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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Ölpumpe inklusive einer Innenzahnradpumpe, die ein Innenzahnrad und ein Außenzahnrad, das exzentrisch in das Innenzahnrad eingreift und Öl ansaugt und ausgibt, und einen Elektromotor, der die Pumpe antreibt, aufweist.
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STAND DER TECHNIK
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Kürzlich wurde das Bedürfnis nach Kraftfahrzeugen, deren Treibstoffeffizienz verbessert ist, stärker und die Emissionskontrollregelungen werden strenger. Unter diesen Umständen wird verbreitet ein Start-Stopp-System (Leerlauf-Stoppsystem), das einen Motor anhält, während das Kraftfahrzeug steht oder mit niedriger Geschwindigkeit fährt, und den Motor wieder startet, wenn sich das Kraftfahrzeug wieder zu bewegen beginnt, als eine Technik eingesetzt, die relativ leicht umsetzbar ist und einen großen Effekt beim Verbessern der Treibstoffeffizienz und Reduzieren von Abgasen erzielt. Bei der Start-Stopp-Technik ist es, um den Anlassschock, der unmittelbar nach dem Wiederanlassen des Motors auftritt, zu reduzieren, notwendig, entweder einen Druck innerhalb eines Getriebes zu erzeugen oder das Getriebe zu füllen, indem eine elektrische Ölpumpe während eines Leerlauf-Stopps angetrieben wird. Folglich besteht ein Bedürfnis danach, ein Betriebsgeräusch der elektrischen Ölpumpe während eines Leerlauf-Stopps zu reduzieren, wobei gleichzeitig eine Reduktion des Anlassschocks erreicht werden soll.
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Wie in Patentdokument 1 beschrieben ist, wird das Betriebsgeräusch der elektrischen Ölpumpe durch ein Verfahren zur Steuerung einer Motordrehzahl unterdrückt, Genauer gesagt wird ein Zahnrad, dessen Ausflussstromrate pro Umdrehung so groß wie möglich ist, für eine Zahnradspezifizierung der elektrischen Ölpumpe eingesetzt, sodass das Betriebsgeräusch einen Schwellenwert nicht überschreitet, der von einem Fahrzeug gefordert wird, das mit der elektrischen Ölpumpe ausgerüstet ist, während eine für die Pumpe benötigte Flussrate sichergestellt bleibt.
Patentdokument 1:
JP-A-2008-115718 -
Die Erfindung aus Patentdokument 1 unterdrückt die Motordrehgeschwindigkeit dadurch, dass eine größere Zahnradspezifikation mit einer größtmöglichen Ausflussstromrate pro Umdrehung verwendet wird. Diese Ausgestaltung verringert jedoch die Volumeneffizienz der Pumpe und die aktuelle Leistung der Pumpe für eine Motorausgabe wird schlecht, wodurch das Problem einer verringerten Pumpeneffizienz entsteht. Es gibt das weitere Problem, dass eine Last auf einem Pumpabschnitt ansteigt, wenn eine größere Zahnradspezifikation verwendet wird, und mehr Wärme wird erzeugt, wenn der Strom in einem Motorabschnitt ansteigt. Ferner ist es nötig, die Motorausgabe zu erhöhen, um diese Probleme zu lösen. Eine Erhöhung der Motorausgabe oder Motorausgangsleistung erhöht jedoch die Größe des Motors und es wird schwierig, die elektrische Ölpumpe in ihrer Größe zu reduzieren.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung dient dazu, die oben diskutierten Probleme zu lösen und hat eine Aufgabe, eine elektrische Ölpumpe bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, ein Betriebsgeräusch zu reduzieren, ohne dabei eine Zahnradspezifikation mit einer größtmöglichen Ausgabeflussrate pro Umdrehung annehmen zu müssen und dadurch eine Drehzahl abzusenken, während eine hohe Effizienz erzielt wird, indem eine Zahnradspezifikation und eine Drehzahl verwendet werden, die am besten zu einer benötigten Flussrate passen.
