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Baueinheit aus einer Flügelzellen-Vakuumpumpe
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und einer Druckerhöhungspumpe Die Erfindung betrifft eine Baueinheit
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Baueinheiten werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Dabei
dient die Flügelzellen-Vakuumpumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks für die Betätigung
eines Bremskraftverstärkers und sonstiger Servoantriebe. Die Druckerhöhungspumpe,
insbesondere in Drehkolbenbauart, dient zur Erzeugung einer hydraulischen Hilfskraft,
z.B. zur Betätigung hydraulisch geschalteter Getriebe, einer hydraulischen Hilfskraftlenkung
oder sonstiger hydraulischer Servoantriebe. Sie ist in einen Hydraulikschaltkreis
mit Schaltventilen, Stellgliedern und einen Tank für Hydrauliköl eingeschlossen.
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Wegen der kompakten Gestaltung eines Kraftfahrzeugmotors können von
diesem lediglich eine begrenzte Anzahl von Antrieben für Arbeitsmaschinen, wie z.B.
Vakuumpumpe, Hydraulik-Ölpumpe, Schmierölpumpe, Lichtmaschine usw. abgenommen werden.
Aus diesem Grunde ist man bestrebt, zwei oder mehrere dieser Arbeitsmaschinen zu
Baueinheiten zusammenzufassen und durch eine Welle gemeinsam anzutreiben.
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Eine derartige Baueinheit ist z.B. in der DE-OS 28 33 167 gezeigt.
Die bekannte Baueinheit besteht aus einer Schmierölpumpe und einer Vakuumpumpe.
Dabei sind besondere Maßnahmen getroffen, um die Ölversorgung der Vakuumpumpe mit
gereinigtem Öl ohne Ölüberschuß sicherzustellen.
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Das Problem der Öl schmierung der Vakuumpumpe besteht auch bei einer
Baueinheit, die aus einer Vakuumpumpe und einer Druckerhöhungspumpe für Hydrauliköl
besteht. Man könnte in diesem Falle daran denken, die Vakuumpumpe unabhängig von
der Druckerhöhungspumpe für Hydrauliköl durch einen Anschluß an das Schmierölsystem
des Kraftfahrzeugmotors zu schmieren. Dadurch würden jedoch externe Schmierölleitungen
erforderlich. Bei einem Bruch einer derartigen externen Schmierölleitung würde nicht
nur die Schmierung der Vakuumpumpe, sondern auch die Schmierung des Kraftfahrzeugmotors
ausfallen und beide Maschinen ggf. zerstört.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Baueinheit der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 definierten Art so auszugestalten, daß die Vakuumpumpe unabhängig
von dem Kraft fahrzeugmotor mit dem Hydrauliköl der Druckerhöhungspumpe geschmiert
wird, ohne daß andererseits eine Beeinträchtigung des Hydraulikschaltkreises bzw.
eine Umweltbelastung durch die mit Ölnebel beladene Abluft der Vakuumpumpe eintritt.
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Die Lösung nach Anspruch 1 hat den Vorteil, daß eine in sich autarke
Baueinheit aus Druckerhöhungspumpe für Hydrauliköl mit einer Vakuumpumpe entsteht,
zu deren Wartung es lediglich der Überwachung der ölmenge des Hydraulikschaltkreises
bedarf.
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Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Öltank
des Hydraulikschaltkreises in die Schmierölversorgung der Vakuumpumpe einbezogen
wird und daß zwischen der Druckerhöhungspumpe für das Hydrauliköl und der Vakuumpumpe
Ölübertrittskanäle für die Schmierölversorgung der Vakuumpumpe vorgesehen sind.
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Bei einer Ausführung der Erfindung ist der Tank für das Hydrauliköl
als geschlossener Behälter mit einem Ölsumpf sowie mit einem Anschluß für den Luftauslaß
von der Vakuumpumpe ausgeführt. Dabei wird die Abluft der .Vakuumpumpe durch den
Tank über geeignete Entölelemente geführt, um sie zu reinigen und das Hydrauliköl
durch Abscheidung zurückzugewinnen.
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Das Entölelement sitzt am Lufteinlaß in den Tank, so daß ein Differenzdruck
gegenüber dem Tank entsteht, der die Luft durch das Entölelement treibt.
