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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe.
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Vorzugsweise
wird eine derartige Hochdruckpumpe als Förderpumpe zur Förderung
von Fluid für
ein Speichereinspritzsystem für
Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen eingesetzt.
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Speichereinspritzsysteme
für Brennkraftmaschinen
von Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Common-Rail-Systemen, sollen
den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen
können.
Die Hochdruckpumpe unterliegt in Speichereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge
starken Belastungen, insbesondere mechanischen Beanspruchungen.
Insbesondere müssen
von derartigen Hochdruckpumpen große Kräfte aufgenommen werden können. Damit
werden sowohl hohe Anforderungen an die Materialien, aus denen die
Komponenten der Hochdruckpumpe bestehen, als auch an die Konstruktion
der Hochdruckpumpe gestellt.
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Da
Hochdruckpumpen Drücken
von beispielsweise bis zu 2000 bar oder mehr ausgesetzt sind, müssen sie
hohen Beanspruchungen standhalten.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe zu schaffen, die
auch bei hohen Pumpendrücken
einen zuverlässigen
und präzisen
Betrieb ermöglicht
und dabei einem möglichst
geringen Verschleiß unterliegt.
Zugleich soll die Hochdruckpumpe kostengünstig herstellbar sein.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch eine Hochdruckpumpe zur Förderung
eines Fluids, mit einer drehbaren Antriebswelle, einer von der Antriebswelle
antreibbaren Pumpeneinheit, die ein Zylindergehäuse mit einer Fluideintrittskammer
und einer mit der Fluideintrittskammer hydraulisch koppelbaren Hochdruckkammer
aufweist, in der ein axial bewegbarer, mit der Antriebswelle in
Wirkverbindung stehender Hochdruckkolben angeordnet ist und die
mit Hochdruck beaufschlagbar ist, und einem Volumenstromsteuerventil,
das ausgebildet ist zum Einstellen des Fluidzuflusses in die Hochdruckpumpe,
wobei das Volumenstromsteuerventil wenigstens teilweise in der Fluideintrittskammer
angeordnet ist.
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Der
Begriff Fluid ist hier in seinem weiteren Sinne zu verstehen, das
Fluid kann also sowohl eine Flüssigkeit
als auch ein Gas sein.
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Eine
derartige Hochdruckpumpe hat den Vorteil, dass eine direkte hydraulische
Verbindung zwischen dem Volumenstromregelventil und der Fluideintrittskammer
der Hochdruckpumpe möglich
ist. Damit ist keine Verbindungsleitung zwischen dem Volumenstromregelventil
und der Fluideintrittskammer der Hochdruckpumpe erforderlich. Es
lässt sich insbesondere
ein kompakter Aufbau der Hochdruckpumpe mit integriertem Volumenstromregelventil
realisieren.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die Fluideintrittskammer in einem im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Abschnitt
des Zylindergehäuses
angeordnet, und der hohlzylinderförmige Abschnitt weist eine
Außenwand
auf. Dies ermög licht
eine einfache Anordnung des Volumenstromregelventils in der Fluideintrittskammer
der Hochdruckpumpe. Damit ist ein einfaches Fertigungskonzept für die Hochdruckpumpe
möglich.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Hochdruckpumpe einen Anschlussstutzen mit einem inneren
Fluidkanal zum Zuführen von
Fluid auf. Der Anschlussstutzen hat einen hohlzylinderförmigen Grundkörper mit
einer Innenwand, die fluiddicht an der Außenwand des hohlzylinderförmigen Abschnitts
anliegt, und in dem hohlzylinderförmigen Abschnitt des Zylindergehäuses ist
eine Fluiddurchtrittsöffnung
ausgebildet, mittels der der Fluidkanal hydraulisch mit der Fluideintrittskammer
gekoppelt ist. Dies hat den Vorteil, dass nur ein einziger gemeinsamer
Fluidanschluss zum Zuführen
von Fluid zu der Hochdruckpumpe und dem Volumenstromregelventil
erforderlich ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist in dem hohlzylinderförmigen
Grundkörper
im Bereich der Innenwand eine Ringnut ausgebildet, und der Anschlussstutzen
ist derart an dem hohlzylinderförmigen
Abschnitt des Zylindergehäuses
angeordnet, dass die Fluiddurchtrittsöffnung hydraulisch mit der
Ringnut gekoppelt ist. Dies hat den Vorteil, dass der Anschlussstutzen
in einem beliebigen Azimuthwinkel gegenüber dem hohlzylinderförmigen Abschnitt
des Zylindergehäuses
ausgerichtet sein kann.
