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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Motorkomponenten und insbesondere, eine Gerotor-Zahnradanordnung für die Motorölpumpe.
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HINTERGRUND
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Eine Ölpumpe für einen Motor, der in einem Fahrzeug verwendet wird, umfasst einen rotierenden Rotor und ein Ölpumpengehäuse, das den Rotor umgibt. Das Rotor- und Ölpumpengehäuse sind im Allgemeinen aus Material wie Eisen (Gusseisen), Billetstahl, Pudermetall, Aluminium oder dergleichen ausgestaltet.
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Bei herkömmlichen Ölpumpen verfügt ein inneres Antriebszahnrad typischerweise über einen Zahn weniger im Zahnrad, als ein äußeres angetriebenes Zahnrad. Wenn das innere Antriebszahnrad und das äußere angetriebene Zahnrad ineinandergreifen und sich drehen, dreht das innere Antriebszahnrad pro Zyklus einen Zahnrad-Zahn schneller als das äußere angetriebene Zahnrad. Während der Ausführung eines einzigen kompletten Zyklus oder einer Umdrehung des Antriebsrades wird zwischen jedem der Antriebszahnradzähne und den angetriebenen Zahnradzähnen ein Hohlraum gebildet. Der Hohlraum erweitert sich allmählich und fortlaufend auf der Einlassseite und zieht sich auf der Auslassseite zusammen, wenn sich das Antriebszahnrad und das angetriebene Zahnrad drehen.
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Die typische Ölpumpe umfasst auch ein Gehäuse, das eine Öleinlassöffnung, eine Ölauslassöffnung und einen isolierten Gehäuseabschnitt aufweist. Theoretisch wird Öl zwischen den Zähnen des Antriebszahnrades und des angetriebenen Zahnrades aufgenommen und in einen Hohlraum zwischen diesen Zähnen zusammengedrückt. Anfänglich befindet sich der Hohlraum in einem sich ausweitenden Zustand, wobei sich der Hohlraum zwischen jedem der Zähne des Antriebszahnrads und den Zähnen des angetriebenen Zahnrads dann zusammenzieht, wenn sich die Zahnräder drehen und das Öl in die Ölauslassöffnung abgeben. Somit wird das Öl von der Öleinlassöffnung aufgenommen, zwischen den Zähnen des Antriebszahnrades und dem angetriebenen Zahnrad zusammengedrückt und an die Ölauslassöffnung abgegeben.
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Typischerweise sind der Endabschnitt der Ölansaugnut und der Anfangsabschnitt der Ölauslassnut so konfiguriert, dass sie voneinander getrennt sind. Ein isolierter Gehäuseabschnitt kann zwischen den Öleinlass- und den Ölauslassöffnungen angeordnet sein, um die Öleinlassöffnung und die Ölauslassöffnung zu trennen. Ein Nachteil bei der typischen Ölpumpenauslegung besteht darin, dass die äußere Oberfläche des äußeren Antriebsrades und die innere Oberfläche der Gehäuseeinheit aufgrund der verschiedenen Belastungen, die zwischen dem äußeren angetriebenen Zahnrad und dem Gehäuse auftreten, einen Verschleiß und eine Reibung an dieser Schnittstelle erfahren. Der vorgenannte Zustand verringert die Haltbarkeit des Gehäuses und erhöht die Ölleckage durch den Abstand zwischen der kämmenden Verzahnung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung sieht eine Gerotoranordnung mit einer Kurbelwelle, einem inneren Antriebszahnrad, einem äußeren angetriebenen Zahnrad und einem Gehäuse vor. Das Gehäuse definiert eine Ölnut an der Innenfläche des Gehäuses, in der die Ölnut mit einer Öffnung einem Anschluss steht. Das innere Antriebszahnrad definiert eine Vielzahl von inneren Verzahnungen. Das innere Antriebszahnrad kann in eine Kurbelwelle eingreifen oder montiert werden. Das äußere angetriebene Zahnrad definiert eine Vielzahl von äußeren Verzahnungen, die operativ konfiguriert sind, um mit der inneren Verzahnung in Eingriff zu kommen. Wenn sich die Zahnräder relativ zueinander drehen, definieren das äußere angetriebene Zahnrad und das innere Antriebszahnrad einen komprimierbaren Hohlraum dazwischen.
