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"Einheit aus Luftunterdruckpumpe für Bremskraft-
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verstärker und Kraftstofförderpumpe in Kraftfahrzeugen"
Die
Erfindung betrifft eine Einheit aus Lufçunterdruckpumpe für Bremskraftverstärker
und Kraftstofförderpumpe und insbesondere eine Baueinheit aus Luftunterdruckpumpe
und Kraftstofförderpumpe, vorzugsweise Dieselkraftstofförderpumpe, für Kraftfahrzeuge.
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Zur Bremskraftverstärkung in Kraftfahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen
mit Dieselmotor kommen Unterdruckpumpen zur Anwendung.
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Bekannte Vakuumpumpen für diesen Einsatzzweck sind als Flügelzellenpumpen
ausgebildet mit einem Gehäuse, einem darin drehend antreibbaren Rotor und einer
Anzahl von in dem Rotor mit radialer Bewegungskomponente beweglichen Flügeln, die
zwischen dem Gehäuse und dem Rotor durch jeweils ein Flügelpaar abgegrenzte Flügelzellen
bilden. Diese Flügelzellen entsprechen in ihrer Anzahl der Anzahl der Flügel und
erstrecken sich über einen Umfang des Gehäuses bzw. Rotors (Zellenumfang) mit einem
Zentriwinkel 3 (= Flügelzellenwinkel), der ebenfalls durch die Anzahl der Flügel
(3600 : Flügelanzahl) bestimmt wird.
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Es sind Förderpumpen für flüssige Medien mit geringem Förderdruck
und geringer Fördermenge bekannt, die in einem Zylinder frei bewegliche, radial
dichtend geführte Kolben aufweisen, welche auf ihrer Kraftseite, d.h. der von der
Förderseite abgewandten Seite, durch eine vorgespannte Feder abgestützt sind, wobei
der Zylinder auf dieser Kolbenseite, der Kraftseite, an eine intermittierend arbeitende
Vakuumpumpe angeschlossen ist.
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Die Arbeit einer derartigen Pumpe wird ausgeübt durch die Feder (Federweg
mal Federkraft), während durch das intermittierend auftretende Vakuum (Unterdruck)
der Kolben gegen die Federkraft zurückgeholt wird.
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Die Erfindung besteht nun in der funktionsmäßigen Verbindung einer
derartigen Förderpumpe und einer derartigen Flügelzellenpumpe und in der Schaffung
einer kombinierten Baueinheit zum Zwecke der Kraftstofförderung in Dieselfahrzeugen,
welche gleichzeitig eine Unterdruckpumpe zur Bremskraftverstärkung benötigen.
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Die Kombination gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet1 daß
der Anschluß des Zylinders der Kraftstofförderpumpe an der Flügelzellenvakuumpumpe
in einem Bereich liegt, der um mehr als den Flügelzellenwinkel p hinter dem Sauganschluß
der Vakuumpumpe und vor dem Atmosphärenauslaß der Vakuumpumpe, vorzugsweise um ca.
die Hälfte des Flügelzellenwinkeis vor dem Atmosphärenauslaß der Vakuumpumpe liegt.
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Vorzugsweise sind Vakuumpumpe und Kraftstofförderpumpe zu einer Baueinheit
verbunden, indem die Kraftstofförderpumpe mit ihrem Zylinder an den Deckel oder
das Gehäuse der Vakuumpumpe angeflanscht oder in sonstiger Weise damit verbunden
ist. Durch einen Anschlag kann der Kolbenweg der Kraftstofförderpumpe einstellbar
begrenzt werden, so daß der Arbeitsweg des Förderkolbens auch bei länger an haltendem
Unterdruck begrenzt ist.
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Dadurch, daß der Kolben der Kraftstofförderpumpe durch einen Unterdruck
betätigt wird, ist es erforderlich, daß an dem Förderkolben die Kraftstoffseite
gegenüber der Unterdruckseite abgedichtet ist. Tritt Kkaftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff1
auf der Unterdruckseite des Förderkolbens aus, so gelangt dieser Kraftstoff ins
Schmieröl und führt zu einer Verschlechterung der Schmiereigenschaften.
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Zur Behebung dieser Nachteile wird deshalb vorgeschlagen, daß der
Förderkolben zwei Dichtungen im Bereich seiner Enden besitzt, und daß zwischen diesen
Dichtungen ein Leckagekanal am Zylinder angeschlossen ist1 welcher ins Freie führt.