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Besonders
bevorzugt ist, wenn der Anschlussstutzen mittels einer Schnappverbindung
mechanisch mit dem hohlzylinderförmigen
Abschnitt des Zylindergehäuses
gekoppelt ist. Dies hat den Vorteil, dass eine einfache, rasche
und sichere Kopplung zwischen dem Anschlussstutzen und dem hohlzylinderförmigen Abschnitt
des Zylindergehäuses
möglich ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Anschlussstutzen aus einem Material gebildet, das einen
Kunststoff aufweist. Damit ist eine einfache und kostengünstige Ausführung des
Anschlussstutzens möglich.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist in dem Zylindergehäuse
stromaufwärts
der Hochdruckkammer und stromabwärts
des Volumenstromsteuerventils ein Einlassventil angeordnet, und das
Einlassventil ist teilweise innerhalb des Volumenstromsteuerventils
angeordnet. Damit ist ein sehr kompakter Aufbau der Einheit aus
Hochdruckpumpe mit integriertem Volumenstromregelventil möglich.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Hochdruckpumpe in einem Längsschnitt,
und
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2 eine
schematische Ansicht der Hochdruckpumpe in einem Querschnitt entlang
der Linie II-II' der 1.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen
eine Hochdruckpumpe 10 mit einer Pumpeneinheit 12.
Die Hochdruckpumpe 10 kann insbesondere zur Kraftstoffhochdruckversorgung
bei einem Speichereinspritzsystem einer Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs verwendet werden.
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Die
Hochdruckpumpe 10 weist zentral eine Antriebswelle 16 auf,
die mit einem Nockenring mit Nocken 18 in Wirkverbindung
steht und um eine Drehachse D drehbar ist. In diesem Fall kann die
Anzahl der Förder-
und Kompressionshübe über die
Anzahl der Nocken 18 vorgegeben werden. Die Anzahl der
Förderbeziehungsweise
Kompressionshübe
entspricht dabei der Anzahl der Nocken. Anstelle des Nockenrings
mit den Nocken 18 können
auch ein Exzenterring und Gleitschuhe in Verbindung mit der Antriebswelle 16 zum
Einsatz kommen. Ebenso können anstelle
des Nockenrings mit den Nocken 18 auch ein kreisförmiger Ring
und ein Pilzkolben in Verbindung mit der Antriebswelle 16 eingesetzt
werden. Alternativ kann die Hochdruckpumpe 10 auch als
Kurbeltriebpumpe ausgeführt
sein.
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Die
Pumpeneinheit 12 besteht im Wesentlichen aus einem Zylindergehäuse 14 mit
einer Längsachse
L, einem Hochdruckkolben 20, einer in dem Zylindergehäuse 14 angeordneten
Hochdruckkammer 21, einer Feder 26 und einer Stößelbaugruppe 28.
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Das
Zylindergehäuse 14,
der Hochdruckkolben 20, die Hochdruckkammer 21 und
die Feder 26 sind zueinander koaxial angeordnet. Das Zylindergehäuse 14 ist
aus einem Metall, vorzugsweise einem Stahl gebildet.
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Der
Hochdruckkolben 20 ist axial bewegbar in der Hochdruckkammer 21 gelagert
und steht mit der Antriebswelle 16 und den Nocken 18 in
Wirkverbindung. Der Hochdruckkolben 20 wird mittels der Feder 26,
die vorzugsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und sich
vorzugsweise am Zylindergehäuse 14 und
am Hochdruckkolben 20 abstützt, in ständiger Anlage an die Nocken 18 gehalten.
Damit kann ein Abheben und Wiederauftreffen des Hochdruckkolbens 20 auf
die Nocken 18 vermieden werden, was zu Beschädigungen
sowohl der Nocken 18 als auch des Hochdruckkolbens 20 führen könnte.
