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Die
Erfindung betrifft eine Dosierpumpe zur Förderung einer Flüssigkeit
gemäß Anspruch
1, insbesondere zur Dosierung eines flüssigen Beschichtungsmittels
in einer Beschichtungsanlage.
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Aus
DE 600 09 577 T2 ist
eine derartige Dosierpumpe bekannt, die als Zahnradpumpe ausgebildet
ist. Dabei sind in einer Pumpenkammer zwei ineinandergreifende Zahnräder angeordnet,
wobei eines der beiden Zahnräder über eine
Antriebswelle von einem Motor angetrieben wird und dadurch das andere
Zahnrad mitdreht. Die Antriebswelle ist hierbei durch eine Bohrung
in dem Gehäuse
der Pumpenkammer hindurchgeführt,
wobei die Bohrung durch eine Dichtungsanordnung abgedichtet wird. Die
Dichtungsanordnung besteht hierbei aus einem die Antriebswelle umgebenden,
axial auf der Antriebswelle verschiebbaren Dichtungsring, der axial gegen
eine Stirnfläche
des angetriebenen Zahnrads gedrückt
wird und dort eine dynamische Axialdichtung bildet. Darüber hinaus
weist die Dichtungsanordnung dahinter einen weiteren Dichtungsring
auf, der radial gegen die Innenwand der Bohrung drückt und
dort eine statische Radialdichtung bildet.
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Nachteilig
an dieser bekannten Dichtungsanordnung ist die Tatsache, dass der
Dichtungsring für die
dynamische Axialdichtung von einem ringförmigen Spalt umgeben sein muss,
damit der Dichtungsring axial verschiebbar ist. Dieser ringförmige Spalt um
den Dichtungsring wirkt sich jedoch negativ auf die Spülbarkeit
und die Genauigkeit der Dosierpumpe aus, da sich in diesem Spalt
Reste der zu dosierenden Flüssigkeit
sammeln können.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Dichtungsanordnung ist der
relativ große
Bauraum, wodurch sich die Baugröße der gesamten
Dosierpumpe ebenfalls vergrößert. Dies
ist insbesondere dann nachteilig, wenn die Dosierpumpe in einen
Roboterarm integriert werden soll, wo nicht viel Bauraum zur Verfügung steht. Schließlich ist
der Dichtungsring für
die dynamische Axialdichtung in der Regel ein keramisches oder metallisches
Bauteil, das hochpräzise
gefertigt werden muss und deshalb entsprechend teuer ist.
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Eine
weitere Dichtungsanordnung für
eine Dosierpumpe ist aus
EP
1 343 971 B1 bekannt. Auch hierbei erfolgt die Dichtung
durch zwei Dichtungsringe, wobei der eine Dichtungsring eine dynamische Axialdichtung
bewirkt, während
der andere Dichtungsring eine statische Radialdichtung bildet.
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Nachteilig
ist hierbei ebenfalls, dass der Dichtungsring für die dynamische Axialdichtung
von einem ringförmigen
Spalt umgeben ist, was mit den vorstehend beschriebenen Problemen
verbunden ist.
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Ferner
sind auch Dosierpumpen bekannt, deren Lagerstellen als Gleitlager
ausgebildet sind und mit dem Dosiermedium geschmiert werden, wobei
eine radiale Abdichtung der Welle vorgesehen ist.
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Nachteilig
an diesen bekannten Dosierpumpen ist zum einen die Tatsache, dass
der Verschleiß der
Lagerstellen von dem Dosiermedium abhängig ist. Zum anderen ist die
Spülbarkeit
hierbei von den Eigenschaften des Dosiermediums und der gesamten
Pumpengeometrie abhängig,
wobei die Lagerstellen und die axialen und radialen Spalte zwischen den
Zahnrädern
und den angrenzenden Gehäuseplatten
bei einem Farbwechsel gespült werden
müssen.
