EP1521914B1 - Radialkolbenpumpe - Google Patents

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EP1521914B1
EP1521914B1 EP03740096A EP03740096A EP1521914B1 EP 1521914 B1 EP1521914 B1 EP 1521914B1 EP 03740096 A EP03740096 A EP 03740096A EP 03740096 A EP03740096 A EP 03740096A EP 1521914 B1 EP1521914 B1 EP 1521914B1
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EP
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pump
radial piston
housing
fuel
piston pump
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Uwe Nigrin
Johann Schneider
Ludmilla Graf
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    • F05C2201/0442—Spheroidal graphite cast iron, e.g. nodular iron, ductile iron

Definitions

  • the invention relates to a radial piston pump unit for high-pressure fuel generation in fuel injection systems of internal combustion engines, in particular in a common rail injection system.
  • DE 198 48 035 A1 is a radial piston pump for the high-pressure fuel production in fuel injection systems of internal combustion engines, in particular in a common rail injection system already known.
  • the radial piston pump has a housing in which a drive shaft is guided.
  • the drive shaft has an eccentric portion on which a cam ring is guided.
  • On the cam preferably support several, with respect to the drive shaft radially in the pump housing longitudinally movably guided pump piston.
  • Each pump piston is assigned a suction valve and a pressure valve. Via the suction valve, fuel is supplied from the low-pressure region to the pump piston. After pressure buildup, the compressed fuel is drained via the pressure valve.
  • Such a radial piston pump is usually preceded by a fuel priming pump, which supplies the fuel from the fuel tank of the high-pressure pump.
  • the fuel feed pump is usually driven by an electric motor or via the camshaft.
  • the prefeed pump can be seated directly on the camshaft or driven by a belt. Due to the limited space in the engine compartment, it is necessary to build the high-pressure fuel pump and the feed pump as compact as possible.
  • the DE 197 36 160 A1 Therefore proposes to arrange the fuel feed pump on or in the pump housing of the radial piston pump and the drive shaft of the radial piston pump drive.
  • a clutch is interposed between the drive shaft of the radial piston pump and the shaft of the prefeed pump.
  • the DE 199 13 774 A1 discloses a fuel delivery unit for a fuel injection system, in particular a common rail system, comprising a high-pressure pump and a fuel delivery pump comprising two rotating gears engaged in a pump chamber, the fuel from a suction space connected to a reservoir along one between the end surfaces of the gears and promote the conveyor channel formed in the peripheral wall of the pump chamber in a pressure chamber connected to the high pressure pump, or one of the gears is driven by a drive shaft.
  • the DE 24 36 321 discloses a hydraulic double pump with a front pump and a rear-mounted pump, a mounted in the front pump with at least two bearings and the housing of the front pump on both sides for pushing a drive or the rear pump towering shaft and an arrangement for centering the housing of the front pump and rear pump with respect to Axis of the shaft.
  • the invention is characterized in that the radial piston pump has a drive shaft having a cantilevered end portion, with a tooth profile, for receiving a Kraftstoffvor suitmpe, the pump housing is designed as a pot housing, the cantilevered end portion of the drive shaft on the pump housing open to the pot side is located and the pump housing is closed by a flanged pot lid, the pot lid is designed such that it simultaneously forms a pump chamber of the fuel priming pump, and the pot lid includes a flow control valve.
  • the advantage of the flying bearing is an extremely compact design of the radial piston pump unit, since a third storage of the drive axle is saved. Due to the tooth profile, the fuel delivery pump only has to be plugged onto the shaft and secured. There are no additional components such as a clutch necessary. As a result, the radial width of the radial piston pump unit can be further reduced. Another advantage resulting from the compact arrangement of the high pressure pump and the fuel feed pump is that the line from the fuel feed pump to the suction valve of the high pressure pump can be minimized. The advantage that the pot lid includes a flow control valve is that this makes a very compact design of the radial piston pump is possible.