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Um
die Hochdruckkammer 21 mit Fluid befüllen zu können, weist das Zylindergehäuse 14 eine Hochdruckkammerzulaufleitung 22 auf,
in der vorzugsweise ein Einlassventil 23 angeordnet ist.
Das Einlassventil 23 erleichtert die Befüllung der
Hochdruckkammer 21 und verhindert beim Befüllen das Zurückströmen des
Fluids aus der Hochdruckkammerzulaufleitung 22. Das Zylindergehäuse 14 weist weiter
eine Hochdruckkammerablaufleitung 24 und ein in dieser
angeordnetes Auslassventil 25 auf. Über die Hochdruckkammerablaufleitung 24,
das Auslassventil 25 und einen Hochdruckstutzen 29 kann
das Fluid aus der Hochdruckkammer 21 in einer Strömungsrichtung
F des Fluids in Richtung zu einem nicht dargestellten Fluidspeicher
ausgestoßen
werden.
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Während eines
Saughubs, das heißt
einer bezüglich
der 1 abwärts
gerichteten Bewegung des Hochdruckkolbens 20, wird Fluid,
insbesondere Kraftstoff aus der Hochdruckkammerzulaufleitung 22 über das
Einlassventil 23 in die Hochdruckkammer 21 gefördert, wobei
das Auslassventil 25 geschlossen ist. Während eines Pumphubs, das heißt einer bezüglich der 1 aufwärts gerichteten
Bewegung des Hochdruckkolbens 20, wird der in der Hochdruckkammer 21 befindliche
Kraftstoff komprimiert beziehungsweise über das Auslassventil 25 unter
hohem Druck abgegeben, wobei das Einlassventil 23 geschlossen
ist.
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In
dem Zylindergehäuse 14 ist
eine Fluideintrittskammer 30 angeordnet, die über das
Einlassventil 23 hydraulisch mit der Hochdruckkammer 21 gekoppelt
ist. Die Fluideintrittskammer 30 ist derart in dem Zylindergehäuse 14 angeordnet,
dass ein hohlzylinderförmiger
Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14 ausgebildet
ist. Der hohlzylinderförmige
Abschnitt 32 weist eine Außenwand 34 aus. In
dem hohlzylinderförmigen
Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14 sind eine
oder mehrere Fluiddurchtrittsöffnungen 36 ausgebildet,
die sich, bezogen auf die Längsachse
L des Zylindergehäuses 14,
in radialer Richtung erstrecken. In der Fluideintrittskammer 30 ist
ein Volumenstromsteuerventil 40 angeordnet. In der hier
dargestellten Ausführungsform
ist das Volumenstromsteuerventil 40 lediglich teilweise
in der Fluideintrittskammer 30 angeordnet. In weiteren
Ausführungsformen kann
das Volumenstromsteuerventil 40 auch vollständig in
der Fluideintrittskammer 30 angeordnet sein.
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Das
Volumenstromsteuerventil 40 dient dazu, den Fluidfluss
in die Hochdruckpumpe 10 einzustellen. Das Volumenstromsteuerventil 40 hat
eine Ventilzulaufleitung 42 und eine Ventilablaufleitung 44.
Zentral in dem Volumenstromsteuerventil 40 ist ein Ventilstößel 46 ausgebildet.
Abhängig
von der axialen Stellung des Ventilstößels 46 kann ein Fluidfluss
von der Ventilzulaufleitung 42 zu der Ventilablaufleitung 44 ermöglicht sein
oder dieser unterbunden werden.
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Das
Volumenstromsteuerventil 40 ist mittels einer Verschraubung 48 fest
in dem hohlzylinderförmigen
Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14 angeordnet.
In weiteren Ausführungsformen
kann das Volumenstromsteuerventil 40 anstelle der Verschraubung 48 auch
eine Rastverbindung aufweisen, um das Volumenstromsteuerventil 40 fest
in dem hohlzylinderförmigen
Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14 zu befestigen.
Des Weiteren können
zusätzlich
oder alternativ Verbindungselemente zur Befestigung des Volumenstromsteuerventils 40 in
dem hohlzylinderförmigen
Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14 eingesetzt
werden.
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Mittels
eines oder mehrerer Dichtelemente 50 kann ein Austreten
von Fluid aus dem Volumenstromsteuerventil 40 nach außen beziehungsweise ein
unbeabsichtigtes Eindringen von Fluid in die Ventilablaufleitung 44 verhindert
werden.
