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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe mit
variablem Fördervolumen,
insbesondere eine einhubige Flügelzellenpumpe
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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In
der Praxis wird in Arbeitssystemen mit hydraulischen Verbrauchern,
beispielsweise einer Servolenkeinrichtung von Kraftfahrzeugen, üblicherweise
mit Konstantpumpen gearbeitet. Die durch den Antrieb der Pumpe über die
Brennkraftmaschine des Fahrzeugs drehzahlbedingt anfallenden Überschussmengen
werden entspannt und auf die Saugseite der Pumpe zurückgeleitet,
womit insbesondere bei höheren
Drehzahlen erhebliche Verluste und Wärmebelastungen verbunden sind.
Diese werden aber in Kauf genommen, um im Bedarfsfall jederzeit
dem maximalen Verbraucherbedarf entsprechende, große Volumenströme zur Verfügung zu
haben und damit eine verzögerungsfreie
Beaufschlagung der jeweiligen hydraulischen Verbraucher sicherzustellen.
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Bei
der gattungsgemäßen Verdrängerpumpen
kann durch eine Verschiebung des Kurvenrings bzw. des Hubrings innerhalb
des Gehäuses
die Exzentrität
zwischen dem Rotor und dem Kurvenring verstellt bzw. eingestellt
werden. Somit kann das geometrische Fördervolumen der Arbeitskammern
vergrößert bzw.
verkleinert werden. Der Begriff "geometrisches" Fördervolumen
bezeichnet das pro Umdrehung geförderte
Volumen der Verdrängerpumpe.
Bei einer verstellbaren Flügelzellenpumpe
wird das geometrische Fördervolumen
durch die Differenz zwischen der kleinsten und größten Zelle
bestimmt. Das Volumen einer einzelnen Arbeitskammer bzw. Zelle ändert sich
durch die Exzentrität
zwischen dem Rotor und dem Kurvenring und/oder durch das Drehen
des Rotors.
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Zur
Verstellung des Kurvenringes ist gemäß der
DE 199 42 466 A1 vorgesehen,
dass zwischen dem Gehäuse
und dem Kurvenring zwei zueinander abgegrenzte und im wesentlichen
gegenüberliegende
Druckkammern ausgebildet sind. Die Druckkammern können dabei
mit einem Fluiddruck beaufschlagt werden. Der Kurvenring wird in
Abhängigkeit der
mit einem Fluiddruck beaufschlagten Druckkammer entsprechend verschoben,
sodass das geometrische Fördervolumen
verkleinert oder vergrößert wird.
Dabei ist vorgesehen, dass der Kurvenring bei hohen Drehzahlen derart
verschoben wird, dass sich das geometrische Fördervolumen verkleinert. Umgekehrt
ist bei geringen Drehzahlen vorgesehen, dass der Kurvenring derart
verschoben wird, dass sich das geometrische Fördervolumen vergrößert.
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Die
Verschiebung des Kurvenringes innerhalb des Gehäuses erfolgt im wesentlichen
durch den Fluiddruck, welcher jedoch im allgemeinen beim Starten
der Pumpe noch nicht verfügbar
ist. Um sicherzustellen, dass der Kurvenring in einer Position ist,
in der die Verdrängerpumpe
gestartet werden kann, ist gemäß der gattungsgemäßen Schrift
der Einsatz eines Federelementes vorgesehen, das sicherstellt, dass
das geometrische Fördervolumen maximal
ist.
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Das
Federelement spannt den Kurvenring von einer Druckkammer aus vor
und drängt
den Kurvenring in Richtung des Vollhubanschlagbereichs, um das geometrische
Fördervolumen
auf dem maximalen Wert zu halten. Zum weiteren Stand der Technik
von verstellbaren Verdrängerpumpen
wird ferner auf die
DE
102 40 499 A1 sowie die
DE 102 09 880 A1 verwiesen.
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Die
bekannten Federelemente – welche auch
als Rückstellfedern
bezeichnet werden – werden
auch eingesetzt, um die Position des Kurvenrings während dem
Betrieb der Verdrängerpumpe
zu beeinflussen bzw. auf den Kurvenring einzuwirken. Die Federelemente
können
außerdem
als Endanschlag dienen.
