DE19532703C1 - Pendelschiebermaschine - Google Patents
PendelschiebermaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine als Pumpe oder Hydromotor einsetz
bare, regelbare Pendelschiebermaschine.
Mit der FR-PS 980 766 ist eine rotierende, oszillierende Pumpe
mit auf einen Radkranz gesetzten Zähnen offenbart, bei der ein
Innenrotor über im Außenrotor schwenkbar gelagerte Flügel, die
in Zahnzwischenräume dieser Zähne vom Innenrotor mit einem ge
wissen Spiel und damit undefiniert eintauchen, verbunden ist und
Räume bilden. Über diese Flügel erfolgt auch die Drehmitnahme des
Außenrotors durch den Antrieb am Innenrotor von mehreren Flügeln
gleichzeitig. Bei exzentrischer Stellung der Achsen vom Außenro
tor zum Innenrotor entstehen zwischen den Flügeln nahezu ähnlich
große Pumpräume. Bei einer Mittelpunktsverlagerung Null hingegen
werden von den Flügeln gleichgroße Räume gebildet und die Pumpe
fördert nicht. Je größer die Exzentrizität zwischen Außenrotor
und Innenrotor, desto größer ist das Fördervolumen der Räume.
Die Pumpe weist Flügel auf, die mit einem großen Kopf in Pfan
nen vom Außenrotor gehalten werden und mit ihren kleinen Füßen
in die Zahnzwischenräume vom Innenrotor mit großem Spiel reichen.
Diese undefinierte Raumbildung erklärt das Versagen der Pumpe
für unterschiedliche Drehzahlbereiche. Beim Antreiben des Außen
rotors durch das Anliegen und Tragen mehrerer Flügel beim Hinein- und
Herausgleiten in die und aus den Zahnzwischenräumen des In
nenrotors gleichzeitig an einer ihrer beidseitig ausgebildeten
Gleitflanken und bei auch noch so genauer Fertigung der Gleit
flanken, also fertigungsseitig nicht zu vermeidenden Toleranz
differenzen muß es zu Abdichtschwierigkeiten unter aufeinander
folgenden Räumen durch einen auftretenden Klemmeffekt zu Momen
tanblockierungen, verursacht von zwei Flügeln kommen, muß ein
daher nicht zu beeinflussender unruhiger Lauf solch einer Pumpe
entstehen, was dann zu unterschiedlich schwankenden, pulsierenden
Fördermengen pro Umdrehung führt aber bei einer zu fordernden
selbsttätigen Fördermengenregelung nicht gewünscht wird. Damit
verbunden ist das Entstehen von Verlustleistungsspitzen sowie ei
ne Geräuschbildung. Die Ursache wird in den an den Flügeln beid
seitig und gleichmäßig ausgeformten Schaftflanken der Flügel ge
sehen und in der Überlagerung mit der Verschiebung der Mittel
punktslage vom Außenrotor gegenüber dem Innenrotor zuweilen sich
addierenden Toleranzen gesehen.
Diese Pumpe zeigt eine radial weit nach außen verlagerte große
Rotationsmasse vom Außenrotor mit den großen Köpfen ihrer Flügel.
Die großen im Außenrotor gelagerten Flügelköpfe bedingen ein ge
ringeres Fördervolumen pro Umdrehung und einen entsprechend
höheren Anpassungsbedarf durch die Steuerung bei der Verschie
bung zwischen den Mittelpunktslagen vom Außenrotor zum Innenro
tor. Die großen Flügelköpfe begrenzen nicht unerheblich das
Entleerungsvermögen der Räume am gesamten rotierenden Flüs
sigkeitsvolumen, so daß es auch bei hoher Exzentrizität, also
maximalem Förderhub nicht zur Restentleerung der Räume kommen
kann. Es verbleibt ein ständig umlaufender Flüssigkeitsring, der
deshalb nicht zur Entleerung kommt, weil dem Innenrotor die Nähe
des Außenrotors baulich verwehrt ist.
Diese Pumpe vermag die Erfüllung der Bedingungen für eine Wei
terentwicklung zur selbsttätigen Fördermengenregelung mit aus
reichender Entleerung nicht zu leisten.
Es wurde mit der Patentanmeldung P 44 34 430.9 bereits eine Pen
delschiebermaschine vorgeschlagen, die mit einer selbsttätigen
Regelung des Fördervolumens nach dem Leistungsbedarf arbeitet,
damit in der Summe der Lösungselemente zuforderst andere Ziele
verfolgt und auch erreicht und mit der vor allem bei leistungs
starken Motoren entsprechend anteilmäßig hohe Leistungsbedarfs
ersparnisse in beachtlichen Größenordnungen erzielt werden kön
nen, weil mit dieser Pumpe eine Erzeugung eines Leistungsbedarf
überschusses mit anschließender Leistungsvernichtung bis auf
den tatsächlichen Bedarf nicht mehr stattfindet. Bei der für
das Aufsetzen auf eine Kurbelwelle bereits vorgeschlagenen
Pendelschieberpumpe hat sich gezeigt, daß ihre Förderräume in
radialer Richtung schon relativ klein gehalten werden können
und diese wegen ihrer Leistungsersparnis in der Verwendung für
größere Motoren interessant sind. Diese Pendelschieberpumpe hat
jedoch eine sie regelnde Steueranordnung in Form von teilkreis
förmigen Kanälen ausgebildet, die zeitweilig zu den Nuten ver
bunden sind, wobei in die von der Außenrotorseite in die Nuten
eintauchenden, sich selbst abdichtenden Pendelmitnehmer unter
ihrem Mitnehmerfuß mit den wechselnden Drücken beaufschlagt
werden. Diese Pumpe besitzt aus Steuerungsgründen an ihrem Mit
nehmerfuß saugend geführte, sich selbst abdichtende Pendelmit
nehmer, bei denen der in den Innenrotor eintauchende Mitnehmer
fuß größer ist als der Mitnehmerkopf im Außenrotor. Dieser Vor
schlag bietet gute Vorbedingungen für die zur Lösung anstehen
den technischen Probleme.
Bei bisherigen Pendelschieberpumpen von größerbauendem Durchmes
ser und Pendelmitnehmern mit beidseitigen Gleitflanken sind
zwangsläufig mehrere Pendelmitnehmer im Innenrotor zum Antreiben
des Außenrotors tragend im Eingriff.
