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Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, die zwischen zwei axialen Begrenzungsflächen mit Hilfe von Lagereinrichtungen drehbar gelagert sind, und mit Dichteinrichtungen zwischen den Lagereinrichtungen und den axialen Begrenzungsflächen, und mit einer Kompensationseinrichtung zur Vermeidung oder Verringerung einer unerwünschten Leckage.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2015 200 852 A1 ist ein hydraulisches Kupplungsbetätigungssystem für eine Kupplung bekannt, wobei das Kupplungsbetätigungssystem eine Kolben-Zylindereinheit zur Betätigung der Kupplung, und eine Pumpe mit wenigstens einem in einem Pumpenzylinder aufgenommenen Pumpenkolben zur Förderung von Hydraulikmedium zur Kolben-Zylindereinheit aufweist, wobei zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpenzylinder ein Dichtmittel angeordnet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2015 208 643 A1 ist eine Flügelzellenpumpe mit einem Rotor bekannt, der zwischen zwei Seitenflächen drehbar angeordnet ist, wobei mindestens eine Dichteinrichtung zwischen dem Rotor und einer der Seitenflächen angeordnet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2014 214 203 A1 ist ein Fluidsystem zum Betätigen einer Kupplung mit einer Kupplungsbetätigungseinrichtung bekannt, die mit einer durch einen Antrieb angetriebenen Fluidpumpe in fluidischer Wirkverbindung steht, wobei dem Antrieb der Fluidpumpe eine Bremseinrichtung zugeordnet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2012 212 986 A1 ist eine Außenzahnradpumpe mit mindestens zwei miteinander kämmenden Außenzahnrädern bekannt, wobei zur Darstellung einer zusätzlichen Verdrängerpumpe in einem der Außenzahnräder ein zusätzlicher Verdrängerkörper in Verdrängerbauweise angeordnet ist, wobei ein Pumpendeckel oder Gehäusedeckel der Außenzahnradpumpe eine Vertiefung zur Aufnahme einer Kompensationseinrichtung aufweist, die als Kompensationsplatte ausgeführt ist, die mit einem Dichtelement kombiniert ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Dichtigkeit einer Zahnradpumpe mit zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, die zwischen zwei axialen Begrenzungsflächen mit Hilfe von Lagereinrichtungen drehbar gelagert sind, und mit Dichteinrichtungen zwischen den Lagereinrichtungen und den axialen Begrenzungsflächen, und mit einer Kompensationseinrichtung zur Vermeidung oder Verringerung einer unerwünschten Leckage, weiter zu verbessern, insbesondere auch dann, wenn die Zahnradpumpe bidirektional betrieben wird.
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Die Aufgabe ist bei einer Zahnradpumpe mit zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, die zwischen zwei axialen Begrenzungsflächen mit Hilfe von Lagereinrichtungen drehbar gelagert sind, und mit Dichteinrichtungen zwischen den Lagereinrichtungen und den axialen Begrenzungsflächen, und mit einer Kompensationseinrichtung zur Vermeidung oder Verringerung einer unerwünschten Leckage, dadurch gelöst, dass die Kompensationseinrichtung mindestens einen Kompensationskolben umfasst, durch den eine der Lagereinrichtungen in axialer Richtung mit einer Kompensationskraft beaufschlagt wird, um die Dichtheit der Zahnradpumpe zu verbessern. Der mindestens eine Kompensationskolben kann direkt auf eine der Lagereinrichtungen wirken. Der mindestens eine Kompensationskolben kann aber auch indirekt, unter Zwischenschaltung mindestens einer weiteren Einrichtung, auf eine der Lagereinrichtungen wirken. Bei der Lagereinrichtung handelt es sich zum Beispiel um ein Gleitlager mit einer Lagerbuchse. Bei der Lagereinrichtung kann es sich auch um eine Lagerbrille handeln, durch welche zwei Gleitlager miteinander kombiniert sind. Die Zahnradpumpe ist zum Beispiel durch einen Elektromotor angetrieben. Die miteinander kämmenden Zahnräder sind vorzugsweise als Außenzahnräder ausgeführt. Die Zahnradpumpe mit den miteinander kämmenden Außenzahnrädern wird auch als Außenzahnradpumpe bezeichnet. Durch die Kompensationseinrichtung mit dem