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Die Erfindung betrifft eine Gerotorpumpe mit einem Pumpenarbeitsraum, in welchem ein Innenrotor sowie ein Außenrotor drehbar angeordnet sind und der von einem Gehäusedeckel begrenzt wird, und mit einer Druckmembran.
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Aus der internationalen Offenlegungsschrift
WO 2016/096755 A1 ist eine Zahnringpumpe mit einem Gehäuse bekannt. Innerhalb des Gehäuses ist randseitig einer Gehäuseöffnung eines Gehäusegrundkörpers eine von einer Motorwelle durchsetzte Seitenplatte gehäusefest angeordnet. Diese, vorzugsweise starre Seitenplatte liegt rand- beziehungsweise außenumfangsseitig in einer ringförmigen Einkerbung des Gehäusegrundkörpers ein. Die starre Seitenplatte weist eine sich über einen Umfangsabschnitt erstreckende, kreisbogenförmige Durchtrittsöffnung auf. Zwischen dieser Seitenplatte und dem Gehäusedeckel ist in das Gehäuse eine auch als Membran bezeichnete flexible Anpressplatte eingesetzt. Diese, bevorzugt kreisförmige Anpressplatte ist mit deren Außenrand zwischen dem Gehäusegrundkörper und dem Gehäusedeckel öffnungs- beziehungsweise randseitig eingespannt und somit ebenfalls gehäusefest gehalten. Mittels der flexiblen Anpressplatte werden insbesondere temperaturbedingte Gehäuse- oder Pumpenteildehnungen reduziert und/oder kompensiert. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2008 054 758 A1 ist eine Zahnradpumpe mit einem Gehäuse bekannt, welches ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil umfasst, mit mindestens einem insbesondere als Zahnrad ausgebildeten Förderelement, welches zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil aufgenommen ist, wobei die Gehäuseteile mittels einer Verbindungseinrichtung miteinander verbunden sind, wobei zusätzlich zu der Verbindungseinrichtung eine Krafterzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer zwischen den Gehäuseteilen wirkenden Gehäuseschließkraft vorgesehen ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 22 31 386 A ist eine Hochdruck-Kleinzahnradpumpe mit axialer und radialer Druckkompensierung bekannt, die ein angetriebenes Ritzel, ein mit diesem kämmendes, innnverzahntes, zum größten Teil hydrostatisch entlastetes Hohlrad und ein drehbar gelagertes Füllstück zwischen den beiden Zahnrädern aufweist, wobei einerseits zum axialen Druckausgleich eine eingespannte, unter der Wirkung eines im Gehäusedeckel angeordneten axialen Kompensationsdruckfeldes stehende, relativ dünne Blechplatte vorgesehen ist und andererseits das radial wirkende Kompensationsdruckfeld am Umfang des Hohlrads oder am Umfang des das Hohlrad umgebenden Lagerrings mittels zweier Dichtleisten, die sich mindestens über die gesamte Breite der Zahnräder erstrecken, begrenzt wird.
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Aus der
DE 199 00 927 A1 ist eine Flügelzellenpumpe, keine Gerotorpumpe, bekannt. Diese Flügelzellenpumpe weist ein Gehäusedeckel und eine Druckmembran auf. Dabei ist vorgesehen, dass die Druckmembran eine Öffnung zeigt, die eine Fluidverbindung zwischen dem Arbeitsraum der Pumpe und einem Innenraum aufweist, der durch die Druckmembran und den Gehäusedeckel gebildet wird. Dieser Raum wird von einem Wulst abgedichtet.
