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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ringlaufpumpe, die beispielsweise
in dem Kraftstofftank eines Automobils untergebracht ist und der
Verbrennungskraftmaschine bei einem vorgeschriebenen Druck Kraftstoff
zuführt.
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Ringlaufpumpen
sind bekannt, die die folgenden Maßnahmen verwenden, um die Ausgangsleistung
der Pumpe mit den gleichen äußeren Abmaßen und
unter den gleichen Betriebsbedingungen zu erhöhen (beispielsweise japanisches
Patent Nr. 2,962,828). Die Mittelpunkte der Radien von ringförmigen Zuführkanälen sind
so gewählt,
dass sie annähernd
mit den Mittelpunkten der jeweiligen Radien eines Laufrads zusammenfallen,
und die erstgenannten Radien sind jeweils gleich den letztgenannten Radien
gesetzt. Außerdem
befinden sich die Mittelpunkte der oben genannten Radien innerhalb
der Außenumfangslinie
dieses Laufrads. Diese Maßnahmen
sind effektiv zum Erhöhen
des C-Faktors von zirkulierenden
Strömen
(Qc), um dadurch die Effizienz zu steigern.
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Eine
hohe Pumpenleistungsfähigkeit
wird durch die folgenden Maßnahmen
erreicht (beispielsweise JP-A-6-2690). Das Laufrad ist aus einem
synthetischem Kunstharz gemacht. Eine Laufradplatte ist mit einer
Seitenfläche
einer Laufradnut ausgebildet, die mit einer Endfläche und
einer Außenumfangsfläche des
Laufrads kommuniziert, mit einer Seitenfläche der anderen Laufradnut,
die mit der anderen Endfläche
und der anderen Umfangsfläche des
Laufrads kommuniziert, und mit einer Seitenfläche einer Verbindungsnut, die
mit der einen Laufradnut und der anderen Laufradnut in axialer Richtung auf
der Seite des Außenumfangs
kommuniziert. Die Verbindungsnut befindet sich zwischen der einen
und der anderen Laufradnut und mündet
bei einer Position, die sich innerhalb des Außenumfangs der Laufradplatte
befindet. Eine Trennwand ist so ausgebildet, dass der Abstand zwischen
der Bodenfläche
der einen Laufradnut und der anderen Bodenfläche der anderen Laufradnut
nach und nach in Richtung des Außenumfangs abnimmt und zumindest
einen vorgeschriebenen Wert am äußersten
Umfang hat, wo die Bodenflächen
enden.
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Bei
den oben beschriebenen herkömmlichen Ringlaufpumpen
sind die Mittelpunkte der Radien der ringförmigen Zuführkanäle so gewählt, dass sie annähernd mit
den jeweiligen Mittelpunkten der Radien des Laufrads zusammenfallen,
und die Mittelpunkte der Radien befinden sich innerhalb des Umfangs
des Laufrads. Bei diesen Ringlaufpumpen, wie sie in JP-A-6-2690
beschrieben sind, tritt ein inaktiver Bereich zwischen zwei symmetrischen
Wirbelströmen in
den Laufradnuten auf. In diesem inaktiven Bereich hat flüssiger Kraftstoff
keine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit,
und ein Rückstrom
entsteht. Dieser Rückstrom
verhindert einen Anstieg des Kraftstoffdrucks; selbst wenn der C-Faktor
zirkulierender Ströme
(Qc) erhöht
wird, um einen hohen Druck zu erzeugen, macht dieser interne Druckverlust
es schwierig, den Kraftstoffdruck zu erhöhen. Der Einfluss dieses Druckverlustes
ist klein im Fall eines normalen Pumpenbetriebs. Wenn jedoch beispielsweise die
an einen elektrischen Motor angelegte Spannung zum Erzeugen einer
Antriebskraft der Ringlaufpumpe gering ist, ist dieser Druckverlust
so schwerwiegend, dass er es schwierig macht, einen hohen Druck
zu erreichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die o.g. Probleme des
Standes der Technik zu lösen,
und ein Ziel der Erfindung ist es daher, eine Ringlaufpumpe zu schaffen,
die selbst dann einen hohen Druck erzeugen kann, wenn die an einen
elektrischen Motor zum Erzeugen einer Antriebskraft angelegte Spannung
gering ist.