Da bei einem großen Durchmesser der Pendelschieberpumpe notwen
digerweise immer mehrere Pendelmitnehmer mit beidseitig gleich
ausgebildeter Gleitflankenkontur im Innenrotor gleitend an den
Schaftflanken im Eingriff stehen sollen, können auch hier sich
bereits geringe Toleranzdifferenzen in der Teilung der Nuten
und Pfannen sowie der Form der Gleitflanken als Störungen bei
der Pumpraumabdichtung durch Klemmeffekte auswirken.
Bei kleineren Motoren, zum Beispiel für Personenkraftwagen, Boote
u. a. stehen gewünschte Raumverhältnisse manchmal nicht zur Ver
fügung, und die Regelung des Leisungsbedarfs wird dort unter In
kaufnahme einer anfallenden Verlustleistung mittels eines Über
druckventils vorgenommen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pendelschiebermaschine mit
minimierter Masseträgheit für schnelle Lastwechsel bei Hubraum
veränderungen zu schaffen, die Leistungsersparnisse, eine ge
sicherte flinke Regelungsanpassung bei Anwendung einer selbst
tätigen Fördermengenänderung und gegenüber bisherigen Lösungen
unter Verwendung von sich selbst abdichtenden Pendelmitnehmern
zudem eine Fördervolumenvergrößerung je Umdrehung bereits bei
geringer Exzentrizität für diese Pumpenart erzielt, um eine
geringere Regelungshäufigkeit und kürzere Regelungswege darü
ber einen ruhigen Lauf sowie eine Beruhigung in der Regelung
zu erreichen, damit bei drehzahlgleicher hoher oder niederer
Drehzahl eine Konstantförderung gehalten, also keine Förder
leistungsdifferenzen im Vergleich zwischen den einzelnen Um
drehungen aber auch bei Drehzahlwechsel immer eine Mindest
grundversorgung, die z. B. bei abfallenden Drehzahlen eine nicht
versagende ansteigende Befüllung in den einzelnen Umdrehungen
gewähren kann und die auch auf Kurbelwellen aufsteckbar ist, de
ren Differenzdurchmesser zwischen Außendurchmesser gegenüber ei
nem bereits größeren Durchmesser vom Innenrotor noch kleinerbau
ender ausgeführt werden kann.
Eine als Pumpe oder Hydromotor einsetzbare, regelbare Pendel
schiebermaschine für eine Drehrichtung, die im Gehäuse mit Saug
leitung am Saugkanal und Druckleitung am Druckkanal versehen ist,
enthält mindestens einen Rotorsatz. Der Rotorsatz besteht aus
einem Innenrotor sowie einem zu diesem verschieblichen Außenro
tor mit mehreren in den Außenrotor eingelagerten Pendelmitneh
mern. Die Pendelmitnehmer überbrücken in begrenzter Kippneige
eine Durchmesserdifferenz im Rotorsatz, ergeben Kammern und üben
gleitend eine Pumpwirkung aus. Die Pendelmitnehmer reichen mit
mehreren ihrer zu den Wänden der Nuten saugend geführten Mitneh
merfüße und mit Gleitflanken und deren Abgleitradius hinein und
herausgeführt in die Nuten vom Innenrotor und gewähren darüber
die Drehmitnahme auf den Außenrotor.
Es wurde gefunden, daß jeder Pendelmitnehmer entsprechend seiner
Verwendung nur einseitig zwischen Mitnehmerkopf und Mitnehmerfuß
die Gleitflanke als berührende Abgleitkurve besitzt und mit der
gegenüberliegenden Gegenkontur berührungslos zu der Wand von der
Nut für den gesamten Rotationsbereich ausgebildet ist. Damit ist
im Innenrotor zwischen den hinein- oder herausgeführten Pendel
mitnehmern stets nur ein Pendelmitnehmer im Kontaktbereich ein
seitig gleitend, also mit nur einer Gleitflanke an einer Wand
von der Nut kippbegrenzt zum Innenrotor gleitend und tragend und
an seinem Mitnehmerfuß zu den Wänden beidseitig in Gleitkontakt
eingriff für die Drehmitnahme auf den Außenrotor angeordnet.
Der Querschnitt der Druckflächen des Mitnehmerkopfes ist kleiner
als der des Mitnehmerfußes. Jeder Pendelmitnehmer ist unterhalb
des Mitnehmerkopfes vor der Gleitflanke mit einem Bord für eine
Begrenzung der Abgleitkurve zum korrespondierenden Abgleitradius
am Innenrotor versehen. Der Bord gewährt die Bewegungsfreiheit
dem klein ausgeführten Mitnehmerkopf im Außenrotor.
Im Innenrotor besitzt die bei der den nur einen Abgleitradius ge
genüberliegenden, drehrichtungszugewandten Wand von der Nut eine
zum Grund der Nut, unter den Mitnehmerfuß reichende Aussparung
und bildet darüber den Kanal für einen zweiten Pumpraum.
Die Varianten enthalten besonders ausgeformte Schaftflanken, de
ren Bauformen zweckgerichtet Anwendung finden.
Eine erste Variante der Pendelmitnehmer für den drehrichtungs
abhängigen Betrieb der Pendelschiebermaschine ist an seinen
Schaftflanken zur Mittelachse von Mitnehmerkopf zu Mitnehmerfuß
asymmetrisch ausgebildet, wobei der Pendelmitnehmer drehrich
tungsabgewandt nur einseitig zwischen Mitnehmerkopf und Mitneh
merfuß die Gleitflanke als berührende Abgleitkurve besitzt und
mit der gegenüberliegenden Gegenkontur eine Berührung zu der
drehrichtungszugewandten Wand von der Nut über den gesamten Ro
tationsbereich ausschließt.
Die zweite Variante der Pendelschiebermaschine für eine drehrich
tungsunabhängige Montage der Pendelmitnehmer ist jeder Pendel
mitnehmer an seinen Schaftflanken symmetrisch und beiderseits mit
Borden versehen ausgebildet und besitzt durch Profilverschiebung
der beiden Gleitflanken hin zur Mittellinie der Pendelmitnehmer
die nur einseitige Berührung der Gleitflanke zu der drehrich
tungsabgewandten Wand von der Nut aber die zweiten Gleitflanke
über den gesamten Rotationsbereich nur als berührungslose Gegen
kontur wirkend.
