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Die
Erfindung betrifft eine Zahnradmaschine, insbesondere Zahnradpumpe,
mit einem Gehäuse und
einem in dem Gehäuse
angeordneten Triebwerk aus wenigstens zwei miteinander kämmenden
Zahnrädern
zur Förderung
und/oder Dosierung eines Fluides, insbesondere eines Lackes, eines
Wachses, eines Lösemittels,
eines Härters,
eines Abdichtmittels oder dergl., wobei ein erstes Zahnrad des Triebwerks verdrehsicher
mit einer Antriebswelle verbunden ist, die einen aus dem Gehäuse ragenden
Wellenzapfen aufweist, wobei das Gehäuse ein Lager aufweist, in dem
die Antriebswelle an dem wellenzapfenseitigen Ende gelagert ist.
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Derartige
Zahnradmaschinen werden beispielsweise als Zahnradpumpen zur Dosierung
von Fluiden, beispielsweise von Lacken, Wachsen, Lösemitteln,
Abdichtmitteln, Härtern
oder dergl., in der Automobilindustrie verwendet. Diese Zahnradmaschinen
sind in der Regel an Roboterarmen befestigt, welche die jeweilige
Zahnradpumpe an den Ort bewegen, an dem das Fluid aufgebracht werden
soll.
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Bekannte
Zahnradpumpen weisen zwei miteinander kämmende Zahnräder auf,
wobei ein erstes Zahnrad mit einer Antriebswelle verdrehsicher verbunden
ist. Die Antriebswelle ist an der Seite, an der der Wellenzapfen
aus dem Gehäuse
ragt, mit dem jeweiligen Antriebsmotor verbunden. Die in dem Gehäuse angeordneten
Zahnräder
fördern
und dosieren das Fluid, wobei die Fördermenge proportional zum Umdrehungswinkel
der Zahnräder
ist.
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In
den Innenraum des Gehäuses
wird der zu dosierende Lack mit Druck eingeführt. Das Innere des Gehäuses ist
bei bekannten Zahnradpumpen hinter einem Gleitlager üblicherweise
gegen die Antriebswelle mittels Rundschnüren und einer Feder abgedichtet.
Diese Dichtung verschleißt
sehr schnell und muss sehr oft, üblicherweise
einmal pro Tag durch Anziehen der Feder nachgestellt werden. Dies ist
sehr aufwändig.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, eine Zahnradmaschine der
eingangs genannten Art bereitzustellen, welche besser als die bekannte
Lösung
abdichtet, wartungsärmer
und langlebiger ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen
dadurch gelöst,
dass das Gehäuse
an der Antriebswelle in Richtung des wellenzapfenseitigen Endes
der Antriebswelle in Richtung des wellenzapfenseitigen Endes der
Antriebswelle vor dem als Wälzlager
ausgebildeten Lager mittels einer Führungswellendichtung abgedichtet
ist, die mindestens eine Dichtlippe aufweist. Bei dieser Lösung entfällt das
Nachziehen der Feder und der Austausch der Dichtungen ist in größeren Zeitabständen erforderlich.
Die Führungswellendichtung
dient dabei einerseits der verbesserten Abdichtung, so dass das
Fluid nicht aus dem Gehäuse
zu dem Wälzlager
oder gar nach außen
austreten kann, und andererseits auch einer Führung der Antriebswelle in
dem Gehäuse
zusätzlich
zu der Lagerung durch das Wälzlager.
