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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Führungsring gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Kolbenpumpe gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Kolbenpumpen
werden in hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen von Kraftfahrzeugen
eingesetzt und häufig als Rückförderpumpen
bezeichnet. Sie dienen bei einer Schlupfregelung dazu, den Bremsdruck
in den Radbremszylindern wahlweise abzusenken oder zu erhöhen,
um den Bremsdruck in den Radbremszylindern regeln zu können.
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Bei
bekannten Kolbenpumpen besteht das Problem, dass die Dichtigkeit
der Kolbenpumpe in einem großen Temperaturbereich, insbesondere
bis zu Temperaturen um etwa –30°C sichergestellt
werden muss, um zu vermeiden, dass Bremsflüssigkeit aus dem
Bremssystem austritt und/oder dass Luft in das Bremssystem eingesaugt
wird. Dieses Problem ist beispielsweise in der
DE 10 2005 046 048 A1 beschrieben.
Bei niedrigen Temperaturen entsteht zwischen dem Pumpenkolben bzw.
der Pumpenstange der Kolbenpumpe und einer Ringdichtung aufgrund von
Radialstößen des Pumpenkolbens bzw. der Pumpenstange
ein sichelförmiger Spalt, durch den Bremsflüssigkeit
aus dem Bremssystem austreten kann. Die Spaltbildung ist auf die
geringe Flexibilität der Ringdichtung bei niedrigen Temperaturen
und hohen Belastungsgeschwindigkeiten des Pumpenkolbens bzw. der
Pumpenstange zurückzuführen.
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Zur
Lösung des Problems schlägt die
DE 10 2005 046 048 A1 vor,
eine zweiteilige Ringdichtung einzusetzen, die eine abriebsbeständige
Außenhaut und einen Innenkern aus einem kälteflexiblen
Werkstoff aufweist. Axial zwischen der zweiteiligen Ringdichtung
und einem Exzenterraum sind bei der bekannten Kolbenpumpe ein Führungsring
zur Führung des Kolbens sowie ein Stützring angeordnet,
wobei letzterer das Einziehen der Dichtung in den Führungsspalt
zwischen dem Pumpenkolben bzw. der Pumpenstange und dem Führungsring
verhindert.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Lösung
zum Vermeiden einer Leckage der Kolbenpumpe bei niedrigen Temperaturen und
hohen Belastungsgeschwindigkeiten vorzuschlagen. Insbesondere sollen
Leckagen auch mit üblichen Ein-Material-Ringdichtungen
sicher vermieden werden.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird durch den Einsatz eines Führungsrings mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einer Kolbenpumpe mit den
Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In
den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen
aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen
und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen von dem Pumpenkolben
bzw. der Pumpenstange durchsetzten Führungs ring zur Führung
des Kolbens derart auszubilden, dass dieser die radialen Auslenkbewegungen
des Pumpenkolbens bzw. der Pumpenstange, die beispielsweise auf
eine von einem Exzenter auf den Pumpenkolben bzw. die Pumpenstange
ausgeübten Radialkraftkomponente zurückzuführen
ist, dämpft. Dadurch, dass die Radialstöße
des Pumpenkolbens bzw. der Pumpenstange durch den Führungsring
gedämpft werden, insbesondere derart, dass die Geschwindigkeit
der Auslenkbewegung reduziert und/oder die Amplitude der Radialstöße
minimiert werden/wird, ist es einer bevorzugt axial zu dem Führungsring
benachbart angeordneten Ringdichtung möglich, auch bei
tiefen Temperaturen und einer hohen Axialbelastungsgeschwindigkeit
des Pumpenkolbens bzw. der Pumpenstange, den radialen Auslenkbewegungen,
d. h. den Radialstößen des Pumpenkolbens bzw.