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Hierdurch wird gewährleistet, daß Leckageflüssigkeit - handle es sich
hierbei um Kraftstoff oder Öl - nicht in das jeweils andere System eindringt, sondern
ins Freie abtropft. Dieses Abtropfen ins Freie kann ohne weiteres in Kauf genommen
werden, wenn es sich nur um geringe Mengen handelt. Es kann aber auch vorgesehen
sein, daß der Leckagekanal mit einem Sammelbehälter verbunden ist, der periodisch,
insbesondere bei den üblichen Inspektionen des Kraftfahrzeuges, geleert wird. Dadurch
erhält man bei der Inspektion anhand der Flüssigkeitsmenge im Sammelbehälter einen
Hinweis, wann der Ersatz von Dichtungen notwendig wird.
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Der Kolben kann dabei auch als einseitiger oder auch zweiseitiger
Membrankolben ausgeführt sein, wobei die Membran und der Kolben bzw. die Membrane
untereinander mechanisch starr verbunden sind.
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Hierbei gibt das Vorhandensein von Flüssigkeit im Sammelbehälter insbesondere
einen Hinweis auf die Notwendigkeit des Ersatzes einer Membran.
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Zur Erhöhung der Sicherheit, insbesondere für eine Verlängerung der
Intervalle zwischen den Routineinspektionen wird dazu vorgeschlagen, daß in den
Leckagekanal oder in den Sammelbehälter ein Flüssigkeitssensor als Membranbruchsicherung
eintaucht, welcher bei der Feststellung eines Leckageflusses ein optisches oder
akkustisches Signal auslöst.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung der doppelten
Abdichtung des Förderkolbens mit einem zwischen den Dichtungen oder Einspannstellen
der Membranen angeschlossenen und ins Freie führenden Leckagekanal nicht auf den
pneumatischen Antrieb der Kraftstofförderpumpe beschränkt ist, sondern auch bei
mechanischem Antrieb der Kraftstofförderpumpe durch die Antriebswelle der Flügelzellenpumpe
Anwendung findet.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 7 eine Draufsicht der Vakuumpumpe mit angeflanschter
Kraftstofförderpumpe nach der Erfindung; Fig. 2 einen Schnitt durch die Kraftstofförderpumpe
nach der Erfindung; Fig 3 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Kraftstofförderpumpe;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kraftstofförderpumpe, Fig. 5 ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Kraftstofförderpumpe; Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Kraftstofförderpumpe; Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel ähnlich Fig. 6 9 Fig. 8
eine Einzelheit gemäß Fig. 7; Fig. 9 das Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 mit mechanischem
Antrieb der Kraftstoffförderpumpe.
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Die in Fig. 1 dargestellte Vakuumpumpe 1 besteht aus einem kreiszylindrischen
Gehäuse 3. In diesem ist der Rotor 4 auf der - zum Gehäuse exzentrischen - Welle
10 drehbar gelagert und mit Drehrichtung 8 von dem nicht dargestellten Kraftfahrzeugmotor
- vorzugsweise Dieselmotor - angetrieben. Der Rotor 4 ist ein Zylinderkörper mit
darin längs achsparalleler Mantellinien eingearbeiteten Schlitzen, in welchen Flügel
2 in radialer Richtung bewegbar sind. Diese Flügel können radial ausgerichtet oder
auch zu der radialen Richtung geneigt sein. Die Flügel haben jedenfalls eine Bewegungskomponente
in radialer Richtung und dichten die zwischen dem Außenumfang des Rotors 4 und dem
Innenumfang des Gehäuses 3 und den Gehäusedeckeln gebildeten, in ihrem Volumen veränderlichen
Flügelzellen 5.1, 5.2, 5.3 und 5.4 in Umfangsrichtung ab. Die Flügelzellen 5.1,
5.2, 5.3, 5.4 werden - in Drehrichtung gesehen - zunächst größer und
sodann
wieder kleiner. Hierdurch ergibt sich eine Saugwirkung für die Flügelzelle 5.2,
die in der dargestellten Stellung des Rotors 4 die Saugöffnung 6 mit dem daran anschließenden
Saugstutzen 7 überdeckt. Mit 9 ist der Atmosphärenanschluß bezeichnot, durch welchen
die Flügelzelle 5.4 wieder mit dem Atmosphärendruck verbunden wird.