Dabei wird es bevorzugt, wenn die Antriebswelle mit dem Wälzlager
und der Führungswellendichtung
eine Einheit bildet, die gemeinsam montiert und demontiert werden
kann. Bei Wartungsarbeiten muss somit lediglich die Antriebswelle
mit dem Wälzlager
und der Führungswellendichtung
aus dem Gehäuse
gezogen und ggf. durch eine neue Welleneinheit ersetzt werden. Die
vorteilhafte Anordnung der Führungswellendichtung
vor einem Wälzlager
ermöglicht
es, dass die erste Dichtlippe der Führungswellendichtung, die an dem
triebwerksseitigen Ende der Führungswellendichtung
angeordnet ist, bei einem Spülvorgang
mittels eines Spülfluids
gespült
werden kann.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht
die Führungswellendichtung
aus einem Polyethylen (PE), insbesondere einem UHMW-PE (ultrahochmolekulares
PE), oder einem PTFE oder aus einem Compound aus einem oder mehrerer
diesen Materialien, da eine Dichtlippe aus diesen Materialien einfach
herzustellen ist. Das UHMW-PE hat den Vorteil, dass dieses Material
besonders hoch verdichtet ist.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist an dem
Gehäuse
ein Gleitlager vorgesehen. Die Lagerbuchse des Gleitlagers, welche
das dem Wellenzapfen gegenüberliegende Ende
der Antriebswelle aufnimmt, weist eine innere Oberfläche aus
Kunststoff auf. Diese Lösung
ermöglicht,
dass die erfindungsgemäße Zahnradmaschine verglichen
mit herkömmlichen
Zahnradpumpen mit höheren
Drehzahlen, d.h. bei über
300 Umdrehungen pro Minute betrieben werden kann und somit bei gleichen
Förderraten
kleiner gebaut werden kann. Folglich kann die Zahnradpumpe an Orten
eingesetzt werden, die schwerer zugänglich sind. Die erfindungsgemäße Zahnradmaschine
weist auch ein kleineres Gewicht auf und ist somit im Roboterbetrieb besser
zu handhaben.
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In
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
besteht der Kunststoff, der an der inneren Oberfläche der
Lagerbuchse angeordnet ist, aus einem lösemittelbeständigen Kunststoff,
der keine lackbenetzungsstörenden
Substanzen aufweist (LABS-frei), beispielsweise aus PTFE (Polytetrafluorethylen)
und/oder aus einem PE (Polyethylen), vorzugsweise aus einem UHMW-PE,
und/oder aus einem PA (Polyamid) und/oder einem POM (Polyacetal)
und/oder aus einem Compound mit einem oder mehrerer dieser Materialien,
vorzugsweise mit Glasfasern, besonders bevorzugt aus einem PTFE-Compound.
Diese Kunststoffe sind besonders geeignet für hohe Drehzahlen und im Falle
des PTFE besonders hitze- und lösemittelbeständig. In
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
beträgt
die Dicke der die innere Oberfläche
der Lagerbuchse bildende Kunststoffschicht mindestens 0,5 mm, bevorzugt
mindestens 1,5 mm, besonders bevorzugt mindestens 3 mm. Durch diese
Schichtdicken wird gewährleistet,
dass die Lagerbuchse ausreichend steif ist.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
weist das Gehäuse
zur Reinigung seines Inneren, der darin aufgenommenen, wenigstens
zwei miteinander kämmenden
Zahnräder
und der diese tragenden Wellen oder Achsen wenigstens einen Spülkanal auf,
der sich von einer Eingangsöffnung
zu einer Ausgangsöffnung
erstreckt und durch das Innere des Gehäuses verläuft. Die Aufgabe dieses Spülkanals
ist es, bei Lackwechseln das Innere des Gehäuses, die Zahnräder und
die Wellen oder Achsen, zu reinigen. Weiter bevorzugt verläuft der
Spülkanal
bereichsweise durch wenigstens eine der Wellen oder Achsen, bereichsweise
durch eine schraubenlinienförmig
um wenigstens eine der Wellen oder Achsen umlaufende Nut und bereichsweise
durch den zwischen den Zahnrädern
und dem Gehäuse
gebildeten Raum. Durch diese Anordnung des Spülkanals ist sichergestellt,
dass das gesamte Gehäuseinnere
schnell und effizient gespült
werden kann. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Spülkanal eine
zweite Eingangsöffnung
in einer in dem Gehäuse
befestigten Achse auf, auf der das mindestens eine zweite Zahnrad
gelagert ist. Durch die Bereitstellung von zwei Eingangsöffnungen
für den
Spülkanal
kann eine vollständige
Spülung
des Gehäuses
in einer kürzeren
Zeit erreicht werden.