der Pumpenstange, zu folgen. Hierdurch wird wiederum eine dauerhafte
Anlage der Ringdichtung an den Pumpenkolben bzw. an die Pumpenstange
sichergestellt, wodurch wiederum die Bildung eines sichelförmigen Spaltes
zwischen dem Pumpenkolben bzw. der Pumpenstange und der Ringdichtung
vermieden oder die Größe eines Sichelspaltes zumindest
minimiert wird. Die erfindungsgemäße Ausbildung
des Führungsrings hat den Vorteil, dass auch mit herkömmlichen Ringdichtungen
eine Abdichtung des Hochdruckbereichs der Pumpe gegenüber
einem Niederdruckbereich, insbesondere einem Exzenterraum, sichergestellt
werden kann. Selbstverständlich kann die Dichtigkeit weiter
verbessert werden, wenn eine in der
DE 10 2005 046 048 A1 beschriebene
Ringdichtung zusätzlich zu einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten
Führungsring vorgesehen wird.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des in radialer
Richtung dämpfenden Führungsrings, bei der die
Dämpfung durch das Vorsehen mindestens einer umlaufenden,
in radialer Richtung elastischen Lippe realisiert ist. Dabei dient
die Lippe als in radialer Richtung federndes Dämpfungsmittel,
das radiale Auslenkbewegungen des Pumpenkolbens bzw. der Pumpenstange
sicher dämpft. Anstelle des Vorsehens einer sich über
den gesamten Umfang des Führungsrings erstreckenden Lippe ist
eine Ausführungsform realisierbar, bei der mindestens zwei
in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, vorzugsweise an dem
Pumpenkolben anliegende, Lippenabschnitte oder Federelemente zum radialen
Dämpfen von Auslenkbewegungen des Pumpenkolbens bzw. der
Pumpenstange vorgesehen sind.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der der
Innendurchmesser der mindestens einen Lippe im nicht montierten
Zustand, zumindest in einem Bereich, vorzugsweise in einem freien
Endbereich, kleiner ist als der Außendurchmesser des Pumpenkolbens
bzw. der Pumpenstange. Hierdurch wird eine dichte Anlage der Lippe
an dem Pumpenkolben bzw. an der Pumpenstange realisiert. Bei einer
derartigen Ausführungsform hat die erste Lippe nicht nur
die Funktion eines Dämpfungselementes, sondern sie dient
gleichzeitig als Abstreifring zum Abstreifen von Schmutzpartikeln,
die insbesondere aus Richtung eines Exzenterraums eingetragen werden.
Die Lippe verhindert somit wirksam ein Vordringen von Schmutzpartikeln
zur Ringdichtung, deren Standzeit dadurch aufgrund eines reduzierten
Verschleißes erhöht wird. Im Gegensatz zu bekannten
Führungsringen wird durch die eng anliegende Ausbildung
des Führungsrings am Pumpenkolben bzw. an der Pumpenstange
ein Führungsspiel zwischen dem Pumpenkolben bzw. der Pumpenstange
und dem Führungsring, zumindest zwischen der Lippe des
Führungsrings und dem Pumpenkolben, vermieden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der
Führungsring mindestens eine zweite, insbesondere umlaufende,
in radialer Richtung federnde Lippe aufweist. Dabei sind die beiden, insbesondere
umlaufenden, Lippen bevorzugt in axialer Richtung beabstandet voneinander
angeordnet, um eine optimale Führung des Pumpenkolbens
bzw. der Pumpenstange und eine gleichzeitige Dämpfung von
radialen Auslenkbewegungen des Pumpenkolbens bzw. der Pumpenstange
zu realisieren. Darüber hinaus bietet eine derartige Ausführungsform
des Führungsrings den Vorteil, dass auf einem bisher zum
Einsatz kommenden Stützring, der axial zwischen der Ringdichtung
und dem Führungsring angeordnet ist, um ein Einziehen der
Dichtung in einen Führungsspalt zwischen dem Führungsring
und dem Pumpenkolben bzw. der Pumpenstange zu verhindern, bei Bedarf
verzichtet werden kann, da die zweite Lippe die Aufgabe des Stützrings übernimmt.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die
beiden Lippen mit ihren freien, umlaufenden Endkanten in einander
entgegengesetzte Axialrichtungen weisend angeordnet sind, wobei
es im Rahmen der Weiterbildung liegt, dass die Endkanten zusätzlich
in Richtung des Pumpenkolbens bzw. in Richtung der Pumpenstange
geneigt sind. Insbesondere bei einer derartigen Ausführungsform
wird das Einziehen der Ringdichtung in einen Bereich radial zwischen
dem Führungsring und dem Pumpenkolben bzw. der Pumpenstange
mit Vorteil vermieden.