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Eine Gerotoranordnung ist ebenfalls mit einer Kurbelwelle, einem inneren angetriebenen Zahnrad, einem äußeren angetriebenen Zahnrad, die Durchgänge definieren, und einem Gehäuse, das eine Ölnut definiert, vorgesehen. Die Durchgänge sind operativ so konfiguriert, dass sie Spülöl von mindestens einem Hohlraum zwischen dem inneren Antriebszahnrad und dem äußeren angetriebenen Zahnrad zu der Ölnut übertragen, die dann Öl verteilt, um einen hydrodynamischen Film zwischen dem äußeren angetriebenen Zahnrad und dem Gehäuse zu bilden. Die Durchgänge können jeweils in einer Mini-Nut an einer Außenseite des äußeren angetriebenen Zahnrades enden.
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Es ist auch eine Gerotoranordnung vorgesehen, die eine Kurbelwelle, ein inneres Antriebszahnrad, ein äußeres angetriebenes Zahnrad, ein Gehäuse, das eine Ölnut definiert, eine Hochdruckpumpe und einen in dem Gehäuse definierten Hochdruckölkanal der operativ konfiguriert ist, um eine Fluidverbindung zwischen der Ölnut und der Hochdruckpumpe zu bereitzustellen. Der Hochdruckölkanal kann operativ konfiguriert sein, um Hochdrucköl von einer Hochdruckpumpe in die Ölnut zuzuführen. In ähnlicher Weise verteilt die Ölnut dann Öl, um einen hydrodynamischen Film zwischen dem äußeren angetriebenen Zahnrad und dem Gehäuse zu bilden
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und den besten Arten zum Ausführen der beschriebenen Offenbarungen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und angehängten Patentansprüche ersichtlich, in denen gilt:
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1 ist eine Seitenquerschnittansicht eines Motors mit einem Rotor-Zahnradsatz der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist eine isometrische Ansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, bei der eine Gerotoranordnung eine Ölnut in dem Gehäuse definiert.
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3 ist eine perspektivische Teilansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, bei der das äußere angetriebene Zahnrad Durchgänge definiert, um Spülöl zu einer Ölnut zuzuführen und in Fluidverbindung mit der Ölnut zu stehen.
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4A ist eine isometrische Ansicht eines äußeren Zahnrads gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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4B ist eine isometrische Ansicht des inneren Antriebszahnrads und des äußeren angetriebenen Zahnrads gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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5A ist eine isometrische Ansicht eines äußeren angetriebenen Zahnrads gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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5B ist eine isometrische Ansicht des inneren Antriebszahnrads und des äußeren angetriebenen Zahnrads gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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6 ist eine perspektivische Vorderansicht des inneren Antriebszahnrads und des äußeren angetriebenen Zahnrads in einer Pumpe gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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7 ist eine perspektivische isometrische Ansicht des inneren Antriebsrades und der äußeren angetriebenen Zahnräder in einer Pumpe gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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8 ist eine perspektivische Teilansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, bei der der Ölnut Hochdrucköl aus einer Hochdruck-Ölpumpe zugeführt wird.
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Gleiche Referenznummern bezeichnen gleiche Teile in der Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die hier beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen stellen zu Veranschaulichungszwecken Einzelheiten zur Verfügung und unterliegen vielen Variationen bezüglich Zusammensetzung, Struktur und Gestaltung. Es versteht sich, dass verschiedene Auslassungen und Substitutionen von Äquivalenten in Betracht gezogen werden, sofern die Umstände dies suggerieren oder zweckmäßig machen, welche die Anwendung oder Umsetzung jedoch gewährleisten sollen, ohne vom Erfindungsgedanken oder Umfang der Ansprüche der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zudem ist es selbstverständlich, dass die hier verwendete Phraseologie und Terminologie zum Zweck der Beschreibung dienen und nicht als Einschränkung angesehen werden sollten.