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Bei
einer bevorzugten und vorteilhaften Kombination der Lagerbuchse
mit der Oberfläche aus
Kunststoff mit einem Kugellager als Wälzlager für die Antriebswelle (2-Punkt-Lagerung)
kann der Axialschub des Antriebs aufgefangen werden. Ferner wird durch
diese Kombination ein reduziertes Antriebsdrehmoment erreicht. Das
Kugellager besteht bevorzugt aus Edelstahl und ist an dem wellenzapfenseitigen
Ende der Antriebswelle angeordnet. Es ermöglicht außerdem, dass die Antriebswelle
sowohl links- als auch rechtsherum gedreht werden kann.
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Erfindungsgemäß ist das
erste Zahnrad über eine
spülbare
Passfeder mit der Antriebswelle verbunden, so dass auch die Passfeder
von Farbresten oder dgl. reinigbar ist. Zudem ermöglicht dieser
Aufbau einen einfacheren Dichtungswechsel ohne Pumpendemontage.
Hierfür
wird nach dem Lösen
der Abdeckung des Kugellagers die Welle mit der Führungswellendichtung
und dem Kugellager, die vorzugsweise eine Einheit bilden, gemeinsam
aus der entsprechenden Bohrung des ersten Zahnrads herausgezogen
und ein Dichtungswechsel vorgenommen.
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Vorzugsweise
besteht das Gehäuse
zumindest aus einer Lagerplatte, einer Mittelplatte und einer wellenzapfenseitigen
Platte, wobei die Lagerplatte neben der Mittelplatte und die Mittelplatte
neben der wellenzapfenseitigen Platte angeordnet ist und wobei die
mindestens zwei Zahnräder
des Triebwerks in einer entsprechenden Ausnehmung der Mittelplatte
angeordnet sind. Eine Verstellung des Fördervolumens der Zahnradpumpe
ist hierdurch sehr einfach möglich,
da lediglich die Mittelplatte mit den Zahnrädern und den entsprechenden
Wellen und Achsen ausgetauscht werden muss. Für eine Verbesserung der Abdichtung
des Gehäuseinneren
ist zwischen der Lagerplatte und der Mittelplatte sowie zwischen
der Mittelplatte und der wellenzapfenseitigen Platte jeweils eine
O-Ring-Dichtung
zur Abdichtung des jeweiligen Plattenspalts vorgesehen. Die Zahnradmaschine
weist außerdem
wenigstens einen Passstift, vorzugsweise mindestens zwei Passstifte auf,
durch welchen die Mittelplatte, die Lagerplatte und die wellenzapfenseitige
Platte in ihrer Lage relativ zueinander ausgerichtet werden. Hierfür weist mindestens
eine der genannten Platten zu der Lage der Passstifte passend angeordnete
Passbuchsen auf.
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Bevorzugt
bestehen zumindest das Gehäuse
und die zwei miteinander kämmenden
Zahnräder und
die Achsen bzw. Wellen des Triebwerks aus einem Edelstahl mit einer
verschleißhemmenden
Beschichtung, beispielsweise einer Keramikbeschichtung, einer DLC-Beschichtung
(DLC = Diamond Like Carbon) und/oder einer ADLC-Beschichtung (ADLC =
Amorphous Diamond Like Carbon). Die DLC- oder die ADLC-Beschichtung
wird aus (amorphem) Kohlenstoff gebildet und ist somit sehr hart.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
und der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Es
zeigen schematisch:
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1a in
perspektivischer Ansicht eine erfindungsgemäße Zahnradmaschine mit einem
Halter,
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1b die
Zahnradmaschine aus 1a in perspektivischer Ansicht
mit Halter, Anschlussblock und Adapterplatte,
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2 die
Zahnradmaschine aus 1a in einer Ansicht von vorn,
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3 die
Zahnradmaschine aus 1a in einer Ansicht von hinten,
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4 die
Zahnradmaschine aus 1a in einem Längsschnitt
und
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5 einen
Ausschnitt aus dem Längsschnitt
nach 4.
