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Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer Verdrängerpumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Verdrängerpumpen für die Bereitstellung eines Druckmittelstroms eines Verbrauchers in einem Kraftfahrzeug sind bekannt. Sie sind beispielsweise als Flügelzellenpumpen gebildet, wobei ein Rotor in einem Kurvenring rotiert. Der Kurvenring ist von je einer Seite mit einer ein Gehäuse bildenden Stirnplatte und mit einer Steuerplatte abgeschlossen. Der Kurvenring besitzt eine zur Achse des Rotors nicht koaxial verlaufende Kontur und bildet einen Pumpenraum aus. In der Umfangsfläche des Rotors sind über dessen Breite im Wesentlichen radial verlaufende Schlitze angeordnet, in denen radial verschiebliche Flügel geführt sind.
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Bei einer Rotation des Rotors um seine Achse werden die Flügel an der Kontur des Kurvenrings entlanggeführt, wobei zwischen zwei benachbarten Flügeln jeweils Kammern mit sich veränderndem Volumen gebildet sind.
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Entsprechend der Drehbewegung des Rotors wird ein Saugbereich und ein Pumpendruckraum oder Druckbereich ausgebildet, wobei der Saugbereich im Bereich sich vergrößernden Volumens und der Druckbereich des Pumpendruckraumes im Bereich sich verkleinernden Volumens der Kammern angeordnet ist.
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Dem Saugbereich wird das Fluid über einen Saugkanal zugeführt, wobei das Fluid von einer saugseitigen Stirnplattenöffnung in eine Arbeitskammer einströmt und durch die Rotation des Rotors an einer druckseitigen Stirnplattenöffnung abgegeben wird.
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Die
DE 102 33 581 A1 offenbart eine Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids, wobei das Fluid über eine Saugniere in dem Gehäuse einem Saugbereich zugeführt und über eine Druckniere von einem Pumpendruckraum abgeführt wird, wobei der Radius des Rotors an der Druckniere gleich groß wie der Abstand der tangentialen Drucknieren-Innenkontur von der Rotorachse ist.
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Derartige Flügelzellenpumpen sind jedoch in der Herstellung bearbeitungsintensiv, um die nötigen Steuerbohrungen in z.B. Stirnplatte und Gehäuse einzubringen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängerpumpe anzugeben, welche gegenüber herkömmlichen Verdrängerpumpen mit weniger Bearbeitungsvorgängen am Gehäuse und Deckel herstellbar ist und dabei gleichzeitig die erforderliche Verstellbarkeit des Kurvenrings gewährleistet.
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Die Aufgabe wird mit einer Verdrängerpumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Aufgabe wird des Weiteren mit einem Verfahren zum Betreiben einer Verdrängerpumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs, mit einem Deckel und einem Gehäuse, in das ein Kurvenring eingesetzt und eine Antriebswelle mit einem Rotor gelagert ist, wobei zwischen dem Kurvenring und dem Rotor eine Arbeitskammer ausgebildet ist, die in axialer Richtung durch den Deckel und eine Stirnplatte begrenzt ist, wobei der Kurvenring relativ zu einem den Kurvenring umgebenden Außenring durch eine Stellvorrichtung verschiebbar ist, wobei die Stellvorrichtung ein am Kurvenring anliegendes erstes Stellglied und ein im Wesentlichen gegenüberliegend zum ersten Stellglied angeordnetes, am Kurvenring anliegendes zweites Stellglied aufweist, welche dazu ausgebildet sind, den Kurvenring zum Verändern eines Volumens der Arbeitskammer relativ zum Außenring zu verschieben.
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Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer Verdrängerpumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Deckels und eines Gehäuses, in das ein Kurvenring eingesetzt und eine Antriebswelle mit einem Rotor gelagert ist, wobei zwischen dem Kurvenring und dem Rotor eine Arbeitskammer ausgebildet ist, die in axialer Richtung durch den Deckel und eine Stirnplatte begrenzt ist.
