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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einstellen eines Fluidfüllstandes in einem Gehäusebereich gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Eine Einrichtung zur Einstellung des Ölstandes in einem Getriebe, das wenigstens zwei getrennte Getriebegehäusekammern bzw. Gehäusebereiche hat, die teilweise mit Öl und teilweise mit Luft gefüllt sind und zwischen welchen ein Ölaustausch möglich ist, ist aus der
EP 0 406 649 A1 bekannt. Über eine Luftpumpe wird in eine erste Getriebegehäusekammer, in der die Neigung zur Ölansammlung besteht, Luft gedrückt, so dass Öl aus der ersten Getriebegehäusekammer verdrängt und in eine zweite Getriebegehäusekammer geführt wird. Die Luftpumpe bzw. die Pumpeneinrichtung liegt in einem Luftkanal, der die beiden Getriebegehäusekammern miteinander verbindet. Die erste Getriebegehäusekammer ist hermetisch nach außen abgeschlossen. Der Ölstand in der ersten Getriebegehäusekammer soll über die Einrichtung auf ein definiertes Fluidfüllstandsniveau abgesenkt werden, um Verlustleistungen zu vermeiden, die durch Öl-Plantschen von in der ersten Getriebegehäusekammer angeordneten drehenden Bauteilen verursacht werden.
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Der Fluidfüllstand bzw. der Ölstand in der ersten Getriebegehäusekammer stellt sich in Abhängigkeit der Leistungsfähigkeit der Luftpumpe ein, wobei der Ölstand in der ersten Getriebegehäusekammer auch abhängig ist von der Ölviskosität, Fließwiderständen und der Förderleistung der Pumpeneinrichtung.
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Dies hat nachteilhafterweise zur Folge, dass die Pumpe mit einer entsprechend hohen Förderleistung zur Verfügung zu stellen ist, um den Ölstand in der ersten Getriebegehäusekammer auch bei hoher Viskosität des Öls auf ein definiertes Fluidfüllstandsniveau führen zu können. Die in Abhängigkeit ungünstiger Betriebszustände vorzusehende Dimensionierung der Luftpumpe führt dazu, dass der Ölstand bei niedrigerer Viskosität des Öls aufgrund der nicht variierbaren drehzahlabhängigen Förderleistung der Luftpumpe unterhalb des definierten Fluidfüllstandsniveaus abgesenkt wird und unter Umständen das gesamte Öl aus der ersten Getriebegehäusekammer in die zweite Getriebegehäusekammer geführt wird, so dass mit zunehmender Betriebszeit von der Luftpumpe auch Luft aus der ersten Getriebegehäusekammer in die zweite Getriebegehäusekammer gefördert wird. Die über die Luftpumpe in die zweite Getriebegehäusekammer eingeleitete Luft ist vor einem Führen des Öls in Richtung einer Getriebepumpe, über die beispielsweise das Getriebe mit Öl versorgt wird, über aufwändige Maßnahmen aus dem Öl abzuscheiden, um die Funktionsweise der Getriebepumpe beeinträchtigende Phänomene, wie Kavitation oder dergleichen, zu vermeiden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einstellen eines Fluidfüllstandes in einem Gehäusebereich zur Verfügung zu stellen, über die unerwünschte Lufteinschlüsse im Fluid auf einfache Art und Weise vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einstellen eines Fluidfüllstandes in einem Gehäusebereich, der mit einem weiteren Gehäusebereich zum Austausch von Fluid verbunden ist und der mit einer Druckseite einer Pumpeneinrichtung in Wirkverbindung steht, wobei mit steigendem Innendruck im Gehäusebereich, der pumpenseitig veränderbar ist, zunehmend Fluid aus dem Gehäusebereich in den weiteren Gehäusebereich überführbar ist, ist mit einer Einrichtung ausgebildet, deren Betriebszustand in Abhängigkeit des Fluidfüllstandes variiert, wobei bei Vorliegen eines definierten Fluidfüllstandsniveaus im Gehäusebereich der Innendruck im Gehäusebereich über die Einrichtung auf einen zum definierten Fluidfüllstandsniveau äquivalenten Druckwert einstellbar ist.