Die zum Grund der Nuten reichenden Aussparungen bei den dreh
richtungszugewandten Wänden sind in der einen Variante der Er
findung direkt in den drehrichtungszugewandten Wänden von den
Nuten ausgebildet.
In einer Alternative dazu ist die Aussparung auf der Seite der
drehrichtungszugewandten Gegenkontur im Bereich des Mitnehmer
fußes vom Pendelmitnehmer angeordnet.
Die Pendelschiebermaschine ist extrem kleinbauend. Dadurch, daß
die Mitnehmerköpfe klein gehalten werden können, ohne daß sich
dieses auf die Vergrößerung der Kippneige auswirkt, kann auch
der Außenrotor geringere Abmessungen erhalten. Ebenso entfällt
der Platzbedarf für die Steuerung unter den Mitnehmerfüßen. Hin
zu kommt, daß durch die zusätzliche Fördervolumenvergrößerung
von ca. 25% des Kammervolumens mit hohem Entleerungsgrad die
Pumpe bereits in geringeren Abmessungen dimensioniert werden kann
und damit ihre Kompaktbauweise zuläßt. Bei dieser Ausbildung des
Pendelmitnehmers mit einseitig gleitend und tragender Gleit
flanke werden gleichförmige Bewegungen von Innenring und Außen
ring erzeugt.
Auf der Seite der Gegenkontur ist der Pendelmitnehmer so gestal
tet, daß eine lineare Wandberührung in der Nut vom Innenrotor
nur im Bereich des Mitnehmerfußes erfolgt.
Mit der Minimierung der im Schlepp bewegten Bauteilemassen er
reicht die Fördermengenregelung eine schnelle selbsttätige An
passung an den jeweiligen Fördermengenbedarf bei hoher Sicher
heit der Volumenkonstanz nach dem jeweils eingestellten Befül
lungsgrad. Die fördervolumenvergrößernde Bauweise gewährt der
Pendelschiebermaschine ein optimales Masse-Leistungs-Verhältnis.
Die Erfindung soll in mehreren Ausführungsbeispielen näher erläu
tert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine aufgeschnittene Pendelschiebermaschine in der Drauf
sicht und den zwei Darstellungen der alternativen Ausbil
dungen der Aussparungen im Innenrotor bei den drehrich
tungszugewandten Wänden von der Nut, bei A mit der Aus
sparung in der Wand der Nut oder bei B mit der Aussparung
am Mitnehmerfuß,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gehäuse nach Fig. 1 mit Stirn
deckel, Gehäusebohrung für den Wellendurchgang, Saug
kanal und Druckkanal in der Stirnseite des Gehäuses,
jedoch ohne den Rotorsatz,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Pendelmitnehmers mit
Bord und sein Tragbild im Außenrotor und Innenrotor nach
Darstellungsvariante B aus Fig. 1, aber gezeigt bei der
Drehmitnahme analog Fig. 4, mit nur einer Gleitflanke
sowie der Aussparung auf der Seite der drehrichtungs
zugewandten, gegenüberliegenden berührungslosen Gegen
kontur im Bereich des Mitnehmerfußes und
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines symmetrischen Pendel
mitnehmers mit zwei Borden und sein Tragbild im Außenrotor
und Innenrotor nach Darstellung A aus Fig. 1 bei der Dreh
mitnahme mit Profilverschiebung beider Gleitflanken sowie
der Aussparung in der drehrichtungszugewandten Wand der Nut.
In Fig. 2 hat die Pendelschiebermaschine als Pumpe am Gehäuse 1,
das seitlich von seiner Stirnseite 24 und einem angeflanschten
Stirndeckel 25 verschlossen wird, je einen Anschluß für eine Saug
leitung am Saugkanal 30 und eine Druckleitung am Druckkanal 31.
In Fig. 1 ist der Innenrotor 5 durch eine Trennlinie geteilt dar
gestellt, wobei die Trennlinie nur für die Innenrotordarstellung
gilt. Die linke Innenrotorhälfte ist mit "A" bezeichnet und zeigt
die Aussparung 20 in der drehrichtungszugewandten Wand 18 der Nut
16. Die rechte Innenrotorhälfte, mit "B" bezeichnet, zeigt die
Aussparung 20′ in der drehrichtungszugewandten Seite des Mitneh
merfußes 14 bei der drehrichtungszugewandten Wand 18 der Nut 16.
Die Pendelschiebermaschine aus Fig. 1 enthält ein im Gehäuse 1
verschieblichen Steuerschieber 21. Der Steuerschieber 21 nimmt
einen Rotorsatz 4, bestehend aus einem Innenrotor 5, einem um
diesen verschieblichen Außenrotor 7 mit mehreren in den Außenro
tor 7 eingelagerten Pendelmitnehmern 9 auf.
Außenrotor 7, Innenrotor 5 und Pendelmitnehmer 9 liegen mit ih
ren Rotationsflächen an der Stirnseite 24 des Gehäuses 1 und dem
parallelen Stirndeckel 25 gleitend und dichtend an und gestalten
als Rotorsatz 4 im Steuerschieber 21 Kammern. Der Außenrotor 7
ist zu der Rotationsachse des Innenrotors 5 exzentrisch ver
schieblich verstellbar und wird im Lager 22 des Steuerschiebers 21
vom Innenrotor 5 aus über die Pendelmitnehmer 9 mitdrehend an
getrieben. Die Pendelmitnehmer 9 überbrücken beim herein- und
herausführen in den und aus dem Innenrotor 5 zudem eine Durchmes
serdifferenz im Rotorsatz 4 und reichen kippbegrenzt sowie ein
zeln nacheinander an einer Mitnahmestelle, hier ca. 45° bei die
ser Aufteilung in acht Nuten, von Pendelmitnehmer auf der Mittel
linie bei "A" bis Pendelmitnehmer 9, gleitend in den Innenrotor
5. Der Beginn der Mitnahmestelle verschiebt sich bei kleiner wer
dendem Förderspalt bei "A" in Richtung oberhalb der Mittellinie
Im Außenrotor 7 sind in Pfannen 15 mehrere schwenkbar eingehängte
Pendelmitnehmer 9 angeordnet, die sich in die Nuten 16 des Innen
rotors 5 für die Zwecke der Drehmitnahme des Außenrotors 7 durch
den Innenrotor 5 und der fliehkraftunabhängigen Kammerbildung er
strecken. Allesamt ergeben sie den Rotorsatz 4 mit veränderba
ren Kammern. Die in der Größe veränderbaren Kammern sind dadurch
fliehkraftunabhängig und bestehen aus vier mitdrehenden und zwei
überstrichenen Kammerwänden, die von Stirnseite 24 und Stirndeckel
25 gebildet werden. Die Pendelmitnehmer 9 ermöglichen außer
der Mitnehmerfunktion für den Außenrotor 7 zusätzlich die Funk
tion von Kammertrennwänden, bilden unterhalb der Mitnehmerfüße 14
einen zweiten Pumpraum 32 und übernehmen mit dieser Aufteilung
der Pumpräume 8/32 bei exzentrischer Drehung erst die Füllung
und das Entleeren des Rotorsatzes 4, teilweise oder vollständig.
