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Vakuumpumpe
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Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe an Kraftfahrzeugmotoren mit
einem druckabhängig schaltbaren Sicherheitsventil in der Saugleitung.
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Ein derartiges Sicherheitsventil ist bekannt durch die DE-OS 33 36
128. Nach der erfindung, die in dieser Offenlegungsschrift beschrieben ist, wird
die Gefahr beseitigt, daß bei fehlerhaftem Sauganschluß oder einem Bruch der Saugleitung
ein sehr starker Luftstrom in das Kurbelgehäuse geblasen und zu Ölauswaschungen
und sonstigen Schäden an dem Motor führt.
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Auf die Beschreibung der genannten Veröffentlichung wird hiermit ausdrücklich
Bezug genommen.
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In der erwähnten Offenlegungsschrift sind Ausführungsbeispiele gezeigt
und beschrieben, durch die der Sauqluftstrom druckabhängig zwischen einem Maximum
und einem Minimum geschaltet wird.
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Wegen der unvermeidlichen Hysterese beim Ein- und Ausschalten des
Sicherheitsventils, die insbesondere durch die Notwendigkeit der Dämpfung der Ventilbewegung
hervorgerufen wird, vermögen die dort gezeigten Ausführungsbeispiele die Aufgabe,
die Luftüberflutung zu vermeiden, zwar zu lösen, sie haben jedoch den Nachteil,
daß das auch beim Anfahren zunächst schließende Ventil nicht rechtzeitig wieder
öffnet und dadurch die Leistungsfähigkeit der Vakuumpumpe beim Anfahren beeinträchtigt
und die Zeitdauer bis zur Erreichung des erforderlichen Vakuums erhöht wird.
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Nach Anspruch 1 wird die Erfindung gelöst, ein durch Druck schaltbares
Sicherheitsventil bereitzustellen, durch welches die Anfahrleistung, d.h. die Zeit
bis zur Erreichung des Mindestvakuums nicht beeinträchtigt wird.
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Durch die erfindungsqemäße Verwendung eines Stromreqelventils wird
erreicht, daß die durch das Sicherheitsventil bewirkte Drosselung mit abnehmendem
Luftstrom stetig rückgängig gemacht wird, so daß das Sicherheitsventil der Saugleistung
der Vakuumpumpe beim Anfahren einen ständig abnehmenden Widerstand entgegensetzt,
da nur der sehr kurzzeitige maximale Luftstrom auch zu der maximalen Drosselung
durch das Stromregelventil führt.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Stromregelventil
- wie dies auch schon nach der zitierten Anmeldung der Fall ist - durch einen konstanten
Bypass-Kanal umgangen. Hierdurch wird gewährleistet, daß im Stillstand der Vakuumpumpe
stets ein Druckausgleich und damit das Oeffnen des Sicherheitsventils erfolgen kann.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Stromregelventil ein axial gegen
eine Feder bewegbarer Kolben, der in einer Drosselstelle der Saugleitung liegt und
der einen in Reihe mit der Drosselstelle liegenden Steuerkanal öffnet bzw. verschließt.
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Von besonderer technischer Robustheit und Lebensdauer ist ein Stromregelventil,
das eine mittig eingespannte, federnd bewegliche, vorzugsweise runde Platte aufweist,
die mit ihrem Außenumfanq gegenüber der Saugleitung die Drosselstelle bildet und
die Löcher einer Lochplatte infolge der bei Rohrbroch entstehenden Luftströmung
und Druckdifferenz auf ihrer Vor- und Rückseite zumindest teilweise abdeckt. Eine
derartige z.B. aus Gummi hergestellte Platte kann auf der Lochplatte in ihrem Zentrum
eingesPannt sein. In diesem
Falle liegt der Bypass-Kanal vorteilhafterweise
in dem Zentrum.
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Es kann sich jedoch auch um ein sog. Pilzventil handeln. Ein derartiges
Pilzventil besteht aus einem Schaft und einem daran befestigten Teller. Der Schaft
dient zum Einklemmen in der Lochplatte.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein derartiges federnd-weiches
Ventil zwischen zwei Lochplatten vorgesehen, so daß das Ventil in der einen Stromrichtung
als Rückschlaqventil und in der anderen Stromrichtung erfindungsgemäß als Sauqventil
dient.