Schließlich
vergrößert auch
hierbei der Bauraum für
die Abdichtung die Baugröße der gesamten Dosierpumpe.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend
verbesserte Dosierpumpe zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Dosierpumpe gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Die
Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, dass der Dichtungsring
für die
dynamische Axialdichtung zusätzlich
eine statische Radialdichtung gegenüber seiner Dichtungsaufnahme
bildet. Dadurch wird der beim Stand der Technik störende ringförmige Spalt
um den Dichtungsring für
die dynamische Axialdichtung ebenfalls abgedichtet, so dass sich
in diesem Spalt keine Flüssigkeit
ansammeln kann, wodurch die Spülbarkeit
wesentlich verbessert wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Dosierpumpe
besteht in dem verringerten Bauraum, da ein einziger Dichtungsring
sowohl die dynamische Axialdichtung als auch die statische Radialdichtung
bildet, so dass vorzugsweise auf einen zusätzlichen Dichtungsring verzichtet
werden kann. Schließlich
ist der Verschleiß der
Lagerstellen bei der erfindungsgemäßen Dosierpumpe geringer, wodurch die
Standzeit der Dosierpumpe verlängert
wird.
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Vorzugsweise
ist die Dichtungsaufnahme eine Ringnut, die in der abzudichtenden
Stirnfläche des
Zahnrads angeordnet ist. Der Dichtungsring stützt sich hierbei vorzugsweise
in axialer Richtung am Nutboden der Ringnut ab und drückt axial
gegen die Vorderwand oder Rückwand
der Pumpenkammer, um dort die dynamische Axialdichtung zu bilden. Weiterhin
stützt
sich der Dichtungsring hierbei vorzugsweise in radialer Richtung
an der radial innen liegenden Nutflanke der umlaufenden Ringnut ab
und drückt
in radialer Richtung gegen die radial außenliegende Nutflanke der umlaufenden
Ringnut, wo der Dichtungsring die statische Radialdichtung bildet. Der
Dichtungsring ist also vorzugsweise in das rotierende Zahnrad integriert,
wodurch der Bauraum optimal genutzt wird.
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Vorzugsweise
dichtet der Dichtungsring die radial außen liegende Nutflanke der
Ringnut hierbei unmittelbar an der Nutkante ab, um den Dichtungsring
möglichst
spaltfrei abzudichten. Dies bietet den Vorteil, dass die Dichtung
nahezu totraumfrei ist, wodurch bei einem Einsatz in einer Beschichtungsanlage
die Spülbarkeit
wesentlich verbessert wird.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung weist der Dichtungsring zwei ringförmig umlaufende Dichtflächen auf,
die im Wesentlichen rechtwinklig zueinander verlaufen. Die eine Dichtfläche verläuft hierbei
in axialer Richtung und liegt an der radial außen liegenden Nutflanke der Ringnut
an, wo sie die statische Radialdichtung bildet. Die andere Dichtfläche verläuft dagegen
im Wesentlichen radial und liegt an der Stirnfläche des abzudichtenden Zahnrads
oder an der Vorderwand oder der Rückwand der Pumpenkammer an
und bildet dort die dynamische Axialdichtung. Die beiden Dichtflächen weisen
hierbei also einen flächigen
Berührungskontakt
mit den korrespondierenden Flächen
auf, wodurch eine gute und zuverlässige Dichtwirkung erreicht
wird.
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Vorzugsweise
weist der Dichtungsring einen im Wesentlichen L-förmigen
Querschnitt mit einem axial verlaufenden Schenkel und einem radial
verlaufenden Schenkel auf. Der axial verlaufende Schenkel des Dichtungsrings
liegt hierbei vorzugsweise an der radial innen liegenden Nutflanke
der Ringnut an und stützt
sich mit seinem freien Ende an dem Nutboden der Ringnut ab, während das
freie Ende des radial verlaufenden Schenkels die radial außen liegende Nutkante
der Ringnut abdichtet.
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Hierbei
besteht die Möglichkeit,
dass der Dichtungsring zwischen den beiden Schenkeln eine ringförmig umlaufende
Einkerbung aufweist, um die Biegeeleastizität zwischen den beiden Schenkeln des
Dichtungsrings zu beeinflussen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn der Dichtungsring die Ringnut zumindest
an der radial außen liegenden
Nutkante spaltfrei abdichtet, damit keine Flüssigkeit (z.B. Lack) in den
ringförmigen
Spalt zwischen dem Dichtungsring und der radial außen liegenden
Nutflanke der Ringnut eindringen kann, wodurch die Spülbarkeit
beeinträchtigt
würde.