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Aus der
DE 100 24 884 A1 ist eine Zahnradpumpe bekannt, die eine Druckmembran und einen Deckel aufweist. Die Druckmembran ist mit einem umlaufenden Dichtelement verspannt und bildet mit dem Gehäusedeckel eine Vertiefung aus. Über eine Öffnung besteht eine Verbindung zum Ansaugraum der Pumpe.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Dichtheit einer Gerotorpumpe mit einem Pumpenarbeitsraum, in welchem ein Innenrotor sowie ein Außenrotor drehbar angeordnet sind und der von einem Gehäusedeckel begrenzt wird, und mit einer Druckmembran, zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Gerotorpumpe mit einem Pumpenarbeitsraum, in welchem ein Innenrotor sowie ein Außenrotor drehbar angeordnet sind und der von einem Gehäusedeckel begrenzt wird, und mit einer Druckmembran, dadurch gelöst, dass zwischen der Druckmembran und dem Gehäusedeckel ein Druckraum ausgebildet ist, der über eine Druckausnehmung in der Druckmembran so mit einem Arbeitsdruck aus einem Druckbereich in dem Pumpenarbeitsraum beaufschlagt ist, dass die Druckmembran in Abhängigkeit von dem in dem Druckbereich herrschenden Arbeitsdruck gegen den Innenrotor und den Außenrotor gedrückt wird. Die Druckmembran ist vorzugsweise elastisch verformbar und kann zum Beispiel aus einem Kunststoffmaterial oder aus einem Blechmaterial gebildet sein. Die Druckausnehmung in der Druckmembran ermöglicht den Durchtritt von mit Arbeitsdruck beaufschlagtem Arbeitsmedium der Gerotorpumpe. Die Druckausnehmung in der Druckmembran hat vorteilhaft die Gestalt einer Sichel. In dem Gehäusedeckel ist vorteilhaft auch ein Druckausgang der Gerotorpumpe vorgesehen. Der Druckausgang der Gerotorpumpe steht vorteilhaft über den Druckraum und die Druckausnehmung in der Druckmembran mit dem Druckbereich in dem Pumpenarbeitsraum in Verbindung. So ist im Betrieb der Gerotorpumpe auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass in dem Druckraum, der von der Druckmembran begrenzt wird, immer der Arbeitsdruck der Gerotorpumpe herrscht. So wird die Druckmembran mit zunehmendem Arbeitsdruck in dem Druckbereich stärker gegen den Innenrotor und den Außenrotor gedrückt. Dadurch können unerwünschte axiale Spalte zwischen einem Gehäusekörper und dem Gehäusedeckel der Gerotorpumpe vorteilhaft über den gesamten Betriebsbereich der Gerotorpumpe minimiert werden.
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Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel der Gerotorpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum von einer Druckdichtung eingefasst ist, die den Druckraum zwischen dem Gehäusedeckel und der Druckmembran abdichtet. Die Druckdichtung verhindert insbesondere einen unerwünschten Druckabbau in dem Druckraum. Die Druckdichtung kann zum Beispiel die Gestalt der Außenkontur einer Sichel aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel der Gerotorpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt der Druckdichtung an den Druckbereich in dem Pumpenarbeitsraum angepasst ist. In dem Druckbereich sind Arbeitskammern der Gerotorpumpe angeordnet, deren Volumen im Betrieb der Gerotorpumpe abnimmt. Durch die an den Druckbereich angepasste Gestalt der Druckdichtung wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass die Druckmembran in dem Druckbereich durch den Arbeitsdruck in dem Druckraum gegen den Innenrotor und den Außenrotor gedrückt wird.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gerotorpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrotor, der Außenrotor und der Gehäusedeckel aus einem Kunststoffmaterial gebildet sind. Bei im Rahmen der Erfindung durchgeführten Versuchen und Untersuchungen hat sich herausgestallt, dass die vorab beschriebenen Dichtspalte in Kombination mit einem Innenrotor, einem Außenrotor und einem Gehäusedeckel aus Kunststoff besonders wirksam reduziert werden können.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gerotorpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmembran aus dem gleichen Material wie der Gehäusedeckel gebildet ist. Die Druckmembran hat zum Beispiel die Gestalt einer Sichel und ist vorteilhaft an den Druckbereich in dem Pumpenarbeitsraum angepasst.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gerotorpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmembran durch die Druckdichtung einstückig mit dem Gehäusedeckel verbunden ist. Die Druckmembran ist vorteilhaft stoffschlüssig mit dem Gehäusedeckel verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Druckmembran und dem Gehäusedeckel wird zum Beispiel durch Schweißen, insbesondere Ultraschallschweißen, hergestellt. So kann auf einfache Art und Weise eine druckdichte Verbindung zwischen der Druckmembran und dem Gehäusedeckel geschaffen werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gerotorpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmembran aus einem Blechmaterial gebildet ist. Die Druckmembran ist zum Beispiel aus einem Stahlblechmaterial gebildet. Die Druckmembran aus dem Blechmaterial, insbesondere aus relativ hartem Stahlblechmaterial, liefert zusätzlich einen guten Verschleißschutz für Rotoren aus einem weicheren Material, insbesondere aus Kunststoffmaterial. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein an den Rotoren vorhandener Stanzgrad oder ähnliches der Druckmembran zugewandt ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gerotorpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmembran die Gestalt einer Kreisscheibe mit einer Saugausnehmung, einer Druckausnehmung und einem Durchgangsloch zum Positionieren der Druckmembran aufweist. Über die Saugausnehmung kann ein Arbeitsmedium der Gerotorpumpe durch einen Saugeingang in dem Gehäusedeckel und die Druckmembran in einen Saugbereich angesaugt werden. Die Druckausnehmung der Druckmembran ermöglicht, wie vorab beschrieben, den Durchtritt von mit Druck beaufschlagtem Arbeitsmedium zu einem Druckausgang in dem Gehäusedeckel. Im Saugbereich braucht die Druckmembran aufgrund des dort herrschenden geringeren Drucks nicht gegen die Rotoren der Gerotorpumpe gedrückt zu werden. Das Durchgangsloch zum Positionieren der Druckmembran ist zum Beispiel an die Gestalt einer Lagereinrichtung angepasst, mit welcher der Innenrotor der Gerotorpumpe exzentrisch zu dem Außenrotor gelagert ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gerotorpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdichtung an dem Gehäusedeckel ausgebildet ist. Die Druckdichtung an dem vorzugsweise aus Kunststoff gebildeten Gehäusedeckel kann durch einen sich plastisch oder elastisch verformenden Steg am Gehäusedeckel dargestellt werden. Alternativ kann eine in den Gehäusedeckel oder in die Druckmembran eingelegte Formdichtung verwendet werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gerotorpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrotor der Gerotorpumpe mit einem Läufer eines Elektromotors kombiniert ist, der in die Gerotorpumpe integriert ist. So wird der Außenrotor der Gerotorpumpe auf einfache Art und Weise durch den Elektromotor angetrieben. Ein Stator des Elektromotors ist besonders vorteilhaft in das Gehäuse der Georotorpumpe integriert, das durch den Gehäusedeckel abgeschlossen wird.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer vorab beschriebenen Gerotorpumpe. Der Stator des in die Gerotorpumpe integrierten Elektromotors wird vorteilhaft durch Umspritzen von einem Statorblechpaket und von Wicklungen so hergestellt, dass er einen Gehäusekörper des Gehäuses der Gerotorpumpe darstellt. Der Rotor des Elektromotors wird vorteilhaft ebenfalls durch Umspritzen eines Rotorblechpakets mit Magneten hergestellt, wobei der Rotor des Elektromotors, wie vorab beschrieben, besonders vorteilhaft mit dem Außenrotor der Gerotorpumpe kombiniert, insbesondere einstückig verbunden, ist. Ein deckelseitiges Lager für eine Welle und den Innenrotor der Gerotorpumpe ist vorteilhaft in den Gehäusedeckel integriert, in den wiederum, je nach Ausführung, auch die Druckmembran integriert ist. So wird eine Gerotorpumpe geschaffen, die mit einem zusätzlichen Lager für die Welle nur insgesamt fünf Einzelteile oder Baugruppen umfasst.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Betreiben einer vorab beschriebenen Gerotorpumpe. Über die Druckmembran wird mit zunehmendem Arbeitsdruck der Gerotorpumpe vorteilhaft Druck auf den Außenrotor und den Innenrotor im Druckbereich der Gerotorpumpe ausgeübt, um die Dichtspalte zu reduzieren.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Gehäusedeckel, eine Druckmembran, eine Druckdichtung, einen Außenrotor und/oder einen Innenrotor für eine vorab beschriebene Gerotorpumpe. Die genannten Teile sind, soweit sie nicht mit anderen Teilen zusammengefasst sind, separat handelbar.
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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 die Darstellung eines Schnitts entlang einer Linie I-I in 2;
- 2 eine Gerotorpumpe mit einem Pumpenarbeitsraum, in welchem ein Innenrotor sowie ein Außenrotor drehbar angeordnet sind, im Längsschnitt;
- 3 die Ansicht eines Schnitts entlang einer Linie III-III in 4;
- 4 eine ähnliche Gerotorpumpe, wie sie in 2 dargestellt ist, mit einem Gehäusedeckel und einer aus Blechmaterial gebildeten Druckmembran im Längsschnitt;
- 5 die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie V-V in 4;
- 6 eine vergrößerte Einzelheit VI aus 4 gemäß einer ersten Variante; und
- 7 die gleiche Einzelheit wie in 6 gemäß einer zweiten Variante.
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In den 1 und 2 ist eine Gerotorpumpe 1 mit einem Gehäuse 2 in verschiedenen Schnittansichten dargestellt. In dem Gehäuse 2 sind in einem Pumpenarbeitsraum 30 der Gerotorpumpe 1 ein Innenrotor 3 und ein Außenrotor 4 drehbar angeordnet.
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In dem Gehäuse 2 ist eine Welle 5 mit Hilfe von zwei Lagereinrichtungen 6, 7 um eine Drehachse 28 drehbar gelagert. Die Lagereinrichtung 6 ist als Bundbuchse 8 ausgeführt und in einer entsprechenden Ausnehmung des Gehäuses 2 aufgenommen.
