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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe, mit einem Rotor, der sich in radialer Richtung erstreckende Lagernuten aufweist, in welchen relativ zu den Lagernuten verschiebbare Flügelplatten angeordnet sind.
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Hintergrund
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Eine verstellbare Flügelzellenpumpe ist beispielsweise aus der
DE 103 46 095 A1 bekannt. Flügelzellenpumpen können als Förderpumpe für Kühl- bzw. Schmieröl in einem Verbrennungsmotor eingesetzt werden. Um die Förderleistung variieren zu können, kann bei verstellbaren Flügelzellenpumpen der Schieber verstellt werden. Dadurch wird die Exzentrizität des Rotors innerhalb des Schiebers verändert, wodurch ein pro Umdrehung gefördertes Volumen variiert werden kann.
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Für die mechanische Anbindung und Drehmomentübertragung des Rotors, beispielsweise an einer Welle, sind an der Innenseite des Rotors und an der Außenseite der Welle miteinander in Eingriff gelangende drehmomentübertragende Geometrien, beispielsweise miteinander korrespondierende abgestimmte Schlüsselflächen oder Verzahnungen vorgesehen. Für eine besonders kompakte Bauform einer Flügelzellenpumpe ist es erstrebenswert, den Durchmesser des Rotors bzw. seine radiale Ausdehnung bei einer vorgegebenen und konstanten Geometrie der den Rotor antreibenden Welle zu reduzieren.
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Damit die Pumpe noch eine ausreichende Förderleistung bereitstellen kann, muss jedoch eine gewisse Mindestbeweglichkeit der Flügelplatten in Radialrichtung bereitgestellt werden.
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Eine bloße Minimierung der radialen Ausdehnung des Rotors ginge folglich zu Lasten der Stabilität des Rotors. Die Lagernuten für die Flügelplatten stellen mechanische Schwächungen des Rotors dar. Um eine dauerhaltbare und zuverlässige Drehmomentübertragung zwischen der Welle und dem Rotor bereitzustellen, darf eine geforderte radiale Mindestdicke zwischen einer Innenfläche des Rotors und einem radial innenliegenden Boden einer Lagernut nicht zu klein gewählt werden.
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Der vorliegenden Weiterentwicklung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eine Gewichts- und/oder Größenreduzierung einer Flügelzellenpumpe, insbesondere ihres Rotors, zu ermöglichen, ohne dass dies zu Lasten der Stabilität des Rotors und seiner drehmomentübertragenden Anbindung an eine Welle mit vorgegebener Geometrie ginge.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen
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Diese Aufgabe wird mit einer Flügelzellenpumpe gemäß dem Schutzanspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind dabei Gegenstand jeweils abhängiger Ansprüche.
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Demgemäß ist eine Flügelzellenpumpe mit einem Rotor vorgesehen, der sich in radialer Richtung erstreckende Lagernuten aufweist, in welchen relativ zu den Lagernuten verschiebbare Flügelplatten angeordnet sind. Die Flügelzellenpumpe weist weiterhin einen vorzugsweise verstellbaren Schieber auf, der eine im Wesentlichen zylinderförmige Innenfläche aufweist, wobei der Rotor dazu ausgestaltet ist, innerhalb des Schiebers um eine Rotationsachse antreibbar zu rotieren und wobei die Flügelplatten an der Innenfläche des Schiebers anliegen. Die Flügelplatten weisen dabei an ihren radial nach innen gerichteten Innenseiten jeweils eine Aussparung auf.
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Durch Vorsehen einer Aussparung an der Innenseite der Flügelplatten können diese weitaus tiefer in die Lagernuten eintauchen, sodass der radial innenliegende Boden der Lagernuten in etwa um das radiale Maß der Aussparung der jeweiligen Flügelplatte radial nach außen verlagert werden kann. Somit kann der Rotor insbesondere im Bereich zwischen dem Boden der Lagernuten und einer Innenfläche zumindest etwas dickwandiger in Radialrichtung ausgebildet werden, wodurch eine höhere Festigkeit, Steifigkeit, Dauerhaltbarkeit des Rotors selbst sowie eine verbesserte Drehmomentübertragung zwischen Rotor und Welle bereitgestellt werden kann.