Der zweite Pumpraum 32 beginnt unter dem Mitnehmerfuß 14. Die
Pendelmitnehmer 9 üben selbst im zweiten Pumpraum 32 unter den
Mitnehmerfüßen 14 die Saug- und Druckförderung aus. Die Pendel
mitnehmer 9, die die Drehbewegung vom Innenrotor 5 auf den Au
ßenrotor 7 übertragen, übernehmen auch dabei die Funktion der
mitdrehenden Kammertrennwände. Die Pendelmitnehmer 9 wirken als
variable Doppelkammertrennwände und gleichzeitig als Druckkolben.
Für die Mehrfachnutzung der pumpeneigenen Bauelemente kommen die
Pendelmitnehmer 9, als Druckkolben, die Nuten 16 als hydrauli
scher zweiter Pumpraum 32 und die Pendelmitnehmer 9 als Elemente
der Steuerung einer Kammerabgrenzung bei gleichem Fördermedium
druck, bei ständigem Fördermediumabfluß, zum Einsatz.
Die Pendelschiebermaschine gestattet gleichzeitig die Verwendung
aller für die Förderung benötigten Teile des Rotorsatzes 4 in
dieser Variante für die Vergrößerung der Förderleistung.
Im Gehäuse 1 ist in einem Federraum 2 eine Feder 3 angeordnet,
die den Steuerschieber 21 an seinem Trennsteg im Schiebesitz
des Gehäuseinnenraumes gegen Anschlag 23 wirkend durch den im
Drehpunkt im Gehäuse 1 eingefaßten Steuerschieber 21 in seine
ruhende Ausgangsstellung bringt, in der der Außenrotor 7 mit
seinem Mittelpunkt exzentrisch zum Mittelpunkt bzw. zur Welle 6
des Innenrotors 5 steht, wobei die Innenfläche des Außenrotors
7 auf dem Außenmantel des Innenrotors 5 anliegt bzw. dem Außen
mantel in geringem Abstand gegenübersteht. Im Außenmantel des
Innenrotors 5 sind zentripetal verlaufend Nuten 16 eingearbeitet.
Im Gehäuse 1 ist ein bearbeiteter Gehäuseinnenraum für den über
die gesamte Gehäusebreite reichenden Steuerschieber 21 herge
richtet, der sein Verschieben durch Schwenken in einer Vorein
stellung um einen vorbestimmtes Maß gestattet. Im Außenrotor 7
sind von Stirnseite zu Stirnseite durchgängig rundum für jeden
Pendelmitnehmer 9 Pfannen 15 in gleicher Anzahl wie die Nuten
16 in seine Innenfläche eingelassen. Die Pendelmitnehmer 9 sind
am klein gehaltenen Mitnehmerkopf 10 im Außenrotor 7 gelagert,
so daß hier nur geringe Reibungs- bzw. Quetschverluste auftreten.
In diese Pfannen 15 und Nuten 16 seitlich eingeschoben sind Pen
delmitnehmer 9 in den Außenrotor 7 mit ihrem zylinderförmig an
geformten Mitnehmerkopf 10 und mit ihrem in die Nuten 16 reichen
den Mitnehmerfuß 14. Der Mitnehmerfuß 14 ist an seinen Berüh
rungslinien zu den parallelen Wänden 17/18 der Nuten 16 walzen
förmig angeformt bzw. wälzkörperförmig ausgebildet, womit seine
Paß- und Gleitfähigkeit zu den Nuten 16 gewahrt ist.
Diese Pendelmitnehmer 9 werden in radialen Nuten 16 des Innenro
tors 5 am Mitnehmerfuß 14 beidseitig an deren Wänden 17/18 ge
führt.
An den Pendelmitnehmern 9 ist der Querschnitt der Druckflächen
des Mitnehmerkopfes 10 kleiner als der des Mitnehmerfußes 14.
Der Pendelmitnehmer 9 ist unterhalb des Mitnehmerkopfes 10 vor
den Gleitflanken 12 mit einem Bord 11 für eine Begrenzung der
Abgleitkurve zum korrespondierenden Abgleitradius am Innenrotor
5 versehen. Damit kann einerseits der Mitnehmerkopf 10 auch in
einer kleineren Geometrie so ausgelegt werden, daß er von den
Pfannen 15 sicher umfaßt wird, ohne in eine nicht kontrollier
bare oder unerwünschte Neigung zu geraten.
Mit der Verkleinerung des Mitnehmerkopfes 10 entsteht ein Außen
rotor 7 von einer niedrigeren Rotationsmasse, womit sich auch
zwangsläufig dessen Masseträgheit absenkt und der Regel- und An
passungsvorgang für die Befüllung der beiden Pumpräume 8/32 flin
ker vonstatten gehen kann.
Der in der Mitte des Druckbereiches jeweils im Druckkanal 31 auf
der Mittellinie bei "A" von der linken Innenrotorhälfte befind
liche Pendelmitnehmer ist alleinig in seiner maximal möglichen
Kippstellung für die Mitnahmefunktion bis zur Stellung des näch
sten Pendelmitnehmers 9 gegenüber dem Außenrotor 7 vorgesehen.