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Die Begriffe „zuerst,” zweite,” und dergleichen bezeichnen hier keine beliebige Reihenfolge, Menge oder Bedeutung, sondern dienen zur Unterscheidung eines Elements von anderen, während die Begriffe „eine” und „einen” hier keine Begrenzung der Menge bezeichnen, sondern das Vorhandensein mindestens einer der genannten Gegenstände.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Spülölpumpe 64 gezeigt, die die Gerotoranordnung 10 gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält. Die Spülölpumpe 64 ist operativ so konfiguriert, dass sie Öl aus dem Kurbelgehäuse in den Öltank zurückführt. Bei bestimmten Motoren kann die Kurbelnase relativ lang und mit zwei Spülgerotor-Zahnradsätzen 15 konfiguriert sein, sodass die Biegekraft der Kurbelnase überspitzt ist, was einen Verschleiß in einer herkömmlichen Gerotoranordnung (nicht gezeigt) verursacht. Da es mehrere Spülpumpen im Motor gibt, kann jede Spülpumpe für längere Zeiträume nur Luft und kein Öl pumpen, was zu einem Mangel an Schmierung und somit zu Verschleiß zwischen dem äußeren Gerotor und dem Gehäuse führt. Es versteht sich jedoch, dass die Gerotoranordnung 10 der vorliegenden Offenbarung mindestens einen Zahnradsatz 15 innerhalb eines Gehäuses 24 umfasst. Der Zahnradsatz 15 umfasst ein inneres Antriebszahnrad 5 und ein äußeres angetriebenes Zahnrad 3.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, bei der das Innere des Gehäuses 24 gezeigt ist, und das innere Antriebszahnrad 5 (in 1 dargestellt) und das äußere angetriebene Zahnrad 3 (in 1 dargestellt) entfernt sind. Eine Ölnut 7 ist dargestellt, während eine Pumpenauslassöffnung 11 ebenfalls teilweise dargestellt ist. Die Ölnut 7 ist in der Innenfläche 50 des Gehäuses 24 definiert. Die Ölnut 7 kann in Fluidverbindung mit der Auslassöffnung 11 oder mindestens einem Durchgang 16 (wie in 4 dargestellt) stehen. Die Ölnut 7 verteilt unter Druck gesetztes Spülöl zwischen dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 und dem Gehäuse 24, wodurch ein hydrodynamischer Film 18 (dargestellt als Phantom-Element 18) zwischen dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 und dem Gehäuse 24 erzeugt wird. Die Ölnut 7 kann auch lokale Abstände in der Pumpe 4 erhöhen, wodurch eine dickere Ölschicht (in der Nut) zwischen dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 und dem Gehäuse 24 bereitgestellt wird. Dementsprechend wird die Ölscherung zwischen dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 und dem Gehäuse 24 verringert und die Gerotoranordnung 10 erfährt weniger Reibung. Der Ölnut 7 kann Spülöl über verschiedene Mittel zugeführt werden, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf die Kantenöffnung 42 und die Auslassöffnung 11, die äußeren Zahnraddurchgänge 16 und die Hohlräume 12, 12' (dargestellt in den 4A–4B und 5A–5B) oder den Hochdruckölkanal 62 und eine Hochdruckölpumpe 60 (in 8 dargestellt).