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Eine Flügelzellenvakuumpumpe dieser Art ist z. B. beschrieben in dem
Deutschen Gebrauchsmuster 80 04 488. Auf die dortige Beschreibung wird Bezug genommen.
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In der Draufsicht nach Fig. 1 ist dargestellt, daß auf dem stirnseitigen
Deckel der Vakuumpumpe 1 die Kraftstofförderpumpe 11 in nicht im einzelnen dargestellter
Weise angeflanscht ist.
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Wie Fig. 2 zeigt, besteht diese Kraftstofförderpumpe 11 aus einem
Gehäuse, das einen Zylinder 14 umschließt. In dem Zylinder 14 ist der Förderkolben
12 frei beweglich. Der Kolben ist gegenüber dem Zylinder 14 durch Dichtung 19 an
seinem Umfang abgedichtet, in der Führungsplatte 24 geradegeführt und durch eine
vorgespannte Feder 15 abgestützt. Der Zylinderraum 14 ist auf der Federseite durch
einen Verbindungskanal 17 mit der Öffnung 16 an die Vakuumpumpe 1 angeschlossen.
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Auf der von der Feder 15 abgewandten Seite des Förderkolbens 12 befindet
sich der Förderraum 23 für die Kraftstofförderung mit Einlaßstutzen 18 und Einlaßventil
19 sowie Auslaßstutzen 20 und Auslaßventil 21. Durch die Hin- und Herbewegung des
Förderkolbens 12 wird ein intermittierender Kraftstofförderstrom erzeugt, wobei
das Ansaugen des Kraftstoffs durch den Unterdruckhub des Kolbens 12 gegen die Kraft
der Feder 15 und das Ausschieben des Kraftstoffs durch den Federkrafthub erfolgt.
Durch eine Anschlagschraube 22 kann mit dem Hubweg des Kolbens 12 auch die Fördermenge
begrenzt und eingestellt werden.
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Für die Anbringung der Anschlußöffnung 16 auf dem Umfang der Vakuumpumpe
1 sind gemäß der Erfindung bestimmte Regeln einzuhalten, welche anhand der in Fig.
1 eingezeichneten Winkelbeziehungen im folgenden erläutert werden.
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Die Flügelzellen l;.1 bis 5.4 schließen mit der Rotorachse (10) jeweils
einen Zentriwinkel "Beta" ein, der in dieser Anmeldung der Zellenwinkel genannt
wird. Der Zellenwinkel ist gleich 3600 geteilt durch die Anzahl der Flügel, im vorliegenden
Fall also gleich 900 Der Winkel Alpha", um den der Vakuumanschluß 16 gegenüber der
Ansaugöffnung 6 - in Drehrichtung 8 gesehen - versetzt ist, ist größer als der Zellenwinkel
"Beta", im vorliegenden Fall also größer als 900.
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Zum Atmosphärenanschluß 9 hin ist der Vakuumanschluß 16 um den Winkel
'$Gamma'i versetzt. "Gamma" ist so bemessen, daß die Zeit, in der ein Flügel 2 bei
langsamster Drehzahl des Rotors 4 sich um den Winkel V2Gamma" weiterdreht, für einen
Unterdruckhub des Kolbens 12 ausrelchtO Vorzugsweise gilt, daß "Gamma" größer als
die Hälfte von "BetaH ist. Dadurch1 daß der Winkel "Gamma" unter Beachtung der Bedingung
"AlphaX YBeta8 den größtmöglichen Wert hat, ist gewährleistet, daß die Kraftstofförderpumpe
11 beim Saughub mit dem "größtmöglichen" Unterdruck und für die "längstmögliche"
Zeit beaufschlagt wird.
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Die Besonderheit für die Anbringung des Anschlusses 16 besteht nun
darin, daß die Saugleistung der Vakuumpumpe 1 durch den Anschluß der Kraftstofförderpumpe
11 nicht beeinträchtigt und insbesondere der mit dem Bremskraftverstärker in Verbindung
stehende Saugraum nicht vergrößert wird. Vielmehr erfolgt die Ausnutzung des Unterdrucks
der Vakuumpumpe für den Rückhub des Förderkolbens 12 in einem für die Leistung der
Vakuumpumpe 1 toten Bereich. Andererseits ist die mit Unterdruck und Atmosphärendruck
wechselweise beaufschlagte Kraftstofförderpumpe 11 so gesteuert, daß für den Rückhub
des Förderkolbens 12 und den Arbeitshub des Förderkolbens 12 ausreichend lange Zeiten
zur Verfügung stehen.