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Die
Erfindung schafft eine Ringlaufpumpe für die Kraftstoffzufuhr mit
einer Pumpenabdeckung und einem Pumpenboden, die einen Pumpenraum
bilden, und einem scheibenförmigen
Laufrad, das dazu ausgestaltet ist, sich in dem Pumpenraum zu drehen, welches
Laufrad eine ringförmige äußere Umfangswand
und eine Vielzahl von Laufradnuten hat, die mittels radialer Trennwände voneinander
getrennt sind und in der Umfangsrichtung entlang der Außenumfangswand
angeordnet sind und das Laufrad durchdringen, um Öffnungen
in einer ersten und einer zweiten Endfläche des Laufrads zu bilden,
wobei: die Pumpenabdeckung und der Pumpenboden mit einem ringförmigen ersten
bzw. zweiten Zuführkanal ausgebildet
sind, welche zueinander symmetrisch sind und den Laufradnuten gegenüberliegen,
jede dieser Laufradnuten eine erste Bogenfläche hat, die sich von einer
inneren Umfangslinie in der ersten Endfläche der Laufradnut so erstreckt,
dass sie einen Radius R1 hat, eine zweite Bogenfläche, die
sich von einer inneren Umfangslinie in der zweiten Fläche der Laufradnut
so erstreckt, dass sie einen Radius r1 hat, und eine hervorstehende
Trennwand mit einer Verbindungsfläche, die die erste und die
zweite Bogenfläche
verbindet, wobei Mittelpunkte der Radien R1 und r1 an der ersten
bzw. der zweiten Endfläche
vorgesehen sind oder auf der Seite der ersten Endfläche, auf
der sich die Pumpenabdeckung befindet, bzw. auf der Seite der zweiten Endfläche, auf
der sich der Pumpenboden befindet, wobei die erste und die zweite
Bogenfläche
symmetrisch sind, wobei die vorstehende Trennwand und die äußere Umfangswand einen
Raum bilden, den das Laufrad durchdringt, um die Öffnungen
in der ersten und der zweiten Endfläche zu bilden, wobei der erste
Zuführkanal
definiert ist durch eine erste halbkreisförmige Wandfläche, die einen
Radius R2 hat und in einer Abdeckendfläche der Pumpenabdeckung eine
innere Umfangslinie und eine äußeren Umfangslinie
bildet, die der inneren Umfangslinie bzw. der äußeren Umfangslinie in der ersten
Endfläche
jeder der Laufradnuten gegenüberliegen,
und der zweite Zuführkanal
definiert ist durch eine zweite halbkreisförmige Wandfläche, die
einen Radius r2 hat und in einer Bodenendfläche des Pumpenbodens eine innere
Umfangslinie und eine äußere Umfangslinie
bildet, die der inneren Umfangslinie bzw. der äußeren Umfangslinie in der zweiten
Endfläche
jeder der Laufradnuten gegenüberliegen,
wobei die erste und die zweite halbkreisförmige Wandfläche symmetrisch
sind, und der Radius R1 der ersten Bogenfläche länger ist als der Radius R2
der ersten halbkreisförmigen
Wandfläche,
und der Radius r1 der zweiten Bogenfläche länger ist als der Radius r2
der zweiten halbkreisförmigen
Wandfläche.
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Gemäß der Erfindung
ist der Radius R1 der ersten Bogenfläche so gewählt, dass er länger ist
als der Radius R2 der ersten halbkreisförmigen Wandfläche, und
der Radius r1 der zweiten Bogenfläche ist so gewählt, dass
er länger
ist als der Radius r2 der zweiten halbkreisförmigen Wandfläche. Selbst
wenn die an einen elektrischen Motor angelegte Spannung zum Erzeugen
einer Antriebskraft der Ringlaufpumpe gering ist, ist daher die
Größe eines
inaktiven Bereichs zwischen zwei symmetrischen Wirbelströmen in jeder
Laufradnut klein. Da der Effekt eines in diesem inaktiven Bereichs
auftretenden Rückstroms,
einen Druckanstieg zu verhindern, abgesenkt wird, kann ein hoher
Druck erhalten werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine teilweise weggeschnittene Vorderansicht einer Kraftstoffzuführvorrichtung
mit einer Ringlaufpumpe gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
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2 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht,
die das Erscheinungsbild eine Laufrads zeigt, das Teil der Ringlaufpumpe
der 1 ist,
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3 ist
eine vergrößerte vertikale
Schnittansicht eines Elements A der Ringlaufpumpe der 1,
und
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4 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Druck und dem Verhältnis des
Radius der Bogenfläche
jedes Laufradnut zu dem Radius ihrer Zuführkanal-Wandfläche zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 ist
eine teilweise weggeschnittene Vorderansicht einer Kraftstoffzuführvorrichtung
mit einer Ringlaufpumpe gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, 2 ist eine vergrößerte perspektivische
Ansicht, die das Erscheinungsbild eine Laufrads zeigt, das Teil
der Ringlaufpumpe der. 1 ist, 3 ist eine
vergrößerte vertikale
Schnittansicht eines Elements A der Ringlaufpumpe der 1,
und 4 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem
Druck und dem Verhältnis
des Radius der Bogenfläche
jedes Laufradnut zu dem Radius ihrer Zuführkanal-Wandfläche zeigt.