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Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel weist einen aus z.B.
weichem Gummi bestehenden Formkörper auf, der stopfenförmig in die Saugleitung eingepaßt
ist. Der Stopfen weist einen zentralen Durchlaß auf, der durch geeignete Ausnehmung
den Formkörper derart schwächt, daß infolge des Druckunterschiedes eine Verformung
des Formkörpers derart erfolgt, daß sich der zentrale Durchlaß druckabhängig verengt.
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Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel weist als Sicherheitsventil
einen rohrförmigen Körper auf, der mit einem Ende dichtend in die Saugleitung eingepaßt
und mit einem freien dünneren Ende auskragend in Richtung auf den Servoverbraucher,
Bremskraftverstärker weist. Vorteilhafterweise ist das freie Ende sehr schlank ausgebildet
und zu einem zum freien Ende hin abnehmenden, rechteckigen Querschnitt deformiert.
In seinem Inneren weist dieses Rohr einen - im Querschnitt - länglichen Schlitz
auf. Infolge der Druckdifferenz, die bei starker Luftströmung an den beiden Rohrenden
entsteht, wird das freie Ende derart deformiert, daß der Schlitz zunehmend verengt
wird. Im nicht verformbaren Bereich besitzt der Körper einen Bypaßkanal.
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Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, das sich dadurch auszeichnet,
daß keinerlei bewegliche oder verformbare Teile vorhanden sind, sieht für das Sicherheitsventil
einen Stopfen in der Saugleitung vor, der von einem Hauptkanal und einem Bypasskanal
durchdrungen wird. Dabei ist der Bypasskanal'so angeleqt, daß er von der zum Verbraucher
gelegenen Seite des Stopfens ausgeht und sodann senkrecht oder schräg in den Hauptkanal
einmündet. Der Bypasskanal kann dabei auch den Hauptkanal schneiden. Diese Ausführung
des Strombegrenzungsventils macht sich die Tatsache zunutze, daß die senkrecht oder
schräg in den Hauptkanal eingeblasene Luft des Bypasskanals eine Drosselung der
Strömung im Hauptkanal bewirkt. Der Bypasskanal ist im Querschnitt kleiner als der
Hauptkanal. Der Hauptkanal kann zusätzlich eine feste Drossel oder aber eine von
der Stärke der Strömung abhängige Drossel aufweisen, so daß sich im letzteren Fall
ein doppelter Regelungseffekt ergibt.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Figuren 2 bis 6 beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 schematisch den Querschnitt einer Vakuumpumpe; Fig.
2 ein Sicherheitsventil mit Kolben; Fig. 3,4 ein tellerförmiges Stromregelventil;
Fig. 5A, ein tellerförmiges Stromregelventil, das gleich-5B zeitig als Rückschlagventil
dient; Fig. 6 ein rohrförmiges Stromregelventil; Fig. 7 mehrere Ausführungsbeispiele
stopfenförmiger bis 8C Stromregelventile.
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In Fig. 1 ist eine Vakuumpumpe 1 schematisch im Normalschnitt dargestellt.
In dem Gehäuse 2 ist der Rotor 3 drehbar gelagert. Der Rotor 3 weist vier jeweils
in einer Axialebene liegende Schlitze auf. In diesen Schlitzen sind Flügel 4 radial
beweglich. Sie bilden bei Rotation in Drehrichtunq
5 die Saugzellen
6 in dem Gehäuse. Mit 8 ist die Ansaugöffnung, mit 9 die Auslaßöffnung und mit 7
ein Rückschlagventil in der Auslaßöffnung bezeichnet. Es sei hervorgehoben, daß
die Auslaßöffnung zur Abfuhr der Luft und des überschüssigen bzw. von der Luft mitgeführten
Schmieröls in das Kurbelgehäuse des Motors, der hier nicht dargestellt ist, mündet.
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Schmieröl wird der Vakuumpumpe durch die Hohlwelle 10 aus dem Kurbelgehäuse
durch die nicht dargestellte Schmierölpumpe des Kraftfahrzeugmotors zugeführt. In
die Saugleitung 11 mit Anschlußstutzen 13, die mechanisch fest mit dem Gehäuse 2
verbunden sind, ist das Sicherheitsventil 12 eingebaut. Der Anschlußstutzen 13 kann
mittels Schlauch mit einem Servoverbraucher, z.B. Rremskraftverstärker, verbunden
werden. Zusätzlich ist in den Anschlußstutzen auch ein Rückschlagventil (in Fig.