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In 1a ist
das Gehäuse 2 einer
erfindungsgemäßen Zahnradpumpe 1 dargestellt,
welches sich aus einer wellenzapfenseitigen Platte 5, einer
Mittelplatte 6 und einer Lagerplatte 7 zusammensetzt.
Die wellenzapfenseitige Platte 5 des Gehäuses 2 ist
mit einem Halter 9, der im Wesentlichen plattenförmig gestaltet
ist, verbunden. Der Halter 9 ermöglicht durch ihre Gestaltung
die Montage der kleineren Zahnradpumpe an Anlagen, die mit herkömmlichen Zahnradpumpen
bestückt
waren.
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An
der vorderen Stirnfläche
der wellenzapfenseitigen Platte 5 ist eine Lagerscheibe 11 angeordnet,
in der die Antriebswelle 13 in einem Kugellager 15 gelagert
ist. Über
eine Passfeder 17, welche an dem als Wellenzapfen ausgebildeten,
aus dem Gehäuse 2 heraus
ragenden Ende 19 der Antriebswelle 13 angeordnet
ist, wird der nicht dargestellte Antriebsmotor mit der Antriebswelle 13 der
Zahnradpumpe 1 verbunden.
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In
der oberen Stirnfläche
der wellenzapfenseitigen Platte 5 sind Öffnungen 20, 21 für die Zuführung und
Abführung
des Lackes bzw. eines Spülmittels
vorgesehen. Mittels der in 1b strichpunktiert dargestellten
Adapterplatte 23 kann eine Anschlussplatte 25,
welche für
herkömmliche,
größer gebaute Zahnradpumpen
verwendet wurde, mit den Öffnungen 20, 21 verbunden
werden.
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Das
Triebwerk der Zahnradpumpe in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
bilden ein erstes Zahnrad 50 und ein zweites Zahnrad 53,
welche in dem aus der Lagerplatte 7, der Mittelplatte 6 und
der wellenzapfenseitigen Platte 5 gebildeten Gehäuse 2 angeordnet
sind. Das erste Zahnrad 50 ist mit der Antriebswelle 13 verdrehsicher
mittels einer spülbaren Passfeder 52 verbunden.
Auf einer Achse 38, welche an dem Gehäuse 2 in einer entsprechenden
Ausnehmung der Lagerplatte 7 befestigt ist, ist das zweite Zahnrad 53 gelagert.
Das erste Zahnrad 50 und das zweite Zahnrad 53 kämmen miteinander
und dienen zur Förderung
des Lackes in einer voreingestellten Menge entsprechend des Drehwinkels
der Antriebswelle 13 bzw. der Zahnräder 50, 53.
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An
dem Ende 30, welches dem wellenzapfenseitigen Ende 19 der
Antriebswelle 13 gegenüberliegt,
ist in einer entsprechenden Aussparung der Lagerplatte 7 fest
angeordnet ein hohlzylindrisches Lagerelement 32 vorgesehen,
welches ein Gleitlager für
die Antriebswelle 13 bildet. Dieses Lagerelement 32 ist
auswechselbar und besteht vorzugsweise mindestens teilweise aus
einem lösemittelbeständigen Kunststoff,
vorzugsweise aus PTFE, aus einem PTFE-Compound, aus PE, aus PA und/oder
aus POM und/oder einem oder mehreren der zuvor genannten Kunststoffe
verstärkt
durch Glasfasern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
besteht das Lagerelement 32 aus einem glasfaserverstärkten PTFE.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann das am wellenzapfenseitigen Ende 19 der Antriebswelle 13 vorgesehenen
Gleitlager auch aus einer entsprechenden zylindrischen Ausnehmung
in der Lagerplatte 7 gebildet werden, der an allen, das
Lager bildenden Innenflächen
eine lösemittelbeständige Kunststoffbeschichtung,
vorzugsweise eine PTFE- oder PTFE-Compound-Beschichtung, besonders
bevorzugt verstärkt
durch Glasfasern aufweist.