In Ruhestellung arretieren die auf der Mittellinie von der linken
zur rechten Innenrotorhälfte, also von A zu B sich befindenden
beiden Pendelmitnehmer 9 in den maximalen Kippstellungen im Innen
rotor den Außenrotor 7 mit ihrem Mitnehmerkopf 10 und der jewei
ligen mitnehmenden Gleitflanke 12 an der Abgleitkurve sowie der
anderen Gleitflanke bzw. der Gegenkontur 13 und beidseitig mit den
Mitnehmerfüßen 14 in den parallelen Wänden 17/18 der Nuten 16.
Genau gegenüberliegend in der Mitte vom Saugkanal 30 bei "B" wird
diese Stellung vom Mitnehmerkopf 10 und den Mitnehmerfüßen 14 des
Pendelmitnehmers 9 eingenommen, wobei die jeweilige Gleitflanke
als Gegenkontur 13 in dieser Kippstellung nicht trägt, sondern zur
drehrichtungszugewandten Wand 18 freibleibend in der Nut 16 steht.
Die Feder 3 ist mit ihrer Einbaulänge so ausgelegt, daß sie den
Hubweg für den Mittelpunkt vom Steuerschieber 21 maximal bis
nahe dem Mittelpunkt des Innenrotors 5 mit einer Null-Förde
rung beschränkt, so daß es nicht zur Umkehr der Förderrichtung
kommen kann.
Betrachtet man eine mit dem Innenrotor 5 und dem Außenrotor 7 ex
zentrisch umlaufende Kammer, d. h. den zwischen zwei Pendelmitneh
mern 9 sowie dem zylindrischen Außenmantel des Innenrotors 5 und
den von der zylindrischen Innenfläche des Außenrotors 7 von den
Kammern gebildeten ersten Pumpraum 8, so stellt man fest, daß,
ausgehend von einem mit minimalem Abstand zwischen Innenrotor 5
und Außenrotor 7, das Volumen dieser von den Pendelmitnehmern 9
durch Abteilen von Kammern gebildeten ersten Pumpraum 8 bei Dre
hung über den Ringspalt kontinuierlich zunimmt, bis es durch Be
füllung aus der Saugleitung über den Saugkanal 30 einen Maximal
wert erreicht hat. Dabei dringt die angesaugte Flüssigkeit über
die zum Grund der Nuten 16 reichende Aussparung 20, 20′ aus dem
Förderspalt 33 in die Nuten 16 unter die Mitnehmerfüße 14 bis zu
ihrer Stellung am oberen Umkehrpunkt ein.
Ausgehend von der Zone mit Maximalvolumen nimmt der Förderspalt
33 bei weiterer Drehung des Rotorsatzes 4 als Volumen der Pump
räume 8/32 wieder kontinuierlich ab, wobei das Fördermedium in
diesem Bereich aus dem ersten Pumpraum 8 über den Druckkanal 31
austreten kann. Dabei treibt der ab dem Umkehrpunkt sich in der
Nut 16 nach unten bewegende Mitnehmerfuß 14 die Förderflüssig
keit über die Aussparung 20, 20′ aus den Nuten 16 des zweiten
Pumpraumes 32 in den ersten Pumpraum 8. Dieser von den Pendelmit
nehmern 9 bestrichene Teilbereich bildet von den Pumpräumen 8/32
den Druckraum der Pumpe.
In der exzentrischen Stellung des Außenrotors 7 zum Innenrotor 5
zeigt sich der maximal mögliche Förderspalt 33 der Pendelschieber
maschine, in dem das Volumen der Kammern als ersten Pumpraum 8 bis
zur maximalen Füllung zunimmt und gegenüberliegend bis zur Ent
leerung wieder abnimmt. Der Förderspalt 33, der sich aus der Ex
zentrizität von Innen- und Außenrotor 5/7 bei gemeinsamer Drehung
ergibt, bildet den ersten Pumpraum 8.
Die von den Pendelmitnehmern 9 bis zur vollen Befüllung über
strichene Bereiche werden als Saugräume definiert, da bei der
Drehung des Rotorsatzes 4 das Fördermedium bis zum Scheitel
punkt angesaugt wird. Somit ist im Förderspalt 33 auf der Befüll
seite nach dem Saugkanal 30 der Saugraum und auf der Entleerungs
seite bis zum Ende des Druckkanals 31 der Druckraum angeordnet,
der mit der Druckleitung verbunden ist.
Bei der exzentrischen Stellung zwischen Innenrotor 5 und Außen
rotor 7 wird ein von den Pendelmitnehmern 9 und dem Außenrotor 7
überstrichener erster Pumpraum 8 definitiv aus den Kammern gebil
det, der vom Fördermedium befüllt und nach deren Drehung des Ro
torsatzes 4 sich über den Druckkanal 31 wieder vom Fördermedium
entleert. So zusammengesetzt, geben Außenrotor 7, Pendelmitnehmer 9
und Innenrotor 5 einen Rotorsatz 4 ab, bilden aus den Kammern
einen ersten Pumpraum 8 und gestalten mit den Aussparungen 20, 20′
als seine Überströmkanäle den Zugang zu dem zweiten Pumpraum 32.
Der Antrieb besteht aus der Welle 6 oder einem Wellendurchgang
zum Aufsetzen auf die Kurbelwelle und sorgt für die kraftschlüs
sige oder formschlüssige Mitnahme des Innenrotors 5. Der Antrieb
kann eine Welle 6 aber auch statt dieser ein in der Stirnseite
24 und dem Stirndeckel 25 gelagerter Wellendurchgang durch den
Innenrotor 5 sein, der eine kraftschlüssige oder formschlüssige
Mitnahme des Innenrotors 5 ermöglicht.
Wenn Außenrotor 7 und Innenrotor 5 nahezu konzentrisch zueinander
zu stehen kämen, änderte sich das Volumen aller Kammern bei der
Drehung des Rotorsatzes 4 trotz der als Kammerdichtwände wirken
den Pendelmitnehmer 9 nicht oder unwesentlich, weil so das För
dermedium lediglich umgewälzt, jedoch nicht mehr gepumpt wird.
Obwohl alle Kammern um den Rotorsatz 4 die gleiche Größe aufwei
sen, ist das Fördervolumen vom ersten und zweiten Pumpraum 8/32
gleich Null.