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Bevorzugt
ist auch die zweite, in radialer Richtung federnde, vorzugsweise
umlaufende, Lippe derart ausgebildet, dass ihr Innendurchmesser
im nicht montierten Zustand kleiner ist als der Außendurchmesser
des Pumpenkolbens bzw. der Pumpenstange, um ein enges Anliegen des
Führungsrings bzw. der zweiten Führungslippe
am Pumpenkolben bzw. an der Pumpenstange zu gewährleisten.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Führungsring
aus einem, insbesondere hochfesten, Thermoplastmaterial ausgebildet ist,
damit zum einen die Führungsaufgabe und zum anderen die
dämpfende Wirkung sicher erfüllt werden kann.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Führungsring als einteiliges
Spritzgussteil aus einem hochfesten Thermoplastmaterial hergestellt
ist. Das Thermoplastmaterial sollte dabei derart gewählt
werden, dass es selbst bei Temperaturen um etwa –30°C seine
dämpfende, d. h. in radialer Richtung (leicht) federnde,
Wirkung nicht verliert.
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Die
Erfindung führt auch auf eine Kolbenpumpe mit einem zuvor
beschriebenen Führungsring, wobei der Führungsring
bevorzugt mittels einer Presspassung in einer Pumpenbohrung in einem
Hydraulikblock festgelegt ist.
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Bevorzugt
ist der Führungsring dabei axial zwischen einem Exzenterraum,
in dem ein Exzenter rotierend angetrieben wird, und einer Ringdichtung angeordnet.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Führungsring mit
mindestens einer, vorzugsweise umlaufenden, in radialer Richtung
federnden Lippe ausgestattet ist, die mit ihrer freien Endkante
in Richtung des Exzenterraums weisend angeordnet ist. Bei dieser
Ausführungsform kommt der ersten Lippe zusätzlich
zu der Dämpfungsfunktion eine Schmutzabstreiffunktion zu,
die das Eindringen von Schmutzpartikeln in einen Bereich zwischen
der Ringdichtung und dem Führungsring verhindert. Dies
führt zu einer längeren Lebensdauer der Ringdichtung.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der
Führungsring mindestens eine zweite in radialer Richtung
federnde Lippe aufweist, die mit ihrer freien Endkante in Richtung
der Ringdichtung weisend angeordnet ist. Hierdurch kann ggf. auf
einen Stützring axial zwischen der Ringdichtung und dem
Führungsring verzichtet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1:
eine perspektivische Ansicht eines Führungsrings für
eine Kolbenpumpe,
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2:
eine vergrößerte Längsschnittansicht des
Führungsrings gemäß 1,
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3:
einen Ausschnitt einer Kolbenpumpe mit einem Führungsring
gemäß den 1 und 2 und
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4:
eine Detailvergrößerung aus 3.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In
den 1 und 2 ist eine mögliche Ausführungsform
eines Führungsrings 1 für eine in den 3 und 4 gezeigte
Kolbenpumpe 2 dargestellt.
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Der
Führungsring weist einen längsschnittlich gestuften
Führungsabschnitt auf, dessen Innendurchmesser DF dem Außendurchmesser DA eines in 3 gezeigten
axial hin- und herbewegbaren Pumpenkolbens 4 der Kolbenpumpe 2 zuzüglich
eines minimalen Führungsspiels entspricht. Axial an den
Führungsabschnitt 3 grenzt eine umlaufende Lippe 5 an, die
sich ausgehend von dem Führungsabschnitt 3 sowohl
in axialer Richtung als auch in radialer Richtung nach innen erstreckt.