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Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Bereitstellen einer Stellvorrichtung zum Verschieben des Kurvenrings relativ zu einem den Kurvenring umgebenden Außenring, wobei die Stellvorrichtung ein am Kurvenring anliegendes erstes Stellglied und ein im Wesentlichen gegenüberliegend zum ersten Stellglied angeordnetes, am Kurvenring anliegendes zweites Stellglied aufweist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verschieben des Kurvenrings durch das erste Stellglied und/oder das zweite Stellglied relativ zum Außenring zum Verändern eines Volumens der Arbeitskammer.
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Durch Vorsehen der Stellvorrichtung umfassend das erste Stellglied und das zweite Stellglied kann somit in vorteilhafter Weise eine Verdrängerpumpe bereitgestellt werden, welche aufgrund des Entfalls einer Mehrzahl von Steuerbohrungen in Deckel und Gehäuse mit weniger Bearbeitungsvorgängen herstellbar ist. Herkömmlicherweise erforderliche Tieflochbohrungen, Absenkungen usw. entfallen im Rahmen der vorliegenden Ausbildung der Verdrängerpumpe. Des Weiteren entfallen in vorteilhafter Weise Dichtungen zwischen den Steuerkanälen der Bauteile wie z.B. Gehäuse und Deckel.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Stellglied durch eine mit einem ersten Fluiddruck beaufschlagbare erste Druckkammer und das zweite Stellglied durch eine mit einem zweiten Fluiddruck beaufschlagbare zweite Druckkammer ausgebildet sind. Die Verschiebung des Kurvenrings innerhalb des Gehäuses erfolgt somit in vorteilhafter Weise im Wesentlichen durch den Fluiddruck, welcher bereits in einer Arbeitskammer der Gruppe vorhanden ist und somit ebenfalls zum Verstellen des Kurvenrings verwendbar ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in der ersten Druckkammer ein am Kurvenring anliegender, in der ersten Druckkammer axial verstellbarer erster Kolben angeordnet ist, welcher bei Beaufschlagung mit dem ersten Fluiddruck dazu ausgebildet ist, den Kurvenring relativ zum Außenring zu verschieben, und wobei in der zweiten Druckkammer ein am Kurvenring anliegender, in der zweiten Druckkammer axial verstellbarer zweiter Kolben angeordnet ist, welcher bei Beaufschlagung mit dem zweiten Fluiddruck dazu ausgebildet ist, den Kurvenring relativ zum Außenring zu verschieben.
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Die Erfindung sieht somit in vorteilhafter Weise vor, dass der Kurvenring bei hohen Drehzahlen derart verschoben wird, dass sich das geometrische Fördervolumen verkleinert. Umgekehrt ist bei geringen Drehzahlen vorgesehen, dass der Kurvenring derart verschoben wird, dass sich das geometrische Fördervolumen vergrößert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Kolben durch ein in der ersten Druckkammer angeordnetes erstes Federelement und der zweite Kolben durch ein in der zweiten Druckkammer angeordnetes zweites Federelement vorgespannt sind, wobei eine Federkraft des ersten Federelements größer als eine Federkraft des zweiten Federelements ist. Aufgrund einer derartigen Auslegung der Federelemente kann in vorteilhafter Weise vorgesehen werden, dass bei aufgrund einer geringen Drehzahl vorliegendem geringen Druck die Federelemente die Stellfunktion des Kurvenrings übernehmen und diesen in eine vorgegebene Position stellen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Federelement dazu ausgebildet ist, den Kurvenring bei Stillstand des Rotors in eine vorgegebene Position zu stellen, in welcher das Volumen der Arbeitskammer maximal ist. Somit kann in vorteilhafter Weise ein optimaler Anlauf der Pumpe sowie eine vorteilhafte Fördercharakteristik bei geringen Drehzahlen gewährleistet werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer mit einem Druckbereich der Arbeitskammer fluidisch kommunizieren, wobei ein die Arbeitskammer mit der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer verbindender Steuerkanal einen Steuerdrosselmechanismus aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer zum Verschieben des Kurvenrings zeitversetzt mit Fluiddruck zu beaufschlagen.