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Nach einer Weiterbildung entspricht die Axialerstreckung der an den Flügelplatten vorgesehenen Aussparung der axialen Erstreckung bzw. der axialen Dicke des Rotors im Bereich der jeweiligen Lagernut. Die Axialrichtung ist hierbei stets auf die drehbare Lagerung des Rotors bezogen. Die Drehachse des Rotors liegt in Axialrichtung oder definiert eine Axialrichtung. Da die Axialerstreckung der Aussparung der Dicke des Rotors im Bereich der Lagernut entspricht ist gewährleistet, dass die Flügelplatten entsprechend dem Radialmaß der Aussparung tiefer in die Lagernut eintauchen können. Bei einer gleichbleibenden Radialverschiebung der Flügelplatten in Bezug auf eine radial außenliegende Außenfläche des Rotors kann infolge dessen der Boden der Lagernut weiter radial nach außen verlagert werden.
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Dies führt zu der bereits beschriebenen stabileren Ausgestaltung des Rotors.
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Nach einer Weiterbildung weisen die Flügelplatten an ihren Innenseiten zwei radial nach innen gerichtete Fortsätze auf. Mittels der Fortsätze, welche typischerweise außerhalb der Lagernut liegen, stehen die Flügelplatten typischerweise mit einem Führungsring in Eingriff, welcher die Flügelplatten an die Innenseite des Schiebers drückt. Der zumindest eine bzw. mehrere Führungsringe bewirken eine radial nach außen gerichtete Verschiebung der Flügelplatten relativ zum exzentrische gelagerten Rotor, sodass die Flügelplatten im Betrieb der Pumpe und bei einem sich drehenden Rotor möglichst dicht bzw. abdichtend an der Innenseite des Schiebers entlanggleiten.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Aussparung axial zwischen zwei randseitigen Fortsätzen liegt. Mit anderen Worten ist die Aussparung an der Innenseite der Flügelplatten in Axialrichtung von den sich in Radialrichtung erstreckenden Fortsätzen begrenzt. Ein Übergang der Fortsätze zu der Aussparung kann mit einer Fase versehen sein. Der Übergang kann ferner gegenüber einer unteren, radial innenliegenden Kante der Flügelplatte geneigt ausgerichtet sein. Mittels einer entsprechenden Schräge kann eine verbesserte axiale Führung der Flügelplatten in den Lagernuten bereitgestellt werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung liegen die Fortsätze der Flügelplatten axial außerhalb der Lagernut. Sie können auf diese Art und Weise mit an gegenüberliegenden Seiten des Rotors vorgesehenen Führungsringen radial anliegen. Die Führungsringe erstrecken sich in Umfangsrichtung über die Lagernut hninweg. Typischerweise ist an jeder der gegenüberliegenden im Wesentlichen ebenen Seiten des Rotors jeweils ein Führungsring angeordnet. Durch die in Radialrichtung von der Aussparung der Flügelplatten und außerhalb der Lagernut zu liegen kommenden Fortsätze bleibt die Betriebsweise der Flügelzellenpumpe gegenüber herkömmlichen Flügelzellenpumpen weitgehend unverändert.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung liegen die Fortsätze radial außen an einem axial am Rotor angeordneten, aber innerhalb des Schiebers zentrisch gelagerten Führungsring an. Gegenüber dem Führungsring ist der Rotor typischerweise exzentrisch in Bezug auf den Mittelpunkt des Schiebers gelagert. Die zentrische Anordnung und Ausgestaltung des zumindest einen, bevorzugt zweier, an gegenüberliegenden axialen Außenflächen des Rotors zu liegen kommenden Führungsringen ermöglicht eine definierte und geforderte Radialbewegung der Flügelplatten im Betrieb der Pumpe.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Rotor im Bereich zwischen den Lagernuten und einer radialen Innenfläche um die radiale Erstreckung der Aussparung unter Beibehaltung einer Innengeometrie einer den Rotor durchsetzenden Wellenaufnahme radial verbreitert ist. Jene radiale Verbreiterung im Bereich zwischen einem radial innenliegenden Boden der Lagernuten und der Innenfläche der Wellenaufnahme wird insbesondere durch die an den Flügelplatten vorgesehenen Aussparungen ermöglicht. Jene radiale Verbreiterung des Rotors führt zu einer verbesserten Stabilität des Rotors sowie zu einer verbesserten, langlebigen und besonders robusten Drehmomentübertragung zwischen Rotor und Welle.