf der Außenfläche der Antriebswelle 11 aufliegenden Dichtungsabschnitt 31 mit einer zusätzlichen Vorspannkraft beaufschlagt.
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Grundsätzlich liegt der Dichtring 29 mit einer gewissen Vorspannung zwischen der Aubenfläche der Antriebswelle 11 und der Dichtfläche 37, so dass die Dichtungsabschnitte 31 und 33 gegen die Antriebswelle 11 beziehungsweise die Dichtfläche 37 angedrückt werden. Diese der Abdichtung dienenden Kräfte können durch das Federelement 39 erhöht werden.
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Im Stillstand der Pumpe 1 wird im Inneren des Gehäuses 3 kein Überdruck mehr erzeugt. Es ist vielmehr möglich, dass das von der Pumpe geförderte Öl zu einem tiefer liegenden Tank zurückströmt und ein Unterdruck im Bereich der Pumpeneinheit 5 und des Freiraums 27 entsteht. Es zeigt sich, dass bei einem Unterdruck im Freiraum 27 der zwischen den Dichtungsabschnitten 31 und 33 gegebene atmosphärische Überdruck sicherstellt, dass die Dichtungsabschnitte 31 und 33 dichtend an der Antriebswelle 11 beziehungsweise der Dichtfläche 37 anliegen. Auf diese Weise werden ein Nachsaugen von Luft und damit ein Leerlaufen der Pumpe 1 vermieden. Die Dichtungseinrichtung 25 beziehungsweise deren Dichtring 29 wirkt damit als Rückschlagventil.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer als Flügelzellenpumpe ausgebildeten Pumpe 1'.
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Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass insofern auf die Beschreibung zu 1 verwiesen werden kann.
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Im Inneren des Gehäuses 3 der Pumpe 1' ist eine Pumpeneinheit 5 vorgesehen, die nur eine Seitenplatte 19 aufweist. Die gegenüberliegende zweite Seitenplatte entfällt. Die aus Rotor 7 und Hubring 15 gebildete Einheit liegt unmittelbar an einer ebenen Gehäusewandung 43 an, welche die Funktion der Seitenplatte übernimmt.
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Der Rotor 7 wird von einem fliegend gelagerten Ende E der Antriebswelle 11 in Rotation versetzt. Diese ist außerhalb des Gehäuses 3 der Pumpe 1' zusätzlich gelagert, so dass ein Antriebsrad beziehungsweise eine Riemenscheibe in einem Abstand zur Pumpe 1' an der Antriebswelle 11 angebracht ist. Das heißt, die in die Antriebswelle 11 eingeleiteten Kräfte greifen nicht an einem unmittelbar in der Nähe des Gehäuses 3 angeordneten Antriebsrad an. Es ist daher möglich, hier eine wesentlich kleinere Lagereinrichtung 21' zu verwenden, die die Antriebswelle 11 im Gehäuse 3 der Pumpe 1' führt. Zwischen der Lagereinrichtung 21' und dem die Pumpeneinheit 5 aufnehmenden Innenraum liegt hier wiederum eine Dichtungseinrichtung 25, die identisch aufgebaut ist, wie die anhand von 1 erläuterte.
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Die Lagereinrichtung 21' wird wiederum von Lecköl geschmiert, das aus der Pumpeneinheit 5 in einen die Antriebswelle 11 umgebenden Freiraum 27 gelangt, der zwischen der Dichtungseinrichtung 25 und der Pumpeneinheit 5 liegt. Das Lecköl gelangt, wie anhand von 1 erläutert, zur Lagereinrichtung 21' und dient zu deren Schmierung.
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Die Dichtungseinrichtung 25 wirkt auch hier als Rückschlagventil, so dass Lecköl aus dem Freiraum 27 zur Lagereinrichtung 21' gelangen kann. Es ist jedoch nicht möglich, dass Luft aus der Umgebung in das Innere der Pumpe 1' zur Pumpeneinheit 5 gelangt, oder dass Öl ohne Druck im Stillstand der Pumpe in Richtung der Lagereinrichtung entweicht. Die Pumpe 1' kann also im Stillstand nicht leerlaufen.