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Es
wurde bereits vorstehend erwähnt,
dass die Dichtungsaufnahme mit dem Dichtungsring vorzugsweise in
dem Zahnrad angeordnet ist und mit dem Zahnrad rotiert, so dass
der Dichtungsring und die Dichtungsaufnahme in das Zahnrad integriert
ist. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die ringförmige Dichtungsaufnahme
mit dem Dichtungsring in der Vorderwand oder der Rückwand der
Pumpenkammer angeordnet ist, so dass der Dichtungsring und die Dichtungsaufnahme
räumlich
fixiert sind, wobei der Dichtungsring axial gegen eine Stirnfläche des
Zahnrads drückt
und dort die dynamische Axialdichtung bildet.
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Weiterhin
ist zu erwähnen,
dass der Dichtungsring vorzugsweise in axialer Richtung fixiert
ist, aber in axialer Richtung elastisch komprimiert werden kann,
um die für
die Axialdichtung notwendige Anpresskraft zu erzeugen. Davon zu
unterscheiden ist der aus
DE
600 09 577 T2 bekannte Dichtungsring, der axial verschiebbar
ist und von einer Feder axial gegen eine Stirnfläche des Zahnrads gedrückt wird.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn der Dichtungsring die ringförmige Dichtungsaufnahme
nur teilweise ausfüllt,
so dass in der Dichtungsaufnahme hinter dem Dichtungsring noch Platz
ist, der eine elastische Verformung des Dichtungsrings ermöglicht.
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Weiterhin
ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorgesehen, dass der Dichtungsring die radial außen liegende
Nutflanke der Ringnut nur in einem an die Nutkante angrenzenden
vorderen Bereich berührt,
während
ein an den Nutboden angrenzender hinterer Bereich der radial außen liegenden
Nutflanke von dem Dichtungsring unberührt bleibt. Der Dichtungsring
drückt
also nur auf einen Teilbereich der radial außen liegenden Nutflanke, wodurch
die Flächenpressung
und damit die Dichtwirkung verbessert wird.
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Ferner
ist in einem Ausführungsbeispiel
vorgesehen, dass sich der Dichtungsring in der Ringnut an der radial
innen liegenden Kante des Nutbodens abstützt und diagonal gegen die
Stoßstelle
zwischen der radial außen
liegenden Nutkante der Ringnut und der Vorder- oder Rückwand der
Pumpenkammer drückt
und dadurch sowohl die Radialdichtung als auch die Axialdichtung
bildet. Im Querschnitt betrachtet wirkt die Dichtung hierbei also
diagonal, wodurch die Kombination aus Axialdichtung und Radialdichtung
mechanisch gut abgestützt
wird.
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Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Dosierpumpe
zwei ineinandergreifende Zahnräder auf,
wie es beispielsweise bei der Dosierpumpe gemäß
DE 600 09 577 T2 der Fall
ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird deshalb auf den Inhalt
dieser Druckschrift Bezug genommen, die der vorliegenden Beschreibung
hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise der Dosierpumpe
in vollem Umfang zuzurechnen ist.
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Es
besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die erfindungsgemäße Dosierpumpe
lediglich ein einziges Zahnrad aufweist, wie es beispielsweise bei
der bekannten Dosierpumpe gemäß
EP 1 343 971 B1 der
Fall ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird deshalb auch diesbezüglich auf
diese Druckschrift Bezug genommen, deren Inhalt der vorliegenden
Beschreibung hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise der
Dosierpumpe in vollem Umfang zuzurechnen ist.
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Bei
der eingangs erwähnten
Dosierpumpe gemäß
DE 600 09 577 T2 sind
die beiden ineinandergreifenden Zahnräder auf der Antriebswelle in
axialer Richtung frei verschiebbar, so dass die axiale Position
der beiden Zahnräder
nur durch den Flüssigkeitsdruck
bestimmt wird, der auf die beiden Stirnflächen der Zahnräder wirkt.