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In einer modifizierten Ausführung der Erfindung ist der Tankraum oberhalb
des Olsumpfes für das Hydrauliköl durch eine durchlässige Trennwand abgeteilt, auf
der ein poröser Filterkörper beispielsweise aus Fasermaterial oder dgl.
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aufliegt und den die aus dem Entölelement abströmende Abluft auf ihrem
Weg zum Entlüftungsstutzen mit geringer Geschwindigkeit durchquert, um hier noch
fein vernebelte öltröpfchen zu agglomerieren und abzuscheiden.
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In einer anderen Ausführung ist der Tank für das Hydrauliköl ein geschlossener
Behälter, der in drei Räume unterteilt ist. Am Grunde des Tanks befindet sich der
Ölsumpf, der gegenüber einem Lufteinlaßraum durch eine Wand druckdicht abgeschlossen
ist. Der Lufteinlaßraum ist mit dem Ölsumpfraum über die Abströmseite eines Entölelementes
verbunden.
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Dieses ist im Lufteinlaßraum vertikal eingebaut und wird auf seiner
äußeren Mantelfläche von der ölhaltigen Abluft der Vakuumpumpe angeströmt. Stirnseitig
hat es zwei Anschlüsse, von denen der eine mit dem Ölsumpf und der andere mit dem
Auslaß für die ölfreie Luft verbunden ist.
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Über die beiden stirnseitigen Anschlüsse und den Innenraum des Entöltopfes
ist der Ölsumpf gleichzeitig entlüftet.
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Für einen hohen Abscheidungsgrad hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn in Strömungsrichtung der Abluft der Vakuumpumpe direkt hinter dem Tankanschluß
ein zusätzlicher Filterkörper angeordnet ist. Durch diesen werden Verunreinigungen
des Hydrauliköls, insbesondere Schmutzpartikel und Abrieb festgehalten und die in
sehr feiner Verteilung vorliegenden Ölteilchen der Abluft zu größeren, leichter
abscheidbaren Tröpfchen vereinigt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich durch Integration
eines Vorabscheiders für das Schmieröl der Vakuumpumpe in der Baueinheit selbst.
Zu diesem Zweck sind die Ölübertrittskanäle zwischen der Druckerhöhungspumpe und
der Vakuumpumpe in einem von der gemeinsamen Antriebswelle der Baueinheit durchsetzten
Zwischengehäuse vorgesehen und die Austrittsniere der Vakuumpumpe mündet axial in
das Zwischengehäuse ein. Der Austritt der Abluft aus der Baueinheit erfolgt im wesentlichen
in radialer Richtung aus dem Zwischengehäuse. Bei einer derartigen Lösung wird in
dem Zwischengehäuse ein Vorabscheider für das Öl aus der Abluft der Vakuumpumpe
untergebracht, und das abgeschiedene Hydrauliköl wird aufgrund der Schwerkraft und
der Kapillarwirkung in den Bereich der axialen olübertrittskanäle zwischen den beiden
Aggregaten zurückgeführt.
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Die Abscheidung kann durch ein rotierendes Element auf der gemeinsamen
Welle und die erzeugte Zentrifugalkraft noch erhöht werden.
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Im folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 die Einbeziehung des Tanks für Hydrauliköl in die
Abluftleitung einer Vakuumpumpe gemäß der Erfindung; Fig. la eine modifizierte Anordnung
des Tanks für das Hydrauliköl gemäß Fig. 1;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel
des Tanks mit abgeänderter Führung der Abluft; Fig. 3 die Baueinheit aus Druckerhöhungspumpe
und Flügelzellen-Vakuumpumpe mit integriertem Ölabscheider im Längsschnitt; Fig.
4 den Querschnitt der Flügelzellen-Vakuumpumpe gemäß Schnitt IV-IV in Fig. 3.
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In der schematischen Darstellung nach Fig. 1 hat eine Baueinheit 1,
bestehend aus einer Flügelzellen-Vakuumpumpe 2 und einer Druckerhöhungspumpe 3 für
Hydrauliköl, insbesondere Drehkolbenpumpe oder Vielzellenpumpe, eine gemeinsame
Welle 4, die durch eine Riemenscheibe 5 oder dgl. von einem Kraftfahrzeugmotor angetrieben
ist.