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Vorteilhafterweise wird über die erfindungsgemäße Vorrichtung im Gehäusebereich unabhängig von temperaturbedingten Strömungswiderständen und dergleichen immer das definierte Fluidfüllstandsniveau im Gehäusebereich eingestellt, da der pumpenseitige Druck im Gehäusebereich, in dessen Abhängigkeit der Füllstand im Gehäusebereich variiert, über die Einrichtung auf einfache Art und Weise auf dem Niveau gehalten wird, zu dem im Gehäusebereich das definierte bzw. gewünschte Fluidfüllstandsniveau liegt. Das bedeutet, dass im Gehäusebereich über die Einrichtung ein höherer Druck vorzugsweise geregelt eingestellt wird, wenn das aus dem Gehäusebereich in Richtung des weiteren Gehäusebereiches zu führende Fluid beispielsweise eine hohe Viskosität, wie bei niedrigen Betriebstemperaturen, aufweist. Im Gegensatz dazu wird im Gehäusebereich über die Einrichtung ein niedrigerer Druck vorzugsweise geregelt eingestellt, wenn das Fluid beispielsweise aufgrund höherer Betriebstemperaturen mit einer niedrigeren Viskosität vorliegt.
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Damit wird auf einfache Art und Weise vermieden, dass über die Pumpeneinrichtung der Fluidfüllstand im Gehäusebereich auf ein Niveau abgesenkt wird, zu dem aus dem Gehäusebereich Luft in Richtung des weiteren Gehäusebereiches geführt wird, was die aus dem Stand der Technik bekannten Lufteinschlüsse im Fluidvolumen verursacht, die vor einer weiteren Verwendung des Fluids über aufwändige Maßnahmen aus dem Fluid abzuscheiden sind.
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Der über die erfindungsgemäße Vorrichtung im Gehäusebereich eingestellte Fluidfüllstand ist auch unabhängig von der aktuell in den Gehäusebereich zufließenden Fluidmenge, da die Einrichtung den Druck im Gehäusebereich erst mit Erreichen des definierten Fluidfüllstandsniveaus auf das hierzu äquivalente Druckniveau einstellt.
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Die Pumpeneinrichtung kann in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles als Stößel-, Zahnrad- oder Kreiselpumpe, vorzugsweise als Kolbenluftpumpe ausgeführt sein.
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Ist zwischen dem Gehäusebereich und der Druckseite der Pumpeneinrichtung ein Rückschlagventil vorgesehen, wird ein Rückströmen von Fluid aus dem Gehäusebereich in Richtung der Pumpeneinrichtung auf einfache Art und Weise sicher vermieden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Saugseite der Pumpeneinrichtung mit dem weiteren Gehäusebereich verbunden, womit auf konstruktiv einfache Art und Weise ein geschlossenes System vorliegt, über das ein Eintritt von Schmutzpartikeln und dergleichen mit geringem Aufwand vermieden wird.
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Ist eine Saugseite der Pumpeneinrichtung zusätzlich hierzu oder alternativ dazu mit einer Umgebung des Gehäusebereiches verbunden und ist zwischen der Saugseite und der Umgebung vorzugsweise eine Filtereinrichtung vorgesehen, ist eine Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise aufgrund eines konstanten saugseitigen Druckes gewährleistet, die Luftzuführung bei entsprechend konstruktiven Gegebenheiten mit geringen Kosten realisierbar und vorzugsweise der Eintritt von Schmutzpartikeln und dergleichen durch den Luftfilter vermieden.
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Bei einer konstruktiv einfach ausgebildeten weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Einrichtung ein Schwimmerventil auf, das einen in Abhängigkeit des Fluidfüllstandes im Gehäusebereich verschiebbaren Schwimmkörper hat, der mit einem im Ventilgehäuse beweglich ausgeführten Ventilschieber verbunden ist, über den oberhalb des definierten Füllstandsniveaus im Gehäusebereich die Druckseite der Pumpeneinrichtung von einen Niederdruckbereich getrennt ist und bei Vorliegen des definierten Fluidfüllstandsniveaus mit diesem verbunden ist. Damit wird die Pumpeneinrichtung über die Einrichtung bei Erreichen des definierten Fluidfüllstandsniveaus selbständig auf Kurzschluss geschaltet und die Wirkung der fördernden Pumpeneinrichtung auf den Druck im Gehäusebereich auf einfache Art und Weise solange deaktiviert, bis das definierte Fluidfüllstandsniveau im Gehäusebereich wieder überschritten wird.
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Bei einer bauraumgünstigen und konstruktiv einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Niederdruckbereich die Saugseite der Pumpeneinrichtung.