Bei dem angetriebenen Zahnrad wird die effektive Stirnfläche jedoch
auf der einen Seite durch die Antriebswelle verringert, so dass
der Flüssigkeitsdruck
dort auch eine geringere Kraft erzeugt. Diese Kraft muss bei der
bekannten Dosierpumpe durch eine entsprechende axial wirkende Federkraft
kompensiert werden. Bei der erfindungsgemäßen Dosierpumpe ist dagegen
vorzugsweise vorgesehen, dass die Antriebswelle in axialer Richtung durch
das angetriebene Zahnrad hindurchgeht und beiderseits des angetriebenen
Zahnrads in der Vorderwand und der Rückwand der Pumpenkammer gelagert
ist, so dass die freie Stirnfläche
des angetriebenen Zahnrads beidseitig durch die Antriebswelle herabgesetzt
wird. Dies hat den Vorteil, dass auf die im Stand der Technik vorgesehene
Feder zum axialen Andrücken
des angetriebenen Zahnrades verzichtet werden kann.
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Weiterhin
ist es für
den Einsatz der erfindungsgemäßen Dosierpumpe
in einer Lackier- oder Beschichtungsanlage vorteilhaft, wenn der
Dichtungsring aus einem Material besteht, das lackbeständig und/oder
lösemittelbeständig und/oder
spülmittelbeständig ist.
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Beispielsweise
eignen sich PTFE oder PEEK als Material für den Dichtungsring, jedoch
ist die Erfindung nicht auf diese Materialien beschränkt.
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Ferner
betrifft die Erfindung nicht nur eine erfindungsgemäße Dosierpumpe,
sondern auch eine Beschichtungsanlage mit einer solchen Dosierpumpe.
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Darüber hinaus
umfasst die Erfindung auch einen Lackierroboter mit mehreren beweglichen
Achsen und einem von den beweglichen Achsen hochbeweglich geführten Applikationsgerät zur Applikation eines
flüssigen
Beschichtungsmittels, wobei die erfindungsgemäße Dosierpumpe ebenfalls in
dem Lackierroboter angeordnet ist, wie beispielsweise in einem Roboterarm.
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Schließlich umfasst
die Erfindung auch die neuartige Verwendung einer solchen Dosierpumpe zur
Dosierung eines flüssigen
Beschichtungsmittels in einem Lackierroboter oder in einer Beschichtungsanlage.
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Andere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Frontansicht einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe,
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2 eine
Frontansicht einer Mittelplatte der Dosierpumpe gemäß 1 im
demontierten Zustand,
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3 eine
Querschnittsansicht der Dosierpumpe gemäß den 1 und 2,
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4 eine
vergrößerte Querschnittansicht aus 3 im
Bereich des Dichtungsrings,
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5 eine
Querschnittansicht des Dichtungsrings,
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6 eine
vergrößerte Querschnittsansicht mit
einem anderen Ausführungsbeispiel
eines Dichtungsrings,
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7 eine
Querschnittsansicht des Dichtungsrings aus 6 alleine,
sowie
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8A–8C ein
alternatives Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe.
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Die 1 bis 5 zeigen
ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe 1,
die in einer Lackieranlage zur Dosierung eines Nasslacks eingesetzt
werden kann und eine besonders gute Spülbarkeit aufweist, was insbesondere
bei häufigen
Farbwechseln wichtig ist.
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Die
Dosierpumpe 1 weist eine Vorderplatte 2, eine
Mittelplatte 3 und eine Rückplatte 4 auf, wobei die
Mittelplatte 3 in 2 alleine
dargestellt ist. An ihren Ecken weisen die Vorderplatte 2,
die Mittelplatte 3 und die Rückplatte 4 jeweils
vier Bohrungen 5–12 auf,
durch die im montierten Zustand Befestigungsschrauben 13, 14 hindurchgeführt sind,
wobei die Befestigungsschrauben 13, 14 in der
Querschnittsansicht in 3 nur in schematisierter Form
als gestrichelte Linie wiedergegeben sind.
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Die
Vorderplatte
2 und die Rückplatte
4 begrenzen
in axialer Richtung eine Pumpenkammer, die aus zwei überlappenden
zylindrischen Bohrungen
15,
16 besteht, wie aus
2 ersichtlich
ist. In den beiden Bohrungen
15,
16 der Pumpenkammer ist
jeweils ein Zahnrad
17,
18 drehbar gelagert, wobei die
beiden Zahnräder
17,
18 ineinander
greifen und die zu fördernde
Flüssigkeit
von einem Einlass
19 zu einem Auslass
20 pumpen,
was an sich aus
DE
600 09 577 T2 bekannt ist, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen
auf diese Druckschrift Bezug genommen wird, deren Inhalt hinsichtlich
der Funktionsweise und des Aufbaus der Dosierpumpe
1 der folgenden
Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist.