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Die
Antriebswelle 13 wird durch das Lagerelement 32 und
das Kugellager 15 gelagert. Anhand eines Doppelpfeils 27 ist
in der in 2 dargestellten Vorderansicht
des Gehäuses 2 mit
der Lagerscheibe 11 verdeutlicht, dass die erfindungsgemäße Zahnradpumpe
durch diese Kombination von Kugellager 15 und Kunststoff-Lagerelement 32 eine
Drehung der Antriebswelle 13 sowohl links- als auch rechtsherum erlaubt.
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Das
Gehäuseinnere
wird an der Antriebswelle 13 nach außen mittels einer hohlzylinderförmigen Führungswellendichtung 60 abgedichtet,
welche in Richtung des wellenzapfenseitigen Endes 19 der
Antriebswelle 13 vor dem Kugellager 15 angeordnet
ist. An der inneren Mantelfläche
der Führungswellendichtung 60 weist
diese eine erste Dichtlippe 61 und eine zweite Dichtlippe 62 auf,
wel che in Längsrichtung
der Führungswellendichtung 60 nacheinander angeordnet
sind. Hierbei ist die erste Dichtlippe 61 direkt an dem
triebwerksseitigen Ende der inneren Mantelfläche der Führungswellendichtung 60 angeordnet.
Der Lack bzw. das Spülfluid
können
somit bis zur ersten Dichtlippe 61 in den Spalt zwischen
Antriebswelle 13 und Führungswellendichtung 60 eindringen,
so dass die erste Dichtlippe 61 durch das Spülfluid gespült wird.
Die Führungswellendichtung 60 ist
in eine entsprechende Aussparung der wellenzapfenseitigen Platte 5 eingesetzt
und gegen diese mittels drei ebenfalls in Längsrichtung der Führungswellendichtung 60 nacheinander
angeordneten O-Ringen 64 abgedichtet, die an der äußeren Mantelfläche der
Führungswellendichtung 60 in
jeweils einer entsprechenden Nut liegen. Die Führungswellendichtung 60 besteht
vorzugsweise aus einem Polyethylen, besonders bevorzugt aus einem
UHMW-PE (ultrahochmolekulares Polyethylen), welches besonders hoch
verdichtet ist.
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An
der in 3 dargestellten Stirnseite der Lagerplatte 7 sind
eine erste Öffnung 35 und
eine zweite Öffnung 36 als
Eingänge
für ein
Spülfluid
vorgesehen. Die erste Öffnung 35 ist
dort angeordnet, wo in der Lagerplatte 7 die Antriebswelle 13 endet. Die
zweite Öffnung 36 ist
in dem zu dem Ende 30 der Antriebswelle 13 parallelen
Ende der Achse 38 angeordnet. Die Stirnfläche der
Lagerplatte 7 weist ferner zwischen der ersten Öffnung 35 und
der zweiten Öffnung 36 nebeneinander
angeordnete Bypass-Anschlüsse 40 auf.
Als Spülfluid
dienen bevorzugt wasserlösliche
Spülmittel,
beispielsweise VE-Wasser (vollentsalztes Wasser). Ausgänge für das Spülfluid bilden
die an der oberen Stirnfläche
der wellenzapfenseitigen Platte 5 angeordneten Anschlüsse 20, 21 In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann die erste Öffnung 35 in
der Lagerplatte 7 als Eingang für das Spülfluid und die zweite Öffnung 36 in
der Lagerplatte 7 als Ausgang für das Spülfluid oder umgekehrt für einen
schnelleren Spülvorgang
verwendet werden.
