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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Förderung eines hydraulischen Mediums, mit einem Elektromotor und einer Hydraulikpumpe, die über eine Direktverbindung miteinander gekoppelt sind.
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Hydraulikpumpen und Elektromotore werden nach dem Stand der Technik durch verschiedene konstruktive Lösungen miteinander verbunden. Im Bereich mobiler Arbeitsmaschinen, insbesondere bei Flurförderfahrzeugen, kommt häufig eine sogenannte Oldham-Kupplung zum Einsatz oder ist eine Direktverbindung mit einer Mitnehmerverzahnung verwirklicht. Im Industriebereich werden überwiegend Wellenkupplungen eingesetzt, die sowohl auf der Motorseite als auch auf der Pumpenseite zylindrische Wellen, jeweils mit Passfeder haben, die über eine mit passenden Passfeder-Nuten versehene Wellenkupplung gekoppelt sind. Dieser Aufbau erfordert entsprechend der Wellenlängen von Motorwelle und Pumpenwelle einen relativ großen Bauraum. Die Wellenkupplungen haben üblicherweise elastische Verbindungselemente. Außer dem Nachteil eines großen Bauraumes, haben diese Kupplungssysteme je nach Ausführung auch den Nachteil, dass sie drehelastisch sind und deshalb für hochdynamische drehzahlvariable Pumpenantriebe ungeeignet sind. Oldham-Kupplungen müssen aus Lebensdauergründen unter Öl arbeiten. Hierzu ist auf der Motorseite eine Wellendichtung erforderlich. Dies bedeutet erhöhten Aufwand bei der Herstellung des Elektromotors und bei der Montage der Hydraulikpumpe tritt das im Kupplungsraum befindliche Öl aus.
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Zunehmend kommen heute die oben erwähnten Direktverbindungen zum Einsatz. Diese erfüllen die Anforderung nach einem möglichst kurzen Bauraum sowie auch die dynamischen Anforderungen bei drehzahlvariablen Antrieben. Hierbei ist üblicherweise die Pumpenwelle als Außenverzahnung mit einer Evolventenverzahnung nach DIN- oder ISO-Normen ausgeführt. Die Motorwelle hat eine entsprechende Innenverzahnung. Das System hat also keine ausgleichenden Kupplungselemente. Bei dieser Lösung hat die Hydraulikpumpe üblicherweise nach wie vor eine Wellendichtung; das Verzahnungssystem läuft also nicht ein einem Ölbad. Nachteilig bei dieser Ausführung wirkt sich der Verschleiß der Zahnflanken aus. Dieser Verschleiß entsteht durch Relativbewegungen an den Zahnflanken. Diese Relativbewegungen werden hervorgerufen durch eine exzentrische Lage der beiden Wellen zueinander sowie auch durch geringe Winkelversätze der Drehachsen der beiden Wellen. Bei Zahnradpumpen, insbesondere bei Innenzahnradpumpen, lässt sich dieser Winkelversatz auch bei genauester Fertigung der Motor-, Pumpen- und Verbindungselemente nicht gänzlich vermeiden. Bei Belastung der Hydraulikeinheit verformt sich die Pumpenwelle sowie auch Gehäuseteile und die Schmierspalte in den Lagern ändern sich, sodass hier ein gewisser Versatz der außenverzahnten Pumpenverzahnung zur Motorwelle unausweichlich ist. Dieser Versatz führt unausweichlich zu Relativbewegungen zwischen den entsprechenden Zahnflanken. Durch spezielle Oberflächenhärtung sowie durch Verwendung hochfester vergüteter Werkstoffe kann dieser Verschleiß reduziert werden.
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Weiterhin wird bei der Erstmontage eine gewisse Fettfüllung zwischen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung angebracht. Bei hohen Drehzahlen entsteht jedoch an dieser Verbindungsstelle eine Zentrifugalkraft, wodurch das Fett aus der Verzahnung heraus und nach außen in den Kupplungsraum geschleudert wird. Dies kann zu einem vorzeitigen Verschleiß bis hin zu einem Ausfall der Hydraulikpumpe und somit der gesamten Anlage bzw. Maschine führen. Begünstigt wird dieses Herausschleudern des Fetts auch durch eine Erwärmung von Motorwelle und Pumpenwelle aufgrund der Verlustleistung des Elektromotors und auch aufgrund der Reibarbeit zwischen den Zahnflanken von Motorwelle und Pumpenwelle. Hierdurch wird das Fett dünnflüssiger, was das Herausschleudern des Fetts begünstigt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei welcher bei vorteilhaften Möglichkeiten für einen geringen Bauraum und für einen Einsatz drehzahlvariabler Antriebe, die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden, insbesondere bei welcher ein Auslaufen bzw. Austritt, insbesondere ein Herausschleudern, von Schmiermittel aus dem Verzahnungsraum vermieden wird, so dass der Verschleiß zwischen Motorwelle und Pumpenwelle über der Betriebszeit minimierbar ist und ein störungsfreier Betrieb über eine möglichst lange Betriebszeit möglich ist.