  • the two sections are each perpendicular to the shaft axis, but are shifted from each other at a certain angle. This is necessary because the individual components of the radial piston pump unit are distributed on the circumference and only so all components can be displayed.
  • a drive shaft 2 ( FIG. 1 ) is mounted in the pump housing 1 via a first shaft bearing 9a and a second shaft bearing 9b.
  • the drive shaft 2 has an eccentric section 3.
  • On the eccentric 3 a lifting ring 4 is arranged.
  • On the cam 4 preferably three in the radial direction to the drive axis movable, spring-loaded pump piston 5 ( FIG. 2 ).
  • the pump piston 5 are preferably 120 ° offset from each other, arranged in a radial plane to the axis of the drive shaft 2, in the pump housing 1.
  • the drive shaft 2 has a cantilevered end portion 6, which is at the same time the drive of a fuel feed pump 8. For receiving the fuel feed pump 8, the end bearing 6 cantilevered on a tooth profile 7.
  • the pump housing 1 is designed as a pot housing.
  • the cantilevered end of the drive shaft 2 is seated on the pump housing 1 open pot side.
  • the open pot side of the pump housing 1 is closed by a flanged pot lid 31.
  • the pot lid 31 is designed such that it simultaneously forms a pump chamber 32 of the fuel feed pump 8.
  • the fuel inlet connection 10, a flow channel 12, a lubrication bore 14 and a volume flow control valve 16 are in the pot lid 31 accommodated. As a result, a very compact design of the radial piston pump unit is possible.
  • the fuel enters, through the fuel inlet connection 10, in the pot lid 31, in the radial piston pump unit.
  • the fuel passes to the fuel feed pump 8 via the flow channel 12.
  • the flow channel is configured in such a way that a filling of the pump chamber 32 on both sides is possible.
  • the fuel passes with a pre-pressure of about 5-10 bar from the fuel feed pump 8 and passes from there into the flow control valve 16, which saves space in the top cover 31st is integrated. From the volume flow control valve 16, the fuel then passes to a control disk 18.
  • the control disk 18 serves to distribute the fuel evenly distributed on the circumference suction valves. For this purpose, a circumferential annular groove 19 is provided on the control disk 16.
  • Each pump piston 5 is associated with a respective suction valve 24 and a pressure valve 28.
  • the suction valve 24 opens and fuel can flow into the cylinder chamber 26.
  • the compression stroke of the pump piston 5 the fuel in the cylinder chamber 26 is compressed.
  • both the suction valve 24 and the pressure valve 28 are closed.
  • the pressure valve 28 opens and the fuel can flow into the high pressure line.
  • FIG. 3 shows a section through the control disk 18.
  • the cutting axis is in FIG. 2 marked by the axis EE '.
  • the control disk 16 is fixedly connected to the pump housing 1.
  • the control disk 18 has deformation pockets 33, which allow an elastic deformation of the control disk 18, in particular during start-up of the drive shaft 2.
  • the control disk 18 has a pressure limiting valve 30 for the Fuel feed 8.
  • Vor fundamentalpumpe is particularly suitable a vane pump or a Sperrulatelpumpe.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a radial piston pump unit.
  • a flat surfaces 36 and a flat surface 37 are arranged, which serve to receive the pump ports 39 and 40.
  • the high pressure accumulator 41 integrated in the pump housing, which is shown by the dashed lines.
  • the high-pressure accumulator 41 can advantageously be integrated into the pump housing 1, since the design of the pump housing 1 as a high-pressure-resistant component at certain points of the pump housing 1 sufficient material reserves are available to integrate the high-pressure accumulator 41.
  • the integration of the high pressure accumulator in the pump housing offers, if at the same time a pressure control valve 42 is integrated into the high pressure accumulator.
  • the high pressure accumulator 41 is, on the right side in the drawing, connected to the pressure regulating valve 42. On the left in the drawing page is a line to port 40
  • the pump housing 1 can be manufactured inexpensively from nodular cast iron. If very high pressures are to be realized with the radial piston pump unit, the pump housing 1 should preferably be made of nodular cast iron with a bainitic structure or as a steel forging.