Ein minimaler Innendurchmesser DI der Lippe 5 im
Bereich ihrer freien Endkante 6 ist im gezeigten, nicht
montierten Zustand kleiner bemessen als der Außendurchmesser
DA des Pumpenkolbens 4 (vergleiche 3 und 4).
Hierdurch wird gewährleistet, dass die Lippe 5,
zumindest im Bereich ihrer Endkante 6, dauerhaft an dem
Pumpenkolben 4, diesen umschließend, anliegt.
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Wie
sich aus 2 ergibt, reduziert sich der Innendurchmesser
der Lippe 5 in axialer Richtung gesehen ausgehend von dem
Innendurchmesser DF des Führungsabschnittes 3 bis
zu dem in 2 eingezeichneten Innendurchmesser
DI im Bereich der umlaufenden Endkante 6 stetig.
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Da
der Führungsring 1 aus einem hochfesten Thermoplastmaterial
ausgebildet ist, ist der Führungsring 1 im Bereich
des Führungsabschnittes 3 starr und inkompressibel.
Durch die Materialschwächung im Endbereich, also durch
das Vorsehen der Lippe 5, erhält der Führungsring 1 im
Bereich der Lippe 5 eine dämpfende Eigenschaft
(Wirkung) für radiale Auslenkbewegungen des Pumpenkolbens 4.
Anders ausgedrückt dient der Führungsring 1 aufgrund des
Vorsehens der in radialer Richtung federnden Lippe 5 als
Dämpfungselement für Radialstöße
des Pumpenkolbens 4, die auf Radialkraftkomponenten zurückzuführen
sind, die von der drehenden Bewegung des in 3 gezeigten
Exzenters 7 herrühren.
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Nicht
gezeigt ist eine Ausführungsform, bei der zusätzlich
zu der ersten Lippe 5 eine zweite Lippe vorgesehen ist,
die an dem der ersten Lippe 5 gegenüberliegenden
axialen Ende des Führungsabschnitts 3 angeformt
ist. Diese, nicht gezeigte, zweite Lippe ist bevorzugt spiegelsymmetrisch
zur ersten Lippe 5 ausgebildet und verhindert ein Einziehen
einer in 3 gezeigten Ringdichtung 8 in
einen Bereich radial zwischen dem Führungsabschnitt 3 des
Führungsrings 1 und dem Pumpenkolben 4.
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In
den 3 und 4 ist die Einbausituation des
Führungsrings 1 in eine Kolbenpumpe 2 gezeigt.
Letztere ist in einem Hydraulikblock 9 angeordnet, in dem
außer der Kolbenpumpe 2 weitere, nicht dargestellte
Bauteile einer eine Schlupfregelung aufweisenden hydraulischen Fahrzeugbremsanlage, wie
Magnetventile, Rückschlagventile und Hydrospeicher, untergebracht
und hydraulisch miteinander verschaltet sind. Der Hydraulikblock 9 bildet
ein Pumpengehäuse der Kolbenpumpe 2. In diesem
Hydraulikblock 9 ist eine mehrfach gestufte Pumpenbohrung 10 angeordnet.
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Der
Pumpenkolben 4 der Kolbenpumpe 2 ragt mit seiner
in der Zeichnungsebene linken Stirnseite 11 in einen Exzenterraum 12 hinein,
in dem der Exzenter 7 um eine senkrecht zur Längserstreckung des
Pumpenkolbens 4 angeordnete Drehachse rotierbar angetrieben
ist. Der Exzenter 7 liegt dabei mit seinem Außenumfang
an der Stirnseite 11 des Pumpenkolbens 4 an und
beaufschlagt diesen mit einer Verstellkraft in axialer Richtung.
Die von dem Exzenter 7 auf den Pumpenkolben 4 ausgeübte
Radialkraftkomponente, die bestrebt ist, den Pumpenkolben 4 in radialer
Richtung auszulenken, wird, zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig,
von der Lippe 5 des Führungsrings 1 aufgenommen
bzw. abgefangen.