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Die Lagereinrichtung 7 umfasst einen hülsenartigen Lagerkörper 9, der an seinem in 2 rechten Ende einen Bund 10 aufweist. Das in 2 rechte Ende des Lagerkörpers 9 mit dem Bund 10 ist mit Kunststoffmaterial umspritzt, das zur Darstellung eines Gehäusedeckels 23 dient, mit welchem das Gehäuse 2, das im Wesentlichen topfartig ausgebildet ist, abgeschlossen wird.
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In das Gehäuse 2 der Gerotorpumpe 1 ist ein Elektromotor 11 mit einen Läufer oder Rotor 12 und einem Stator 13 integriert. Der Stator 13 umfasst ein Statorblechpaket 14 mit Wicklungen 15, die zusammen mit dem Statorblechpaket 14 in ein Kunststoffmaterial 16 eingebettet sind. Das Kunststoffmaterial 16 ist, zum Beispiel in einem Spritzgussverfahren, so geformt, dass es das Gehäuse 2 der Gerotorpumpe 1 darstellt.
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Der Rotor oder Läufer 12 des Elektromotors 11 umfasst ein Rotorblechpaket 17 und eingegossene Magnete 18, 19. Das Rotorblechpaket 17 ist zusammen mit den Magneten 18, 19 mit einem Kunststoffmaterial 20 umspritzt. Der Rotor oder Läufer 12 des Elektromotors 11 ist durch das Kunststoffmaterial 20 einstückig mit dem Außenrotor 4 der Gerotorpumpe 1 verbunden.
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Das Kunststoffmaterial 20 dient also sowohl zur Darstellung des Rotors oder Läufers 12 des Elektromotors 11 als auch zur Darstellung des Außenrotors 4 der Gerotorpumpe 1. So wird der Außenrotor 4 der Gerotorpumpe 1 durch den Rotor oder Läufer 12 des Elektromotors 11 direkt angetrieben.
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Dabei ist der Rotor oder Läufer 12 des Elektromotors 11 zusammen mit dem Außenrotor 4 der Gerotorpumpe 1 auf der Welle 5 in dem Gehäuse 2 der Gerotorpumpe 1 gelagert. Der Innenrotor 3 der Gerotorpumpe 1 ist unabhängig von dem Außenrotor 4 außen auf dem Lagerkörper 9 der Lagereinrichtung 7 gelagert. Dabei ist der Innenrotor 3 der Gerotorpumpe 1 exzentrisch zu der Welle 5 und dem Außenrotor 4 angeordnet.
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In 1 sieht man, dass die Gerotorpumpe 1 auf der einen Seite einen Druckbereich 21 und auf der in 1 rechten Seite einen Saugbereich 22 aufweist. Der Gehäusedeckel 23 ist aus einem Kunststoffmaterial gebildet. Eine Druckmembran 24 ist mit dem Gehäusedeckel 23 kombiniert.
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In 2 sieht man, dass zwischen der Druckmembran 24 und dem Gehäusedeckel 23 ein Druckraum 25 ausgebildet ist. Der Druckraum 25 wird über eine in 1 mit 26 bezeichnete Druckausnehmung 26 mit dem Arbeitsdruck aus dem Druckbereich 21 der Gerotorpumpe 1 beaufschlagt.
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Der Druckraum 25 ist durch eine Druckdichtung 27 eingefasst, welche an der Außenkontur der Druckmembran 24 ausgebildet ist. Die Druckmembran 24 hat im Wesentlichen die Gestalt einer Sichel, welche die vorzugsweise ebenfalls sichelförmige Druckausnehmung 26 umgibt.
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Der Gehäusedeckel 23 ist vorteilhaft aus dem gleichen Kunststoff gebildet wie die Druckmembran 24. Eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Druckmembran 24 und dem Gehäusedeckel 23 wird zum Beispiel durch ein geeignetes Schweißverfahren, zum Beispiel Ultraschall, hergestellt. Zur Darstellung der Druckdichtung 27 ist dann vorteilhaft eine umlaufende Rippe ausgebildet, die beim Ultraschallschweißen zum Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Druckmembran 24 und dem Gehäusedeckel 23 dient. Mit der Druckmembran 24 kann die Gerotorpumpe 1 im Betrieb wirksam axial gedichtet werden, ohne eine dauerhafte Reibleistungsquelle zu generieren.