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Diese Aufgabe wird in einer überraschend einfach erscheinenden Art und Weise durch eine Vorrichtung zur Förderung eines hydraulischen Mediums gelöst, die einen Elektromotor und eine mittels des Elektromotors antreibbare oder angetriebene Hydraulikpumpe enthält, die eine sich in einer Axialrichtung erstreckende und um eine Pumpenwellen-Drehachse drehbare Pumpenwelle aufweist, die über eine auch als Steckverzahnung bezeichnete Passverzahnung einer Wellen-Nabe-Verbindung mit einer um eine Motorwellen-Drehachse drehbaren Motorwelle des Elektromotors, vorzugsweise in der Axialrichtung, insbesondere lösbar, direkt bzw. unmittelbar, also ohne ein zusätzliches Kupplungselement, gekoppelt ist, wobei die Pumpenwelle eine Verzahnung mit mehreren sich jeweils in der Axialrichtung erstreckenden Zähnen aufweist, und wobei die Motorwelle eine Verzahnung mit mehreren sich jeweils in der Axialrichtung erstreckenden Zähnen aufweist, die mit den Zähnen der Pumpenwelle mit, vorzugsweise geringem, Radialspiel in einem ein Schmiermittel, insbesondere Schmierfett, enthaltenden Verzahnungsraum in Eingriff stehen, und wobei der Verzahnungsraum mittels wenigstens eines zwischen der Pumpenwelle und der Motorwelle angeordneten Dichtelements abgedichtet ist. Mit anderen Worten geht es bei der Erfindung darum, zwischen der, vorzugsweise außenverzahnten, Pumpenwelle und der, vorzugsweise innenverzahnten, Motorwelle ein Dichtungselement anzuordnen. Durch diese einfache Abdichtung kann ein Schmiermittelaustritt, insbesondere ein Fettaustritt, aus dem Verzahnungsraum gänzlich vermieden werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch nach langen Betriebszeiten eine ausreichende Schmierung, insbesondere Fettverschmierung, zwischen den Verzahnungsteilen besteht und somit wird die Lebensdauer dieser Verbindung wesentlich erhöht ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Verzahnungsraum mittels des Dichtelements hermetisch verschlossen ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement aus einem gummielastischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Elastomer, besteht.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement derart angeordnet und ausgebildet ist, dass über das Dichtelement, mit Ausnahme von durch das Dichtelement auf die Pumpenwelle und die Motorwelle ausgeübten elastischen Anpresskräften, keine mechanischen Kräfte zwischen der Pumpenwelle und der Motorwelle übertragen werden bzw. werden können.
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Zweckmäßigerweise kann es sich bei dem Dichtelement um ein, vorzugsweise als ein geschlossener bzw. unterbrechungsfrei durchlaufender Ring ausgebildetes, Ring-Dichtelement handeln. Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Ring-Dichtelement um die Pumpenwellen-Drehachse und um die Motorwellen-Drehachse umlaufend angeordnet ist. Mit anderen kann das Ring-Dichtelement derart angeordnet sein, dass sich die Pumpenwellen-Drehachse und die Motorwellen-Drehachse durch das Ring-Dichtelement hindurch erstrecken.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Ring-Dichtelement wenigstens teilweise oder vollständig entweder in einer, in der Axialrichtung betrachtet, nach außen offenen Axial-Bohrung der Motorwelle oder in einer zu der Motorwellen-Drehachse hin offenen Ringnut der Motorwelle aufgenommen ist oder dass das Ring-Dichtelement in einer, in der Axialrichtung betrachtet, nach außen offenen Bohrung der Pumpenwelle oder in einer zu der Motorwellen-Drehachse hin offenen Ringnut der Pumpenwelle aufgenommen ist.
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Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass auf der Pumpenwelle und/oder auf der Motorwelle wenigstens ein Sicherungs-Einlegering aufgenommen ist, mittels dessen das Ring-Dichtelement gegen ein axiales Herausbewegen aus der Axial-Bohrung oder aus der Ringnut gesichert ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Motorwelle oder die Pumpenwelle ein das Ring-Dichtelement auf seiner von der Verzahnung in der Axialrichtung weg weisenden Seite hintergreifendes Sicherungselement enthält, mittels dessen das Ring-Dichtelement gegen ein axiales Herausbewegen aus der Axial-Bohrung gesichert ist. Bei dem Sicherungselement kann es sich beispielsweise um einen Sicherungsring, insbesondere um einen Seegerring oder um einen Sprengring, oder um einen Lamellenring handeln.
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Gemäß einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungsvariante kann es sich bei dem Ring-Dichtelement um einen handelsüblichen O-Dichtring handeln. Der O-Dichtring kann vorzugsweise so angeordnet sein, dass er zwischen dem zylindrischen Teil der Pumpenwelle und einem zylindrischen Durchmesser am Ende der Innenverzahnung der Motorwelle angeordnet ist. Eine axiale Sicherung bzw. Fixierung des O-Dichtrings kann über Einlegeringe auf der Pumpenwelle oder auch Sicherungselemente in der Motorwelle mit entsprechenden Abstützscheiben erfolgen. Abstützscheiben oder auch Einlegeringe können auch die Funktion eines so genannten „Backrings“ übernehmen. Die Anordnung der O-Ringe und Fixierelemente kann gemäß einem ganz besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel so erfolgen, dass im Wesentlichen keine mechanischen Kräfte über diese Elemente zwischen Pumpen- und Motorwelle übertragen werden können. Einzig die Vorspannung des Dichtelements bzw. der Dichtelemente stellt eine mechanische Verbindung zwischen Pumpen- und Motorwelle dar.
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Alternativ zu einem O-Dichtring kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung das Ring-Dichtelement als ein Form-Dichtring gestaltet sein. Dieser kann im Bereich seines axialen ersten Endes oder an seinem axialen ersten Ende eine im nicht eingebauten Zustand ebene und/oder flache Axial-Anlage-Dichtfläche aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Form-Dichtring im Bereich seines axialen zweiten Endes oder an seinem axialen zweiten Ende eine im nicht eingebauten Zustand zylindrische Radial-Anlage-Dichtfläche aufweisen. Mittels eines derartigen Form-Dichtrings ist eine vorteilhafte Abdichtung des Verzahnungsraums bei einer entsprechenden Vorrichtung zur Förderung eines hydraulischen Mediums möglich, indem einfach in einen dort vorhandenen Freiraum der besagte Form-Dichtring eingesetzt wird bzw. ist. Der besagte Freiraum dient also dann als Einbauraum für den Form-Dichtring zur Abdichtung des Verzahnungsraums.