In dieser Stellung wären alle Pendelmitnehmer 9 an der Übertra
gung der Drehbewegung vom Innenrotor 5 auf den Außenrotor 7 in
gleichem Maße beteiligt, und alle wiesen die gleiche Neigungsla
ge auf. Die Feder 3 verhindert, daß der Steuerschieber 21 über
diese Stellung der Null-Förderung hinaus verschoben werden kann,
da sich die Pumprichtung bei Beibehaltung der Drehrichtung um
kehren würde. Da auch diese Pumpe bevorzugt zur druck- und lei
stungsgerechten Versorgung bei kontinuierlichem Verbrauch ein
gesetzt wird, wird der Betriebszustand einer Null-Förderung prak
tisch dabei nicht eintreten, da ein ständiger Verbrauch eine
Null-Förderung ausschließt. Von Interesse ist dieser Betriebs
fall während des Anfahrens, beim Einsatz als Dosierpumpe.
Das Anlaufen einer Pendelschiebermaschine geschieht durch das
Wirken der Kraft der Feder 3 auf den Steuerschieber 21 bei voll
geöffneter Befüllungseinstellung der Kammern, also der beiden
Pumpräume 8/32 im Rotorsatz 4 und ergibt die Maximalbefüllung
der beiden Pumpräume 8/32 wegen des Starts unter der maximalen
Exzentrizität.
Nach dem Start, im Anfahren der Pumpe, führen die Pendelmitnehmer
9 beim Überstreichen des weit geöffneten Förderspaltes 33 wegen
des Fehlens einer Förderflüssigkeitsdruckbeaufschlagung im Steu
erraum 28 zu Anfang eine zentrifugale Ansaugbewegung, wegwärts
vom Grund der Nuten 4 des Innenrotors 5 aus. Ein ständiger Ablauf
und Verbrauch des Förderstromes bei durch die Betriebsverhältnis
se vorbestimmtem Verbrauchsdruck aus dem Austritt wird während des
Betriebes der Pumpe vorausgesetzt, woraus sich bei einigen vollen
Kammerfüllungen in der Druckleitung bis in den Steuerkanal 29 und
Steuerraum 28 unmittelbar ein Rückstau aufbaut und der Steuervor
gang beginnt. Dabei drückt der Steuerschieber 21 am Lager 22 den
Außenrotor 7 gegen den in seiner Rotationsachse fixierten Innen
rotor 5 auf die Feder 3 zu, wodurch alle Kammern des ersten Pump
raumes 8 im Saugraum über den Saugkanal 30 eine gering abnehmende
Befüllung mit Fördermedium erhalten.
Für die Steuerung der Pendelschiebermaschine ist der Steuerkanal
29 in der Stirnseite 24 bzw. dem Stirndeckel 25 des Gehäuses 1
eingearbeitet. Er ist für das zentripetale Abströmen und das ra
diale Zuströmen des Fördermediums in den und aus dem Steuerraum
28 eingerichtet.
Der Saugkanal 30 steht immer mit dem Ausgleichkanal 27, der
Druckkanal 31 immer über den Steuerkanal 29 mit dem Steuerraum 28
in Verbindung, wodurch der Steuerschieber 21 an seinem Außenman
tel mit dem Förderdruck des Fördermediums in der Gehäusehälfte
zwischen dem eingefaßten Drehpunkt vom Steuerschieber 21 und sei
nem Trennsteg aus dem Steuerraum 28 gegen den Druck der Feder 3
mit Flüssigkeitsdruck beaufschlagt wird. Über den Saugkanal 30
steht immer Ansaugmedium von niederigem Druck mittels dem Aus
gleichkanal 27 an dem gegenüberliegenden Umfang des Steuerschie
beraußenmantels bis zum- Federraum 2 an und sorgt dafür, daß sich
das hydraulische System der Beaufschlagung und Entlastung des
Steuerschiebers 21 nicht blockiert.
Damit die Steuerung der Pendelschiebermaschine nicht blockiert,
führt der Ausgleichskanal 27 zur Leckölableitung aus dem Gehäuse
innenraum auf der Seite der Feder vom Steuerschieber 21 zum Aus
gleichsraum 26 in dem Gehäuse 1.
Die Befüllmengen aller nachfolgenden Pumpräume 8/32 folgen bis
zur nächsten Änderung dieser sich einstellenden Befüllsteuerung.
Bleibt es bei konstantem Abnahmedruck der Verbraucher im Druck
kanal 31, so ändert sich das Fördervolumen der Pumpräume 8 we
gen des gleichzeitig über den Steuerkanal 29 im Steuerraum 28
anliegenden Steuerdruckes nicht.
Erfolgt allerdings eine Druckabsenkung und Volumenänderung wegen
eines plötzlichen Verbrauchsanstiegs oder auf Grund der Dreh
zahlabsenkung eine Druckabsenkung und ein gesteigerter Förder
volumenbedarf im Druckkanal 31, so fällt der Druck gleichzeitig
im Steuerkanal 29 und Steuerraum 28 und die Feder 3 schwenkt
den Steuerschieber 21 an seinem Trennsteg in Richtung auf den
Anschlag 23 zu, so daß sich der Förderspalt 33 öffnet und mit
dieser Hubraumveränderung sofort ein vergrößertes Fördervolumen
am Druckkanal 31 bis zum Steuerraum 28 zur Verfügung steht und
bei fehlendem weiteren Anstieg des Bedarfs wieder zum ansteigen
den Druck im Steuerraum 28 führt und wiederum den Förderspalt 33
gegen den Druck der Feder 3, verkleinert.
Zwischen den walzenförmigen Teilen des Mitnehmerfußes 14 und dem
Mitnehmerkopf 10 ist am Pendelmitnehmer 9 eine Gleitflanke 12
mit seiner Abgleitkurve ausgeformt. Die Neigung ist von der maxi
malen Exzentrizität im Rotorsatz 4 bestimmt. Jede Nut 16 besitzt
an dem Übergang ihrer Wände 17/18 zum Außenmantel des Innenrotors
5 auf der Seite der Gleitflanke 12 einen Abgleitradius 19.
Der Pendelmitnehmer 9 nach der Erfindung kann nach Fig. 3 asymme
trisch und nach Fig. 4 auch symmetrisch ausgeführt sein.