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die innenseitig am Rotor vorgesehene Wellenaufnahme eine mit einer den Rotor durchsetzenden Welle in Eingriff bringbare drehmomentübertragende Geometrie auf. Diese kann eine verzahnte Geometrie sein oder eine mit der Welle korrespondierende Schlüsselfläche aufweisen. Es sind auch Ausgestaltungen denkbar, bei welchen der Rotor mit einer Welle reibschlüssig, etwa pressverbindbar ist. Die Innengeometrie kann bspw. eine hexagonale oder verzahnte Struktur aufweisen. Diese dient der Drehmomentübertragung mit einer Welle, welche eine mit der Innengeometrie der Wellenaufnahme korrespondierende Außengeometrie aufweist.
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Durch die radiale Verbreiterung des Bereichs des Rotors zwischen Wellenaufnahme und Lagernuten werden verhältnismäßig große radiale Strukturen für die Drehmomentübertragung zwischen Welle und Rotor ermöglicht, ohne dass dies zu Lasten der Stabilität und Haltbarkeit des Rotors ginge. Auf diese Art und Weise kann trotz einer relativ geringen Größe des Rotors ein vergleichsweise hohes Drehmoment zwischen der Welle und dem Rotor übertragen werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Flügelzellenpumpe als verstellbare Flügelzellenpumpe ausgebildet. Der Schieber der Flügelzellenpumpe ist insbesondere als verstellbarer Schieber ausgestaltet, sodass durch ein Verstellen des Schiebers, beispielsweise durch ein Verschwenken des Schiebers um eine sich in Axialrichtung erstreckenden Achse das Fördervolumen der Flügelzellenpumpe variabel, insbesondere stufenlos veränderbar ist. Die Flügelzellenpumpe kann insbesondere als Ölpumpe für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
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Nach einem weiteren Aspekt ist schließlich ein Kraftfahrzeug vorgesehen, welches zumindest eine zuvor beschriebene Flügelzellenpumpe aufweist.
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Insbesondere weist das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor mit einer Ölpumpe auf, welche in Form einer zuvor beschriebenen Flügelzellenpumpe ausgestaltet ist.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten werden im nachfolgenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt einer Flügelzellenpumpe, mit einem Rotor, der in einem Schieber rotierbar angeordnet ist,
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2 in einer perspektivischen Darstellung einen Schieber der Flügelzellenpumpe
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3 einen Querschnitt durch den Rotor im Bereich einer Lagernut,
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4 eine isolierte Darstellung einer Flügelplatte und
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5 eine schematische Darstellung eines mit der Flügelzellenpumpe ausgestalteten Kraftfahrzeugs.
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Detaillierte Beschreibung
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In der 1 ist schematisch ein Ausschnitt einer Flügelzellenpumpe 1 mit einem in einem Pumpengehäuse 2 gelagerten Rotor 3 dargestellt. An dem Rotor 3 sind mehrere in Lagernuten 4 radial verschiebbar gelagerte Flügelplatten 5 angeordnet. Der Rotor 3 rotiert innerhalb eines Schiebers 6. Die Flügelplatten 5 werden über ober- und unterhalb des Rotors 3 angeordnete Führungsringe 16 dichtend an den Schieber 6 angedrückt. Dabei ist der Führungsring 16 konzentrisch zu dem Schieber 6 angeordnet. Der Schieber 6 ist, wie in 2 gezeigt, in diesem Ausführungsbeispiel um einen Anlenkpunkt 7 drehbar gelagert.