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Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Form-Dichtring an seinem ersten Ende einen die Axial-Anlage-Dichtfläche aufweisenden Radialflansch aufweist.
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Der Form-Dichtring kann sich im eingebauten Zustand über seine Axial-Anlage-Dichtfläche direkt oder indirekt an einer Axial-Anlage-Dichtfläche der Motorwelle abdichtend abstützen und/oder kann sich der Form-Dichtring über seine Radial-Anlage-Dichtfläche direkt oder indirekt an einer Außenumfangsfläche der Pumpenwelle abdichtend abstützen und/oder kann der Form-Dichtring im Bereich seines axialen zweiten Endes oder an seinem axialen zweiten Ende eine im nicht eingebauten Zustand ebene und/oder flache Axial-Anlage-Dichtfläche aufweisen, über welche sich der Form-Dichtring im eingebauten Zustand direkt oder indirekt an einer Axial-Anlage-Dichtfläche der Pumpenwelle abstützt.
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Alternativ kann sich der Form-Dichtring im eingebauten Zustand über seine Axial-Anlage-Dichtfläche direkt oder indirekt an einer Axial-Anlage-Dichtfläche der Pumpenwelle abdichtend abstützen und/oder kann sich der Form-Dichtring über seine Radial-Anlage-Dichtfläche direkt oder indirekt an einer Außenumfangsfläche der Motorwelle abdichtend abstützen und/oder kann der Form-Dichtring im Bereich seines axialen zweiten Endes oder an seinem axialen zweiten Ende eine im nicht eingebauten Zustand ebene und/oder flache Axial-Anlage-Dichtfläche aufweisen, über welche sich der Form-Dichtring im eingebauten Zustand direkt oder indirekt an einer Axial-Anlage-Dichtfläche der Motorwelle abstützt.
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Der Form-Dichtring kann in einem zwischen seiner an seinem axialen ersten Ende vorgesehenen Axial-Anlage-Dichtfläche und seiner an seinem axialen zweiten Ende vorgesehenen Radial-Anlage-Dichtfläche angeordneten Bereich einen, vorzugsweise als eine Materialansammlung ausgebildeten bzw. hergestellten, Radial-Versteifungssteg aufweisen. Dadurch kann ein Ausbeulen des Dichtrings vermieden werden.
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Der Form-Dichtring kann in einem zwischen seiner an seinem axialen ersten Ende vorgesehenen Axial-Anlage-Dichtfläche und seiner an seinem axialen zweiten Ende vorgesehenen Radial-Anlage-Dichtfläche angeordneten Bereich einen Balg oder einen Faltenbalg aufweisen. Dadurch kann die Flexibilität bzw. Elastizität des Dichtrings erhöht werden. Mit einem derart gestalteten Form-Dichtring lassen sich vergleichweise große Toleranzen ausgleichen und/oder kann eine Ausbildung unzulässig großer Axialkräfte vermieden werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Ring-Dichtelement, insbesondere der Form-Dichtring, einen Innendurchmesser aufweist, der, bzw. dessen Radial-Anlage-Dichtfläche, einen Innendurchmesser aufweist bzw. einschließt, der, vorzugsweise geringfügig, kleiner ist als ein Außendurchmesser der Pumpenwelle oder, vorzugsweise geringfügig, kleiner ist als ein Außendurchmesser der Motorwelle.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Ring-Dichtelement, insbesondere der Form-Dichtring, im nicht eingebauten Zustand eine Axiallänge aufweist, die, insbesondere geringfügig, größer ist als ein Axialabstand zwischen einer Axial-Stirnfläche der Motorwelle und einer dieser gegenüber liegenden Axial-Stirnfläche der Motorwelle in einem Einbauraum, in welchen das Ring-Dichtelement im eingebauten Zustand eingebaut ist. Dadurch kann eine gute axiale Abdichtung erreicht werden.
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Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der Form-Dichtring in einem Dichtring-Bereich, der sich ausgehend von seiner im Bereich seines axialen ersten Endes oder an seinem axialen ersten Ende vorgesehenen Axial-Anlage-Dichtfläche, in der Axialrichtung betrachtet, über eine bestimmte Axiallänge, vorzugsweise bis zu der im Bereich seines axialen zweiten Endes oder an seinem axialen zweiten Ende vorgesehenen Radial-Anlage-Dichtfläche, erstreckt, einen Innendurchmesser aufweist, der, vorzugsweise geringfügig, größer ist als ein oder der Außendurchmesser eines diesem Dichtring-Bereich gegenüber liegenden Bereichs der Pumpenwelle oder der Motorwelle, so dass dort zwischen dem Form-Dichtring und der Pumpenwelle bzw. der Motorwelle ein Ringspalt ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann zwischen einem Dichtring-Bereich des Form-Dichtrings und der diesen aufnehmenden Pumpenwelle oder der diesen aufnehmenden Motorwelle ein zu dem ersten Ende des Form-Dichtrings hin offener Ringspalt ausgebildet sein. Dadurch ist der Form-Dichtring im eingebauten Zustand in diesem Dichtring-Bereich in der Axialrichtung relativ zu der Pumpenwelle bzw. zu der Motorwelle reibungsfrei bzw. frei von äußerer Reibung bewegbar, wodurch sich eine ganz besonders gute axiale Abdichtung erzielen lässt.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann es sich bei der Passverzahnung um eine, vorzugsweise normgerechte, Evolventenverzahnung, insbesondere nach wenigstens einer DIN- oder SAE-Norm, handeln.