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Steht die Einrichtung über Schlauchleitungen mit der Pumpeneinrichtung in Verbindung, ist die Einrichtung in Bereichen bekannter Systeme ohne aufwändige konstruktive Maßnahmen anordenbar, in denen ausreichend Bauraum für die Einrichtung zur Verfügung steht.
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Entspricht das definierte Fluidfüllstandsniveau einem Füllstand des Gehäusebereiches, zu dem im Inneren des Gehäusebereiches angeordnete drehbare Bauteile im Wesentlichen vollständig oberhalb des Fluides angeordnet sind, werden unnötige Plantschverluste sicher vermieden.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die Figur zeigt eine Vorrichtung 1 zum Einstellen eines Fluidfüllstandes in einem Gehäusebereich 2, der mit einem weiteren Gehäusebereich 3 über eine Leitung 4 verbunden ist und der mit einer Druckseite 5 einer Pumpeneinrichtung 6 in Wirkverbindung steht. Mit steigendem Innendruck im Gehäusebereich 2, der pumpenseitig durch Fördern von Luft ausgehend von der Druckseite der Pumpeneinrichtung 6 in das Innere 7 des Gehäusebereiches 2 veränderbar ist, ist zunehmend Fluid, das vorliegend Hydraulikfluid ist, aus dem Gehäusebereich 2 in den weiteren Gehäusebereich 3 überführbar.
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Hierfür ist der Gehäusebereich 2 im Wesentlichen druckdicht ausgeführt, womit ein pumpenseitiges Fördern von Luft in das Innere 7 des Gehäusebereiches 2 und oberhalb des Füllstandes des Fluides im Gehäusebereich 2 zu einem Anstieg des Druckes im Gehäusebereich führt. Die Leitung 4 zweigt unterhalb des Füllstandes des Fluides im Gehäusebereich 2 in Richtung des weiteren Gehäusebereiches 3 ab. Mit steigendem Druck im Inneren 7 des Gehäusebereiches 2 wird Fluid aus dem Gehäusebereich 2 in Richtung des weiteren Gehäusebereiches 3 gedrückt bzw. ausgeführt.
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Es ist eine Einrichtung 8 vorgesehen, deren Betriebszustand in Abhängigkeit des Fluidfüllstandes im Gehäusebereich 2 variiert. Bei Vorliegen eines definierten Fluidfüllstandsniveaus 9 im Gehäusebereich 2 wird der Innendruck im Gehäusebereich 2 über die Einrichtung 8 auf einen zum definierten Fluidfüllstandsniveau 9 äquivalenten Druckwert eingestellt.
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Hierfür ist die Einrichtung 8 bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Schwimmerventil 10 ausgebildet, das einen in Abhängigkeit des Fluidfüllstandes im Gehäusebereich 2 verschiebbaren Schwimmkörper 11 aufweist. Der Schwimmkörper 11 ist mit einem in einem Ventilgehäuse 12 beweglich angeordneten Ventilschieber 13 fest verbunden. Über den Ventilschieber 13 ist oberhalb des definierten Fluidfüllstandsniveaus 9 die Druckseite 5 der Pumpeneinrichtung 6 von einem Niederdruckbereich 15, der vorliegend die Saugseite der Pumpeneinrichtung 6 ist, getrennt und bei Vorliegen des definierten Fluidfüllstandsniveaus mit dem Niederdruckbereich bzw. der Saugseite 15 verbunden.
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Die Pumpeneinrichtung 6 ist bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 als eine Kolbenluftpumpe ausgeführt, die durch einen Stößel 16 angetrieben wird, der auf einem Exzenter 17 gleitet. Der Exzenter ist vorliegend einstückig mit einem Zahnrad 18 ausgeführt, womit der Exzenter 17 den Stößel 16 bei drehendem Zahnrad 18 hebt und senkt.