Die Darstellung in Fig. 3 entspricht der Ausführung der Pendel
mitnehmer im Innenrotor nach "B" aus Fig. 1, wird aber gezeigt
bei der Drehmitnahme wie sie bei der angezeigten Drehrichtung nur
in der gegenüberliegenden Bildhälfte von der Bildmitte bei "A"
bis zu dem mit Bezugszeichen 9 bezifferten Pendelmitnehmer vor
kommt. Bei dem drehrichtungsabhängigen Betrieb, für den diese
Variante vorgesehen ist, ist der Bord 11 auf der Seite der
Gleitflanke 12 in Funktion gezeigt.
In der symmetrischen Ausführung nach Fig. 4 ist der Pendelmitneh
mer durch eine Profilverschiebung seiner beiden Gleitflanken hin
zu seiner Mittellinie so gestaltet, daß er drehrichtungsunabhän
gig montiert werden kann. Dennoch hat er die Eigenschaft, daß
seine zweite Gleitflanke 12 während des Betriebes eine berüh
rungslose Gegenkontur 13 darstellt, die eine Berührung zu der
drehrichtungszugewandten Wand 18 der Nut 16 ausschließt, womit
gesichert ist, daß das Ein- und Ausgleiten mit Berührung zur
Wand 17 nur von der ersten Gleitflanke 12 an ihrer Abgleitkurve
erfolgt.
Im Grunde benötigt man also die mit gleicher Kontur ausgeformte
zweite Gleitflanke funktional nicht, wenn die Pendelschieberma
schine nur für den Betrieb in einer Drehrichtung ausgelegt wird.
Deshalb ist nach Fig. 3 in der ersten Variante der Pendel
mitnehmer 9 an seinen Schaftflanken asymmetrisch ausgebildet. So
mit kann die alleinige Gleitflanke 12 mit seiner alleinigen Ab
gleitkurve an der Schaftflanke nur noch einen Pendelmitnehmer
9 und zwar einseitig gleitend, geführt an der Wand 17 der Nut 16
beteiligen, weil die Gegenkontur 13 eine Berührung zu der anderen
Wand 18 von der Nut 16 ausschließt. Damit führen sich auch diese
Pendelmitnehmer 9 beidseitig an ihrem walzenförmigen Mitnehmerfuß
14 in je einer geführten Berührungslinie zu den Wänden 17, 18
und nur ein Pendelmitnehmer 9 mit nur der einen Gleitflanke 12
kann an der Wand 17 von der Nut 16 kippbegrenzt zum Innenrotor
5 gleitend und tragend im Eingriff für die Drehmitnahme auf den
Außenrotor 7 wirken. Alle weiteren hinein- und hinausgeführten
Pendelmitnehmer 9 haben währenddessen keine Berührung mit ihrer
Gleitflanke 12 an der Wand 17 der Nut 16 im Innenrotor 5.
Jeder der Pendelmitnehmer 9 bleibt an den in Wälzkörperkontur
ausgebildeten Mitnehmerfüßen 14 in je einer Berührungslinie zu
beiden Seiten der Wände 17/18 mit der Nut 16 stets in Kontakt.
Die geometrische Form der Pendelmitnehmer 9, mit dem in der Nut
16 walzenförmig gestalteten Mitnehmerfuß 14 und seiner Gleitflan
ken 12 bei den Abgleitkurven ermöglicht eine gleichmäßige, syn
chron zum Motor verlaufende Bewegung des Außenrotors 7 ohne Be
schleunigung und Verzögerung. Die Gleitflanke 12 hat die Form ei
ner Evolvente. Um das Ein- und Ausgleiten des Pendelmitnehmers 9
in der Nut 16 zu gewährleisten, hat die Gleitflanke 12 in den Be
reich der Mitnahme an den unterschiedlichen Stellen die Mitnahme
der sich berührenden Ränder an seiner Abgleitkurve zu sichern.
Im Innenrotor 5 besitzen die bei den dem nur einen Abgleitradius
19 gegenüberliegenden, drehrichtungszugewandten Wände 18 von der
Nut 16 eine zum Grund der Nut 16 reichende Aussparung 20, 20′.
Dabei kann die Aussparung wahlweise in der drehrichtungszugewand
ten Wand 18 der Nut 16 als Aussparung 20 oder auf der Seite der
drehrichtungszugewandten Gegenkontur 14 als Aussparung 20′ im Be
reich des Mitnehmerfußes 14 vom Pendelmitnehmer 9 ausgebildet
sein. Die Aussparung 20, 20′ bildet darüber einen Kanal für den
Flüssigkeitszustrom und -abstrom für den zweiten Pumpraum 32.
Bis zur Stelle des jeweils minimalsten Abstandes im Förderspalt
33, zwischen Innenrotor 5 und Außenrotor 7, taucht jeder der Pen
delmitnehmer 9 immer wieder in den Bereich des zweiten Pumpraumes
32 ein und hält sich dort nur am unteren, veränderlichen Umkehr
punkt, der von der Förderspalthöhe abhängt und dessen Tiefe be
stimmt, für den Entleerungsvorgang entsprechend tief eingetaucht
kurz auf. Dabei fließt das Fördermedium entweder nach Fig. 4 über
die Aussparung 20 neben der Nut 16 um den Mitnehmerfuß 14 oder
nach Fig. 3 über die im Bereich des Mitnehmerfußes 14 gestaltete
Aussparung 20′ aus dem zweiten Pumpraum 32 heraus oder hinein. In
den zweiten Pumpraum 32 gelangt die zu fördernde Flüssigkeit nur
über den im Förderspalt 33 sich gestaltenden ersten Pumpraum 8.
Trotz zweier angeordneter Pumpräume 8/32 befördert die Pendel
schiebermaschine die Saug- und Druckförderströmung und beauf
schlagt daraus seinen eigenen Steuerdruck auf den Steuerschieber
21 aus dem einzigen Saugkanal 30 in den einzigen Druckkanal 31,
aber stets durch den ersten Pumpraum 8 gemeinsam, nacheinander
ohne Drucksprünge.
Die Aussparungen 20, 20′ auf der Seite der drehrichtungszugewand
ten Gegenkontur 13 im Bereich des Mitnehmerfußes 14 oder in der
drehrichtungszugewandten Wand 18 der Nut 16 gewähren ein unge
hindertes Ausströmen der Förderflüssigkeit in den Förderspalt
33, wenn der Förderspalt 33 sich weiter schließt.