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Als Schmiermittel kann bevorzugt ein hochtemperaturbeständiges und verschleißminderndes Schmierfett eingesetzt sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Verzahnung der Pumpenwelle und die Verzahnung der Motorwelle jeweils oberflächengehärtet sind bzw. mit einer Oberflächenhärtung versehen sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung können die Verzahnung der Pumpenwelle und die Verzahnung der Motorwelle jeweils Verzahnungs-Außenoberflächen aufweisen, die jeweils mit einer Verschleißschutzschicht gebildet bzw. hergestellt sind.
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Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass des sich bei der Hydraulikpumpe um eine Zahnradpumpe, insbesondere um eine Innenzahnradpumpe, handelt. Die Hydraulikpumpe kann bevorzugt ein aus mehreren Gehäuseteilen bestehendes Gehäuse umfassen. Im Falle einer Innenzahnradpumpe können in dem Gehäuse wenigstens zwei in einem Zahneingriffsbereich kämmende Zahnräder angeordnet sein, bei denen es sich um wenigstens ein außenverzahntes Ritzel und um wenigstens ein innenverzahntes Hohlrad handelt. Bevorzugt kann das Hohlrad mit Bezug auf das Ritzel exzentrisch gelagert sein. Das Ritzel ist um eine Drehachse drehbar gelagert ist und das Hohlrad ist um eine sich in einer bzw. der Axialrichtung erstreckende Drehachse in einer Umfangsrichtung drehbar gelagert. Das Hohlrad kann mehrere Hohlrad-Zähne aufweisen, die, in der Umfangsrichtung betrachtet, Hohlrad-Zahnlücken begrenzen. Das Hohlrad kann mehrere sich jeweils in einer Querrichtung quer zu der Axialrichtung erstreckende Durchbrüche, insbesondere Radialdurchbrüche, aufweisen, die jeweils in eine Hohlrad-Zahnlücke der Hohlrad-Zahnlücken münden können und die jeweils zu einer radial nach außen weisenden Außenumfangsfläche des Hohlrads hin offen sein können. In einem der Außenumfangsfläche des Hohlrads gegenüberliegenden Gehäuseteil des Gehäuses kann wenigstens eine zu dem Hohlrad hin offene Drucktasche zur hydrostatischen Lagerung des Hohlrads oder können mehrere zu dem Hohlrad hin offene und durch Dichtstege begrenzte Drucktaschen zur hydrostatischen Lagerung des Hohlrads vorgesehen sein.
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Es versteht sich, dass die vorstehenden Merkmale und Maßnahmen im Rahmen der Ausführbarkeit beliebig kombiniert werden können.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Gesichtspunkte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und dem nachfolgenden Beschreibungsteil, in dem bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren beschrieben sind.
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Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Direktverbindung zwischen einer Pumpenwelle einer Hydraulikpumpe und einer Motorwelle eines Elektromotors, mit einer erfindungsgemäßen Abdichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, unter Verwendung eines O-Dichtrings und eines Sicherungs-Einlegerings, in einem Längsschnitt;
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2 einen vergrößerten Ausschnitt des Längsschnitts gemäß 1;
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3 einen vergrößerten Ausschnitt eines Längsschnitts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Direktverbindung zwischen einer Pumpenwelle einer Hydraulikpumpe und einer Motorwelle eines Elektromotors, mit einer Abdichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, unter Verwendung nur eines O-Dichtrings;
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4 einen vergrößerten Ausschnitt eines Längsschnitts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Direktverbindung zwischen einer Pumpenwelle einer Hydraulikpumpe und einer Motorwelle eines Elektromotors, mit einer Abdichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, unter Verwendung eines Form-Dichtrings;
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5 den nicht eingebauten Form-Dichtring gemäß 4 in einem Längsschnitt;
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6 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines nicht eingebauten Form-Dichtrings in einem Längsschnitt.
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In 1 ist eine Vorrichtung 10 zur Förderung eines hydraulischen Mediums, insbesondere Öl, gezeigt, die eine Hydraulikpumpe 11 und einen nicht gezeigten Elektromotor umfasst, mittels dessen die Hydraulikpumpe 11 antreibbar ist. Die Hydraulikpumpe 11 weist ein mehrteiliges Gehäuse 12 auf. Das Gehäuse 12 weist einen nicht gezeigten, auch als Einlasskanal bezeichneten Saugkanal, zum Ansaugen des hydraulischen Mediums und einen nicht gezeigten, auch als Auslasskanal bezeichneten Druckkanal auf, aus welchem das hydraulische Medium unter einem erhöhten Druck förderbar ist. Der Saugkanal und der Druckkanal münden in eine nicht gezeigte Pumpenkammer. Die Hydraulikpumpe 11 weist eine sich in einer Axialrichtung 13 erstreckende Pumpenwelle 14 auf, die um eine Pumpenwellen-Drehachse 15 drehbar in dem Gehäuse 12 gelagert ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Abdichtung der Pumpenkammer zu der Seite des in 1 links gezeigten, vorzugsweise als Flanschdeckel gestalteten, Gehäuseteils 12.1 des Gehäuses 12 zwischen diesem Gehäuseteil 12 und der Pumpenwelle 14 mittels einer Radialwellendichtung 16. Diese ist in einer Bohrung 17 des Gehäuseteils 12.1 eingesetzt. Es versteht sich, dass die Abdichtung der Pumpenkammer auch über eine Wellendichtung möglich ist, die in einem anderen Gehäuseteil eingesetzt sein kann.