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Eine elektrische Ölpumpe gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält: einen Motorabschnitt, der eine Pumpe antreibt; eine Pumpabschnittswelle, die an eine Welle des Motorabschnitts gefügt ist und an ihren beiden Enden in axialer Richtung gehalten wird; ein Innenzahnrad, das mit Außenzähnen an einem Außenumfang versehen ist und mit der Pumpabschnittwelle in Eingriff steht; ein Außenzahnrad, das mit Innenzähnen an einem Innenumfang versehen ist, um mit dem Innenzahnrad in Eingriff zu stehen; ein Gehäuse, das mit einem Zahnradaufnahmeabschnitt versehen ist, in dem die beiden Zahnräder aufzunehmen sind; und eine Platte, die mit einem Ansauganschluss und einem Ausgabeanschluss versehen ist, die mit einer volumetrischen Kammer verbunden sind, welche ein den beiden Zahnrädern gegenüberliegender Raum ist, und eine Seite des Zahnradaufnahmeabschnitts abschließt. Das Innenzahnrad und das Außenzahnrad sind so angeordnet, dass sie exzentrisch ineinander eingreifen, sodass ein Freiraum an einem Abdichtpunkt, der durch die beiden Zahnräder gebildet wird, kleiner wird als ein Freiraum an dem Abdichtpunkt, der durch Zahnformen des Innenzahnrads und des Außenzahnrads bestimmt wird, indem eine Mitten-zu-Mitten-Distanz der beiden Zahnräder kleiner als eine Exzentrizität gemacht wird, die durch die Zahnformen definiert ist und wie folgt ausgedrückt wird: Exzentrizität = (Durchmesser des Innenzahnrad-Zahnkopfs (maximaler Durchmesser) – Durchmesser des Innenzahnrad-Zahnfußes (minimaler Durchmesser))/4.
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Eine elektrische Ölpumpe gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung enthält: einen Motorabschnitt, der eine Pumpe antreibt; ein Innenzahnrad, das mit Außenzähnen an einem Außenumfang versehen ist und in ein Ende einer Welle des Motorabschnitts eingesetzt ist; ein Außenzahnrad, das mit Innenzähnen an einem Innenumfang versehen ist, um mit dem Innenzahnrad einzugreifen; ein Gehäuse, das mit einem Zahnradaufnahmeabschnitt versehen ist, in dem die beiden Zahnräder aufzunehmen sind; und eine Platte, die mit einem Ansauganschluss und einem Ausgabeanschluss versehen ist, die mit einer volumetrischen Kammer verbunden sind, welche ein den beiden Zahnrädern gegenüberliegender Raum ist, und die eine Seite des Zahnradaufnahmeabschnitts abschließt Das Innenzahnrad und das Außenzahnrad sind so angeordnet, dass sie exzentrisch ineinander derart eingreifen, dass ein Freiraum an einem Abdichtpunkt, der durch die beiden Zahnräder gebildet wird, kleiner wird als ein Freiraum an dem Abdichtpunkt, der durch Zahnformen des Innenzahnrads und des Außenzahnrads bestimmt wird, indem eine Mitten-zu-Mitten-Distanz der beiden Zahnräder kleiner als eine Exzentrizität gemacht wird, die durch die Zahnformen bestimmt wird und wie folgt ausgerückt wird: Exzentrizität = (Durchmesser des Innenzahnrad-Zahnkopfes (maximaler Durchmesser) – Durchmesser des Innenzahnrad-Zahnfußes (minimaler Durchmesser))/4.
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Gemäß den oben beschriebenen Ausgestaltungen sind das Innenzahnrad und das Außenzahnrad so angeordnet, dass eine Mitten-zu-Mitten Distanz der beiden Zahnräder kleiner wird als eine Exzentrizität, die durch die Zahnformen bestimmt wird, um die beiden Zahnräder an dem Abdichtpunkt nah aneinander zu bringen. Folglich wird der Freiraum zwischen den Zahnrädern an dem Abdichtpunkt reduziert und eine Amplitude der Zahnradvibration, die durch eine Veränderung des Ausgabedrucks erzeugt wird, kann deshalb reduziert werden. Es wird daher möglich, Anschlaggeräusche der Zahnräder zu reduzieren. Ein Betriebsgeräusch der elektrischen Ölpumpe kann folglich reduziert werden, ohne eine Zahnradspezifikation zu einer größeren Größe zu verändern und daher eine Drehzahl zu verringern.
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Weil die Amplitude der Zahnradvibration verringert werden kann, wird es auch möglich, den Einfluss zu reduzieren, wenn die Zahnräder miteinander in Kontakt kommen. Es wird daher erwartet, dass die Lebensdauer der Zahnflanken der Zahnräder länger wird.
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Indem die Mittelpositionen der beiden Zahnräder so verschoben werden, dass der Abstand zwischen ihnen kleiner wird als eine Exzentrizität, die durch die Zahnformen der Zahnräder bestimmt wird, wird der Freiraum in der Umgebung des Abdichtpunktes kleiner. Damit wird es möglich, eine Leckage von Öl von der Ausgabeseite zu der Ansaugseite in der Umgebung des Abdichtpunktes zu reduzieren, was wiederum die Pumpenleistung erhöhen kann.