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Wie
in 1 dargestellt, besteht eine Vorrichtung 100 zum
Zuführen
von Kraftstoff beispielsweise zu der Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs
aus einer Ringlaufpumpe 1, einem elektrischen Motor 3 zum
Antreiben einer Ringlaufpumpe 1, und einer Auslassleitung 4,
durch welche hindurch mittels der Ringlaufpumpe 1 ausgegebener
Kraftstoff zu der Verbrennungskraftmaschine geleitet werden kann.
Die Ringlaufpumpe 1 besteht aus einem Laufrad 2,
das mit einer Welle 3a des elektrischen Motors 3 verbunden
ist, und einer Pumpenabdeckung 5 sowie einem Pumpenboden 6,
die dieses Laufrad 2 aufnehmen. Ein Axiallager 5a,
das die Welle 3a des elektrischen Motors 3 in
Axialrichtung lagert, ist in der Mitte der Pumpenabdeckung 5 vorgesehen,
und ein Ansaugeinlass 5b, durch welchen hindurch Kraftstoff (nicht
dargestellt) in das Laufrad 2 hinein geleitet werden kann,
ist ebenfalls in der Pumpenabdeckung 5 vorgesehen. Ein
metallenes Element 6a, das die Welle 3a drehbar
lagert, ist in der Mitte der Pumpenbodens 6 vorgesehen.
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Wie
in den 2 und 3 dargestellt, hat das Laufrad 2 eine
scheibenförmige
Gestalt, und in seiner Mitte ist eine D-förmige
Welleneinsetzöffnung 21 ausgebildet,
die mit der Welle 3a verbindbar ist. Das Laufrad 2 ist
mit einer ringförmigen äußeren Umfangswand 22 ausgebildet,
und eine Vielzahl von Laufradnuten 23, die durch das Laufrad 2 hindurchdringen,
sind mittels radialer Trennwände 20 voneinander
getrennt und in der Umfangsrichtung entlang der äußeren Umfangswand 22 angeordnet.
Jede Laufradnut 23 hat einen im allgemeinen rechteckigen Umfang
in beiden Endflächen
des Laufrads 2. Streng genommen nimmt der Umfang jeder
Laufradnut 23 in jeder Endfläche des Laufrads 2 bogenartige
Gestalten an den inneren und den äußeren Enden an und hat radiale
Seitenlinien. Das Laufrad 2 ist aus einem Laufrad 2 ist
aus einem synthetischen Kunstharz gemacht, misst beispielsweise
33,5 mm in dem Durchmesser und 3,8 mm in der Dicke, und hat 47 Laufradnuten 23.
Eine Endfläche 51 der
Pumpenabdeckung 5 ist ausgebildet mit einem ersten ringförmigen Zuführkanal 5f,
der den Öffnungen
der Laufradnuten 23 in einer Endfläche 24 des Laufrads 2 gegenüber liegt. Andererseits
ist in einer Endfläche 61 des
Pumpenbodens 6 ein zweiter ringförmiger Zuführkanal 6f ausgebildet,
der den Öffnungen
der Laufraden 23 in der anderen Endfläche 25 des Laufrads 2 gegenüberliegt.
Diese beiden ringförmigen
Zuführkanäle 5f und 6f sind
symmetrisch.
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Im
Inneren jeder Laufradnut 23 erstreckt sich eine erste Bodenfläche 23a von
einer inneren Umfangslinie 24a der einen Endfläche 24 des
Laufrads 2 so, dass sie einen Radius R1 hat, und eine zweite Bogenfläche 23b von
einer Innenumfangslinie 25a der anderen Endfläche so,
dass sie einen Radius r1 hat. Die beiden Bogenflächen 23a und 23b sind
symmetrisch. Sie sind miteinander über eine Verbindungsfläche 23c verbunden,
die in der Mitte in axialer Richtung (Richtung von oben nach unten
in 3) des Laufrads 2 vorgesehen ist, wodurch
eine hervorstehende Trennwand T innerhalb jeder Laufradnut 23 gebildet
ist. Der Raum zwischen der hervorstehenden Trennwand T und der äußeren Umfangswand 22 durchdringt
das Laufrad 2 und bildet die Öffnungen in den Endflächen 25 und 26.