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Die Pumpenwelle 14 ist über eine auch als Steckverzahnung bezeichnete Passverzahnung 18 einer Wellen-Nabe-Verbindung 20 mit einer Motorwelle 21 des Elektromotors direkt gekoppelt. Die Motorwelle 21 ist um eine Motorwellen-Drehachse 22 drehbar an einem Lager 23, beispielsweise einem Kugellager, insbesondere einem Axiallager, gelagert. Das Lager 23 ist in einer Bohrung 24 eines motorseitigen Lagerkörpers 25 eingesetzt. Der Lagerkörper 25 ist über nicht gezeigte Verbindungsmittel, beispielsweise mittels Schrauben, mit dem Gehäuseteil 21.1 des Gehäuses 12 der Hydraulikpumpe 11 fest verbunden.
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Die Pumpenwelle 14 weist eine Außenverzahnung 26 mit mehreren sich jeweils in der Axialrichtung 13 erstreckenden Zähnen 27 auf und die Motorwelle 21 weist eine Innenverzahnung 28 mit mehreren sich jeweils in der Axialrichtung 13 erstreckenden Zähnen 29 auf, die mit den Zähnen 27 der Pumpenwelle 14 mit, vorzugsweise geringem, Radialspiel in einem ein Schmiermittel enthaltenden Verzahnungsraum 30 in Eingriff stehen. Bei der Außenverzahnung 26 der Pumpenwelle 14 handelt es sich um einen Evolventenverzahnung, vorzugsweise nach DIN- oder ISO-Normen, und bei der Innenverzahnung 28 der Motorwelle 21 handelt es sich um eine passende Evolventenverzahnung, vorzugsweise nach DIN- oder ISO-Normen. Die Verzahnung 26 der Pumpenwelle 14 und die Verzahnung 28 der Motorwelle 21 sind oberflächengehärtet, insbesondere einsatzgehärtet oder nitriert. Dadurch ist an den Außenoberflächen der Verzahnungen 26, 28 jeweils eine Verschleißschutzschicht ausgebildet. Es versteht sich, dass die Verzahnungen alternativ oder zusätzlich mit einer die jeweilige Außenoberfläche der Verzahnungen bildenden separat aufgebrachten Verschleißschutzschicht versehen sein kann.
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Vorzugsweise ist als Schmiermittel ein hochtemperaturbeständiges und/oder verschleißminderndes Schmierfett eingesetzt.
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Die Innenverzahnung 28 der Motorwelle 21 begrenzt eine in der Motorwelle 21 angebrachte, sich in der Axialrichtung 13 erstreckende Sackbohrung 31, die, in der Axialrichtung 13 betrachtet, nach außen offen ist. Auf diese Weise ist der Verzahnungsraum 30 nur einseitig offen.
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Erfindungsgemäß ist der Verzahnungsraum 30 mittels wenigstens eines zwischen der Pumpenwelle 14 und der Motorwelle 21 angeordneten Dichtelements abgedichtet.
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Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Dichtelement um einen handelsüblichen O-Dichtring 35.1. Dieser weist im nicht eingebauten, also unbelasteten, Zustand einen kreisrunden Querschnitt auf. Er besteht aus einem gummielastischen Elastomer. Der O-Dichtring 35.1 ist in einer Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 angeordnet. Die Axial-Bohrung 36 ist, in der Axialrichtung 13 betrachtet, nach außen offen. Die Axial-Bohrung 36 ist radial 54 nach außen durch eine um die Motorwellen-Drehachse 22 umlaufende, kreiszylindrische, sich in der Axialrichtung 13 erstreckende, axiale Ringwand 37 begrenzt. Die axiale Ringwand 37 weist in einer senkrecht zu der Motorwellen-Drehachse 22 angeordneten Schnittebene betrachtet, einen Kreisquerschnitt auf. Die axiale Ringwand 37 spannt einen Innendurchmesser 38 der Axial-Bohrung 36 auf. Die Ringwand 37 weist, in der Axialrichtung 13 betrachtet, eine Ringwand-Breite 39 auf.
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Der O-Dichtring 35.1 ist auf der sich durch diesen in der Axialrichtung 13 hindurch erstreckenden Pumpenwelle 14 aufgenommen. Der O-Dichtring 35.1 liegt auf bzw. an einem sich, vorzugsweise unmittelbar, an den Verzahnungsraum 30 anschließenden kreiszylindrischen Wellenteil 14.1 der Pumpenwelle 14 an.
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Der Innendurchmesser 38 der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 und der Außendurchmesser 32 des besagten Wellenteils 14.1 der Pumpenwelle 14 sind derart aufeinander abgestimmt gestaltet, dass die Differenz des Innendurchmessers 38 und des Außendurchmessers 32, bzw. dass eine radiale Ringspaltbreite eines zwischen der axialen Ringwand 37 der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 und dem Wellenteil 14.1 der Pumpenwelle 14 ausgebildeten Ringspalts 40, kleiner ist als der Außendurchmesser des nicht eingebauten O-Dichtrings 35.1. Dies führt dazu, dass der O-Dichtring 35.1 im eingebauten Zustand (1), zwischen der Pumpenwelle 14, respektive dem Wellenteil 14.1, und der Motorwelle 21, respektive der axialen Ringwand 37, unter Ausbildung elastischer Rückstellkräfte elastisch zusammen gepresst bzw. verformt ist. Infolgedessen liegt der eingebaute O-Dichtring 35.1 innenseitig radial abdichtend an dem besagten Wellenteil 14.1 der Pumpenwelle 14 und außenseitig radial abdichtend an der axialen Ringwand 37 der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 an.
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Die Ringwand-Breite 39 der Ringwand 37 der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 ist, in der Axialrichtung 13 betrachtet, größer als die Einbaubreite 41 des eingebauten O-Dichtrings 35.1. Demgemäß ist der O-Dichtring 35.1 im eingebauten Zustand, in der Axialrichtung 13 betrachtet, vollständig bzw. ohne axialen Überstand nach außen über die an dem freien Ende 33 der Motorwelle 21 ausgebildete ringförmige Stirnfläche 34 der Motorwelle 21 hinaus, in der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 aufgenommen.