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Das
Zahnrad 18 wird hierbei durch eine Antriebswelle 21 von
einem Motor angetrieben, wobei der Motor zur Vereinfachung nicht
dargestellt ist.
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Zur
Abdichtung der Pumpenkammer sind in den beiden Stirnflächen der
beiden Zahnräder 17, 18 jeweils
beidseitig Ringnuten 22–25 angeordnet, in denen
sich jeweils ein Dichtungsring 26 befindet, wobei der Dichtungsring 26 detailliert
in den 4 und 5 dargestellt ist und im Folgenden
beschrieben wird.
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Der
Dichtungsring 26 ist im Querschnitt L-förmig und weist einen radial
verlaufenden Schenkel 27 und einen axial verlaufenden Schenkel 28 auf.
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Der
radial verlaufende Schenkel 27 liegt hierbei an der Vorderplatte 2 an
und bildet dort die dynamische Axialdichtung, während das freie Ende des radial
verlaufenden Schenkels 27 an einer radial außen liegenden
Nutflanke 29 der Ringnut 22 anliegt und dort eine
statische Radialdichtung bildet. Der Dichtungsring 26 weist
also zwei Dichtflächen 30, 31 auf,
die rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind, wobei die Dichtfläche 30 axial
verläuft,
während
die Dichtfläche 31 radial
verläuft.
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Weiterhin
ist zu erwähnen,
dass sich der axial verlaufende Schenkel 28 des Dichtungsrings 26 mit
seinem freien Ende am Nutboden 32 der Ringnut 22 abstützt und
an einer radial innen liegenden Nutflanke 33 der Ringnut 22 anliegt.
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Ferner
ist noch zu erwähnen,
dass der Dichtungsring 26 zwischen den beiden Schenkeln 27, 28 eine
ringförmig
umlaufende Einkerbung 34 aufweist, wodurch die Biegeeleastizität der beiden
Schenkel 27, 28 zueinander beeinflusst wird.
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Die 6 und 7 zeigen
ein anderes Ausführungsbeispiel,
das weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel übereinstimmt,
so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung
verwiesen wird, wobei für
entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Eine
Besonderheit an diesem Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass der Dichtungsring nicht zwei Schenkel aufweist,
sondern im Querschnitt aus zwei quadratischen, überlappenden Flächen 35, 36 besteht.
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Die
kleinere Fläche 35 liegt
zum einen an der radial außen
liegenden Nutflanke 29 der Ringnut 22 an und bildet
dort die statische Radialdichtung. Zum anderen liegt die kleinere
Fläche 25 an
der Vorderplatte 2 an und bildet dort die dynamische Axialdichtung.
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Die
größere Fläche 36 liegt
dagegen sowohl an dem Nutboden 32 als auch an der radial
innen liegenden Nutflanke 33 an, so dass der Dichtungsring 26 im
Querschnitt eine diagonal verlaufende Kraftwirkung aufweist.
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Schließlich zeigen
die 8A–C
ein alternatives Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe 1,
die weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel übereinstimmt, so
dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung
verwiesen wird, wobei für entsprechende
Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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In
diesen Zeichnungen sind auch axiale und radialen Spalte 37 und
Lagerstellen 38 mit Bezugszeichen versehen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten
Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die
ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in
den Schutzbereich fallen.
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- 1
- Dosierpumpe
- 2
- Vorderplatte
- 3
- Mittelplatte
- 4
- Rückplatte
- 5–12
- Bohrungen
- 13,
14
- Befestigungsschrauben
- 15,
16
- Bohrungen
der Pumpenkammer
- 17,
18
- Zahnräder
- 19
- Einlass
- 20
- Auslass
- 21
- Antriebswelle
- 22–25
- Ringnuten
- 26
- Dichtungsring
- 27,
28
- Schenkel
des Dichtungsrings
- 29
- Radial
außen
liegende Nutflanke
- 30,
31
- Dichtflächen
- 32
- Nutboden
- 33
- Radial
innen liegende Nutflanke
- 34
- Ringförmig umlaufende
Einkerbung
- 35,
36
- Flächen des
Dichtungsrings im Querschnitt
- 37
- Spalte
- 38
- Lagerstelle