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Vom Stößel 16 wird ein Kolben 19 der Pumpeneinrichtung 6 bewegt. Wird der Kolben 19 in Richtung des Zahnrades 18 geführt, wird über ein erstes Rückschlagventil 20 der Pumpeneinrichtung 6 Luft angesaugt. Die Luft wird in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles entweder über eine Filtereinrichtung 24 aus der Umgebung des Gehäusebereiches 2 angesaugt oder dem Luftraum des weiteren Gehäusebereiches 3 entnommen. Hat der Stößel 16 durch eine entsprechende exzenterseitige Betätigung gemeinsam mit dem Kolben 19 seinen tiefsten Punkt erreicht, wird der Stößel 16 zusammen mit dem Kolben 19 über den Exzenter 17 vom Zahnrad 18 wegbewegt, was zu einem Schließen des ersten Rückschlagventils 20 führt. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 19 öffnet bei geschlossenem ersten Rückschlagventil 20 ein zweites Rückschlagventil 21 der Pumpeneinrichtung 6 und die zuvor über das erste Rückschlagventil angesaugte Luft wird komprimiert und von der Druckseite 5 in Richtung eines weiteren Rückschlagventils 22 geführt, das zwischen der Druckseite 5 der Pumpeneinrichtung 6 und dem Inneren 7 des Gehäusebereiches 2 angeordnet ist. Das weitere Rückschlagventil 22 ist zur Vermeidung eines Rückflusses von Fluid bzw. Hydraulikfluid aus dem Gehäusebereich 2 in Richtung der Pumpeneinrichtung 6 vorgesehen.
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Bei entsprechendem Druckgefälle zwischen der Druckseite 5 der Pumpeneinrichtung 6 und dem Inneren 7 des Gehäusebereiches 2 wird die von der Pumpeneinrichtung 6 geförderte Luft über das weitere Rückschlagventil 22 in das Innere 7 des Gehäusebereiches 2 eingeleitet.
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Stromauf des weiteren Rückschlagventils 22 zweigt von der Druckseite 5 der Pumpeneinrichtung 6 eine Bypass-Leitung 23 ab, die anderenends in das Innere des Schwimmerventils 10 mündet. In der in der Figur gezeigten Stellung des Ventilschiebers 13 des Schwimmerventils 10 ist der Mündungsbereich der Bypass-Leitung 23 vom Ventilschieber 13 gesperrt. Sinkt der Schwimmkörper 11 aus der in der Figur gezeigten Position aufgrund eines sinkenden Fluidfüllstandes des Gehäusebereiches 2 ab, gibt der Ventilschieber 13 die Bypass-Leitung 23 mit Erreichen des definierten Fluidfüllstandsniveaus 9 frei, womit die Druckseite 5 der Pumpeneinrichtung 6 über das Schwimmerventil 10 mit der Saugseite 15 verbunden ist und der Druck im Inneren 7 des Gehäusebereiches 2 trotz weiter fördernder Pumpeneinrichtung 6 nicht weiter ansteigt.
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Das Schwimmerventil 10 der Einrichtung 8 ist vorliegend im Gehäusebereich 2 angeordnet und der Ventilschieber 13 verschließt die Bypass-Leitung 23 bei Vorliegen von Fluidfüllständen im Gehäusebereich 2 oberhalb des definierten Fluidfüllstandsniveaus. Sobald das definierte Fluidfüllstandsniveau 9 erreicht ist, wird die Bypass-Leitung 23 vom Schwimmerventil 10 geöffnet und es liegt eine Verbindung zwischen der Druckseite 5 und der Saugseite 15 der Pumpeneinrichtung 6 vor.
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Der sich im Gehäusebereich 2 einstellende Druck bzw. Luftdruck ist abhängig von den Fließwiderständen des zurückfließenden Hydraulikfluids im Bereich der Leitung 4. Ist der Gehäusebereich 2 tiefer als der weitere Gehäusebereich 3 angeordnet, der vorliegend einen Öltank einer Getriebeeinrichtung darstellt, ist auch der geodätische Unterschied zwischen dem Fluidfüllstand im Gehäusebereich 2 und dem Fluidfüllstand im weiteren Gehäusebereich 3 zu überwinden.
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Über die Einrichtung 8 bzw. das Schwimmerventil 10 wird bei Erreichen des definierten Fluidfüllstandsniveaus 9 der Druck im Inneren 7 des Gehäusebereiches 2 auf einen zum definierten Fluidfüllstandsniveau 9 äquivalenten Druckwert eingestellt und das definierte Fluidfüllstandsniveau 9 geregelt eingestellt.