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Die Axial-Bohrung 36 weist einen kreisringförmigen Bohrungs-Boden 42 mit einer sich senkrecht zu der Motorwellen-Drehachse 22 bzw. in radialer Richtung 54 erstreckenden ringförmigen Oberfläche 43 auf. An der Oberfläche 43 kann der O-Dichtring 35.1 im eingebauten Zustand anliegen bzw. liegt der O-Dichtring 35.1 im eingebauten Zustand an.
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Um zu vermeiden, dass sich der O-Dichtring 35.1 während des Betriebs der durch den Elektromotor angetriebenen Hydraulikpumpe 11, also während einer Drehung der Pumpenwelle 14 aufgrund einer Drehung der mit der Pumpenwelle 14 direkt gekoppelten Motorwelle 21 mittels des Elektromotors, in der Axialrichtung 13 nach außen aus der Axial-Bohrung 36 heraus bewegt, ist auf dem besagten Wellenteil 14.1 der Pumpenwelle 14 ein Sicherungs-Einlegering 45 aufgenommen, durch den sich die Pumpenwelle 14 hindurch erstreckt (1 und 2).
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Bei dem Wellenteil 14.1 der Pumpenwelle 14 kann es sich um eine Abdrehung handeln. Der Wellenteil 14.1 ist, in der Axialrichtung 13 betrachtet, auf seiner von den Verzahnungen 26, 28 bzw. von dem Verzahnungsraum 30 weg weisenden Seite, von einer sich von der Außenumfangsfläche des Wellenteils 14.1 radial nach außen 54 erstreckenden ringförmigen Oberfläche 47 eines Absatzes 46 eines sich an den Wellenteil 14.1 anschließenden Pumpenwellenteils 14.2 der Pumpenwelle 14 begrenzt. Der Pumpenwellenteil 14.2 weist einen Außendurchmesser 19 auf, der größer ist als der Außendurchmesser 32 des besagten Wellenteils.
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Sowohl der O-Dichtring 35.1 als auch der Einlege-Sicherungsring 45, die beide auf dem besagten Wellenteil 14.1 aufgenommen sind, sind in einem Einbauraum 49 angeordnet, der einerseits von der ringförmigen Oberfläche 43 des besagten Bohrungs-Bodens 42 der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 begrenzt ist und der andererseits von der ringförmigen Oberfläche 47 des Absatzes 46 des Pumpenwellenteils 14.2 der Pumpenwelle 14 begrenzt ist. Die Motorwelle 21 und die Pumpenwelle 14 sind gegen eine Bewegung in der Axialrichtung 13 relativ zueinander fixiert gelagert. Die ringförmige Oberfläche 43 des Bohrungs-Bodens 42 der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 und die ringförmige Oberfläche 47 des Absatzes 46 des Pumpenwellenteils 14.2 der Pumpenwelle 14 weisen einen Axialabstand 50 zueinander auf.
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Der Sicherungs-Einlegering 45 weist einen Außendurchmesser 51 auf, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser 38 der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21. Der Sicherungs-Einlegering 45 weist, in der Axialrichtung 13 betrachtet, eine axiale Ringbreite 52 auf, die so groß bemessen ist, dass der Sicherungs-Einlegering 45 in jedem Fall, also auch dann, wenn er an dem ringförmigen Absatz 46 des Pumpenwellenteils 14.2 der Pumpenwelle 14 axial anliegt, in den zwischen der axialen Ringwand 37 der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 und dem den Sicherungs-Einlegering 45 und den O-Dichtring 35.1 aufnehmenden Wellenteil 14.1 der Pumpenwelle 14 ausgebildeten Ringspalt 53 hinein ragt.
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Der Axialabstand 50 zwischen dem radialen Bohrungs-Boden 42 der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 und dem ringförmigen Absatz 46 des Pumpenwellenteils 14.2 der Pumpenwelle 14 ist so groß gewählt, dass der O-Dichtring 35.1, in der Axialrichtung 13 betrachtet, nicht zwischen dem radialen Bohrungs-Boden 42 der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 und dem Sicherungs-Einlegering 45 axial eingespannt ist. Dadurch wird gewährleistet, dass der O-Dichtring 35.1 den Verzahnungsraum 30 in radialer Richtung 54 sicher und dauerhaft abdichtet.
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In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Abdichtung des Verzahnungsraumes unter Verwendung nur eines O-Rings 35.1 gezeigt. Im Unterscheid zu dem in den 1 und 2 gezeigten und vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, ist also bei dem in 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel der bzw. ein Sicherungs-Einlegering weggelassen. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist der den O-Dichtring 35.1 aufnehmenden Wellenteil 114.1 der Pumpenwelle 114 der Hydraulikpumpe 11, in Axialrichtung 31 betrachtet, kürzer gestaltet als bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Wellenteil 114.1 ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel derart bemessen, dass zwischen dem diesen Wellenteil 114.1 pumpenseitig begrenzenden ringförmigen Absatz 46 und der ringförmigen Stirnfläche 34 der Motorwelle 21 ein geringer Axialspalt 155 ausgebildet ist. Dieser Axialspalt 155 ist derart klein bemessen, dass der O-Dichtring 35.1, in der Axialrichtung 13 betrachtet, gegen eine axiales Herausbewegen aus der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 gesichert ist. Wie schon bei dem ersten Ausführungsbeispiel, ist auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Außendurchmesser 19 des Pumpenwellenteils 14.2 der Pumpenwelle 114 größer als der Innendurchmesser 38 der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21. Es versteht sich jedoch, das sowohl in dem ersten Ausführungsbeispiel als auch in dem zweiten Ausführungsbeispiel, der besagte Pumpenwellenteil einen Außendurchmesser aufweisen kann, der gleich groß oder kleiner ist als der Innendurchmesser 38 der Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21. In diesem Fall kann sich der besagte Pumpenwellenteil axial bis in die Axial-Bohrung 36 der Motorwelle 21 hinein erstrecken.