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Weil die Betriebsgeräusche reduziert werden können, ohne eine größere Zahnradspezifikation zu verwenden und daher die Drehzahl zu reduzieren, wird es möglich, eine Zahnradspezifikation und eine Drehzahl zu verwenden, die am besten auf die benötigte Flussrate abgestimmt sind. Es wird daher erwartet, dass die Effizienz der elektrischen Ölpumpe ansteigt.
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Die vorhergehende und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Detailbeschreibung der vorliegenden Erfindung deutlicher, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden wird.
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KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
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1 ist ein Querschnitt, der eine Struktur einer elektrischen Ölpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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2A und 2B sind Querschnitte, die entlang einer Linie a-a in 1 aufgenommen sind, gesehen in der durch Pfeile angezeigten Richtung;
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3 ist ein Querschnitt, der eine Struktur einer elektrischen Ölpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
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4 ist eine Ansicht, die dazu verwendet wird, ein Aussehen eines Innenzahnrads und eines Außenzahnrads in einer allgemeinen elektrischen Ölpumpe zu beschreiben.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform
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1 und 2A und 2B sind Ansichten, die eine Struktur einer elektrischen Ölpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform einer Erfindung zeigen. Eine elektrische Innenzahnrad-Ölpumpe enthält ein Innenzahnrad 1, das mit Außenzähnen auf einem Außenumfang versehen ist, und ein Außenzahnrad 2, das mit Innenzähnen an seinem Innenumfang versehen ist und um eine bestimmte Exzentrizität so angeordnet ist, dass es mit dem Innenzahnrad 1 in einem Eingreifpunkt A eingreift. Die beiden Zahnräder 1 und 2 werden in einen Zahnradaufnahmeabschnitt 3a eingesetzt, der an einem Gehäuse 3 vorgesehen ist. Ein Pumpenabschnitt wird dadurch gebildet, dass eine Seite des Zahnradaufnahmeabschnitts 3a mit einer Platte 4 abgeschlossen wird, die mit einem Ansauganschluss 4a und einem Ausgabeanschluss 4b versehen ist. Der Ansauganschluss 4a und der Ausgabeanschluss 4b stehen mit volumetrischen Kammern 10, die gegenüberliegende Räume des Innenzahnrads 1 und des Außenzahnrads 2 sind, jeweils über eine Ansaugöffnung 4d und eine Ausgabeöffnung 4e in Verbindung.
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Das Innenzahnrad 1 steht mit einer Pumpabschnittswelle 5 durch einen H-Schnitt oder dergleichen in Eingriff. Beide Enden der Pumpabschnittswelle 5 werden durch ein Lager 6, das an dem Gehäuse 3 vorgesehen ist, bzw. ein Lager 7, das an der Platte 4 vorgesehen ist, gehalten. Ein bürstenloser Motor oder dergleichen wird als ein Motorabschnitt 8 verwendet, der die elektrische Ölpumpe antreibt. Die elektrische Ölpumpe wird dadurch ausgebildet, dass die Pumpabschnittswelle 5 an einer Motorabschnittswelle 9 durch einen H-Schnitt oder dergleichen angefügt ist. Eine obere Oberfläche 3c des Zahnradaufnahmeabschnitts und eine obere Oberfläche 4c der Platte, wobei die erstgenannte jeweils einer Endfläche der beiden Zahnräder 1 und 2 gegenüberliegt und die zweitgenannte den anderen Endflächen gegenüberliegt, sind jeweils mit Ansaugöffnungen 3d bzw. 4d versehen und mit Ausgabeöffnungen 3e bzw. 4e. Das Gehäuse 3 wird an der Platte 4 und gleichfalls an dem Motorabschnitt 8 mit nicht dargestellten Schrauben befestigt.
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Als erstes wird eine allgemeine elektrische Innenzahnrad-Ölpumpe beschrieben werden, die in 4 gezeigt ist. Gleiche Komponenten, welche die allgemeine elektrische Innenzahnrad-Ölpumpe bilden, die in 4 gezeigt ist, werden mit gleichen Bezugszeichen in 1 bezeichnet und eine Beschreibung solcher Komponenten wird im Folgenden ausgelassen. Oi sei das Rotationszentrum des Innenzahnrads 1 und Oo sei das Rotationszentrum des Außenzahnrads 2. Das Innenzahnrad 1 und das Außenzahnrad 2 sind um eine bestimmte Exzentrizität C (einen Abstand zwischen Oi und Oo) zueinander versetzt, die durch die untenstehende Gleichung ausgedrückt wird, sodass das Innenzahnrad 1 und das Außenzahnrad 2 miteinander in Eingriff kommen: Exzentrizität C = (Durchmesser des Innenzahnrad-Zahnkopfes (maximaler Durchmesser) – Durchmesser des Innenzahnrad-Zahnfußes (minimaler Durchmesser))/4.