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Die
bekannten Federelemente zur Rückstellung
des Kurvenringes werden von außen
seitlich in das Gehäuse
der Verdrängerpumpe
montiert und mit einer Schraube gehalten. Dadurch entsteht eine Dichtstelle,
die für
die Funktion der Pumpe nicht erforderlich wäre.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängerpumpe mit variablem Fördervolumen zu
schaffen, bei der ein Federelement zur Einwirkung auf den Kurvenring
konstruktiv einfach und vorteilhaft angeordnet ist, sowie die Bauteilvielfalt
reduziert wird. Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch Anspruch 1 gelöst.
Dadurch, dass das Federelement in einer Vertiefung der Wandung angeordnet
ist, ist keine zusätzliche äußere Abdichtung
der Pumpe in diesem Bereich erforderlich. Probleme, die über die Laufzeit
der Pumpe aufgrund der bisher notwendigen Dichtstelle entstanden
sind bzw. entstehen konnten, werden somit vermieden. Die Bauteilvielfalt
wird reduziert, da weder entsprechendes Dichtmaterial benötigt wird,
noch eine Schraube notwendig ist, um das Federelement zu halten.
Darüber
hinaus werden Fehler bei der Montage, beispielsweise durch ein falsches
Einschrauben der Schraube oder eine Beschädigung der Dichtung, vermieden.
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Die
Vertiefung kann in verschiedener Art und Weise in der Wandung angeordnet
sein. In einer besonders einfachen Ausführungsform kann die Wandung
durch das Gehäuse
der Verdrängerpumpe
gebildet sein. In diesem Fall kann die Vertiefung direkt in dem
Gehäuse
angeordnet sein. Verdrängerpumpen
gemäß dem Stand
der Technik weisen jedoch in der Regel einen Außenring auf, der in das Gehäuse eingesetzt
und dem Kurvenring zugewandt ist. Die Wandung wird somit in der üblichen
Ausführungsform
durch das Gehäuse
und den eingesetzten Außenring
gebildet.
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Der
Außenring
kann sowohl die Freigängigkeit
des Kurvenrings sicherstellen als auch Querkräfte aus dem Kurvenring ins
Gehäuse übertragen.
Der Kurvenring ist dabei innerhalb des Außenrings verschiebbar. In der
Regel bildet der Außenring
einen elliptischen Raum aus, innerhalb dessen der Kurvenring verschoben
werden kann.
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Die
Vertiefung zur Aufnahme des Federelements kann dabei als Aussparung
oder Vertiefung in dem Außenring
ausgebildet sein. Bei einer Ausgestaltung der Vertiefung zur Aufnahme
des Federelements als Vertiefung in dem Außenring liegt das Federelement
folglich mit einem Ende auf einem durch die Vertiefung gebildeten
Boden des Außenringes auf
bzw. stützt
sich auf diesem ab.
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Insofern
die Vertiefung zur Aufnahme des Federelements als Aussparung in
dem Außenring ausgebildet
ist, durchragt das Federelement folglich den Außenring und stützt sich
auf dem Gehäuse
bzw. der Gehäusewandung
ab. In der Regel wird dabei das Gehäuse keine weitere Vertiefung
-aufweisen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass auch die Gehäusewandung
noch eine Vertiefung aufweist, so dass die erfindungsgemäße Vertiefung
in der Wandung (gebildet durch Gehäuse und Außenring) durch eine Aussparung
in dem Außenring
und eine Vertiefung in dem Gehäuse
gebildet ist.
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Es
hat sich als besonders geeignet herausgestellt, wenn lediglich der
Außenring
eine Vertiefung zur Aufnahme des Federelements aufweist. Von Vorteil
ist es, wenn die Form der Vertiefung und das Federelement derart
aneinander angepasst bzw. aufeinander abgestimmt sind, dass das
Federelement zuverlässig
in der Vertiefung positionierbar ist. In einfacher Weise kann dies
dadurch erreicht werden, dass das der Vertiefung zugewandte Ende
des Federelements eine an die Vertiefung bzw. den Boden der Vertiefung
angepasste Form aufweist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass
lediglich die letzten Windungen bzw. die letzte Windung des Federelements
eine entsprechend angepasste Form aufweist.