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Die zeitversetzte Beaufschlagung der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer mit Fluiddruck ermöglicht somit in vorteilhafter Weise die Verstellbarkeit des Kurvenrings relativ zum Außenring zum Verändern des Volumens der Arbeitskammer, wobei der Kurvenring nach einem erfolgten Druckausgleich der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer sodann in einer stabilen Lage fixiert ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Steuerdrosselmechanismus eine in einem ersten Abschnitt des Steuerkanals ausgebildete erste Verengung und eine in einem zweiten Abschnitt des Steuerkanals ausgebildete zweite Verengung aufweist, wobei die erste Verengung und die zweite Verengung einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen. Auf diese Weise kann die geringfügig zeitversetzte Beaufschlagung der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer mit Fluiddruck erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer zumindest abschnittsweise durch eine im Außenring ausgebildete Bohrung und zumindest abschnittsweise durch eine Gehäusebohrung ausgebildet sind. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung bzw. Anordnung der Druckkammern können somit die herkömmlicherweise verwendeten Bohrungen in Gehäuse und Stirnplatte im Bereich des An- und Zulaufs der Pumpe in vorteilhafter Weise entfallen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass einer Saugzone der Arbeitskammer eine Fluidströmung radial zuführbar ist.
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Die radiale Zuführung des Fluids ermöglicht eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der Pumpe, wobei auch an dieser Stelle die sonst üblichen Bohrungen in Gehäuse und Stirnplatte im Bereich des Zulaufs entfallen.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Verdrängerpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung der Verdrängerpumpe zur Förderung eines Fluids für den Verbraucher des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Verdrängerpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verdrängerpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Verdrängerpumpe 10 ist in der vorliegenden Ausführungsform durch eine Flügelzellenpumpe ausgebildet. Die Verdrängerpumpe 10 fördert ein Fluid F für einen (in 1 nicht gezeigten) Verbraucher eines Kraftfahrzeugs.
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Die Verdrängerpumpe 10 weist einen Deckel 12 und ein Gehäuse 14 auf, in das ein Kurvenring 16 eingesetzt und eine Antriebswelle 18 mit einem Rotor 20 gelagert ist.
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Zwischen dem Kurvenring 16 und dem Rotor 20 ist eine Arbeitskammer 22 ausgebildet. Die Arbeitskammer ist in axialer Richtung durch den Deckel 12 und eine Stirnplatte 24 begrenzt. Der Deckel 12 und die Stirnplatte 24 sind in 1 nicht explizit dargestellt, da diese in Axialrichtung zur Bildebene angeordnet sind, jedoch zum Gehäuse im Wesentlichen ähnliche Abmessungen aufweisen.
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Der Kurvenring 16 ist relativ zur einem den Kurvenring 16 umgebenden Außenring 26 durch eine Stellvorrichtung 28 verschiebbar. Die Stellvorrichtung 28 weist ein am Kurvenring 16 anliegendes erstes Stellglied 28a und ein im Wesentlichen gegenüberliegend zum ersten Stellglied 28a angeordnetes, am Kurvenring 16 anliegendes zweites Stellglied 28b auf.
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Das erste Stellglied 28a und das zweite Stellglied 28b sind dazu ausgebildet, den Kurvenring 16 zum Verändern eines Volumens der Arbeitskammer 22 relativ zum Außenring 26 zu verschieben.
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In entsprechenden Schlitzen des Rotors sind eine Mehrzahl von Flügeln 19 angeordnet, wobei zwischen zwei benachbarten Flügeln 19 Zellen ausgebildet sind.
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Das erste Stellglied 28a ist durch eine mit einem ersten Fluiddruck D1 beaufschlagbare erste Druckkammer ausgebildet. Das zweite Stellglied 28b ist durch einen mit einem zweiten Fluiddruck D2 beaufschlagbare zweite Druckkammer ausgebildet.