Auf diese Weise dienen die Nuten 16 nicht nur der Führung der
Pendelmitnehmer 9 und der Übertragung der Drehbewegung über die
parallelen Wände 17/18 der Nuten 16 und der sich an die Gleit
flanke 12 anschließende Abgleitkurve vom Innenrotor 5 auf den
Außenrotor 7, sondern auch als zweiter Pumpraum 32, bei Saug- und
Druckbelastung der Mitnehmerfüße 14 mit dem und vom Fördermedium,
über die gesamte Hublänge in den Nuten 16.
Beim Fördermedium erfolgt also gleichzeitig bis unter die Mitneh
merfüße 14 eine Saug- und Druckförderung.
In der Pendelschiebermaschine und ihrer Anwendung als Pumpe wa
ren die vorhandenen Bauelemente gleichzeitig für die Förderung
als fördervolumenvergrößernder Doppelpumpraum nutzbar zu machen.
Die Pendelschiebermaschine ist unter Verwendung bereits bekannter
Stellelemente auch als Dosierpumpe und Hydromotor einsetzbar.
Claims (5)
1. Pendelschiebermaschine, einsetzbar als Pumpe oder Hydromotor,
mit Saugleitung am Saugkanal und Druckleitung am Druckkanal im
Gehäuse, enthaltend mindestens einen Rotorsatz, bestehend aus
einem Innenrotor, einem zu diesem im Lager eines Steuerschie
bers verschieblichen Außenrotor mit mehreren in den Außenro
tor eingelagerten Pendelmitnehmern, wobei die Pendelmitnehmer
eine Durchmesserdifferenz im Rotorsatz überbrückend Kammern
bilden und in begrenzter Kippneige sowie gleitend eine Pumpwir
kung ausübend, mit mehreren ihrer zu den Wänden der Nuten sau
gend geführten Mitnehmerfüßen und mit Gleitflanken und deren
Abgleitradius hinein- und herausgeführt in die Nuten vom In
nenrotor reichen und darüber die Drehmitnahme auf den Außen
rotor gewähren, gekennzeichnet dadurch, daß
- - jeder Pendelmitnehmer (9) nur einseitig zwischen Mitneh merkopf (10) und Mitnehmerfuß (14) die Gleitflanke (12) als berührende Abgleitkurve besitzt und mit einer gegenüberlie genden Gegenkontur (13) berührungslos zu der Wand (18) von der Nut (16) über den gesamten Rotationsbereich ausgebildet ist, wodurch am Innenrotor (5) zwischen den hinein- oder herausgeführten Pendelmitnehmern (9) stets nur ein Pendel mitnehmer (9) im Kontaktbereich einseitig gleitend, also mit nur einer Gleitflanke (12) an einer Wand (17) von der Nut (16) kippbegrenzt zum Innenrotor (5) gleitend und tra gend und an seinem Mitnehmerfuß (14) zu den Wänden (17, 18) beidseitig im Gleitkontakteingriff für die Drehmitnahme auf den Außenrotor (7) angeordnet ist,
- - der Querschnitt der Druckflächen des Mitnehmerkopfes (10) kleiner als der des Mitnehmerfußes (14) ist, der Pendel mitnehmer (9) unterhalb des Mitnehmerkopfes (10) vor der Gleitflanke (12) mit einem Bord (11) für eine Begrenzung der Abgleitkurve zum korrespondierenden Abgleitradius (19) am Innenrotor (5) versehen ist, sowie
- - im Innenrotor (5) bei den dem nur einen Abgleitradius (19) gegenüberliegenden, drehrichtungszugewandten Wänden (18) von der Nut (16) eine bis zum Grund der Nut (16), unter den Mit nehmerfuß (14) reichende Aussparung (20, 20′) besitzen und darüber den Kanal für einen zusätzlichen zweiten Pumpraum (32), bildet.
2. Pendelschiebermaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch,
daß jeder Pendelmitnehmer (9) für den drehrichtungsabhängigen
Betrieb an seinen Schaftflanken zur Mittelachse von Mitnehmer
kopf zu Mitnehmerfuß asymmetrisch ausgebildet ist, drehrich
tungsabgewandt, nur einseitig zwischen Mitnehmerkopf (10) und
Mitnehmerfuß (14) die Gleitflanke (12) als berührende Abgleit
kurve besitzt und mit der gegenüberliegenden Gegenkontur (13)
eine Berührung zu der drehrichtungszugewandten Wand (18) von
der Nut (16) über den gesamten Rotationsbereich ausschließt.
3. Pendelschiebermaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch,
daß jeder Pendelmitnehmer (9) für eine drehrichtungsunabhängi
ge Montage der Pendelmitnehmer (9) an seinen Schaftflanken
symmetrisch ausgebildet und beiderseits mit Borden (11) ver
sehen ist, und durch Profilverschiebung der beiden Gleitflan
ken (12) hin zur Mittellinie der Pendelmitnehmer (9) nur die
einseitige Berührung der Gleitflanke (12) zu der Wand (17)
von der Nut (16) aber die zweiten Gleitflanke (12) als berüh
rungslose Gegenkontur (13) wirkend über den gesamten Rotati
onsbereich besitzt.
4. Pendelschiebermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge
kennzeichnet dadurch, daß die Aussparung (20) direkt in den
drehrichtungszugewandten Wänden (18) von den Nuten (16) aus
gebildet ist.
5. Pendelschiebermaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeich
net dadurch, daß die Aussparung (20′) auf der Seite der dreh
richtungszugewandten Gegenkontur (13) oder Gleitflanke (12)
im Bereich des Mitnehmerfußes (14) vom Pendelmitnehmer (9)
angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995132703 DE19532703C1 (de) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Pendelschiebermaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995132703 DE19532703C1 (de) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Pendelschiebermaschine |
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DE19532703C1 true DE19532703C1 (de) | 1996-11-21 |
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ID=7771286
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Owner name: MAHLE INTERNATIONAL GMBH, 70376 STUTTGART, DE |
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Inventor name: BEEZ, GUENTHER,DIPL.-ING., 98666 MASSERBERG, DE |
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R071 | Expiry of right |