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Der
erste ringförmige
Zuführkanal 5f ist
definiert durch eine im wesentlichen halbkreisförmige Wandfläche 52,
die einen Radius R2 hat und in der Abdeckendfläche 51 der Pumpenabdeckung 5 eine innere
Umfangslinie 51a sowie eine äußere Umfanglinie 51b bildet,
die der innere Umfangslinie 24a bzw. einer äußere Umfanglinie 24b jeder
Laufradnut 23 gegenüberliegen.
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Der
zweite ringförmige
Zuführkanal 6f ist
definiert durch eine im wesentlichen halbkreisförmige Wandfläche 62 mit
einem Radius r2 und bildet in der Bodenendfläche 62 des Pumpenbodens 6 eine
innere Umfangslinie 61a und eine äußere Umfanglinie 61b,
die der innere Umfangslinie 25a bzw. einer äußere Umfanglinie 25b jeder
Laufradnut 23 gegenüberliegen.
Das heißt,
die halbkreisförmigen
Wandflächen 52 und 62 sind
symmetrisch.
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In
der oben beschriebenen Ausgestaltung ist der Radius R1 der ersten
Bogenfläche 23a länger als der
Radius R2 der Wandfläche 52 des
ersten ringförmigen
Zuführkanals 5f.
Außerdem
befindet sich der Mittelpunkt des Radius R1 in der Ebene der Endfläche 24 des
Laufrads 2 oder auf derjenigen Seite dieser Ebene, auf
der sich die Pumpenabdeckung 5 befindet.
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Der
Radius r1 der zweiten Bogenfläche 23b ist
länger
als der Radius r2 der Wandfläche 62 des zweiten
ringförmigen
Zuführkanals 6f,
und die Mitte des Radius r1 befindet sich in der Ebene der Endfläche 25 des
Laufrads 2 oder auf derjenigen Seite dieser Ebene, auf
der sich der Pumpenboden 6 befindet.
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Was
die Beziehungen zwischen den Laufradnuten 23 des Laufrads 2 und
den ringförmigen
Zuführkanälen 5f und 6f betrifft,
fallen die Schnittpunkte 51a und 51b der Fläche 52 des
ersten ringförmigen Zuführkanals 5f und
der Abdeckendfläche 51 mit
der inneren Umfangslinie 24a bzw. der äußeren Umfangslinie 24b jeder
Laufradnut 23 zusammen. In gleicher Art und Weise fallen
die Schnittpunkte 61a und 61b der Flächenwand 62 des
zweiten ringförmigen
Zuführkanals 6f und
der Abdeckendfläche 61 mit der
inneren Umfangslinie 25a bzw. der äußeren Umfangslinie 25b jeder
Laufradnut 23 zusammen. Wie in 3 dargestellt,
können
nur die inneren Schnittpunkte 51a und 61b geringfügig nach
außen
von den jeweiligen inneren Umfangslinien 24a und 25a versetzt
sein.
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Die
Arbeitsweise der wie oben beschrieben aufgebauten Ringlaufpumpe 1 gemäß der Ausführungsform
der Erfindung wird nun beschrieben.
- (1) Wenn
die Kraftstoffzuführvorrichtung 100 in
einen nicht dargestellten Kraftstofftank eingetaucht ist, strömt Kraftstoff
durch den Ansaugeinlass 5b in die Laufradnuten 23.
- (2) Wenn dem elektrischen Motor 3 Energie zugeführt wird,
beginnen sich der elektrische Motor 3 und das Laufrad 2,
das mit der Welle 3a des elektrischen Motors 3 verbunden
ist, zu drehen.
- (3) Wenn sich das Laufrad 2 dreht, drehen sich die Laufradnuten 23,
die den Zuführkanälen 5f und 6f benachbart
sind, wodurch in dem Kraftstoff zwei Wirbelströme (in 3 durch
Pfeile B dargestellt) in jeder Laufradnut 23 entstehen.
- (4) Die kinetische Energie der beiden Wirbelströme B steigt
nach und nach an, wenn sich das Laufrad 2 dreht, wodurch
der Druck des Kraftstoffs in jeder Laufradnut 3 ansteigt.
Dieser Kraftstoff tritt mit dem erhöhten Druck durch den elektrischen
Motor 3 hindurch, wird aus der Auslassleitung 4 ausgegeben
und wird schließlich
der (nicht dargestellten) Verbrennungskraftmaschine zugeführt.