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In 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer Abdichtung des Verzahnungsraumes unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Form-Dichtrings 35.2 gezeigt. Gleiche Bauteile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Im Unterscheid zu den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 4 eine Ausbildung und Anordnung einer Pumpenwelle 214 und einer damit direkt verbundenen Motorwelle 221 nach dem Stand der Technik gezeigt. Diese Bauteile können also zum Zwecke der Erfindung unverändert übernommen werden bzw. unverändert gelassen werden. Dort ist an dem freien Ende 33 der Motorwelle 221 keine Ausnehmung, insbesondere keine Bohrung oder Ringnut, zur Aufnahme einer Dichtung vorgesehen. Allenfalls ist an dem Übergang von der Stirnfläche 234 der Motorwelle 221 zu ihrer Innenverzahnung 28 hin eine Fase oder Abrundung vorgesehen. Der Axialabstand 250 zwischen der besagten Stirnfläche 234 der Motorwelle 221 und der ringförmigen Oberfläche 47 des Absatzes 46 des Pumpenwellenteils 14.2 der Pumpenwelle 214 ist vergleichsweise groß, so dass dort ein entsprechend großer Freiraum 255 ausgebildet ist.
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Zur erfindungsgemäßen Abdichtung des Verzahnungsraumes 30 ist in dem Freiraum 255 ein erfindungsgemäßer Form-Dichtring 35.1 angeordnet. Letzterer weist an seinem axialen ersten Ende 256 eine im nicht eingebauten, also unbelasteten, Zustand ebene und/oder flache erste Axial-Anlage-Dichtfläche 257 auf und weist an seinem axialen zweiten Ende 258 eine im nicht eingebauten Zustand zylindrische Radial-Anlage-Dichtfläche 259 auf. Die erste Axial-Anlage-Dichtfläche 257 begrenzt einen sich radial über die übrigen Teile des Form-Dichtrings 35.2 hinaus erstreckenden Radialflansch 260 des Form-Dichtrings 35.2.
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Der Form-Dichtring 35.2 weist in einem mittleren Bereich zwischen seiner ersten Axial-Anlage-Dichtfläche 257 und seiner Radial-Anlage-Dichtfläche 259 einen sich radial 54 nach außen erstreckenden Radial-Versteifungssteg 261 in Form einer Materialansammlung auf. Dieser dient dazu, ein unerwünschtes bzw. unerwünscht großes radiales Ausbeulen des Form-Dichtrings 35.2 beim Einbauen desselben bzw. des eingebauten Form-Dichtrings 35.2 zu verhindern.
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Der Form-Dichtring 35.2 weist in einem Dichtring-Bereich 262, der sich ausgehend von seiner ersten Axial-Anlage-Dichtfläche 257, in Axialrichtung 13 betrachtet, über eine bestimmte Axiallänge, vorzugsweise bis zu der Radial-Anlage-Dichtfläche 259, erstreckt, einen Innendurchmesser 263 auf, der, vorzugsweise geringfügig, größer ist als der Außendurchmesser 32 des diesem Dichtring-Bereich 262 im eingebauten Zustand des Form-Dichtrings 35.2 gegenüber liegenden Wellenteils 214.1 der Pumpenwelle 214, so dass dort im eingebauten Zustand des Form-Dichtrings 35.2 ein Ringspalt 264 ausgebildet ist (4). Vorzugsweise ist dieser Ringspalt 264, in der Axialrichtung 13 betrachtet, zu dem ersten Ende 256 des Form-Dichtrings 35.2 hin offen ausgebildet. Dadurch ist der eingebaute Form-Dichtring 35.2 in diesem Dichtring-Bereich 262 in der Axialrichtung 13 relativ zu der Pumpenwelle 214 reibungsfrei bzw. frei von äußerer Reibung bewegbar bzw. zusammendrückbar, wodurch sich eine ganz besonders gute axiale Abdichtung erzielen lässt.
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Der Form-Dichtring 35.2 stützt sich im eingebauten Zustand sowohl über seine erste Axial-Anlage-Dichtfläche 257 direkt an der auch als Axial-Anlage-Dichtfläche bezeichneten Stirnfläche 234 der Motorwelle 221, als auch über seine Radial-Anlage-Dichtfläche 259 direkt an der Außenumfangsfläche des den Form-Dichtring 35.2 aufnehmenden Wellenteils 214.1 der Pumpenwelle 214, jeweils abdichtend ab.
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Der Form-Dichtring 35.2 weist an seinem axialen zweiten Ende 258 eine im nicht eingebauten Zustand ebene und/oder flache zweite Axial-Anlage-Dichtfläche 265 auf. Über die zweite Axial-Anlage-Dichtfläche 265 stützt sich der Form-Dichtring 35.2 im eingebauten Zustand direkt an der auch als Axial-Anlage-Dichtfläche bezeichneten ringförmigen Oberfläche 47 des Absatzes 46 des Pumpenwellenteils 14.2 der Pumpenwelle 214 abdichtend ab.