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Das Innenzahnrad 1 und das Außenzahnrad 2 greifen ineinander in einem Eingriffspunkt A ein und dichten einen Ansaugabschnitt und einen Ausgabeabschnitt an einem Abdichtpunkt B an der dem Eingriffspunkt A gegenüberliegenden Seite ab. Ein kleiner Zwischenraum D (zum Beispiel etwa 80 μm) wird an dem Abdichtpunkt B vorgesehen. Der Freiraum D wird durch Zahnformen des Innenzahnrads 1 und des Außenzahnrads 2 bestimmt und wie folgt ausgedrückt:
Freiraum D = (Durchmesser des Außenzahnrad-Zahnkopfes (minimaler Durchmesser) + Durchmesser des Außenzahnrad-Zahnfußes (maximaler Durchmesser))/2 – Durchmesser des Innenzahnrads-Zahnkopfes (maximaler Durchmesser), wobei D > 0 gilt.
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Eine Betriebsweise der allgemeinen Innenzahnradpumpe wird nun mit Bezug auf 4 beschrieben. Indem eine Spannung an den Motorabschnitt 8 angelegt wird, der eine Pumpenantriebsquelle ist, beginnt das Innenzahnrad 1 über die Motorabschnittswelle 9 und die Pumpenabschnittswelle 5 zu rotieren. Dann greifen das Innenzahnrad 1 und das Außenzahnrad 2 an dem Eingriffspunkt A ineinander ein und beide Zahnräder 1 und 2 rotieren. In diesem Fall wird ein Volumen mehrerer der volumetrischen Kammern 10, die durch das Innenzahnrad 1 und das Außenzahnrad 2 definiert werden, verändert, um Öl anzusaugen und auszugeben.
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Bei einem Ansaughub vergrößert sich ein Volumen der volumetrischen Kammern 10 mit der Umdrehung und die volumetrischen Kammern 10 werden über den Ansauganschluss 4a und die Ansaugöffnung 4d mit Öl gefüllt. Bei einem Ausgabehub verringert sich ein Volumen der volumetrischen Kammern 10 mit der Umdrehung und das Öl, das in die volumetrischen Kammern 10 gefüllt wurde, wird aus den volumetrischen Kammern 10 herausgedrückt und über die Ausgabeöffnung 4e und den Ausgabeanschluss 4b ausgegeben.
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Zu diesem Zeitpunkt entwickelt die Druckdifferenz zwischen dem Ansaugabschnitt und dem Ausgabeabschnitt eine Last auf das Innenzahnrad 1 und das Außenzahnrad 2 in durch den Doppelpfeil F in 4 gezeigten Richtungen. Diese Last variiert mit einer Druckpulsierung der Pumpe. Angesichts dessen wird vermutet, dass das Innenzahnrad 1 und das Außenzahnrad 2 über die Breite des Freiraums D an dem Abdichtpunkt B vibrieren, während die Pumpe betrieben wird, und solche Vibrationen führen zu einer Erhöhung der Betriebsgeräusche.
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Demgegenüber wird der Freiraum gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wie sie 2A und 2B gezeigt ist, an dem Abdichtpunkt B reduziert, indem die Mitte des Zahnradaufnahmeabschnitts 3a um ein kleines Maß E (zum Beispiel 50 μm) in eine Richtung verschoben wird, in der die Mitten-zu-Mitten-Distanz der beiden Zahnräder 1 und 2 kleiner als die Exzentrizität C wird, die durch die Zahnformen bestimmt wird, beispielsweise in einer Richtung in einem Winkel von 45° in Bezug auf eine Linie, die Oo und Oi verbindet, wodurch die Mitte des Außenzahnrads 2, Oo, die durch die Zahnformen des Innenzahnrads 1 und des Außenzahnrads 2 bestimmt wird, dazu gebracht wird, sich zu Oo' zu verschieben. Die Mitte des Außenzahnrads 2, Oo', ist an einer Position, welche die folgende Ungleichung erfüllt: (Mitten-zu-Mitten-Abstand der beiden Zahnräder 1 und 2, Oi bis Oo') < (Exzentrizität C (Abstand von Oi nach Oo)), und ist nicht darauf begrenzt, in der Richtung eines Winkels von 45° in Bezug auf die Linie zu liegen, die Oo und Oi verbindet. Deshalb wird (D–E) für den Freiraum an dem Abdichtpunkt B erreicht. 2B ist eine vergrößerte Ansicht des Mittelteils von 2A.