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3 zeigt im Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Pumpe 1'', die grundsätzlich gleich aufgebaut ist wie die Pumpe 1', die in 2 erläutert wurde. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Dichtungseinrichtung 25, die hier lediglich durch ein technisches Symbol angedeutet ist, auf der der Pumpeneinheit 5 abgewandten Seite der Lagereinrichtung 21' angeordnet ist. Im Betrieb der Pumpe 1'' anfallendes, in den Freiraum 27 eintretendes Lecköl kann also frei zur Lagereinrichtung 21' gelangen und durch diese hindurchtreten. Dabei wird die Lagereinrichtung 21' gekühlt und geschmiert. Das Lecköl kann dann weiter durch die Dichtungseinrichtung 25 austreten.
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Die Dichtungseinrichtung 25 ist identisch aufgebaut wie die anhand der 1 und 2 erläuterte. Sie weist also einen im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Dichtungsring auf, der zwei im Wesentlichen parallel zur Drehachse 9 der Antriebswelle 11 verlaufende Dichtungsabschnitte umfasst, die durch einen senkrecht zur Drehachse verlaufenden Dichtungsbereich verbunden werden. Der Dichtring ist so angeordnet, dass der Dichtungsbereich auf der Seite der Lagereinrichtung 21' liegt, also dem Inneren der Pumpe 1'' zugewandt ist, während die Dichtungsabschnitte vom dem Inneren der Pumpe 1'' hier nach links weggerichtet sind.
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Auch der in 3 vorgesehene Dichtring der Dichtungseinrichtung 25 dient als Rückschlagventil. Es ist zwar möglich, dass Lecköl aus dem Inneren der Pumpe 1'' austritt. Ist diese nicht in Betrieb, könnte durch rückströmendes Öl im Freiraum 27 ein Unterdruck entstehen. Dabei legen sich aufgrund der Vorspannung die Dichtungsabschnitte 31 und 33 des Dichtrings 29 der Dichtungseinrichtung 25 dicht an die Außenfläche der Antriebswelle 11 und die Dichtfläche 37 an, so dass keine Luft in das Innere der Pumpe 1'' eintreten kann. Außerdem kann im Stillstand der Pumpe kein Öl über die Dichtungeinrichtung 25 austreten. Damit wird ein Leerlaufen der Pumpe sicher vermieden.
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Um die Dichtungswirkung der Dichtungseinrichtung 25 zu verbessern, können auf der der Antriebswelle 11 zugewandten Innenseite des Dichtungsabschnitts 31 mindestens zwei Dichtlippen 41 (1 und 4) vorgesehen sein, die auf der Oberfläche der Antriebswelle 11 aufliegen. Sollte also durch eine Verunreinigung eine der Dichtlippen keine ausreichende Dichtwirkung zeigen, so können durch die zweite Dichtlippe noch ein sicherer Abschluss des Innenraums der Pumpe gewährleistet und ein Leerlaufen der Pumpe im Stillstand vermieden werden.
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Nach allem wird deutlich, dass die Dichtungseinrichtung 25 einen Dichtring 29 umfassen kann, der feststehend im Gehäuse 3 angeordnet ist und der auf seiner der Antriebswelle 11 zugewandten Seite mit einem Dichtungsabschnitt 31 versehen sein kann, der quasi wie ein Rückschlagventil das Innere der Pumpe gegenüber der Umgebung abdichtet. Zusätzlich können auf der der Antriebswelle 11 zugewandten Innenfläche des Dichtungsabschnitts 31 mindestens zwei Dichtlippen 41 vorgesehen sein. Es ist nach allem auch möglich, den Dichtring 29 auf der Antriebswelle 11 feststehend auszubilden und den äußeren Dichtungsabschnitt 33 durch Anlage an eine Dichtfläche 37 als Rückschlagventil auszubilden. In diesem Fall kann dann mit dem äußeren Dichtungsabschnitt 33 ein Federelement zusammenwirken, das diesen mit einer Vorspannkraft beaufschlagt. Auch können dann am äußeren Dichtungsabschnitt 33 Dichtungslippen vorgesehen werden.