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Durch
eine derartige Anordnung des Volumenstromsteuerventils 40 in
der Fluideintrittskammer 30 kann eine direkte hydraulische
Verbindung zwischen dem Volumenstromsteuerventil 40 und
der Fluideintrittskammer 30 erreicht werden. Damit ist keine
Verbindungsleitung zwischen dem Volumenstromsteuerventil 40 und
der Fluideintrittskammer 30 der Hochdruckpumpe 10 erforderlich.
Es kann so insbesondere ein besonders kompakter Aufbau der Hochdruckpumpe 10 mit
dem integrierten Volumenstromsteuerventil 40 erreicht werden.
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In
der hier gezeigten Ausführungsform
ist das Einlassventil 23 teilweise innerhalb des Volumenstromsteuerventils 40 angeordnet.
Damit lässt sich
ein sehr kompakter Aufbau der Hochdruckpumpe 10 mit einer
Integration des Volumenstromsteuerventils 40 und des Einlassventils 23 in
einem Bauraum des Zylindergehäuses 14 erreichen.
Das Einlassventil 23 kann jedoch auch vollständig außerhalb des
Volumenstromsteuerventils 40 angeordnet sein.
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Die
Hochdruckpumpe 10 weist weiter einen Anschlussstutzen 52 auf,
mit einem hohlzylinderförmigen
Grundkörper 54 und
einem Rohrabschnitt 56. Der Anschlussstutzen 52 ist
bevorzugt aus einem Material gebildet, das einen Kunststoff aufweist.
Besonders bevorzugt ist ein Anschlussstutzen 52 vollständig aus
einem Kunststoff gebildet.
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Der
hohlzylinderförmige
Grundkörper 54 weist
einen durchgehenden Fluidkanal 58 in Richtung der Längsachse
L des Zylindergehäuses 14 auf. Der
Fluidkanal 58 des Anschlussstutzens 52 dient dem
Zuführen
von Fluid zu der Fluideintrittskammer 30 und damit weiter
zu der Hochdruckkammer 21 der Hochdruckpumpe 10.
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Der
hohlzylinderförmige
Grundkörper 54 hat eine
Innenwand 62, die fluiddicht an der Außenwand 34 des hohlzylinderförmigen Abschnitts 32 des
Zylindergehäuses 14 anliegt.
Mittels der Fluiddurchtrittsöffnung 36 ist
der Fluidkanal 58 hydraulisch mit der Fluideintrittskammer 30 gekoppelt.
Damit kann erreicht werden, dass der Anschlussstutzen 52 als
einziger gemeinsamer Fluidanschluß für die Hochdruckkammer 21 der
Hochdruckpumpe 10 und das Volumenstromsteuerventil 40 ausgebildet
ist.
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In
dem hohlzylinderförmigen
Grundkörper 54 des
Anschlussstutzens 52 ist eine Ringnut 60 ausgebildet,
durch die ein Fluidfluss von dem Fluidkanal 58 zu der Ventilzulaufleitung 42 des
Volumenstromsteuerventils 40 unabhängig von der Stellung des Anschlussstutzens 52 in
Bezug auf einen Azimuthwinkel ALPHA zwischen dem Anschlussstutzen 52 und einer
vorgegebenen Bezugslinie (in der hier dargestellten Ausführungsform
beispielhaft bezüglich
einer Mittelachse M des Hochdruckstutzens 29) ermöglicht ist
(2).
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In
der hier gezeigten Ausführungsform
ist der Anschlussstutzen 52 mittels einer Schnappverbindung 64 in
Richtung der Längsachse
L des Zylindergehäuses 14 mit
dem hohlzylinderförmigen
Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14 gekoppelt.
Die Schnappverbindung 64 ermöglicht eine sichere Kopplung
zwischen dem Anschlussstutzen 52 und dem hohlzylinderförmigen Abschnitt 32 des
Zylindergehäuses 14.
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Zwischen
der Innenwand 62 des Grundkörpers 54 und der Außenwand 34 des
Zylindergehäuses 14 sind
weitere Dichtelemente 66 angeordnet, mittels denen eine
Fluidleckage zwischen dem hohlzylinderförmigen Abschnitt 32 des
Zylindergehäuses 14 und
dem Anschlussstutzen 52 vermieden werden kann.