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Über die vorbeschriebene beispielhafte Ausführung der Vorrichtung 1 ist gewährleistet, dass sich im Gehäusebereich 2 unabhängig von den Strömungswiderständen im Bereich der Leitung 4 bei fördernder Pumpeneinrichtung 6 immer das definierte Fluidfüllstandsniveau 9 einstellt. Zusätzlich wird auch vermieden, dass überschüssige Luft in das Hydraulikfluid gelangt, da der Fluidfüllstand im Gehäusebereich 2 von der Pumpeneinrichtung 6 niemals auf ein Niveau abgesenkt wird, zu dem über die Leitung 4 Luft vom Gehäusebereich 2 in Richtung des weiteren Gehäusebereiches 3 geführt wird.
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Das definierte Fluidfüllstandsniveau 9 entspricht vorliegend einem Füllstand, zu dem im Gehäusebereich 2 angeordnete rotierende Bauteile nicht in das im Gehäusebereich 2 vorhandene Hydraulikfluidvolumen eintauchen, womit Plantschverluste auf einfache Art und Weise vermieden werden.
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Bei weiteren Anwendungen der Vorrichtung 1 besteht auch die Möglichkeit, dass im Gehäusebereich 2 Bauteile von Pumpen oder Motoren hydrostatischer Einheiten angeordnet sind, die üblicherweise komplett mit Öl befüllt sind. Die rotierenden Bauteile verursachen ohne entsprechende Absenkung des Fluidfüllstandes erhebliche Verluste, da die Hydrauliksysteme meist derart angeordnet sind, dass die hydrostatischen Einheiten tiefer liegen als der Ölspiegel im Öltank. Über die Vorrichtung werden Plantschverluste durch ein entsprechendes Anheben des Drucks im Gehäuse einer hydrostatischen Einheit bei gleichzeitigem Absenken des Fluidfüllstandes auf einfache Art und Weise reduziert bzw. vermieden.
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Die Gehäuse hydrostatischer Einheiten sind meist auch deshalb vollkommen mit Hydraulikfluid befüllt, da Lecköl in das Gehäuse zurückfließt. Bei Pumpen von hydrostatischen Einheiten, die im geschlossenen Kreislauf verwendet werden, wird außer dem Lecköl auch noch die Überschussmenge der Speisepumpe in das Pumpengehäuse geleitet, während bei Hydromotoren außer der Leckölmenge oft auch die Spülölmenge in das Gehäuse eingeleitet wird.
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Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere die in der Figur dargestellte Ausführung der Vorrichtung 1 in Kombination mit elektrischen Motoren und Generatoren zu verwenden, die mit Spritzöl gekühlt und geschmiert werden. Da die Rotoren im Luftraum laufen und im Bereich der Spalte zwischen Rotoren und Startoren kein Öl gelangen darf, ist es vorteilhaft, wenn Öl aus den Motoren und Generatoren aufnehmenden Gehäusen in der vorbeschriebenen Art und Weise befördert wird.
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Dies wird bei aus der Praxis bekannten Ausführungen üblicherweise über als Zahnradpumpen ausgeführte Ölpumpen realisiert, die jedoch wesentlich mehr Öl fördern, als Kühl- und Schmieröl in die Gehäuse gelangt. Damit wird auch bei diesen bekannten Systemen unerwünschterweise viel Luft in den Öltank befördert und verursacht dort unerwünschte Ölverschäumungen. Diese Problematik ist durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der vorbeschriebenen Art und Weise auf einfache Art und Weise vermeidbar.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist unabhängig von der jeweiligen Ausführung des Gehäusebereiches und des weiteren Gehäusebereiches und auch unabhängig von der jeweils aktuell in den Gehäusebereich rückfließenden Ölmenge sowie den Strömungswiderständen des rückfließenden Hydraulikfluides vom Gehäusebereich in den weiteren Gehäusebereich ein relativ konstanter Fluidfüllstand im Gehäusebereich einstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Gehäusebereich
- 3
- weiterer Gehäusebereich
- 4
- Leitung
- 5
- Druckseite
- 6
- Pumpeneinrichtung
- 7
- Inneres des Gehäusebereiches
- 8
- Einrichtung
- 9
- definiertes Fluidfüllstandsniveau
- 10
- Schwimmerventil
- 11
- Schwimmkörper
- 12
- Ventilgehäuse
- 13
- Ventilschieber
- 15
- Niederdruckbereich, Saugseite
- 16
- Stößel
- 17
- Exzenter
- 18
- Zahnrad
- 19
- Kolben
- 20
- erstes Rückschlagventil
- 21
- zweites Rückschlagventil
- 22
- weiteres Rückschlagventil
- 23
- Bypass-Leitung
- 24
- Filtereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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