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Die Arbeitsweise der Einheit aus Vakuumpumpe 1 und Kraftstoffförderpumpe
11 ist die: in der eingezeichneten Drehstellung des Rotors 4 wird die Saugöffnung
6 und damit der Bremskraftverstärker mit dem Unterdruck der sich in ihrem Volumen
vergrößernden Zelle 5.2 beaufschlagt. Die Flügelzelle 5.3 ist durch ihre Flügel
sowohl von der Saugöffnung 6 als auch von dem Atmosphärenanschluß 9 getrennt, so
daß die Flügelzelle 5.3 ebenfalls noch Unterdruck hat. Dieser Unterdruck liegt über
den Vakuumanschluß 16 und den Verbindungskanal 17 an der Federseite des Kolbens
12 an. Der Druck ist so niedrig, daß der Atmosphärendruck auf der Förderseite des
Kolbens 12 die Kraft der Feder 15 überwindet und den Rückhub des Kolbens 12, d.h.
den Saughub bewirkt. Das Einlaßventil'9 der Kraftstofförderpumpe 11 öffnet sich
und Dieselkraftstoff wird angesaugt.
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Dreht sich nun der Rotor 4 und die Flügelzelle 5.3 weiter, bis der
vordere Flügel 2 den Atmosphärenanschluß 9 überdeckt, dann erfolgt der Druckausgleich
in der Flügelzelle 5.3 mit Vakuumanschluß 16, Verbindungskanal 17 und auf der Rückhubseite
(Federseite) des Förderkolbens 12. Damit wird die Vorspannung der Feder 15 im Sinne
des Förderhubs auf den Kolben 12 wirksam.
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Der Kolben drückt den in dem Förderraum 23 befindlichen Kraftstoff
unter Öffnung des Auslaßventils 21 und Schließung des Einlaßventils 19 in Förderrichtung
25 weiter.
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In einem Ausführungsbeispiel mit einer 4-zelligen Vakuumpumpe 1 betrug
der durch den Vakuumanschluß 16 übertragene, im Rückhubsinne wirksame Unterdruck
0,9 bar, so daß bei einer Kolbenfläche 2 von 3 cm eine Rückhubkraft von 27 N ausgeübt
wurde, die ausreichte, die Federkraft der auf 10 N vorgespannten Feder 15 zu überwinden.
Bei dieser Federkraft betrug der Kraftstofförderdruck 0,3 bar über den durch Anschlagschraube
auf 2 mm begrenzten Kolbenhub.
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Um zu vermeiden, daß an der Dichtung 13 austretende Leckageflüssigkeit,
d.h. Kraftstoff in den Schmierölkreislauf oder Schmieröl
in den
Kraftstoffluß gelangt, wird erfindungsgemäß in dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
3 vorgesehen, daß der Förderkolben 12 im Bereich seiner beiden axialen Enden die
Dichtungen 1301 und 13.2 und eine dazwischen liegende Ringnut 28 aufweist Zwischen
diesen Dichtungen 13.1 und 13.2 ist am Zylinderraum der Leckagekanal 26 angeschlossen,
der im dargestellten Ausführungsbeispiel in den Sammelbehälter 27 mündet, welcher
ein Auslaßventil besitzt und belüftet ist. Im übrigen entsprechen die Elemente des
in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels denen nach Fig 2. Der axiale Abstand
der Dichtungen 13.1 und 13.2 ist so groß, daß die Dichtungen die Anschlußöffnung
des Leckagekanals 26 auch in den Kolbentotlagen nicht überdecken.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Kraftstoffvorförderpumpe 11 nach Fig.
4 ist ein topfförmig gearbeiteter Kolben 12 mit den Dichtungen 13.1 und 1302 auf
seiner zylindrischen Oberfläche erkennbar.