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Die Flügelzellen-Vakuumpumpe 2 hat einen Lufteinlaß 6, der an einem
Unterdruckbehälter bzw. einem Servo-Verbraucher angeschlossen ist, und einen Luftauslaß
7, in dem ein Rückschlagventil 8 angeordnet ist. Die Abluftleitung 9 führt nicht,
wie bisher üblich, in das Kurbelgehäuse des Kraftfahrzeugmotors zurück, sondern
erfindungsgemäß mit Anschluß 70 zu einem Tank 10 für Hydrauliköl. Dieser gehört
zu einem nur in einem Ausschnitt dargestellten Hydraulikschaltkreis. Im Tank 10
wird die Abluft gereinigt und das mitgeschleppte Hydrauliköl, das der Schmierung
und Dichtung der Spalte der Vakuumpumpe 2 dient, abgeschieden.
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Die Bauform der Flügelzellen-Vakuumpumpe selbst ist bekannt (z,B.
DE-OS 28 33 167) und nicht Gegenstand dieser Erfindung.
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Die Druckerhöhungspumpe 3 für das Hydrauliköl gehört ebenfalls zum
Stand der Technik. Eine solche Hydraulikpumpe ist z.B. in der DE-PS 25 12 433 beschrieben.
Die Pumpe 3 besitzt einen Öleinlaß 11, der zum Ansaugen von Hydrauliköl aus dem
ölsumpf 16 durch Saugleitung 110 am Tank 10 angeschlossen ist. Über den Ölauslaß
12 wird es - unter Druck-
erhöhung - in den Hydraulikölkreislauf
gefördert. Am Ölauslaß 12 sind verschiedene, nicht dargestellte Servoverbraucher
mit ihren Hydraulikschaltkreisen, Schaltventilen und Stellzylindern angeschlossen,
deren Rückleitungen über den Tankanschluß 13 wieder zum gemeinsamen, drucklosen
Tank 10 zurückgeführt sind.
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Hinsichtlich der beschriebenen Baueinheit 1 ist für die Erfindung
lediglich wichtig, daß die Hydraulikpumpe 3 Ölübertrittskanäle 14 zur Schmierölversorgung
der Flügelzellen-Vakuumpumpe 2 besitzt. Diese Ölschmierung ist nur schematisch angedeutet.
Es stehen hierfür verschiedene Ausführungen zur Verfügung, beispielsweise eine Schmierölzufuhr
durch eine hohle Antriebswelle 4 in die Lager und Flügelfußräume sowie durch die
Dichtspalte der Flügelschlitze in die Arbeitsräume und zu den Flügelköpfen.
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Andere Möglichkeiten beinhalten das Ansaugen von öl durch den in einer
Arbeitskammer der Vakuumpumpe erzeugten Unterdruck sowie eine intermittierende Schmierölzufuhr
(vgl.
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DE-OS 28 33 167) mit drehzahlabhängiger Schmieröldosierung.
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Um nicht mit der Abluft der Vakuumpumpe 2 ständig Hydrauliköl zu verlieren,
das seinerseits aber auch nicht einfach in die freie Atmosphäre ausgeblasen werden
darf, wird die Abluft über den Anschluß 70 in den Tank 10 eingeleitet, wo sie einen
Filterkörper 15 und einen über dem Ölsumpf 16 angeordneten Entöltopf 17 mit Entölelementen
18 durchströmen muß. Im Filterkörper 15 werden dabei Staub und mechanischer Abrieb
abgeschieden sowie aerosolförmig verteilte Öltröpfchen zu größeren, leichter abscheidbaren
Tropfen angelagert. Der am Boden geschlossene Entöltopf 17 wird radial beaufschlagt,
so daß die ölhaltige Abluft durch die zwischen gelochten Stützblechen 19 angeordneten
Entölelemente 18, beispielsweise Glasfaservliese genau definierter Schichtdicke
und Porengrößenverteilung, hindurchströmen
muß. Die an der äußeren
Mantelfläche des Entöltopfes 17 abströmende, öl freie Abluft wird über den Entlüftungsstutzen
20 vorzugsweise ins Freie ausgeblasen oder in den Luftfilter zurückgeführt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. la ist gegenüber Fig. 1 insoweit
modifiziert, als die durch den Tankanschluß 70 eintretende Abluft direkt in den
Entöltopf 17 eintritt.