Kompensationskolben kann die Dichtheit oder Dichtigkeit der Zahnradpumpe, im Vergleich zum allgemein üblichen Betrieb einer hydraulischen Pumpe, in einen eher unüblichen Bereich angehoben werden. Dabei wird bewusst in Kauf genommen, dass die Dichtheit der Zahnradpumpe zu Lasten des hydraulisch-mechanischen Wirkungsgrades, der durch die Reibung im Betrieb der Zahnradpumpe maßgeblich beeinflusst wird, sich verschlechtert. Die Reduzierung der Leckage ermöglicht längere Stillstandzeiten der Zahnradpumpe und damit des antreibenden Elektromotors. Da sich der Druck in der Zahnradpumpe aufgrund der höheren Dichtheit langsamer abbaut, kann Antriebsenergie im Betrieb der Zahnradpumpe eingespart werden. Durch den Kompensationskolben kann besonders vorteilhaft eine unerwünschte axiale Verschiebung von Lagerbrillen und die damit verbundene Entstehung einer größeren Spalthöhe unterbunden werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationskolben eine der Lagereinrichtung abgewandte Druckwirkfläche aufweist, die fluidisch mit einer Druckseite der Zahnradpumpe verbunden ist. Der Kompensationskolben wirkt axial zum Beispiel auf eine Lagerbrille in der Zahnradpumpe. Die Druckwirkfläche des Kompensationskolbens ist zum Beispiel mit einem Arbeitsdruckbereich der Zahnradpumpe verbunden. Der Arbeitsdruckbereich wird auch als Hochdruckbereich bezeichnet. Die Druckwirkfläche kann aber auch mit einem anderen Druck, bei Bedarf auch mit einem größeren Druck als dem Arbeitsdruck, beaufschlagt werden. Wesentlich ist, dass die Druckwirkfläche des Kompensationskolbens auch bei einer Ausführung der Zahnradpumpe als Reversierpumpe mit einem ausreichend großen Druck, insbesondere dem Arbeitsdruck oder Hochdruck, der Zahnradpumpe beaufschlagt ist. Die Wirkung des Kompensationskolbens ist druckabhängig. Bei Bedarf kann der Arbeitsdruck gewandelt werden. Das ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine gewünschte Druckwirkfläche konstruktiv nicht umsetzbar ist. Zur Wandlung des gewünschten Drucks kann zum Beispiel ein fluidischer, insbesondere hydraulischer Druckübersetzer verwendet werden. Mit einem Druckübersetzer kann ein vorhandener Arbeitsdruck oder Hochdruck der Zahnradpumpe auf einfache Art und Weise erhöht werden. Durch die Verwendung des mindestens einen zusätzlichen Kompensationskolbens, der axial zum Beispiel auf eine Lagerbrille wirkt, wird eine unerwünschte axiale Spaltaufweitung an den miteinander kämmenden Zahnrädern in der Zahnradpumpe verhindert. Über die Auslegung der Druckwirkfläche, die auch als Kolbenfläche bezeichnet wird, kann der Kompensationsgrad eingestellt werden. Je nach Anforderung ist mit einer derartigen Konstruktion auch eine Überkompensation möglich, die neben einer verbesserten Dichtheit auch ein Reibmoment zur Ausbildung einer Selbsthaltefunktion erzeugt. Dabei wird eine Verschlechterung des Wirkungsgrads bewusst in Kauf genommen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationskolben mit einer der Lagereinrichtung zugewandten Anlagefläche an einer Übertragungseinrichtung anliegt, die zwischen dem Kompensationskolben und der axialen Begrenzungsfläche und/oder der Lagereinrichtung angeordnet ist. Die Übertragungseinrichtung ist sozusagen zwischen dem Kompensationskolben und der Lagereinrichtung, also zum Beispiel einer Lagerbrille, eingespannt. Die Übertragungseinrichtung ermöglicht auf einfache Art und Weise eine Abführung einer unvermeidbaren Leckage über einen Pumpendeckel, insbesondere über ein Durchgangsloch im Pumpendeckel. Wird die Leckage auf einem anderen Weg abgeführt, so kann auch ein vorzugsweise mittig angeordneter Kompensationskolben direkt ohne Übertragungseinrichtung auf die Lagereinrichtung, insbesondere ein Brillen-Ritzel-Paket, wirken.