1 nicht gesondert dargestellt) eingebaut, so daß die Pumpe nur in der durch Pfeile
angedeuteten Richtung durchströmt werden kann.
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Das Sicherheitsventil 12 ist erfindungsgemäß als Stromregelventil
ausgebildet. Ausführungsbeispiele sind in den Figuren 2 bis 6 gezeigt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 hat einen Grundkörper 15, in dem
ein Kolben 16 axial beweglich ist. Die Saugrichtung ist durch Pfeil angezeigt. Der
Kolben 16 bildet auf seinem Umfang gegenüber dem Saugstutzen 13 eine Drosselstelle
18. Unmittelbar hinter dem Bund, der die Drosselstelle 18 bildet, liegen die Steueröffnungen
17. Der Kolben ist hohl.
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Er stützt sich gegen die Saugrichtung mit einer Feder 19 ab. Das Widerlager
der Feder wird durch einen Stift 20 gebildet, der in den Grundkörper 15 eingebracht
ist. Der Grundkörper 15 ist durch Stifte 21 in dem Saugstutzen 13 festgelegt und
durch Dichtungen 22 abgedichtet.
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Zentrisch in dem Kolben sitzt der Bypass-Kanal 29, der die Drosselstelle
18 umgeht, dessen Durchlaßwiderstand jedoch noch wesentlich größer als der Durchlaßwiderstand
der Drosselstelle 18 ist. Der Bypass gewährleistet die Funktion der Vakuumpumpe
insbesondere beim Anfahren.
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Die Feder ist so dimensioniert, daß im Normalbetrieb die Steuerkanäle
17 vollständig aus dem Grundkörper 15 auftauchen. Bei starker Luftströmung, die
insbesondere dann entsteht, wenn der Schlauch, mit dem der Saugstutzen 13 mit dem
Bremskraftverstärker verbunden ist, bricht, entsteht an der Drosselstelle 18 eine
starke Druckdifferenz. Infolge dieser Druckdifferenz wird der Kolben 16 gegen die
Kraft der Feder 19 in den Grundkörper 15 gedrückt, so daß die Steueröffnungen 17
teilweise oder ganz verschlossen werden. Beim Anfahren entsteht ebenfalls eine starke
Luftströmung, die zunächst zum Verschließen der Steueröffnungen 17 führt, die jedoch
infolge des über den Bvpass 23 gezogenen Vakuums abnimmt, wodurch der Kolben durch
die Feder 19 wieder im Öffnungssinne betätigt wird, so daß die Drosselung des Saugluftstroms
zunehmend geringer wird.
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Das Stromregelventil nach Fig. 3 weist eine tellerförmige, runde Summiolatte
23 auf. Diese bildet mit dem Saugstutzen 13 auf ihrem Außenumfang die Drosselstelle
18. Die Gummiplatte ist in eine Lochplatte 24 mittels eines zentrischen Niets 25
befestigt. Die Lochplatte weist innerhalb des Außenradius der Gummiplatte 23 mehrere
Löcher 26 auf. Die Lochplatte ist durch Stifte 21 im Saugstutzen festgelegt.
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Infolge der bei starker Luftströmung entstehenden Druckdifferenz an
der Drosselstelle 18 wird der Außenrand der Gummiplatte 23 zunehmend auf die Lochplatte
gedrückt, so daß der Zufluß zu den Löchern 26 zunehmend verschlossen wird. Der Niet
25 weist einen zentrischen Bypass-Ranal 29 auf, durch den eine Mindestluftströmung
gewährleistet bleibt. Durch die
Formgebung (Wölbung) der Platte
23 bzw. der Lochplatte 24 wird gewährleistet, daß bei nachlassender und nur qerinqer
Luftströmung die Gummi platte von der Lochplatte abhebt und damit die Löcher 26
im wesentlichen freigibt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weist ebenfalls die Gummiplatte
23, die Lochplatte 24 und die Haltestifte 21 auf. Der Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3 besteht darin, daß die Gummiplatte 23 an einem Schaft 27 sitzt, der
in ein zentrisches Loch der Lochplatte 24 eingeklemmt wird. Die Lochplatte weist
auf ihrem Umfang, wie auch Fig. 5B zeigt, mehrere Ausnehmungen 29 auf, die als Bypass-Kanal
zur Umgehung der Drossel 18 und der Löcher 26 dienen.