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Eine
rechteckige Form der letzten Windung (und somit auch der Vertiefung)
hat sich hierfür
als besonders geeignet herausgestellt. Selbstverständlich sind
auch andere Formen denkbar, wobei es sich um ein Verdrehen des Federelements
zu vermeiden als geeignet herausgestellt hat, eine Form zu wählen, die
von einer Kreisform abweicht. In einer konstruktiven Ausgestaltung
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die letzte Windung bzw.
die letzten Windungen des Federelements in die Vertiefung einpressbar
und/oder einspannbar sind. Somit wird ohne weitere Hilfsmittel in
einfacher Weise eine zuverlässige
Positionierung bzw. Anordnung des Federelements in der Vertiefung
erreicht.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das
Federelement eine vorzugsweise kegelförmige Spiralfeder ist, deren
letzte Windung an den Verlauf der Vertiefung angepasst, beispielsweise
rechteckig, ist.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass
das Federelement mehrere, vorzugsweise zwei, Spiralfedern aufweist.
Die Spiralfedern können
dabei ebenfalls kegelförmig ausgestaltet
sein. Der der Vertiefung zugewandte Endbereich des aus den Spiralfedern
gebildeten Federelements kann dabei vorzugsweise wieder an die Form
der Vertiefung angepasst sein. Eine besonderes geeignete Ausgestaltung
des Federelements ergibt sich durch eine Gestaltung mit zwei kegelförmigen Spiralfedern,
welche miteinander einstückig
verbunden bzw. aus einem Drahtelement hergestellt sind. Dabei stellen
jeweils die Spitzen der beiden kegelförmigen Spiralfedern den Anfang
bzw. das Ende des Drahtelements dar. Die Verbindung zwischen den
beiden kegelförmigen
Spiralfedern – in
der Regel das Mittelstück
des Drahtelements – kann
als gemeinsame letzte Windung des Federelements ausgebildet sein,
welches an die Form bzw. den Boden der Vertiefung angepasst ist.
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Das
Federelement kann einen runden oder rechteckigen bzw. quadratischen
Drahtquerschnitt aufweisen. Bezüglich
der Anordnung der letzten Windung des Federelements am Boden der
Vertiefung kann ein rechteckiger Drahtquerschnitt vorteilhaft sein.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann das Federelement auch als
Blattfeder ausgebildet sein. Die Blattfeder kann dabei ebenfalls
in einfacher Weise eine Form aufweisen, die an die Vertiefung bzw. den
Boden der Vertiefung angepasst und gegebenenfalls entsprechend eingesetzt
bzw. einspannbar ist.
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Die
Vertiefung zur Aufnahme des Federelements kann auch durch einen
Vorsprung bzw. eine Erhöhung
gebildet sein, welche sich von der Wanderung in Richtung Kurvenring
erhebt und die eine Vertiefung zur Aufnahme des Federelements aufweist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Nachfolgend sind anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung
prinzipmäßig dargestellt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Es
zeigt:
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1 eine
Prinzipdarstellung eines Schnittes durch eine Verdrängerpumpe
mit variablem Fördervolumen
in einer Ausführungsform
als einhubige Flügelzellenpumpe;
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2 einen
Schnitt gemäß der Linie
II-II der 1;
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3 ein
Federelement zur Beeinflussung der Position des Kurvenrings in einer
ersten Ausführungsform;
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4 ein
Federelement zur Beeinflussung der Position des Kurvenrings in einer
zweiten Ausführungsform;
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5 ein
Federelement zur Beeinflussung der Position des Kurvenrings in einer
dritten Ausführungsform;
und
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6 ein
Federelement zur Beeinflussung der Position des Kurvenrings in einer
vierten Ausführungsform.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die
Figuren zeigen eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe
1 mit
variablem Fördervolumen
in einer Ausführung
als einhubige Flügelzellenpumpe.