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Der Schieber 6 kann über ein an einem Stellhebel 8 angreifende Stellfeder 23 verstellt werden. Diese halt den Schieber 6 gegen einen Anschlag 27 gedrückt. Angrenzend an den Anschlag 27 ist eine Kammer 29 vorgesehen, die mit einem einstellbaren hydraulischer Steuerdruck beaufschlagbar ist, welcher gegen die Kraft der Stellfeder 23 wirkt. In Abhängigkeit des hydraulischen Steuerdrucks kann der Schieber 6 innerhalb des Gehäuses 2 verschwenkt werden. Durch das Verstellen des Schiebers 6 kann ein pro Umdrehung gefördertes Ölvolumen variiert werden.
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Unter dem Rotor 3 und dem Schieber 6 ist eine Abdeckung 10 angeordnet, welche flächig am Rotor 3 bzw. am Schieber 6 anliegt. Im montierten Zustand ist das Pumpengehäuse 2 über eine nicht dargestellte obenliegende Abdeckung geschlossen. In der nicht dargestellten Abdeckung und der Abdeckungen 10 können Aussparungen zur axialen Zu- und Ableitung von Öl angeordnet sein.
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2 zeigt einen Schieber 6 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Innenfläche 9. An der im Bild in die obere rechte Ecke weisenden Seite ist der Stellhebel 8 angeordnet. An der in die untere linke Ecke weisenden Seite ist ein als rundliche Aussparung ausgestalteter Anlenkpunkt 7 angeordnet. An dem Anlenkpunkt 7 kann ein in der Zeichnung nicht dargestellter, am Pumpengehäuse 2 angeordneter Bolzen eingreifen, wodurch eine Schwenkbarkeit des Schiebers 6 erreicht wird. An einer nach rechts weisenden Seite ist ein Dichtsteg 15 mit einer Dichtnut 17 angeordnet. In die Dichtnut 17 kann im montierten Zustand eine in 1 dargestellte Dichtleiste 18 angeordnet werden. An einer ersten Stirnfläche 12 und an einer zweiten Stirnfläche 13 des Schiebers 6 sind Verdickungen 14 vorgesehen. Die Verdickungen 14 sorgen für eine hohe Formstabilität des Schiebers 6 und erhöhen die Dichtbreite und somit den volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe.
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Der Pumpengehäuseabschnitt 21 kann durch eine Außenwand 19 einer durch das Pumpengehäuse 2 verlaufenden Bohrung 20 gebildet sein. Die Bohrung 20 kann zur Aufnahme einer Befestigungseinrichtung für das Pumpengehäuse 2, aber auch zum Hindurchleiten von Öl dienen. Das Pumpengehäuse 2 kann dadurch kompakt aufgebaut werden.
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Wie ferner der 3, einem Querschnitt durch eine Lagernut 4 zu entnehmen ist, weisen die Flügelplatten 5 an ihrer in 4 gezeigten radial innenliegenden Innenseite 5i eine, bezogen auf die Axialrichtung in etwa zentrische Aussparung 11 auf. Die Aussparung 11 ist in Axialrichtung (z) von zwei randseitigen Fortsätzen 35 begrenzt. Die Fortsätze 35 erstrecken sich in radialer Richtung (r) nach innen vom unteren Rand bzw. von der radialen Innenseite 5i der Flügelplatten 5. Im Vergleich zu herkömmlichen Flügelplatten ist lediglich die Aussparung 11 an der Innenseite 5i vorgesehen, sodass die Fortsätze 35 beispielsweise mit dem Außen- bzw. Innenrand einer herkömmlichen, vorliegend nicht explizit gezeigten Flügelplatte zusammenfallen. Dadurch dass an den Innenseiten 5i der Flügelplatten 5 jeweils eine Aussparung 11 mit einer radialen Tiefe t vorgesehen ist, kann ein gestrichelt dargestellter Boden 30 einer in 3 schematisch gezeigten Lagernut 4 um dasselbe Maß t radial nach außen verlagert werden. Eine ursprüngliche radiale Position des Bodens 30' ist in 3 zum Vergleich dargestellt.