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Der nicht eingebaute, also unbelastete, Form-Dichtring 35.2 weist eine Axiallänge 266 auf, die geringfügig größer ist als der Axialabstand 250 zwischen der ringförmigen Stirnfläche 234 der Motorwelle 221 und der dieser zugewandten ringförmigen Oberfläche 47 des Absatzes 46 des Pumpenwellenteils 14.2 der Pumpenwelle 214. Dadurch ist der Form-Dichtring 35.2 im auf der Pumpenwelle 214 aufgenommenen eingebauten Zustand unter Ausbildung von axialen Anpresskräften elastisch verformt. Dadurch wird eine gute axiale Abdichtung erreicht.
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Der Innendurchmesser 267 der Radial-Anlage-Dichtfläche 259 des nicht eingebauten Form-Dichtrings 35.2 ist geringfügig kleiner als der Außendurchmesser 32 des zur Aufnahme des Form-Dichtrings 35.2 bestimmten Wellenteils 214.1 der Pumpenwelle 214. Dadurch ist der Form-Dichtring 35.2 im eingebauten, auf dem besagten Wellenteil 214.1 aufgenommenen Zustand, unter Ausbildung von auf den Wellenteil 214.1 einwirkenden radialen Anpresskräften elastisch verformt. Dadurch wird dort eine gute radiale Abdichtung erreicht.
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In 6 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Form-Dichtrings 35.3 gezeigt, der alternativ zu dem in den 4 und 5 gezeigten Form-Dichtring 35.3 in den Frei- bzw. Einbauraum 255 zwischen der Pumpenwelle 214 und der Motorwelle 21 gemäß 4 eingebaut werden kann. Dieser alternative Form-Dichtring 35.3 weist in einem mittleren Bereich zwischen seiner an seinem axialen ersten Ende 256 vorgesehenen ersten Axial-Anlage-Dichtfläche 257 und seiner an seinem axialen zweiten Ende 258 vorgesehenen Radial-Anlage-Dichtfläche 259 einen Ring-Balg 268 auf. Der Ring-Balg 268 des nicht eingebauten Form-Dichtrings 35.3 weist in dem in 6 gezeigten Längsschnitt einen U-förmigen Querschnitt auf. Der Ring-Balg 268 ist mit einer radial nach innen offenen umlaufenden Ringnut 269 gestaltet.
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Die in den 4 bis 6 gezeigten Form-Dichtringe 35.2, 35.3 bestehen aus einem gummielastischen Elastomer. Die Form-Dichtringe 35.2, 35.3 sind im nicht eingebauten Zustand rotationssymmetrisch zu einer axialen Mittenachse bzw. Längsachse gestaltet.
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Bei der Hydraulikpumpe 11 kann es sich um eine Innenzahnradpumpe mit einem aus mehreren Gehäuseteilen bestehenden Gehäuse 12 handeln, in dem wenigstens zwei in einem Zahneingriffsbereich kämmende Zahnräder angeordnet sind, bei denen es sich um wenigstens ein außenverzahntes Ritzel und um wenigstens ein innenverzahntes, vorzugsweise mit Bezug auf das Ritzel exzentrisch gelagertes, Hohlrad handeln kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 11
- Hydraulikpumpe
- 12
- Gehäuse
- 12.1
- Gehäuseteil/Flanschdeckel
- 13
- Axialrichtung
- 14
- Pumpenwelle
- 14.1
- Wellenteil
- 14.2
- Pumpenwellenteil
- 15
- Pumpenwellen-Drehachse
- 16
- (Radial-)Wellendichtung
- 17
- Bohrung
- 18
- Passverzahnung/ Steckverzahnung
- 19
- Außendurchmesser
- 20
- Wellen-Nabe-Verbindung
- 21
- Motorwelle
- 22
- Motorwellen-Drehachse
- 23
- Lager/Kugellager/Axiallager
- 24
- Bohrung
- 25
- Lagerkörper
- 26
- (Außen-)Verzahnung
- 27
- Zahn
- 28
- (Innen-)Verzahnung
- 29
- Zahn
- 30
- Verzahnungsraum
- 31
- Sackbohrung
- 32
- Außendurchmesser
- 33
- freies Ende
- 34
- Stirnfläche
- 35.1
- O-Dichtring
- 35.2
- Form-Dichtring
- 35.2
- Form-Dichtring
- 36
- Axial-Bohrung
- 37
- (axiale) Ringwand
- 38
- Innendurchmesser
- 39
- Ringwand-Breite
- 40
- Ringspalt
- 41
- Einbaubreite
- 42
- Bohrungs-Boden
- 43
- (ringförmige) Oberfläche von 42
- 45
- Sicherungs-Einlegering
- 46
- Absatz
- 47
- (ringförmige) Oberfläche/ Axial-Anlage-Dichtfläche von 46
- 49
- Einbauraum
- 50
- Axialabstand
- 51
- Außendurchmesser von 45
- 52
- (axiale) Ringbreite von 45
- 53
- Ringspalt
- 54
- radiale Richtung/radial
- 114
- Pumpenwelle
- 114.1
- Wellenteil
- 151
- Axialabstand
- 155
- Axialspalt
- 214
- Pumpenwelle
- 214.1
- Wellenteil
- 221
- Motorwelle
- 234
- Stirnfläche von 221
- 255
- Freiraum/Einbauraum
- 256
- axiales (erstes) Ende
- 257
- (erste) Axial-Anlage-Dichtfläche
- 258
- axiales (zweites) Ende
- 259
- Radial-Anlage-Dichtfläche
- 260
- Radialflansch
- 261
- Radial-Versteifungssteg
- 262
- Dichtring-Bereich
- 263
- Innendurchmesser von 262
- 264
- Ringspalt
- 265
- (zweite) Anlage-Dichtfläche
- 266
- Axiallänge
- 267
- Innendurchmesser von 259
- 268
- Ring-Balg/Balg
- 269
- Ringnut