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An
der dem Exzenterraum 12 abgewandten, einem Verdrängerraum 13 zugewandten
Stirnseite 14 ist ein Kunststoffdichtuelement 15 angeordnet, das
den Verdrängerraum (Hochdruckseite) gegenüber
einer Ansaugseite (Niederdruckseite) der Kolbenpumpe 2 abdichtet.
Hierzu ist das Dichtelement 15 radial zwischen dem Pumpenkolben 4 und
einer Laufbuchse 16 angeordnet. Die Laufbuchse 16 ist dabei
mit einer Presspassung in der Pumpenbohrung 10 festgelegt.
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Für
den Pumpeneinlass ist in dem Pumpenkolben 4 eine sich in
axialer Richtung erstreckende, stirnseitige Sacklochbohrung 17 eingebracht,
die nahe ihres Grundes von Querbohrungen 18 gekreuzt wird.
Die Sacklochbohrung 17 und die Querbohrungen 18 kommunizieren
mit Zuströmbohrungen 19 im Hydraulikblock 9.
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Am
verdrängungsraumseitigen Ende des Pumpenkolbens 4 ist
ein Rückschlagventil als Einlassventil 20 vorgesehen.
Das Einlassventil 20 weist eine Ventilkugel 21 auf,
die mit einem konischen Einlassventilsitz 22 am Pumpenkolben 4 zusammenwirkt.
Eine Schließfeder 23, die sich in axialer Richtung
einenends an einem Kunststoffgehäuse 25 des Einlassventils 20 und
anderenends an der Ventilkugel 21 abstützt, beaufschlagt
die Ventilkugel 21 in Schließrichtung auf den
Einlassventilsitz 22. Das Kunststoffgehäuse 25 des
Einlassventils 20 wird von einer Rückstellfeder
für den Pumpenkol ben 4 in axialer Richtung gegen
das Dichtelement 15 federkraftbeaufschlagt. Die Rückstellfeder 26 ist
dabei im Verdrängerraum 13 aufgenommen.
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Endseitig
am Verdrängerraum 13 ist ein ebenfalls als Rückschlagventil
ausgebildetes Auslassventil 27 mit einer Ventilkugel 28 angeordnet,
die von einer Schließfeder 29 auf einen innenkegelförmigen
Ventilsitz 30 an der Laufbuchse 16 federkraftbeaufschlagt
ist. Dabei stützt sich die Schließfeder 29 axial
an einem Verschlussdeckel der Kolbenpumpe 2 ab. Bei geöffnetem
Auslassventil kann Hydraulikfluid (Bremsflüssigkeit) aus
dem Verdrängerraum über einen nicht gezeigten
Radialkanal in einen Ringraum 32 radial außerhalb
der Laufbuchse 16 und von dort aus in Abströmkanäle 33 abströmen.
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In
der vergrößerten Darstellung gemäß 4 ist
die genaue Einbaulage des Führungsrings 1 zu erkennen.
Der Führungsring 1 ist mit einer Presspassung
in der gestuften Pumpenbohrung 10 angeordnet, wobei die
in radialer Richtung federnde, umlaufende Lippe 5 in Richtung
des Exzenterraumes 12 gerichtet ist. Die Lippe 5 dämpft
dabei radiale Verstellbewegungen des Pumpenkolbens 4, wobei
die Lippe 5 radial außen unmittelbar vollumfänglich
an dem Pumpenkolben 4 anliegt. Zwischen dem Führungsabschnitt 3 des
Führungsrings 1 und dem Pumpenkolben 4 ist
dagegen ein minimales Führungsspiel vorgesehen. Axial zwischen
dem Führungsring 1 und der Ringdichtung 8 ist
ein Stützring 24 vorgesehen, der fest auf dem
Pumpenkolben 4 sitzt. Dieser verhindert ein Eindringen
der Ringdichtung 8 in den Führungsspalt zwischen
dem Führungsabschnitt 3 und dem Pumpenkolben 4.
Wird zusätzlich zu der ersten Lippe 5 eine zweite,
in Richtung der Ringdichtung 8 weisende Lippe vorgesehen,
kann ggf. auf einen derartigen Stützring 24 verzichtet
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005046048
A1 [0003, 0004, 0007]