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In 4 ist alternativ eine aus einem Blechmaterial gebildete Druckmembran 64 dargestellt. Die Druckmembran 64 aus dem Blechmaterial kann einfach in einen Gehäusedeckel 63 eingelegt werden und ermöglicht ein sehr günstiges Design auf kleinem Raum. Darüber hinaus ermöglicht die Druckmembran 64 aus dem Blechmaterial ein sehr günstiges Verschleißverhalten der weicheren Rotorteile, insbesondere in Kombination mit einem harten Stahlblech.
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In den 3 bis 5 ist eine ähnliche Gerotorpumpe 41 wie in den 1 und 2 dargestellt, aber nur teilweise. Die Gerotorpumpe 41 umfasst, wie die Gerotorpumpe 1 in den 1 und 2, einen Innenrotor 43 und einen Außenrotor 44. Der Außenrotor 44 ist, vorzugsweise zusammen mit einem Rotor oder Läufer eines in 4 nur angedeuteten Elektromotors 51 auf einer Welle 45 gelagert. Eine Lagereinrichtung 47 für die Welle 45 ist in den Gehäusedeckel 63 integriert.
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In den 3 und 5 sieht man, dass die Gerotorpumpe 41 einen Druckbereich 61 und einen Saugbereich 62 umfasst. Der Gehäusedeckel 63 ist mit der Druckmembran 64 aus Stahlblechmaterial kombiniert. Zwischen dem Gehäusedeckel 63 und der Druckmembran 64 ist ein Druckraum 65 ausgebildet. Der Druckraum 65 wird über eine Druckausnehmung 66 mit dem Arbeitsdruck der Gerotorpumpe 41 beaufschlagt.
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Die Druckmembran 64 hat die Gestalt einer Kreisscheibe 70 mit einer Saugausnehmung 71 und der Druckausnehmung 66. Die Saugausnehmung 71 und die Druckausnehmung 66 sind sichelförmig ausgebildet. Ein Durchgangsloch 72 in der Kreisscheibe 70 dient zur Positionierung der Druckmembran 64 relativ zu dem Gehäusedeckel 63 beziehungsweise zu der Lagereinrichtung 47.
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Eine Druckdichtung zum Abdichten beziehungsweise Einfassen des Druckraums 65 ist vorteilhaft an dem Gehäusedeckel 63 ausgebildet, der aus Kunststoffmaterial gebildet ist. Die Druckdichtung ist nur in dem Bereich der Druckmembran 64 mit der Druckausnehmung 66 angeordnet. Dieser Bereich nimmt etwas mehr als die Hälfte der Druckmembran 64 ein.
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In einer Einzelheit VI aus 4, die in 6 dargestellt ist, sieht man, dass die Druckdichtung 76 einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen kann. Durch eine CAD-bedingte Überschneidung der Druckdichtung 76 mit der Druckmembran 64 ist angedeutet, dass die Druckdichtung 76 dichtend an der Druckmembran 64 anliegt.
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In 7 ist eine Variante einer Druckdichtung 77 dargestellt, die als Dichtlippe ausgeführt ist. Die als Dichtlippe ausgeführte Druckdichtung 77 geht ebenfalls von dem Gehäusedeckel 63 aus und liegt mit ihrem freien Ende dichtend an der Druckmembran 64 an.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gerotorpumpe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Innenrotor
- 4
- Außenrotor
- 5
- Welle
- 6
- Lagereinrichtung
- 7
- Lagereinrichtung
- 8
- Bundbuchse
- 9
- Lagerkörper
- 10
- Bund
- 11
- Elektromotor
- 12
- Läufer
- 13
- Stator
- 14
- Statorblechpaket
- 15
- Wicklungen
- 16
- Kunststoffmaterial
- 17
- Rotorblechpaket
- 18
- Magnet
- 19
- Magnet
- 20
- Kunststoffmaterial
- 21
- Druckbereich
- 22
- Saugbereich
- 23
- Gehäusedeckel
- 24
- Druckmembran
- 25
- Druckraum
- 26
- Druckausnehmung
- 27
- Druckdichtung
- 28
- Drehachse
- 30
- Pumpenarbeitsraum
- 41
- Gerotorpumpe
- 43
- Innenrotor
- 44
- Außenrotor
- 45
- Welle
- 47
- Lagereinrichtung
- 51
- Elektromotor
- 61
- Druckbereich
- 62
- Saugbereich
- 63
- Gehäusedeckel
- 64
- Druckmembran
- 65
- Druckraum
- 66
- Druckausnehmung
- 70
- Kreisscheibe
- 71
- Saugausnehmung
- 72
- Durchgangsloch
- 76
- Druckdichtung
- 77
- Druckdichtung