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In den Zylinder 14 ist die Ringnut 29 eingestochen, von der der Leckagekanal
26 zum Sammelbehälter 27 führt. Der Ringkanal 29 ist so gelegen und dimensioniert,
daß er auch in den Totlagen der Dichtungen 13o1 und 13.2 von diesen nicht überdeckt
wird Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 besteht der Förderkolben kraftstofförderseitig
aus einer am Umfang eingespannten Membran 30 und unterdruckseitig aus dem Gleitkolben
31 mit Dichtung 32. Zwischen der Einspannstelle der Membran 30 und der Dichtung
32 ist wiederum der Leckvgekanal 26 am Zylinder 14 ang<schlossen. Membran 30
und Kolben 51 sind durch Stößel 35 mechanisch icnt miteinander verbunden. Die Dichtung
32 am Umfang des Gleitkolbens 31 überdeckt den Leckagekanal 26 in keiner Hubstellung.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 besteht der Kolben aus den beiden
Membranen 33 und 34, die durch Stößel 35 mechanisch verbunden sind. Zwischen beiden
Membranen ist der Leckagekanal 26 am Zylinder 14 angeschlossen.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt - ähnlich wie Fig. 6 -einen
"Förderkolben", der aus zwei mechanisch miteinander verbundenen und an ihrem Umfang
eingespannten Membranen 33, 34 besteht.
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Diese liegen eben aufeinander und sind zwischen Membrantellern 56,
37 axial verspannt. Am Umfang sind sie zwischen dem Antriebsgehäuse 38 und dem Deckel
39 der Kraftstofförderpumpe radial eingespannt. Dabei ist zwischen die Ränder der
Membranen 33, 34 ein flacher Distanzring 40 in der Weise eingelegt, daß ein Zwischenraum
41 entsteht, in welchen bei einem Riß oder Bruch einer der beiden Membranen 33 oder
34 die anstehende Flüssigkeit - d.h.
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Kraftstoff oder Schmieröl - austritt. Wie Fig. 8'in einer Vergrößerung
des Details zeigt, ist der Zwischenraum 41 an einen Leckagekanal 26 im Deckel 39
der Kraftstofförderpumpe angeschlossen, indem der Distanzring 40 dort eine Unterbrechung
aufweist. Die sich im Zwischenraum 41 sammelnde Leckageflüssigkeit kann hierdurch
-vorzugsweise durch Schwerkraft-abgeführt werden. Dadurch wird einerseits die unerwünschte
Vermischung der Flüssigkeiten vermieden und andererseits bereits die Beschädigung
einer der Membranen 33 oder 34 angezeigt, so daß diese ersetzt werden kann.
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In Fig. 9 ist schließlich gezeigt, daß ei wesentlicher Gedanke der
vorliegenden Erfindung - nämlich den Förderkolben der von der Vakuumpumpe 1 angetriebenen
Kraftstofförderpumpe 11 an beiden axialen Enden abzudichten und eventuell durch
eine der Dichtungen hindurchtretende Flüssigkeit durch einen ins Freie führenden
Leckagekanal 26 abzuleiten,um dadurch eine Kontamination von Kraftstoff und Schmieröl
zu verhindern - nicht auf den pneumatischen Antrieb der Kraftstofförderpumpe 11
beschränkt ist, bei der der Arbeitshub unter der Kraft einer beim Saughub vorspannbaren
Feder 15 erfolgt. So wird in Fig. 9 der Förderkolben 12 mechanisch von der zelle
10 der Vakuumpumpe 1 über Exzenter 4' und Stößel 43 angetrieben, während der Rückhub
(Saughub) unter der Kraftwirkung der beim Förderhub vorspannbaren Druckfeder 44
erfolgt.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Vakuumpumpe 2 Flügel 3 Gehäuse 4 Rotor
5 Zellenraum 6 Ansaugöffnung, Saugöffnung 7 Saugstutzen 8 Drehrichtung des Rotors
9 Atmosphärenanschlußöffnung 10 Welle 11 Kraftstofförderpumpe, Kraftstoffpumpe 12
Förderkolben, Kolben 13 Dichtung 14 Zylinder, Zylinderraum 15 Feder 16 Vakuumanschluß,
Öffnung 17 Verbindungskanal 18 Kraftstoffeinlaß, Einlaßstutzen 19 Einlaßventil 20
Kraftstoffauslaß 21 Auslaßventil 22 Anschlagschraube 23 Förderraum (Arbeitsraum)
24 Führungsplatte 25 Förderrichtung 26 Leckagekanal 27 Sammelbehälter 28 Ringkanal
in Kolben 12, Ringnut 29 Ringkanal in Zylinder 14, Ringnut
30 Membran
31 Gleitkolben 2 Dichtung 33 Membran 34 Membran 35 mechanische Verbindung, Stößel
36 Membranteller 37 Membranteller 38 Antriebsgehäuse 39 Deckel 40 Distanzring 41
Zwischenraum 42 Exzenter 43 Stößel 44 Druckfeder