  • the pot lid 31 may preferably be made of die-cast aluminum or plastic.
  • the control disk 16 may preferably be made of steel, plastic or aluminum.
  • To the pump housing 1 may preferably be provided a flange for direct attachment of the radial piston pump unit on the engine.

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Abstract

Radialkolbenpumpeneinheit für ein Hochdruckeinspritzsystem mit einem Pumpengehäuse (1), in dem eine Antriebswelle (2) mit einem Exzenterabschnitt (3) gelagert ist, auf dem ein Hubring (4) sitzt, der mindestens einen in radialer Richtung zur Antriebsachse (2) bewegbaren, federbelasteten Kolben (5) bewegt, wobei die Antriebswelle (2) derart gestaltet ist, dass sie einen fliegend gelagerten Endbereich (6) aufweist, der gleichzeitig der Antrieb einer Kraftstoffvorförderpumpe (8) ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpeneinheit zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common Rail Einspritzsystem.
  • DE 198 48 035 A1 ist eine Radialkolbenpumpe für die Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen insbesondere bei einem Common Rail Einspritzsystem bereits bekannt. Die Radialkolbenpumpe weist ein Gehäuse auf, in dem eine Antriebswelle geführt ist. Die Antriebswelle besitzt einen Exzenterabschnitt, auf dem ein Hubring geführt ist. An dem Hubring stützen sich vorzugsweise mehrere, bezüglich der Antriebwelle radial im Pumpengehäuse längs bewegbar geführten Pumpenkolben ab. Jedem Pumpenkolben ist ein Saugventil sowie ein Druckventil zugeordnet. Über das Saugventil wird dem Pumpenkolben Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich zugeführt. Nach dem Druckaufbau wird der komprimierte Kraftstoff über das Druckventil abgeleitet.
  • Einer derartigen Radialkolbenpumpe ist üblicherweise eine Kraftstoffvorförderpumpe vorgeschaltet, die den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank der Hochdruckpumpe zuführt. Die Kraftstoffvorförderpumpe wird in der Regel durch einen Elektromotor oder über die Nockenwelle angetrieben. Bei dem Nockenwellenantrieb kann die Vorförderpumpe direkt auf der Nockenwelle sitzen oder über einen Riemen angetrieben werden. Aufgrund der begrenzten Platzverhältnisse im Motorraum ist es notwendig, die Kraftstoffhochdruckpumpe sowie die Vorförderpumpe möglichst kompakt zu bauen.
  • Die DE 197 36 160 A1 schlägt deshalb vor, die Kraftstoffvorförderpumpe am oder im Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe anzuordnen und über die Antriebswelle der Radialkolbenpumpe anzutreiben. Hierzu ist zwischen der Antriebswelle der Radialkolbenpumpe und der Welle der Vorförderpumpe eine Kupplung zwischengeschaltet.
  • Die DE 199 13 774 A1 offenbart eine Kraftstofffördereinheit für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere Common-Rail-System, mit einer Hochdruckpumpe und einer Kraftstoffförderpumpe, die zwei in einer Pumpenkammer in Eingriff miteinander befindliche rotierende Zahnräder umfasst, die Kraftstoff aus einem mit einem Vorratsraum verbundenen Ansaugraum entlang einem zwischen den Stirnflächen der Zahnräder und der Umfangswand der Pumpenkammer gebildeten Förderkanal in einen mit der Hochdruckpumpe verbundenen Druckraum fördern, oder eines der Zahnräder durch eine Antriebswelle angetrieben ist.