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Eine derartige Lösung wird in Verbindung mit einem in die Baueinheit
aus Druckerhöhungspumpe 3 und Flügelzellen-Vakuumpumpe 2 integrierten Vorabscheider
60 für Hydrauliköl gemäß Fig. 3 bevorzugt verwendet. In dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. la ist der über dem Ölsumpf 16 gelegene Niederdruckraum 102 durch einen
Filterkörper 40 abgeteilt.
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Die aus dem Entöltopf 17 radial abströmende Abluft muß daher auf ihrem
Weg zum Entlüftungsstutzen 20 den Filterkörper 40 durchqueren. Hierdurch werden
bei wesentlich geringeren Strömungsgeschwindigkeiten nochmals nebelförmig verteilte
Öltröpfchen agglomeriert und abgeschieden. Der Filterkörper 40 liegt auf einem gelochten
Stützblech 41 auf, welches von oben in den Tankraum eingebaut ist. Um auch den Strom
des Hydrauliköls, welcher aus dem Hydraulikschaltkreis in den Tank 10 zurückgefördert
wird, ständig zu reinigen, ist am Boden des Tanks über dem Tankanschluß 13 für den
Ölrückfluß ein zusätzlicher Filterkorb 30 angeordnet.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem zuvor
beschriebenen durch die konstruktive Ausgestaltung des Tanks 10 für das Hydrauliköl.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Tank 10 durch den Einbau einer festen
Trennwand 21 in einen Überdruckraum 101 und einen Niederdruckraum 102 geteilt. Der
Niederdruckraum 102, in dem sich der Ölsumpf 16 befindet, steht unter Atmosphärendruck.
Er ist über den im Boden des Entöltopfes 17 befind-
lichen Ölablaufstutzen
22 und das Innere des Entöltopfes 17 am Entlüftungsstutzen 20 angeschlossen. Der
Entöltopf 17 wird von der durch den Filterkörper 15 in den Überdruckraum 101 hineingeförderten,
ölhaltigen Luft auf seiner äußeren Mantelfläche radial beaufschlagt. Die ins Innere
des Entöltopfes 17 hindurchtretende, öl freie Abluft kann über den Entlüftungsstutzen
20 im Deckel des Tanks drucklos abströmen, während das abgeschiedene Öl nach unten
in den Ölsumpf zurückgeführt wird.
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Die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 vorhandene Trennwand 21 im
Tank 10 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in dieser Form nicht vorhanden. Dort
liegt der Überdruckraum im Inneren des Entöltopfes 17 vor, während im restlichen
Innenraum des Tanks 10 der niedrigere Druck bzw. Atmosphärendruck herrscht. Beide
Räume sind erfindungsgemäß durch die Entölelemente 18 des Entöltopfes 17 getrennt,
die von der Abluft durchströmt werden müssen.
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Fig. 3 zeigt im Längsschnitt die Baueinheit aus Druckerhöhungspumpe
und Flügelzellen-Vakuumpumpe 2, wobei die ölhaltige Abluft in ein von der gemeinsamen
Antriebswelle 4 durchsetztes Zwischengehäuse 50 eingeleitet wird, in welchem ein
Vorabscheider 60 für das Öl angeordnet ist. Der Querschnitt der Flügelzellen-Vakuumpumpe
2 ist in Fig. 4 dargestellt.
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In Fig. 3 ist der Boden 45 des Gehäuses 46 der Vakuumpumpe flanschförmig
ausgebildet und enthält eine Nabe 47, in der die gemeinsame Antriebswelle 4 der
Baueinheit gelagert ist. In den Gehäuseboden sind Ölübertrittskanäle 14 eingebracht,
um Öl zur Schmierung und Dichtung der Vakuumpumpe von der Druckerhöhungspumpe 3
zuzuführen. Im Bereich der Auslaßniere 55 ist der Gehäuseboden ebenfalls durchbrochen,
um die Abluft aus der sich bei der Drehung des Rotors 64
verkleinernden
Flügelzelle 66 axial in Richtung des Pfeils 48 in das Zwischengehäuse 50 hinauszufördern.