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Der
Spülkanal
wird außerdem
bereichsweise gebildet durch eine schraubenlinienförmig um
die Antriebswelle 13 umlaufende Nut 42 und eine
schraubenlinienförmig
um die feststehende Achse 38 umlaufende Nut 43.
Der Spülkanal
verläuft
ferner durch einen zunächst
entlang der Längsachse
der Antriebswelle 13 verlaufenden und anschließend senkrecht
zu der Längsachse
verlaufenden Kanal 45. Die Achse 38 weist einen
zum Spülkanal
gehörenden ersten
Kanal 46, der an dem Ende der Achse angeordnet ist, an
dem die Öffnung 36 des
vorgesehen ist, und einen zweiten Kanal 47 am gegenüber liegenden Ende
der Achse 38 auf. Die Känale 46, 47 verlaufen jeweils
ausgehend vom jeweiligen Ende der Achse 38 zunächst entlang
der Mittellinie der Achse 38 und anschließend quer
zu dieser. Ein weiterer Bereich des Spülkanals wird durch einen Kanal 48 in
der wellenzapfenseitigen Platte 5 und durch die Räume zwischen
den Zahnrädern 50, 53,
zwischen dem zweiten Zahnrad 53 und der Achse 38,
zwischen dem ersten Zahnrad 50 und der Antriebswelle 13 sowie
zwischen den Zahnrädern 50, 53,
der Antriebswelle 13, der Achse 38 und dem Gehäuse aus
den Platten 5, 6, 7 gebildet.
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Das
Gehäuse 2,
die wellenzapfenseitige Platte 5, die Mittelplatte 6,
die Lagerplatte 7, die Antriebswelle 13 und die
Achse 38 bestehen aus Edelstahl und sind DLC- oder ADLC-beschichtet.
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Zur
Zentrierung weist die Lagerplatte 7 mindestens zwei nicht
dargestellte Passstifte und die wellenzapfenseitige Platte 5 und
die Mittelplatte 6 jeweils eine entsprechend Anzahl von
Passbuchsen auf, durch die die Platten 5, 6, 7 mittels
der Passstifte in ihrer Lage relativ zueinander ausgerichtet werden.
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Das
Innere des Gehäuses 2 ist
zwischen wellenzapfenseitiger Platte 5 und Mittelplatte
durch einen O-Ring 67 und zwischen Mittelplatte 6 und
Lagerplatte 7 durch einen O-Ring 68 abgedichtet.
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- 1
- Zahnradpumpe
- 2
- Gehäuse
- 5
- wellenzapfenseitige
Platte
- 6
- Mittelplatte
- 7
- Lagerplatte
- 9
- Halter
- 11
- Lagerscheibe
- 13
- Antriebswelle
- 15
- Kugellager
- 17
- Passfeder
- 19
- wellenzapfenseitiges
Ende
-
- der
Antriebswelle 13
- 20
- Öffnung
- 21
- Öffnung
- 23
- Adapterplatte
- 25
- Anschlussplatte
- 27
- Doppelpfeil
- 30
- dem
wellenzapfenseitigen Ende 19
-
- gegenüberliegendes
Ende der Antriebswelle 13
- 32
- Lagerelement
- 35
- erste Öffnung für das Spülfluid
- 36
- zweite Öffnung für das Spülfluid
- 38
- Achse
- 40
- Bypassanschluss
- 42
- Nut
in Antriebswelle 13
- 43
- Nut
in Achse 38
- 45
- Kanal
in Antriebswelle 13
- 46
- erster
Kanal in der Achse 38
- 47
- zweiter
Kanal in der Achse 38
- 48
- Kanal
in wellenzapfenseitiger
-
- Platte 5
- 50
- erstes
Zahnrad
- 52
- spülbare Passfeder
- 53
- zweites
Zahnrad
- 60
- Führungswellendichtung
- 61
- erste
Dichtlippe
- 62
- zweite
Dichtlippe
- 64
- O-Ring
- 67
- O-Ring
- 68
- O-Ring