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Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 3 und insbesondere nach Fiq. 4
zeichnen sich durch eine sehr einfache Bauweise bei quter Wirksamkeit, Robustheit
und Lebensdauer aus.
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In den Figuren 5A und 5B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt.
In einem Grundkörper 15, der in den Ansaugstutzen 13 durch Haltestifte 21 eingeklemmt
ist, ist auf einer eingangsseitigen Lochplatte 30 mit Löchern 31 ein Pilzventil,
wie es auch in Fig. 4 dargestellt ist, bestehend aus elastisch weicher Platte 23
und Schaft 27, eingeklemmt.
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Die Platte 23 ist so gewölbt, daß sie natürlicherweise auf der Platte
30 auflieqt und damit die Löcher 31 versperrt.
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Durch die Saugströmung (Pfeil) wird der Außenrand von der Platte 30
abgehoben, so daß eine Saugströmung stattfinden kann. Auf der gegenüberliegenden
Seite der Platte 23 befindet sich die Lochplatte 24 mit Löchern 26 und Bvpass-Kanälen
29 - vgl. insbesondere Fig. SB. Die Platte 23 bildet gegenüber dem rundkörper 15
eine Drosselstelle 18, an der bei zunehmender Luftströmung eine Druckdifferenz entsteht.
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Infolge starker Luftströmung in Pfeilrichtung legt sich die Platte
23 auf die Lochplatte 24 und sperrt damit die Löcher
26 mit zunehmender
Saugströmung ab. Bei Luftströmung gegen die Pfeilrichtung wirkt die Platte 23 mit
der Lochplatte 30 als Rückschlagventil.
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Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß mit sehr
wenigen einfachen Bauelementen ein kombiniertes Ventil geschaffen worden ist, das
in der einen Strömungsrichtung als Stromregelventil und in der anderen Strömungsrichtung
als Rückschlagventil dient.
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Das Ausführungsbeisiel nach Fig. 6 ist ein rohrförmiger Körper 32,
der mit seinem einen Ende 33 dichtend in den Saugstutzen 13 mittels Stiften 21 festgelegt
ist. Das freie Ende 34 raqt gegen die Saugrichtunq (Pfeil) in den Saugstutzen 13.
Das freie Ende 34 ist - wie die Draufsicht nach Fig. 6B zeigt - rechteckförmiq deformiert,
so daß der Innenquerschnitt des Rohres zu einen rechteckförmigen Schlitz 35 deformiert
ist. Dabei sind die Längswände des freien Endes 34 so weich ausgebildet, daß sie
infolge der bei maximaler Luftströmung entstehenden Druckdifferenz eingedrückt werden
und dadurch den Schlitz 35 mit größer werdender Luftströmung zunehmend verengen.
Die hervorragende Bedeutung dieses Ausführungsbeispiels für den erfindungsgemäßen
Einsatzzweck besteht darin, daß dieses Stromregelventil durch Dimensionierung des
freien Endes und Materialauswahl ohne besondere Finstellarbeiten auf einen bestimmten
kleinen Ansprechbereich dauerhaft eingestellt werden kann, wobei dieser Ansprechbereich
der maximal zulässiqen, bei Rohrbruch zu erwartenden Luftströmung entspricht, während
geringe Strömungsgeschwindigkeiten nicht mehr zu einer Verengung des Schlitzes 35
und einer Drosselung führen. Beim Anfahren des Kraftfahrzeugmotors kann zwar das
freie Ende 34 zumindest teilweise schließen. Dies geschieht jedoch nur kurzzeitig,
da das über Bypass 29 gesaugte Vakuum zur Verminderung der Luftströmung und damit
wieder zum Öffnen des freien Endes 34 führt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist ein Formkörper aus einem sehr
weichen elastischen Material, z.R. einem weichen Gummi. Dieser Formkörper ist nach
Art eines Stopfens in den Saugstutzen 13 eingepaßt und mittels Stiften festgelegt.
Der Formkörper weist einen zentralen Durchlaß 35 auf. Von diesem zentralen Durchlaß
gehen radiale Ausnehmunqen 37 aus, die die Formstabilität des Formkörpers weiter
schwächen. Infolge des Druckunterschiedes erfolgt eine Verformung dieses Formkörpers.