Einhubige Flügelzellenpumpen
sind hinsichtlich ihrer prinzipiellen Funktionsweise aus dem allgemeinen
Stand der Technik hinlänglich
bekannt, wozu nur beispielsweise auf die
DE 199 42 466 A1 sowie
die
DE 102 40 499
A1 verwiesen wird. Nachfolgend werden daher lediglich die für die Erfindung
wesentlichen Merkmale näher
dargestellt.
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Wie
aus den Figuren ersichtlich ist, weist die Flügelzellenpumpe 1 ein
Gehäuse 2 auf.
In das Gehäuse 2 ist
ein Außenring 3 eingesetzt.
Prinzipiell kann das Gehäuse 2 der
Flügelzellenpumpe 1 die Funktion
des Außenrings 3 (auch
als Zwischenring bezeichnet) übernehmen.
Die Ausbildung eines Außenringes 3 hat
sich jedoch für
die Serienfertigung als zweckmäßig herausgestellt.
In dem Außenring 3 ist
ein Rotor 4 über
eine Welle 5 gelagert. Der Rotor 4 ist von einem
Kurvenring 6 umgeben. Der Kurvenring 6 kann durch
einen als Stützwelle
dienenden Schwingdrehzapfen 7 in einen elliptischem Raum 8, der
im Außenring 3 gebildet
ist, frei schwingen.
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Der
Kurvenring 6 ist innerhalb des elliptischen Raumes 8 verstellbar
bzw. verschiebbar. Zwischen dem Rotor 4 und dem Kurvenring 6 sind über Flügel 9 abgegrenzte
Arbeitskammern 10 ausgebildet. Durch ein Verschieben des
Kurvenringes 6 verändert
sich die Exzentrität
zwischen dem Rotor 4 und dem Kurvenring 6, wodurch
das Volumen der Arbeitskammern 10 und somit das geometrische
Fördervolumen
der Flügelzellenpumpe 1 bestimmt
wird.
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Wenn
der Rotor 4 angetrieben wird, werden die Flügel 9 in
Schlitzen des Rotors 4 vorgeschoben und zurückgezogen.
Hierfür
wird in bekannter Weise ein Hinterflügelfluiddruck verwendet, der
im wesentlichen auf die Enden der in den Schlitzen des Rotors 4 geführten Flügel 9 einwirkt.
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In
bekannter und nicht dargestellter Weise wird die Fluidversorgung
des Hinterflügelbereichs
sowie allgemein der Fluidzu- und -abfluss durch nierenförmige Schlitze
in einer Steuerplatte sichergestellt. Vorgesehen ist in der Regel
außerdem
ein Lagerdeckel mit einer ebenen Fläche, welche dem Rotorensatz
(Rotor 4, Flügel 9 und
Kurvenring 6) zugewandt ist und dessen stirnseitige Abdichtung
sicherstellt. Der Lagerdeckel ist mit zu der Steuerplatte korrespondierenden
nierenförmigen
Schlitzen versehen. Dies ist im Ausführungsbeispiel ebenfalls nicht
dargestellt. Im Ausführungsbeispiel
stellt der Außenring 3 die
Freigängigkeit
des Kurvenrings 6 sicher und überträgt Querkräfte aus dem Kurvenring 6 in
das Gehäuse 2.
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Zwischen
dem Außenring 3 und
dem Kurvenring 6 sind sichelförmige Querschnitte 11, 12 angeordnet.
Diese Querschnitte werden durch geeignete Dichtungselemente voneinander
getrennt. Dadurch kann über
eine Druckbeaufschlagung der beiden Querschnitte 11, 12 eine
Verschiebung des Kurvenrings 6 herbeigeführt werden.
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Ein
nicht näher
dargestellter Steuerkolben 13 ist über Bohrungen 14, 15 mit
den sichelförmigen Querschnitten 11, 12 verbunden.
Die sichelförmigen Querschnitte 11, 12 können durch
den Steuerkolben 13 wechselseitig sowohl mit dem Betriebsdruck
der Pumpe als auch mit einem Behälteranschluss 16 verbunden
werden. Durch die entstehende Druckdifferenz in den sichelförmigen Querschnitten 11, 12 wird die
Verschiebung des Kurvenringes 6 erreicht.