Das Zwischengehäuse 50 ist auf der- Seite der Druckerhöhungspumpe 3 durch ein Federblech
49 abgedeckt. Dieses hat ebenfalls eine Bohrung 14 für den Ölübertritt aus der Druckerhöhungspumpe
3. In dem zwischen dem Gehäuseboden 45 und dem Federblech 49 gebildeten Zwischengehäuse
50 ist der Vorabscheider 60 aus Filtermaterial angeordnet, der von der zum Luftauslaß
7 abströmenden Abluft durchströmt werden muß. Das im Vorabscheider 60 abgeschiedene
Öl läuft in Pfeilrichtung 61 zurück und sammelt sich im Ölsumpf 62 des Zwischengehäuses
50.
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Die Ölzuführung zur gemeinsamen Antriebswelle 4 kann aber auch durch
eine Radialnut der Druckerhöhungspumpe erfolgen, die an der Hochdruckseite angeschlossen
ist und eine geringe Menge des geförderten Hydrauliköls in die Hohlwelle 4 pumpt.
Eine derartige Lösung ist beispielsweise aus der DE-OS 28 57 494 bekannt. Durch
eine Trennwand in der Hohlwelle und radiale Bohrungen beidseits der Trennwand sowie
eine im Lager der Antriebswelle vorgesehene Axialnut erfolgt eine intermittierende
Schmierung der Flügelzellen-Vakuumpumpe, wie sie in der DE-OS 29 52 401 beschrieben
ist.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vakuumpumpe 2, die jedoch hier
nicht näher dargestellt ist, ist die Lagernabe 47 kürzer ausgebildet, und auf der
gemeinsamen Antriebswelle 4 ist im Zwischengehäuse 50 ein Lüfterrad oder ein rotierender
Ölabscheider drehfest angeordnet. Hierdurch wird der zur Verfügung stehende Differenzdruck
erhöht, um die Abluft durch den Vorabscheider 60 und das Entölelement 18 des Entöltopfes
zu pressen. Andererseits wird bei einem rotierenden Ölabscheider die Zentrifugalkraft
benutzt, die Abluft zu beschleunigen und die agglomerierten Ölpartikel gegen die
Wand des Zwischengehäuses 50 zu schleudern,
von wo sie in den Ölsumpf
62 ablaufen. Eine derartige Ausgestaltung der Vakuumpumpe wurde in der Patentanmeldung
P 35 01 852.6 vorgeschlagen, auf die hierdurch Bezug genommen wird und deren Inhalt
zum Gegenstand dieser Erfindung gemacht wird, soweit er deren Ausgestaltung nach
den Ansprüchen 8 und 9 betrifft.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Baueinheit 2 Flügelzellen-Vakuumpumpe
3 Druckerhöhungspumpe, Hydraulikpumpe 4 Antriebswelle 5 Riemenscheibe 6 Lufteinlaß
(Saugseite) 7 Luftauslaß (Druckseite) 8 Rückschlagventil 9 Abluftleitung 10 Tank
11 Öleinlaß 12 Ölauslaß 13 Tankanschluß 14 Ölübertrittskanal 15 Filterkörper 16
Ölsumpf 17 Entöltopf 18 Entölelement 19 Stützblech 20 Entlüftungsstutzen 21 Trennwand
22 Ölablaufstutzen 30 Filterkorb 40 Filterkörper 41 Stützblech 45 Boden, Gehäuseboden
mit Montageflansch
46 Gehäuse 47 Nabe 48 Pfeil (Luftaustritt in
Zwischengehäuse) 49 Federblech, Abdeckblech 50 Zwischengehäuse 55 Auslaßniere 60
Vorabscheider für Öl 61 Pfeilrichtung 62 Ölsumpf 63 Drehrichtung des Rotors 64 Rotor
65 Flügel 66 Flügelzelle 70 Anschluß für Abluft am Tank 101 Überdruckraum 102 Niederdruckraum
110 Saugleitung für Öl