Dabei sind die bereits erwähnten Schwächungen so angelegt, daß die Verformung gleichzeitig
zu einer Verengung des zentralen Durchlasses 35 führt. Diese Verformung ist gestrichelt
eingezeichnet. Der Formkörper weist fernerhin einen Bypasskanal 29 auf, der die
Funktion der Vakuumpumpe auch für den Fall sicherstellt, daß der Formkörper - z.B.
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infolge von Verklebungen, Verbrennungen - die zentrale Öffnung nicht
mehr freigibt.
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In den figuren 8A bis 8C sind weitere Ausführungsbeispiele für das
Sicherheitsventil 12 (s. Fig. 1) dargestellt. Bei jedem dieser Ausführungsbeispiele
wird von dem Prinzip der aerodynamischen Drosselung des Luftstroms im Hauptkanal
36 Gebrauch gemacht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8A verläuft der Hauptkanal 36
axial. Der Bvpasskanal 29 besteht aus einem axialen Ast 29.1 und einem radialen
oder sekantialen Ast 29.2. Der sekantiale Ast 29.2 mündet in den Hauptkanal 36.
Der Durchmesser des Bypasskanals ist etwa ein Drittel bis ein Halb so groß wie der
Durchmesser des Haustkanals 36.
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Infolge des Luftstroms, der senkrecht oder schräg in den Bypasskanal
bläst, wird der Luftstrom im Hauptkanal 36 gedrosselt. Da der Luftstrom des Bypasskanals
druckabhängig ist, verhindert diese Drosselung, daß auch die Strömung des Hauptkanals
36 druckabhängig zunimmt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine
Drosselung des Hauptkanals durch einen verformbaren Ventilkörper 32 vorgesehen.
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Ähnlich wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 weist dieser aus sehr
weichem, elastischem Material bestehende Formkörper radiale Ausnehmungen 37, z.B.
eine Ringnut, auf, die die Formstabilität des Formkörpers weiter schwächen. Infolge
des Druckunterschiedes erfolgt eine Verformung dieses Formkörpers. Dabei sind die
bereits erwähnten Schwächungen so angelegt, daß die Verformung gleichzeitig zu einer
Verengung des Hauptkanals 36 führt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8fl ist in dem Hauptkanal 36
zunächst eine konstante Drossel 38 vorgesehen. Der Hauptkanal besteht aus einem
axialen Ast 36.1 und einem daran anschließenden sekantialen oder radialen Ast 36.2.
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Dieser knickt sodann wiederum ab in einen axialen Ast 36.3.
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Fluchtend mit dem axialen Ast 36.3 mündet der Bvpasskanal 29 in den
Hauptkanal, so daß der Luftstrom des Bypasskanals 29 den Hauptkanal senkrecht schneidet.
Hierdurch erfolgt eine druckabängige Drosselung des Luftstroms im Hauptkanal. Es
sei erwähnt, daß die Querschnitte der verschiedenen Äste des Hauptkanals im wesentlichen
gleich groß sind. Der Durchmesser des Bypasskanals 29 ist wiederum um mehr als die
Hälfte kleiner.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8C besteht der Hauptkanal aus
einem ersten axialen Ast 36.1, einem daran anschließenden radialen Ast 36.2 und
einem daran anschließenden axialen Ast 36.3. Der Bypasskanal 29 verläuft axial und
schneidet den radialen Ast 36.2 des Hauptkanals.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Vakuumpumpe 2 Gehäuse 3 Rotor 4 Flügel
5 Drehrichtunq 6 Saugzelle, arbeitsraum 7 Rückschlagventil 8 Ansaugöffnung 9 Auslaßöffnung
10 Welle, Hohlwelle 11 Saugleitunq, Saugstutzen 1 2 Sicherheitsventil 13 Anschlußstutzen
zum Verbraucher (zur Rremskraftverstärkung) 1 4 bremskraftverstärker, Verbraucher
15 Grundkörper 16 Kolben 1 7 Steueröffnungen 18 Drosselstelle 19 Feder 20 Stift
21 Stift 22 Dichtung 23 Teller, Platte, Gummiplatte 24 Lochplatte 25 Niet 26 Loch
27 Schaft 28 29 Bypass-Öffnung, Bypass 30 Lochplatte
31 Loch 32
Ventilkörper 33 eingespanntes Ende 34 freies Ende 35 Schlitz, zentraler Durchlaß
36 Hauptkanal 37 radiale Ausnehmung, Rinqnut 38 konstante Drossel