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Unter Bezugnahme auf 3 wird die erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt, worin die Ölnut 7 operativ konfiguriert ist, um mit wenigstens einem Durchgang 16 in dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 fluidmäßig in Verbindung zu stehen. Jeder Durchgang 16 fungiert als ein Mittel, mit dem ein Teil des Spülöls (schematisch als 44 gezeigt) in dem Hohlraum 12 auf die Ölnut 7 übertragen werden kann, um die Ölscherung zwischen dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 und dem Gehäuse 24 zu verringern. Dementsprechend stellt die erste Ausführungsform ein inneres Antriebszahnrad 5 und ein äußeres angetriebenes Zahnrad 3 bereit, das die Grenzfläche zwischen dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 und dem Gehäuse 24 an der Ölnut 7 über eine Vielzahl von Durchgängen 16 oder wenigstens einen Durchgang 16, der in dem äußeren angetriebenen Zahnrad definiert ist, schmiert. Die Durchgänge 16, können, müssen aber nicht notwendigerweise radial ausgerichtet sein, wie gezeigt. Die in 4A und 4B dargestellten Durchgänge 16 beginnen bei einer Öffnung 48, die in der Innenseite 6 des äußeren Antriebszahnrads 3 definiert ist, und kann in einer entsprechenden Öffnung 48 enden, die in der Außenseite 22 des äußeren Antriebszahnrads 3 definiert ist. Der hydrodynamische Film 18 verbessert daher die Energieeffizienz. Es versteht sich jedoch, dass die Übertragung des Spülöls 44 in die Durchgänge 16 erfolgt, wenn das innere Antriebszahnrad 5 und das äußere angetriebene Zahnrad 3 einen vorbestimmten Drehdruck innerhalb des Hohlraums erreichen. Es versteht sich auch, dass die Ölnut 7 im Gehäuse 24 an die Außenseite 22 des äußeren angetriebenen Zahnrades 3 angrenzt, wie in 3 dargestellt.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 3 ist ein äußeres angetriebenes Zahnrad 3 innerhalb eines Gehäuses 24 installiert und ein inneres Antriebszahnrad 5 ist an einer Innenseite 6 des äußeren angetriebenen Zahnrades 3 angebracht. Das äußere angetriebene Zahnrad 3 und das innere Antriebszahnrad 5 greifen während einer Drehung im Uhrzeigersinn 30 über einen Eingriff eines Abschnitts der inneren Verzahnung 8 und der äußeren Verzahnung 21 ineinander ein. Im Betrieb dreht sich das äußere angetriebene Zahnrad 3, wenn sich das innere Antriebszahnrad 5 dreht, entsprechend im Uhrzeigersinn. Unter weitere Bezugnahme auf 3 dreht sich das Antriebszahnrad 5 etwas schneller als das äußere angetriebene Zahnrad 3, wenn sich das Antriebszahnrad 5 und das angetriebene Zahnrad 3 drehen.
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Unter Bezugnahme auf die 6–7 und in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, können während der Drehung des inneren Antriebszahnrads 5 relativ zu dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 zwei Verzahnungen 8a, 8b des inneren Antriebszahnrads 5 und zwei Verzahnungen 14a, 14b des äußeren angetriebenen Zahnrades 3 im Wesentlichen symmetrisch angeordnet sein und zwischen den vorgenannten Verzahnungen kann ein maximaler Hohlraum 46 gebildet werden. An dieser Position befindet sich die Größe des maximalen Hohlraums 46 auf einem Maximalwert. Wenn sich das innere Antriebszahnrad 5 und das äußere angetriebene Zahnrad 3 im Uhrzeigersinn drehen, wechseln das äußere angetriebene Zahnrad 3, das innere Antriebszahnrad 5 und der jeweilige dazwischen gebildete Hohlraum 12, 12', 12'' zwischen einem zusammengedrückten Zustand und einem ausgedehnten Zustand, worin sich die Hohlraumgröße ändert, wenn sich die Zahnräder drehen. In dem zusammendrückbaren Hohlraum 12' beginnt der Hohlraum 12, 12' zusammengedrückt zu werden, wenn sich die Zahnräder drehen. Daher wird das Spülöl in dem komprimierbaren Hohlraum 12, 12' gezwungen, einen anderen Raum wie die Durchgänge 16 einzunehmen oder über den Auslassfluss 34 zu der Auslassöffnung 11 zu gelangen. Die Fluidverbindung in den Durchgängen 16 nimmt zu, wenn der Hohlraum 12' in seiner Größe abnimmt. Die Durchgänge 16 sind in dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 (in den 4A und 4B) dargestellt, wenn das Volumen des komprimierten Hohlraums 12, 12' abnimmt. In dem ausgedehnten Zustand vergrößert sich der ausgedehnte Hohlraum 12'', wodurch ein Vakuum erzeugt wird und das Spülöl als Ansaugstrom 32 über die Einlassöffnung 40 in den Hohlraum 12, 12'' gezogen wird.