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung mindestens eine Übertragungshülse, vorzugsweise zwei Übertragungshülsen, umfasst. Die Übertragungshülse ist vorzugsweise einteilig ausgeführt und dient zur Übertragung der druckabhängigen Kompensationskraft auf die Lagereinrichtung. Die beiden Übertragungshülsen sind vorteilhaft gleich ausgeführt. Jeder Übertragungshülse ist ein Kompensationskolben zugeordnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungshülsen jeweils eine offene Topfform aufweisen. Die Kompensationskolben sind vorteilhaft diametral angeordnet. Durch die offene Topfform haben die Topfböden der Übertragungshülsen, in der Draufsicht betrachtet, im Wesentlichen die Gestalt von Kreisscheiben, von denen ein Kreissegment abgeschnitten ist, um den offenen Bereich der Topfform darzustellen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungshülsen mit offenen Bereichen der offenen Topfform einander zugewandt sind. Die Übertragungshülsen werden bei der Montage mit ihren offenen Bereichen zueinander orientiert eingebaut. In axialer Richtung sind die Übertragungshülsen zwischen den Kompensationskolben und den Lagereinrichtungen, insbesondere der Lagerbrille, angeordnet. Der Begriff axial bezieht sich im Hinblick auf die Kompensationskolben und die Übertragungseinrichtung auf eine Bewegungsachse beziehungsweise auf Bewegungsachsen, die parallel zu Drehachsen der miteinander kämmenden Zahnräder verlaufen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungshülsen mit Topfrändern an den Lagereinrichtungen anliegen. Die Kompensationskolben liegen mit ihren Anlageflächen vorteilhaft an den Topfböden der Übertragungshülsen an. Von den Übertragungshülsen wird die resultierende Kompensationskraft der Kompensationskolben über die Topfränder auf die Lagereinrichtungen übertragen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung zwischen dem beziehungsweise den Kompensationskolben und einer Lagerbrille der Zahnradpumpe angeordnet ist. In der Lagerbrille sind zwei Lagerbuchsen, insbesondere Gleitlagerbuchsen, für die beiden miteinander kämmenden Zahnräder der Außenzahnradpumpe kombiniert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe als Reversierpumpe ausgeführt ist. Als Reversierpumpe wird eine Zahnradpumpe bezeichnet, die bidirektional, also in zwei Richtungen, betrieben werden kann. Die Zahnradpumpe wird mit einem Arbeitsmedium, insbesondere einem Hydraulikmedium, wie Öl, betrieben. Der Öldruck eines Hochdruckbereichs der Zahnradpumpe wird auf die Druckwirkflächen der Kompensationskolben geführt. Für eine Ausführung mit nur einem Kompensationskolben ist nur eine Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich und der Druckwirkfläche erforderlich. Die Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich und der Druckwirkfläche des Kompensationskolbens oder den Druckwirkflächen der Kompensationskolben kann bei Zahnradpumpen für den Reversierbetrieb wechseln, wenn es für die Anwendung sinnvoll ist oder auch fest einer Druckseite zugeordnet sein, wenn zum Beispiel aufgrund unterschiedlicher Druckniveaus an den beiden Anschlüssen der Zahnradpumpe eine nur einseitig wirkende Kompensation sinnvoll ist.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Kompensationskolben, eine Übertragungseinrichtung, insbesondere eine Übertragungshülse, und/oder eine Lagereinrichtung, insbesondere eine Lagerbrille, für eine vorab beschriebene Zahnradpumpe. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Fluidsystem mit einem elektrisch angetriebenen Pumpenaktor zur fluidischen Betätigung mindestens eines fluidischen Verbrauchers, zum Beispiel einer Kupplung, insbesondere einer Kupplungsbetätigungseinrichtung, oder eines Getriebes, insbesondere einer Getriebebetätigungseinrichtung, wie eines Gangstellers, mit einer vorab beschriebenen Zahnradpumpe.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Betätigen einer Kupplung, insbesondere einer Kupplungsbetätigungseinrichtung, oder eines Getriebes, insbesondere einer Getriebebetätigungseinrichtung, mit einem derartigen Fluidsystem.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine Zahnradpumpe mit zwei miteinander kämmenden Zahnrädern und mit einer Kompensationseinrichtung zur Vermeidung oder Verringerung einer unerwünschten Leckage im Längsschnitt; und
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 mit der Kompensationseinrichtung.