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Bei
der oben beschriebenen Ringlaufpumpe 1 gemäß der Ausführungsform
ist der Radius R1 der ersten Bodenfläche 23a länger als
der Radius R2 der Wandfläche 52 des
ersten ringförmigen
Zuführkanals 5f,
und der Radius r1 der zweiten Bogenfläche 23b ist länger als
der Radius r2 der Wandfläche 62 des zweiten
ringförmigen
Zuführkanals 6f.
Daher treffen sich zwei Wirbelströme, die in jeder Laufradnut 23 auftreten,
sanft in der Nähe
der Verbindungsfläche 23c,
und dann werden unabhängige
Wirbelströme aus
diesem zusammengeführten
Strom wieder voneinander getrennt.
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Daher
ist die Größe eines
inaktiven Bereichs in diesem trennenden Bereich gering. Der einen Druckanstieg
verhindernde Effekt eines Rückstrom wird
reduziert, und daher kann ein hoher Druck erzielt werden. Dies ist
insbesondere spürbar
in dem Fall, wo die an den elektrischen Motor 3 angelegte
Spannung gering ist, d.h. die Drehgeschwindigkeit des Laufrads 2 lediglich
1500 bis 3000 rpm (stationäre Drehgeschwindigkeit:
4000 bis 5500 rpm) beträgt.
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Die
Erfinder haben Experimente ausgeführt unter Verwendung von Ringlaufpumpen 1,
bei denen der Durchmesser des Laufrads 2 25 bis 45 mm betrug
und die an den elektrischen Motor 3, der eine Antriebskraft
für die
Ringlaufpumpen 1 erzeugt, angelegte Spannung 6V betrug.
Ein maximaler Druck wurde dann erzielt, wenn das Verhältnis des
Radius R1 (r1) der Bogenfläche 23a (23b)
des Laufrads 2 zu dem Radius R2 (r2) der Wandfläche 52 (62)
des Zuführkanals 5f (6f)
auf ungefähr
das 1,4-fache festgelegt wurde. Bei Ringlaufpumpen 1 zum
Zuführen
von Kraftstoff zu einer Verbrennungskraftmaschine unter Kompression
war der praktische Bereich des oben genannten Verhältnisses
das 1,0- bis 1,9-fache. 4 zeigt eine Druckkennlinie,
die durch diese Experimente erzeugt wurde.
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In
der Ausführungsform
wird bevorzugt, dass der Radius R1 (r1) 1,0 bis 4 mm beträgt und der
Radius R2 (r2) 1,0 bis 2 mm in dem Fall, wo der Durchmesser des
Laufrads 2 25 bis 45 mm beträgt.
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Die
Mittelpunkte der Radien R1 und r1 der beiden Bogenflächen 23a und 23b befinden
sich außerhalb
der Ebenen der Endflächen 24 und 25 des Laufrads 2,
und die Mittelpunkte der Radien R2 und r2 der Wandflächen 52 und 62 der
ringförmigen
Zuführkanäle 5f und 6f befinden
sich innerhalb der oben genannten Ebenen. Dies erleichtert das Ausbilden der
Bogenflächen 23a und 23b und
der Wandflächen 52 und 62 mit
Gießformen
und ermöglicht
es dem Kraftstoff, sanft in die Nähe der Bereiche zu strömen, wo
die Bogenflächen 23a und 23b zu
den Wandflächen 24 und 25 hinweisen.
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Was
die Beziehungen zwischen den Laufradnuten 23 des Laufrads 2 und
den ringförmigen
Zuführkanälen 5f und 6f angeht,
fallen die Schnittpunkte einer Funktion 51a und 51b der
Wandfläche 52 des ringförmigen ersten
Zuführkanals 5f mit
der inneren Umfangslinie 24a bzw, der äußeren Umfangslinie 24b jeder
Laufradnut 23 zusammen oder weichen leicht davon nach außen ab,
und in gleicher Art und Weise fallen die Schnittpunkte 61a und 61b der Wandfläche 62 des
zweiten ringförmigen
Zuführkanals 6f mit
der inneren Umfangslinie 25a bzw. der äußeren Umfangslinie 25b jeder
Laufradnut 23 zusammen oder weichen leicht von dort nach
außen
ab. Als Ergebnis werden, selbst wenn stufen zwischen den oben genannten
Linien ausgeformt sind, diese Stufen den Kraftstoffstrom nicht behindern;
zwei in jeder Laufradnut 23 auftretende Wirbelströme strömen sanft
und können
daher einen hohen Druck erzeugen.