  • Die DE 24 36 321 offenbart eine hydraulische Doppelpumpe mit einer Frontpumpe und einer daran anflanschbaren Heckpumpe, einer in der Frontpumpe mit mindestens zwei Lagern gelagerten und das Gehäuse der Frontpumpe beidseitig zum Aufschieben eines Antriebs beziehungsweise der Heckpumpe überragenden Welle sowie einer Anordnung zum Zentrieren der Gehäuse von Frontpumpe und Heckpumpe bezüglich der Achse der Welle.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Radialkolbenpumpe eine Antriebswelle aufweist, die einen fliegend gelagerten Endbereich, mit einem Verzahnungsprofil, zur Aufnahme einer Kraftstoffvorförderpumpe, aufweist, das Pumpengehäuse als Topfgehäuse ausgebildet ist, der fliegend gelagerte Endbereich der Antriebswelle auf der zum Pumpengehäuse offenen Topfseite liegt und das Pumpengehäuse durch einen angeflanschten Topfdeckel verschlossen ist, der Topfdeckel derart gestaltet ist, dass er gleichzeitig eine Pumpenkammer der Kraftstoffvorförderpumpe ausbildet, und der Topfdeckel ein Volumenstrom-Regelventil beinhaltet.
  • Der Vorteil der fliegenden Lagerung ist eine äußerst kompakte Bauform der Radialkolbenpumpeneinheit, da eine dritte Lagerung der Antriebsachse eingespart wird. Durch das Verzahnungsprofil muss die Kraftstoff-Förderpumpe lediglich auf die Welle aufgesteckt und gesichert werden. Es sind keine zusätzlichen Bauteile wie beispielsweise eine Kupplung notwendig. Hierdurch lässt sich die radiale Baubreite der Radialkolbenpumpeneinheit weiter verringern.
    Ein weiterer Vorteil, der sich aus der kompakten Anordnung von Hochdruckpumpe und Kraftstoff-Vorförderpumpe ergibt, ist der, dass die Leitung von der Kraftstoff-Vorförderpumpe zum Saugventil der Hochdruckpumpe auf ein Minimum reduziert werden kann.
    Der Vorteil, dass der Topfdeckel ein Volumenstrom-Regelventil beinhaltet, ist, dass hierdurch eine sehr kompakte Bauweise der Radialkolbenpumpe ermöglicht ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Längsschnitt durch die Radialkolbenpumpenein- heit,
    Figur 2
    eine weiteren Längsschnitt durch die Radialkolbenpum- peneinheit,
    Figur 3
    einen schnitt durch eine steuerscheibe,
    Figur 4
    eine weitere Darstellung der Radialkolbenpumpenein- heit
  • Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die beiden Schnitte liegen jeweils senkrecht zur Wellenachse, sind jedoch in einem bestimmten Winkel zueinander verschoben. Dies ist notwendig, da die einzelnen Bauteile der Radialkolbenpumpeneinheit auf dem Umfang verteilt sind und nur so alle Bauteile dargestellt werden können.
  • Eine Antriebswelle 2 (Figur 1) ist über ein erstes Wellenlager 9a und ein zweites Wellenlager 9b im Pumpengehäuse 1 gelagert. Die Antriebswelle 2 weist ein Exzenterabschnitt 3 auf. Auf dem Exzenterabschnitt 3 ist ein Hubring 4 angeordnet. Auf dem Hubring 4 stützen sich vorzugsweise drei in radialer Richtung zur Antriebsachse bewegbare, federbelastete Pumpenkolben 5 (Figur 2) ab. Die Pumpenkolben 5 sind dabei vorzugsweise 120° gegeneinander versetzt, in einer Radialebene zur Achse der Antriebswelle 2, im Pumpengehäuse 1 angeordnet. Die Antriebswelle 2 weist einen fliegend gelagerten Endbereich 6 auf, der gleichzeitig der Antrieb einer Kraftstoff-Vorförderpumpe 8 ist. Zur Aufnahme der Kraftstoff-Vorförderpumpe 8 weist der fliegend gelagerte Endbereich 6 ein Verzahnungsprofil 7 auf.