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In den 1 und 2 ist eine Zahnradpumpe 1 mit einem Gehäuse 3 im Längsschnitt dargestellt. Das Gehäuse 3 umfasst einen Gehäusegrundkörper 4, der durch zwei Gehäusedeckel 7, 8 verschlossen ist. Der Gehäusedeckel 7 liegt mit einer axialen Begrenzungsfläche 5 in 1 von oben an dem Gehäusegrundkörper 4 an. Ein Gehäusedeckel 8 liegt mit einer axialen Begrenzungsfläche 6 in 1 von unten an dem Gehäusegrundkörper 4 an.
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Anders als dargestellt, können die axialen Begrenzungsflächen 5, 6 auch an nicht dargestellten Begrenzungsplatten ausgebildet sein.
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Der in 1 obere Gehäusedeckel 7 weist seitlich zwei Fluidanschlüsse 11, 12 auf. Von den Fluidanschlüssen 11, 12 gehen Bohrungen 13, 14 aus, die sich, bezogen auf den Gehäusedeckel 7 radial nach innen erstrecken. In den Bohrungen 13, 14 ist in der Zahnradpumpe 1 ein Arbeitsmedium, wie Hydrauliköl, angeordnet, das mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt ist.
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In dem Gehäuse 3 der Zahnradpumpe 1 kämmen zwei als Außenzahnräder ausgeführte Zahnräder 16, 17 miteinander. Von den Zahnrädern 16, 17 erstreckt sich jeweils ein Lagerstummel 18, 19 in 1 nach oben. Von dem Zahnrad 17 erstreckt sich in 1 nach unten ein Lagerstummel 20.
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Von dem Zahnrad 16 erstreckt sich in 1 nach unten eine Antriebswelle 21. Die Antriebswelle 21 ist antriebsmäßig mit einem nur durch ein Bezugszeichen angedeuteten Elektromotor 22 verbunden. Bei dem Elektromotor 22 kann die Zahnradpumpe 1 bidirektional angetrieben werden.
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Die Lagerstummel 18, 19 sind in einer Lagereinrichtung 24 gelagert, die als Lagerbrille 26 ausgeführt ist. Die Antriebswelle 21 und der Lagerstummel 20 sind in einer Lagereinrichtung 25 gelagert, die als Lagerbrille 27 ausgeführt ist.
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Zur Abdichtung des Gehäuses 3 ist eine Dichteinrichtung 28 zwischen dem Grundkörper 4 des Gehäuses 3 und dem Gehäusedeckel 7 sowie zwischen der Lagereinrichtung 24, insbesondere der Lagerbrille 26, und dem Gehäusedeckel 7 angeordnet. Analog ist zwischen dem Gehäusegrundkörper 4 und dem Gehäusedeckel 8 beziehungsweise zwischen der Lagereinrichtung 25, insbesondere der Lagerbrille 27, eine Dichteinrichtung 29 angeordnet. Die Dichteinrichtungen 28, 29 sind als Axialdichtungen ausgeführt.
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Zum Anheben der Dichtheit der Zahnradpumpe 1 in einen, im Vergleich zu einem allgemein üblichen Betrieb einer hydraulischen Pumpe eher unüblichen Bereich, umfasst die Zahnradpumpe 1 eine Kompensationseinrichtung 30. Mit der Kompensationseinrichtung 30 wird die Dichtheit der Zahnradpumpe 1 zu Lasten des hydraulisch-mechanischen Wirkungsgrades, der durch die Reibung im Betrieb der Zahnradpumpe 1 maßgeblich beeinflusst wird, verbessert. Durch die Reduzierung einer im Betrieb unerwünschten Leckage werden dadurch vorteilhaft längere Stillstandzeiten des antreibenden Elektromotors 22 ermöglicht, da sich der Arbeitsdruck in der Zahnradpumpe 1 durch die höhere Dichtheit langsamer abbaut.
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Der Gehäusedeckel 7 umfasst eine Leckagebohrung 34, über welche eine im Betrieb der Zahnradpumpe 1 auch mit der Kompensationseinrichtung 30 unvermeidbare Leckage abgeführt werden kann. Die Kompensationseinrichtung 30 umfasst, wie man in 2 vergrößert sieht, zwei Kompensationskolben 41, 42. Mit den Kompensationskolben 41, 42 kann eine unerwünschte axiale Verschiebung der Lagerbrillen 26, 27 und die damit verbundene Entstehung einer größeren Spalthöhe im Betrieb der Zahnradpumpe 1 unterbunden werden.