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4 zeigt eine vereinfachte Detailvergrößerung, nämlich eine auf einer Antriebswelle 11 angeordnete Dichtungseinrichtung 25. Auf die Darstellung von Lagereinrichtung und sonstigen Einzelheiten der Pumpe wurde hier verzichtet.
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4 zeigt, dass die Dichtungseinrichtung 25 einen Dichtring 29 umfasst, der einen inneren, der Antriebswelle 11 zugewandten Dichtungsabschnitt 31 und einen einer äußeren Dichtfläche 37 zugewandten äußeren Dichtungsabschnitt 33 umfasst. Der innere Dichtungsabschnitt 31 wird einerseits aufgrund seiner Eigenelastizität und andererseits durch die beispielsweise als Federring ausgebildeten Vorspannkraft eines Federelements 39 gegen die Umfangsfläche der Antriebswelle 11 angedrückt. Aus der Vergrößerung gemäß 4 wird deutlich, dass die Dichtungseinrichtung 25 beziehungsweise deren Dichtring 29 zwei Dichtlippen 41a und 41b aufweist, mit denen der Dichtring 29 auf der Umfangsfläche der Antriebswelle 11 aufliegt und die in einem in Richtung zur Drehachse 9 gemessenen Abstand zueinander angeordnet sind. Sollten mit dem Lecköl, das zwischen den Dichtlippen 41a, 41b und der Umfangsfläche der Antriebswelle 11 hindurchtritt, Verunreinigungen in den Dichtungsbereich gelangen, so kann gewährleistet werden, dass wenigstens eine der Dichtlippen 41a, 41b weiterhin dichtend in Eingriff mit der Oberfläche der Antriebswelle 11 bleibt und die Dichtfunktion der Dichtungseinrichtung 25 aufrecht erhält.
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Bei dieser vergrößerten Darstellung ist noch eine Verstärkungseinrichtung 45 zu erkennen, die die Stabilität des Dichtringes 29 erhöht und ein Abheben des Dichtungsabschnitts 33 verhindert. Sollte das Federelement 39 dem äußeren, an der Dichtfläche 37 anliegenden Dichtungsabschnitt 33 zugeordnet sein, so wird in diesem Fall die Verstärkungseinrichtung dem inneren Dichtungsabschnitt 31 zugeordnet.
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4 lässt erkennen, dass ein Überdruck im Inneren der Pumpe auf die der Antriebswelle zugewandten Oberfläche des Dichtungsabschnitts 31 wirken kann, die rechts von der Dichtungslippe 41b liegt. Dadurch kann der Innendurchmesser des Dichtrings 29 gegen die Eigenelastizität des Dichtungsabschnitts 31 und gegen die Federspannung des Federelements 39 radial aufgeweitet werden, so dass zunächst die Dichtungslippe 41b und dann die Dichtungslippe 41a abheben; somit kann das Lecköl zur in 4 nicht dargestellten Lagereinrichtung gelangen.
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Aus den Figuren ist noch ersichtlich, dass die Montage der Dichtungseinrichtung 25 relativ einfach durchgeführt werden kann. Bei den Ausführungsbeispielen der Pumpe 1 gemäß 1 bzw. der Pumpe 1' gemäß 2 wird zunächst die Dichtungseinrichtung 25 in das Gehäuse 3 eingebracht und dann die mit der vormontierten Lagereinrichtung 21 bzw. 21' versehende Antriebswelle 11 eingesetzt.
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Insgesamt wird deutlich, dass auf einfache Weise ein Rückschlagventil realisiert werden kann, welches im Betrieb der Pumpe eine Schmierung der Lagereinrichtung einer Pumpe gewährleistet und gleichzeitig ein Leerlaufen oder Leersaugen der Pumpe verhindert. Die Pumpe kann daher im Stillstand nicht leerlaufen und zeichnet sich durch ein besonderes gutes Anlaufverhalten aus. Gleichzeitig wird durch das Rückschlagventil die Pumpe so abgeschlossen, dass auch die mit der Pumpe verbundenen Saug- und Druckkanäle nicht leerlaufen.