  • Das Pumpengehäuse 1 ist als Topfgehäuse ausgebildet. Das fliegend gelagerte Ende der Antriebswelle 2 sitzt auf der zum Pumpengehäuse 1 offenen Topfseite. Die offene Topfseite des Pumpengehäuses 1 wird durch einen angeflanschten Topfdeckel 31 verschlossen. Der Topfdeckel 31 ist derart gestaltet, dass er gleichzeitig eine Pumpenkammer 32 der Kraftstoff-Vorförderpumpe 8 ausbildet. Im Topfdeckel 31 ist zusätzlich der Kraftstoffzulaufanschluss 10, ein Strömungskanal 12, eine Schmierungsbohrung 14 sowie ein Volumenstromregelventil 16 untergebracht. Hierdurch ist eine sehr kompakte Bauweise der Radialkolbenpumpeneinheit möglich.
  • Der Kraftstoff tritt dabei, durch den KraftstoffZulaufanschluss 10, im Topfdeckel 31, in die Radialkolbenpumpeneinheit ein. Über den Strömungskanal 12 gelangt der Kraftstoff zur Kraftstoff-Vorförderpumpe 8. Der Strömungskanal ist derart gestaltet, dass eine beidseitige Befüllung der Pumpenkammer 32 möglich ist. Die Schmierbohrung 14 dient zur Schmierung der Kraftstoff-Vorförderpumpe 8. Der Kraftstoff tritt mit einem Vordruck von ca. 5-10 bar aus der Kraftstoff-Vorförderpumpe 8 aus und gelangt von dort aus in das Volumenstrom-Regelventil 16, welches platzsparend in den Topdeckel 31 integriert ist. Vom Volumenstrom-Regelventil 16 gelangt der Kraftstoff dann zu einer Steuerscheibe 18. Die Steuerscheibe 18 dient dabei dazu, den Kraftstoff gleichmäßig auf die am Umfang verteilten Saugventile zu verteilen. Hierzu ist an der Steuerscheibe 16 eine umlaufende Ringnut 19 vorgesehen.
  • Jedem Pumpenkolben 5 ist jeweils ein Saugventil 24 und ein Druckventil 28 zugeordnet. Während des Saughubs der Pumpenkolben 5 öffnet das Saugventil 24 und Kraftstoff kann in den Zylinderraum 26 einströmen. Während des Kompressionshubs des Pumpenkolbens 5 wird der Kraftstoff im Zylinderraum 26 komprimiert. Hierbei sind sowohl das Saugventil 24 als auch das Druckventil 28 geschlossen. Am Ende des Kompressionshubes des Pumpenkolbens 5 öffnet das Druckventil 28 und der Kraftstoff kann in die Hochdruckleitung strömen.
  • Figur 3 zeigt einen Schnitt durch die Steuerscheibe 18. Die Schnittachse ist in Figur 2 durch die Achse E-E' gekennzeichnet. Die Steuerscheibe 16 ist fest mit dem Pumpengehäuse 1 verbunden. Die Steuerscheibe 18 weist Verformungstaschen 33 auf, die eine elastische Verformung der Steuerscheibe 18 insbesondere beim Anlauf der Antriebswelle 2 erlauben. Die Steuerscheibe 18 weist ein Druckbegrenzungsventils 30 für die Kraftstoffvorförderpumpe 8 auf. Als Vorförderpumpe eignet sich insbesondere eine Flügelzellenpumpe bzw. eine Sperrflügelpumpe.
  • Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Radialkolbenpumpeneinheit. Am äußeren Umfang des Pumpengehäuses 1 sind eine ebene Flächen 36 und eine ebene Fläche 37 angeordnet, welche zur Aufnahme der Pumpenanschlüsse 39 und 40 dienen. Unterhalb der Anschlüsse 39 und 40 befindet sich der in das Pumpengehäuse integrierte Hochdruckspeicher 41, der durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Der Hochdruckspeicher 41 kann vorteilhaft in das Pumpengehäuse 1 integriert werden, da durch die Auslegung des Pumpengehäuses 1 als hochdruckfestes Bauteil an bestimmten Stellen des Pumpengehäuses 1 genügend Materialreserven vorhanden sind um den Hochdruckspeicher 41 zu integrieren. Insbesondere bietet sich die Integration des Hochdruckspeichers in das Pumpengehäuse an, wenn gleichzeitig ein Druckregelventil 42 in den Hochdruckspeicher integriert wird. Der Hochdruckspeicher 41 ist, auf der in der Zeichnung rechten Seite, mit dem Druckregelventil 42 verbunden. Auf der in der Zeichnung linken Seite befindet sich eine Leitung zum Anschluss 40
  • Das Pumpengehäuse 1 lässt sich kostengünstig aus Kugelgraphitguss fertigen. Sollen mit der Radialkolbenpumpeneinheit sehr hohe Drücke realisiert werden, ist das Pumpengehäuse 1 vorzugsweise aus Kugelgraphitguss mit bainitischen Gefüge oder als Stahlschmiedeteil auszuführen.
  • Der Topfdeckel 31 kann vorzugsweise aus Aluminiumdruckguss oder Kunststoff gefertigt werden.
  • Die Steuerscheibe 16 kann vorzugsweise aus Stahl, Kunststoff oder Aluguss gefertigt werden. An das Pumpengehäuse 1 kann vorzugsweise eine Anflanschung zur unmittelbaren Befestigung der Radialkolbenpumpeneinheit am Motor vorgesehen werden.

Claims (8)

  1. Radialkolbenpumpeneinheit für Hochdruck-Einspritzsysteme mit
    - einem Pumpengehäuse (1), in dem
    - eine Antriebswelle (2) mit einem Exenterabschnitt (3) gelagert ist, auf dem
    - ein Hubring (4) sitzt, der mindestens einen in radialer Richtung zur Antriebsache bewegbaren, federbelasteten
    - Pumpenkolben (5) einer Radialkolbenpumpe bewegt sowie eine der Radialkolbenpumpe vorgeschalteten
    - Kraftstoffvorförderpumpe, wobei
    die Antriebswelle (2) einen fliegend gelagerten Endbereich (6), mit einem Verzahnungsprofil, zur Aufnahme der Kraftstoff-Vorförderpumpe (8), aufweist,
    - das Pumpengehäuse (1) als Topfgehäuse ausgebildet ist,
    - der fliegend gelagerte Endbereich (6) der Antriebwelle (2) auf der zum Pumpengehäuse (1) offenen Topfseite liegt und das Pumpengehäuse (1) durch einen angeflanschten Topfdeckel (31) verschlossen ist, und
    - der Topfdeckel derart gestaltet ist, dass er gleichzeitig einen Pumpenkammer der Kraftstoff-Vorförderpumpe ausbildet
    dadurch gekennzeichnet, dass der Topfdeckel (31) ein Volumenstrom-Regelventil (16) beinhaltet, durch das der Kraftstoff von der Kraftstoffvorförderpumpe zu der Radialkolbenpumpe geregelt wird.
  2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Topfdeckel zusätzlich ein Kraftstoffzulaufanschluss (10), ein Strömungskanal (12) und eine Schmierbohrung (14) untergebracht sind.
  3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (12) derart gestaltet ist, das eine beidseitige Befüllung der Pumpenkammer (32) ermöglicht ist.
  4. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Vorförderpumpe (8) eine Flügelzellenpumpe ist.
  5. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Vorförderpumpe (8) eine Sperrflügelpumpe ist.
  6. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1) als Kugelgraphitgussteil oder als Stahlschmiedeteil hergestellt ist.
  7. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass der Topfdeckel (31) aus Aluminiumdruckguss oder Kunststoff hergestellt ist.
  8. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass am Pumpengehäuse (1) eine Anflanschung zur unmittelbaren Befestigung am Motor vorgesehen ist.
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