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Unter Bezugnahme auf 4A und 4B ist das innere Antriebszahnrad 5 und das äußere angetriebene Zahnrad 3 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt, worin Durchgänge 16 in dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 definiert sind, um der Ölnut 7 nominale Mengen an Spülöl aus dem komprimierten Hohlraum 12, 12' zwischen dem inneren und dem äußeren Zahnrad zuzuführen. Dementsprechend kann ein hydrodynamischer Film 18 (in 2 gezeigt) in der Ölnut 7 erzeugt werden, wenn ein vorbestimmter Maximaldruck während der Drehung des inneren Antriebszahnrads 5 und des äußeren angetriebenen Zahnrades 3 erreicht wird. Dementsprechend fließt in dieser ersten Ausführungsform das Spülöl 44 von den komprimierten Hohlräumen 12, 12' zu den Durchgängen 16 und bildet dann einen hydrodynamischen Film 18 (in 2 dargestellt), wobei der Überschuss zum Pumpenauslass 11 strömt.
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Unter Bezugnahme auf 5A und 5B ist eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt, bei der die Durchgänge 16 durch in der äußere angetriebene Zahnrad 3 definiert sind. Die Durchgänge 16 beginnen an der Innenseite 6 des äußeren angetriebenen Zahnrads 3 und enden in einer äußeren Nut 20 in der äußeren Oberfläche 22 des äußeren angetriebenen Zahnrads 3. Die äußere Nut 20 kann, muss aber nicht notwendigerweise in Form einer Vielzahl von Mini-Nuten 21 sein. Die äußere Nut 20 oder die Mini-Nuten 21 sind operativ so konfiguriert, dass sie das Spülöl (in 3 als 44 dargestellt) aus den Durchgängen 16 besser gleichmäßiger in der Ölnut 7 verteilen. Wiederum werden unter einem vorbestimmten Druck die nominalen Mengen des Spülöls 44 (in 3 dargestellt) von dem Hohlraum 12, 12' zwischen dem inneren Antriebszahnrad 5 und dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 über die Durchgänge 16 zu der Ölnut 7 (in 2 dargestellt) übertragen. Dementsprechend kann wieder ein hydrodynamischer Film 18 (in 2 dargestellt) erzeugt werden, wenn während der Drehung des inneren Antriebszahnrads 5 und des äußeren angetriebenen Zahnrades 3 ein vorbestimmter Maximaldruck erreicht wird. Das Spülöl fließt von der Vielzahl an Durchgängen 16 zu dem Bereich zwischen dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 und dem Gehäuse 24 und bildet den hydrodynamischen Film 18, wobei das überschüssige Spülöl anschließend aus dem Pumpenauslass 11 herausfließt.
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Unter Bezugnahme auf 8 ist eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen, bei der eine vergrößerte Ansicht des Gehäuses 24 dargestellt ist. Das Gehäuse 24 definiert eine Einlassöffnung 40, die Hochdrucköl von der Hochdruckölpumpe 60 bereitstellt, um die Ölnut 7 in dem Gehäuse 24 zu versorgen, wodurch ein hydrodynamischer Film 18 erzeugt wird, der in 2 zwischen dem Gehäuse 24 und dem äußeren angetriebenen Zahnrad 3 als 18 dargestellt ist. Es versteht sich, dass das Hochdrucköl, das in der dritten Ausführungsform vorgesehen ist, sich von dem in der zweiten Ausführungsform identifizierten Spülöl unterscheidet, da das Hochdrucköl durch die Hochdruckölpumpe 60 bereitgestellt wird. Der hydrodynamische Film 18 kann in der Ölnut 7 beibehalten werden, sodass der hydrodynamische Film 18 nicht aktiv gespült wird.
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Während mindestens drei exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurden, versteht es sich, dass es eine große Anzahl an Varianten gibt. Es versteht sich weiterhin, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration dieser Offenbarung in keiner Weise einschränken sollen. Die vorstehenden ausführlichen Beschreibungen stellen Fachleuten auf dem Gebiet vielmehr einen zweckmäßigen Plan zur Implementierung der exemplarischen Ausführungsform bzw. der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung. Es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen aufgeführt ist, abzuweichen.