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Indem die Flügelplatten 5 radial innenliegend eine Aussparung 11 aufweisen und der Boden 30 der Lagernuten 4 des Rotors 3 weiter nach außen verlagert werden kann, kann bei gleichbleibender Geometrie einer Wellenaufnahme 26 an einer Innenfläche 28 des Rotors 3 der Bereich zwischen der Wellenaufnahme 26 und dem Boden 30 der Lagernuten 4 radial verbreitert werden. Dies führt zu einer erhöhten Festigkeit und verbesserten Dauerhaltbarkeit des Rotors 3 sowie zu einer verbesserten Drehmomentübertragung zwischen Rotor 3 und einer, in den Figuren nicht explizit gezeigten, den Rotor 3 durchsetzenden Welle.
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Die Innenfläche 28 der Wellenaufnahme 26 kann, wie in 1 gezeigt, beispielsweise verzahnt ausgestaltet sein. Sie kann aber auch gleichermaßen eine Sechskantstruktur oder eine hexagonale Struktur mit im Wesentlichen geradlinigen oder ebenen Schlüsselflächenabschnitten aufweisen. In 4 ist ferner gezeigt, dass die Axialerstreckung der Flügelplatten 5 um ein gewisses Maß größer ist als die Axialerstreckung des Rotors 3 zumindest im Bereich der Lagernuten 4. Die sich durch die Aussparung 11 ergebenden Fortsätze 35 liegen in Axialrichtung (z) betrachtet außerhalb der Lagernuten 4. Sie befinden sich in einer radialen Anlagestellung mit einer radial nach außen gerichteten Außenseite der Führungsringe 16.
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Die Führungsringe 16 sind an den axialen und gegenüberliegenden Außenseiten des Rotors 3 vorgesehen. Die Führungsringe 16 sind zentrisch zur Innenfläche 9 des Schiebers 6 angeordnet, sodass die Flügelplatten 5 bei einer Drehbewegung des exzentrisch gelagerten Rotors 3 eine Radialverschiebung relativ zum Rotor 3 bzw. zu dessen Lagernuten 4 erfahren.
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Die in den 1 bis 4 gezeigte Flügelzellenpumpe 1 ist insbesondere als Ölpumpe 32 eines Motors 31, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs 34 ausgestaltet. Das in 5 lediglich schematisch dargestellte Kraftfahrzeug 34 weist eine Kraftfahrzeugkarosserie 36 auf. Das Kraftfahrzeug 34 ist insbesondere mit einem Motor 31 versehen, welcher eine Ölpumpe 32 aufweist, die nach Art der hier gezeigten Flügelzellenpumpe 1 aufgebaut ist.
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Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltung der Erfindung zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flügelzellenpumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3
- Rotor
- 4
- Lagernut
- 5
- Flügelplatte
- 5i
- Innenseite
- 6
- Schieber
- 7
- Anlenkpunkt
- 8
- Stellhebel
- 9
- Innenfläche
- 10
- Abdeckung
- 11
- Aussparung
- 12
- erste Stirnfläche
- 13
- zweite Stirnfläche
- 14
- Verdickung
- 15
- Dichtsteg
- 16
- Führungsring
- 17
- Dichtnut
- 18
- Dichtleiste
- 19
- Außenwand
- 20
- Bohrung
- 21
- Pumpengehäuseabschnitt
- 22
- Pumpenrotationsachse
- 23
- Stellfeder
- 26
- Wellenaufnahme
- 27
- Anschlag
- 28
- Innenfläche
- 29
- Kammer
- 30
- Boden
- 31
- Motor
- 32
- Ölpumpe
- 34
- Kraftfahrzeug
- 35
- Fortsatz
- 36
- Karosserie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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