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In der ersten Druckkammer ist ein am Kurvenring 16 anliegender, in der ersten Druckkammer axial verstellbarer erster Kolben 30 angeordnet. Der erste Kolben 30 ist bei Beaufschlagung mit dem ersten Fluiddruck D1 dazu ausgebildet, den Kurvenring 16 relativ zum Außenring 26 zu verschieben.
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In der zweiten Druckkammer ist ein am Kurvenring 16 anliegender, in der zweiten Druckkammer axial verstellbarer zweiter Kolben 32 angeordnet, welcher bei Beaufschlagung mit dem zweiten Fluiddruck D2 dazu ausgebildet ist, den Kurvenring 16 relativ zum Außenring 26 zu verschieben.
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Der erste Kolben 30 ist durch ein in der ersten Druckkammer angeordnetes erstes Federelement 34 vorgespannt. Der zweite Kolben 32 ist durch ein in der zweiten Druckkammer angeordnetes zweites Federelement 36 vorgespannt. Eine Federkraft des ersten Federelements 34 ist in der vorliegenden Ausführungsform größer als eine Federkraft des zweiten Federelements 36.
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Das erste Federelement 34 ist dazu ausgebildet, den Kurvenring 16 bei Stillstand und/oder bei geringen Drehzahlen des Rotors 20 in eine vorgegebene Position zu stellen, in welcher das Volumen der Arbeitskammer maximal ist.
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Die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer kommunizieren fluidisch mit einem Druckbereich der Arbeitskammer 22. Ein die Arbeitskammer 22 mit der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer verbindender Steuerkanal 38 weist einen Steuerdrosselmechanismus 40 auf. Der Steuerdrosselmechanismus ist in vorteilhafter Weise dazu ausgebildet, die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer zum Verschieben des Kurvenrings 16 zeitversetzt mit Fluiddruck zu beaufschlagen.
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Der Steuerdrosselmechanismus 40 weist eine in einem ersten Abschnitt 38a des Steuerkanals 38 ausgebildete erste Verengung 42 und eine in einem zweiten Abschnitt 38b des Steuerkanals 38 ausgebildete zweite Verengung 44 auf. Die erste Verengung 42 und die zweite Verengung 44 weisen hierbei einen unterschiedlichen Querschnitt auf.
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Die Verdrängerpumpe 10 weist ferner einen Zulauf 52 und einen Ablauf 54 auf.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Verdrängerpumpe zur Förderung eines Fluids für den Verbraucher des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer sind zumindest abschnittsweise durch eine im Außenring 26 ausgebildete Bohrung 46a, 46b und zumindest abschnittsweise durch eine Gehäusebohrung 48a, 48b ausgebildet. Alternativ kann bei dickerer Ausbildung des Außenrings 26 die erste Druckkammer und/oder die zweite Druckkammer vollständig im Außenring angeordnet sein.
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Darüber hinaus ist vorgesehen, dass einer Saugzone 50 der Arbeitskammer eine Fluidströmung radial zuführbar ist.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Verdrängerpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen S1 eines Deckels 12 und eines Gehäuses 14, in das ein Kurvenring 16 eingesetzt und eine Antriebswelle 18 mit einem Rotor 20 gelagert ist, wobei zwischen dem Kurvenring 16 und dem Rotor 20 eine Arbeitskammer 22 ausgebildet ist, die in axialer Richtung durch den Deckel 12 und eine Stirnplatte 24 begrenzt ist.
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Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Bereitstellen S2 einer Stellvorrichtung 28 zum Verschieben des Kurvenrings 16 relativ zu einem den Kurvenring 16 umgebenden Außenring 26, wobei die Stellvorrichtung 28 ein am Kurvenring 16 anliegendes erstes Stellglied 28a und ein im Wesentlichen gegenüberliegend zum ersten Stellglied 28a angeordnetes, am Kurvenring 16 anliegendes zweites Stellglied 28b aufweist.
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Das Verfahren umfasst überdies ein Verschieben S3 des Kurvenrings 16 durch das erste Stellglied 28a und/oder das zweite Stellglied 28b relativ zum Außenring 26 zum Verändern eines Volumens der Arbeitskammer 22.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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