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Gemäß der ersten Ausführungsform ist (D–E) als der Freiraum an dem Abdichtpunkt B gegeben, der durch die oben beschriebene Struktur bestimmt ist. Dies bedeutet, dass der Freiraum an dem Abdichtpunkt B auf etwa 40% des Freiraums an dem Abdichtpunkt B der allgemeinen Zahnradpumpe eingestellt wird, und die Amplitude der Zahnradvibration, die durch einen Pumpenbetrieb erzeugt wird, kann deshalb gedrückt werden. Es wird experimentell bestätigt, dass die Betriebsgeräusche um etwa 3 bis 5 dBA verringert werden können, wenn eine Pumpencharakteristik derselben Flussrate und desselben Drucks sichergestellt wird.
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Im Allgemeinen ist bekannt, dass eine Menge von auslaufendem Fluid durch einen kleinen Freiraum proportional zur dritten Potenz des Freiraums ist. Weil der Freiraum an dem Abdichtpunkt B um etwa 40% durch die oben beschriebene Struktur reduziert wurde, wird die Menge auslaufenden Öls aus dem Abdichtpunkt B auf 6% der Menge auslaufenden Öls mit einer allgemeinen Innenzahnradpumpe reduziert. Es wird daher möglich, die Pumpeneffizienz zu verbessern.
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Zweite Ausführungsform
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Die Ausgestaltung einer zweiten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf 3 beschrieben werden. Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung werden ein Motorabschnitt 8 als eine Antriebsquelle zum Antreiben einer Pumpe, ein Innenzahnrad 1, das mit Außenzähnen auf seinem Außenumfang versehen und mit einer Motorabschnittswelle 11 an einem von deren Enden in Eingriff ist, und ein Außenzahnrad 2, das mit Innenzähnen an seinem Innenumfang versehen und mit einer bestimmten Exzentrizität C angeordnet ist, um mit dem Innenzahnrad 1 an einem Eingriffspunkt A in Eingriff zu stehen, in einen Zahnradaufnahmeabschnitt 3a eingesetzt, der an einem Gehäuse 3 vorgesehen ist, und zwischen dem Gehäuse 3 und einer Platte 4 eingebaut, die mit einem Ansauganschluss 4a und einem Ausgabeanschluss 4b versehen ist. Das Gehäuse 3 wird an dem Motorabschnitt 8 und auch an der Platte 4 mit Schrauben oder dergleichen befestigt. In diesem Fall wird, wie bei der ersten Ausführungsform von oben, ein Freiraum an einem Abdichtpunkt B, der durch das Innenzahnrad 1 und das Außenzahnrad 2 gebildet wird, dadurch verringert, dass die Mitte des Außenzahnrads 2 verschoben wird, indem die Mitte des Zahnradaufnahmeabschnitts 3a in eine Richtung verschoben wird, in der die Mitten-zu-Mitten-Distanz der beiden Zahnräder 1 und 2 kleiner als die Exzentrizität C wird.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform wird es wie in der obigen ersten Ausführungsform möglich, Betriebsgeräusche zu reduzieren und die Pumpeneffizienz zu verbessern. Darüber hinaus kann eine Größenreduktion erzielt werden, weil es möglich wird, eine Stelle einzusparen, an der die Pumpenabschnittswelle und die Motorabschnittswelle aneinander gefügt werden.
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Ein Freiraum (eine Seite) zwischen dem äußeren Umfang des Außenzahnrads 2 und dem Zahnradaufnahmeabschnitt 3a wird im Allgemeinen auf 50 bis 75 μm eingestellt. In der ersten und zweiten obigen Ausführungsform wird es jedoch möglich, indem der Freiraum auf einen kleineren Bereich von 30 bis 55 μm eingestellt wird, die Amplitude des Außenzahnrads 2 zu drücken, was wiederum Operationsgeräusche weiter reduzieren kann. In diesem Fall wird durch ein Experiment bestätigt, dass es nötig ist, zumindest 30 mm als einen unteren Grenzwert für den Freiraum sicherzustellen, wenn die Widerstandsfähigkeit gegenüber kleinen, im Öl enthaltenen Fremdkörpern berücksichtigt wird.
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Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden dem Fachmann klar werden, ohne vom Schutzbereich und Grundgedanken dieser Erfindung abzuweichen und es sollte verstanden werden, dass diese nicht auf die illustrativen Ausführungsformen beschränkt ist, die zuvor beschrieben wurden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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