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Erfindungsgemäß weist
eine den Kurvenring 3 umgebende Wandung 22, welche
im Ausführungsbeispiel
durch den Außenring 3 und
das Gehäuse 2 gebildet
ist, eine Vertiefung 17 auf. Die Vertiefung 17 in
der Wandung 22 ist dabei als Vertiefung in dem Außenring 3 ausgebildet.
Bei der Vertiefung 17 kann es sich auch um ein Aussparung,
Ausnehmung, Nut oder dergleichen handeln.
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Ein
Federelement 18 wirkt auf den Kurvenring 6 ein
bzw. beeinflusst dessen Position. Wie aus 1 und 2 ersichtlich
ist, stützt
sich das Federelement 18 einerseits auf dem Außenring 3 bzw.
einem Boden 17a der Vertiefung 17 und andererseits auf
der Außenseite
des Kurvenringes 6 ab.
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3 zeigt
eine Ausgestaltung des Federelements 18 als kegelförmige Spiralfeder 19,
wobei deren letzte Windung 20 so gestaltet ist, dass eine Positionierung
innerhalb der Vertiefung 17 des Außenringes 3 sichergestellt
ist. Die letzte Windung 20 weist in der Ausführungsform
gemäß 3 einen rechteckigen
Verlauf auf.
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Gemäß der in 4 dargestellten
Ausführungsform
des Federelements 18 weist dieses zwei kegelförmige Spiralfedern 19 auf.
Das Federelement 18 gemäß der in 4 dargestellten
Ausführungsform
ist dabei an den Verlauf des Bodens 17a der Vertiefung 17 angepasst.
Das Federelement 18 mit den beiden kegelförmigen Spiralfedern 19 ist
aus einem Drahtelement hergestellt. Die beiden Spiralfedern 19 gemäß 4 sind
an ihren von der Spitze abgewandten Enden (einstückig) miteinander verbunden,
wobei das Verbindungsstück,
die an den Verlauf des Bodens 17a der Vertiefung 17 angepasste
letzte Windung 20 darstellt. Das Federelement 18 gemäß der in 4 dargestellten
Ausführungsform beginnt
an der Spitze einer der beiden Spiralfedern 19, öffnet sich
dann kegelförmig
bis der Beginn der letzten Windung 20 erreicht wird, verläuft dann
angepasst an den Verlauf des Bodens 17a und bildet dabei
die letzte Windung 20 sowohl der ersten als auch der zweiten
Spiralfeder 19 aus und erstreckt sich anschließend von
dort kegelförmig
zulaufend zur Spitze der zweiten Spiralfeder 19.
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5 zeigt
eine zu 3 alternative Ausführungsform,
die sich dadurch von der Ausführungsform
gemäß 3 unterscheidet,
dass der Drahtquerschnitt nicht rund, sondern rechteckig, vorzugsweise
quadratisch, ist. Analog dazu kann auch die in 4 dargestellte
Ausführungsform
einen rechteckigen, beispielsweise quadratischen, Drahtquerschnitt aufweisen.
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6 zeigt
eine weitere alternative Ausgestaltung des Federelements 18.
Das Federelement 18 ist dabei als Blattfeder 21 ausgebildet.
Die Blattfeder 21 weist ein Basisteil 21a auf,
das an den Verlauf des Bodens 17a der Vertiefung 17 angepasst,
im Ausführungsbeispiel
rechteckig, ausgebildet ist. Von dem Basisteil 21a erhebt
sich die Feder der Blattfeder 21, welche zur Anlage an
dem Kurvenring 6 vorgesehen ist.
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Das
dargestellte Federelement 18 dient im Ausführungsbeispiel
zur Rückstellung
des Kurvenrings 6.
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Die
erfindungsgemäße Verdränger- bzw. Flügelzellenpumpe
eignet sich in besonderer Weise zum Einsatz bei einer Servolenkeinrichtung
von Kraftfahrzeugen.