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Insgesamt
erlaubt eine Realisierung einer derartigen Hochdruckpumpe 10 einen
sehr kompakten Aufbau der Pumpeneinheit 12, wodurch eine
besonders kostengünstige
Konstruktion der Hochdruckpumpe 10 mit wenigen Einzelteilen
und ein sehr kleiner Bauraum inklusive des Volumenstromsteuerventils 40 erreicht
werden kann.
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Im
Folgenden soll die Funktionsweise der Hochdruckpumpe 10 beschrieben
werden:
Im Ausgangszustand soll sich der Hochdruckkolben 20 in
einer Position in der Pumpeneinheit 12 befinden, in der
er einen maximalen Abstand von der Antriebswelle 16 aufweist,
wie in 1 dargestellt.
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Durch
eine Drehbewegung der Antriebswelle 16 um die Drehachse
D wird der Hochdruckkolben 20 mittels der Nocken 18 in
Richtung der Längsachse
L zu der Antriebswelle 16 hinbewegt. Durch die Bewegung
des Hochdruckkolbens 20 wird die Hochdruckkammer 21 vergrößert und
das Fluid wird über
den Fluidkanal 58 und die Ringnut 60 des Anschlussstutzens 52,
die Fluiddurchtrittsöffnung 36 des
Zylindergehäuses 14,
die Ventilzulaufleitung 42 und die Ventilablaufleitung 44 des
Volumenstromsteuerventils 40, und die Fluideintrittskammer 30 über das
als Rückschlagventil
ausgebildete Einlassventil 23 in die Hochdruckkammer 21 geführt. Dabei
wird die Hochdruckkammer 21 mit Fluid befüllt.
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Durch
die weitere Drehbewegung der Antriebswelle 16 wird der
Hochdruckkolben 20 durch die Nocken 18 in Richtung
der Längsachse
L von der Antriebswelle 16 wegbewegt und verdichtet dabei
das in der Hochdruckkammer 21 befindliche Fluid. Hierbei können Drücke von
bis zu 2000 bar in der Hochdruckkammer 21 auftreten. Das
komprimierte Fluid kann im Anschluss an den Kompressionshub über die
Hochdruckkammerablaufleitung 24 und das nun geöffnete Auslassventil 25 ausgestoßen werden.
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Handelt
es sich bei der Hochdruckpumpe 10 etwa um eine Kraftstoffhochdruckpumpe
einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, so kann der mit
hohem Druck beaufschlagte Kraftstoff zu einem als Hochdruckkraftstoffspeicher
ausgebildeten Fluidspeicher, dem so genannten Common-Rail gelangen.
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- 10
- Hochdruckpumpe
- 12
- Pumpeneinheit
- 14
- Zylindergehäuse
- 16
- Antriebswelle
- 18
- Nocken
- 20
- Hochdruckkolben
- 21
- Hochdruckkammer
- 22
- Hochdruckkammerzulaufleitung
- 23
- Einlassventil
- 24
- Hochdruckkammerablaufleitung
- 25
- Auslassventil
- 26
- Feder
- 28
- Stößelbaugruppe
- 29
- Hochdruckstutzen
- 30
- Fluideintrittskammer
- 32
- hohlzylinderförmiger Abschnitt
des Zylindergehäuses
- 34
- Außenwand
des hohlzylinderförmigen
Abschnitts
- 36
- Fluiddurchtrittsöffnung des
Zylindergehäuses
- 40
- Volumenstromsteuerventil
- 42
- Ventilzulaufleitung
- 44
- Ventilablaufleitung
- 46
- Ventilstößel
- 48
- Verschraubung
- 50
- Dichtelement
- 52
- Anschlussstutzen
- 54
- hohlzylinderförmiger Grundkörper des
Anschlussst.
- 56
- Rohrabschnitt
des Anschlussstutzens
- 58
- Fluidkanal
- 60
- Ringnut
- 62
- Innenwand
des Grundkörpers
- 64
- Schnappverbindung
- 66
- Dichtelement
- F
- Strömungsrichtung
des Fluids
- L
- Längsachse
des Zylindergehäuses
- D
- Drehachse
- M
- Mittelachse