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Die Kompensationskolben 41, 42 weisen in 2 oben jeweils eine Druckwirkfläche 43, 44 auf. Die Druckwirkfläche 43, 44 ist mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt, der in 2 durch zwei Pfeile 51, 52 angedeutet ist. Der Arbeitsdruck 51, 52 der Zahnradpumpe 1 beaufschlagt die Druckwirkfläche 43, 44 der Kompensationskolben 41, 42 über die Bohrungen 13, 14 im Gehäusedeckel 7.
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Der Arbeitsdruck 51, 52 der Zahnradpumpe 1 bewirkt Kompensationskräfte 45, 46, die in 2 durch Pfeile angedeutet sind, auf die Kompensationskolben 41, 42. Die Kompensationskolben 41, 42 weisen an ihren in 2 unteren Enden Anlageflächen 47, 48 auf, mit denen die Kompensationskolben 41, 42 an einer Übertragungseinrichtung 55 anliegen.
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Die Übertragungseinrichtung 55 umfasst zwei Übertragungshülsen 56, 57. Die Übertragungshülsen 56, 57 sind jeweils einteilig ausgeführt und dienen zur Übertragung der druckabhängigen Kompensationskräfte 45, 46 von den Kompensationskolben 41, 42 auf die Lagerbrille 26.
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Die Übertragungshülsen 56, 57 sind gleich ausgeführt und haben eine offene Topfform. Die Übertragungshülse 56, 57 mit der Topfform hat einen Topfboden, der, in der Draufsicht betrachtet, im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisscheibe aufweist, von der ein Kreissegment abgeschnitten ist, um den offenen Bereich der Topfform darzustellen.
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Der jeweils zugeordnete Kompensationskolben 41, 42 liegt mit seiner Anlagefläche 47, 48 an dem Topfboden der jeweiligen Übertragungshülse 57, 56 an. In 2 ist der Kompensationskolben 41 der Übertragungshülse 57 zugeordnet. Der Kompensationskolben 42 ist der Übertragungshülse 56 zugeordnet.
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Die Übertragungshülse 57 weist einen der Übertragungshülse 56 zugewandten offenen Bereich 58 auf. Der offene Bereich 58 der Übertragungshülse 57 ist einem nicht näher bezeichneten offenen Bereich der Übertragungshülse 56 zugewandt.
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In axialer Richtung sind die Übertragungshülsen 56, 57 zwischen den Kompensationskolben 42, 41 und der Lagerbrille 26 angeordnet. Über die Übertragungshülsen 56, 57 der Übertragungseinrichtung 55 wird eine aus den Kompensationskräften 45 und 46 resultierende Kompensationskraft auf die Lagerbrille 26 übertragen. Zu diesem Zweck weist die Übertragungshülse 57 einen von einem Topfboden abgewinkelten Umfangsrandbereich 59 auf. Der Umfangsrandbereich 59 stellt einen Topfrand dar, mit dem die Übertragungshülse 57 an der Lagerbrille 26 anliegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zahnradpumpe
- 3
- Gehäuse
- 4
- Gehäusegrundkörper
- 5
- axiale Begrenzungsfläche
- 6
- axiale Begrenzungsfläche
- 7
- Gehäusedeckel
- 8
- Gehäusedeckel
- 11
- Fluidanschluss
- 12
- Fluidanschluss
- 13
- Bohrung
- 14
- Bohrung
- 16
- Zahnrad
- 17
- Zahnrad
- 18
- Lagerstummel
- 19
- Lagerstummel
- 20
- Lagerstummel
- 21
- Antriebswelle
- 22
- Elektromotor
- 24
- Lagereinrichtung
- 25
- Lagereinrichtung
- 26
- Lagerbrille
- 27
- Lagerbrille
- 28
- Dichteinrichtung
- 29
- Dichteinrichtung
- 30
- Kompensationseinrichtung
- 34
- Leckagebohrung
- 41
- Kompensationskolben
- 42
- Kompensationskolben
- 43
- Druckwirkfläche
- 44
- Druckwirkfläche
- 45
- Kompensationskraft
- 46
- Kompensationskraft
- 47
- Anlagefläche
- 48
- Anlagefläche
- 51
- Pfeil
- 52
- Pfeil
- 55
- Übertragungseinrichtung
- 56
- Übertragungshülse
- 57
- Übertragungshülse
- 58
- offener Bereich
- 59
- Umfangsrandbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015200852 A1 [0002]
- DE 102015208643 A1 [0002]
- DE 102014214203 A1 [0002]
- DE 102012212986 A1 [0002]
