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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Montageverfahren für eine solche Kolbenpumpe.
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Kolbenpumpen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Beispielsweise werden in Fahrzeugbremsanlagen häufig Radialkolbenpumpen mit mehreren Pumpelementen zur Förderung von Druckmitteln verwendet, bei welchen wenigstens ein Kolben mittels eines Exzenters hin und her bewegt werden kann. Typischerweise bestehen diese sogenannten Pumpenelemente aus einem Kolben, einer häufig als Zylinder ausgebildeten Kolbenlauffläche, Einlass- und Auslassventilen sowie Dichtelementen. Die Ventile dienen der Fluidsteuerung bei der Pumpbewegung des Kolbens. Hierbei dient das Einlassventil dazu, das Fluid während der Verdichtungsphase nicht in den Ansaugraum zurückströmen zu lassen. Das Auslassventil verhindert die Rückströmung des Fluides von der Druckseite in den Pumpeninnenraum und ist typischerweise im Deckel der Pumpe untergebracht. Zur Geräusch- und Pulsationsoptimierung ist zum Drosseln der Fluidströmung nach dem Auslassventil mindestens eine Drosselanordnung vorgesehen.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 002 740 A1 wird beispielsweise eine Kolbenpumpe zur Bremsdruckregelung in einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage beschrieben. Die beschriebene Kolbenpumpe umfasst ein Pumpengehäuse, eine im Pumpengehäuse angeordnete Aufnahmebohrung für die Kolbenpumpe und einen die Aufnahmepumpe nach außen verschließenden Ventildeckel, in welchem ein Auslassventil und erste und zweite Kanalabschnitte eines Abströmkanals untergebracht sind. Die Abströmgeometrie beeinflusst das Geräuschverhalten der Kolbenpumpe und wird deswegen meist mit einer geeigneten Verjüngung des Abströmkanals ausgeführt, welche dann eine Drosselwirkung darstellt.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 027 555 A1 wird beispielsweise eine Kolbenpumpe mit reduzierter Geräuschentwicklung beschrieben. Die beschriebene Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden umfasst einen Kolben, ein Zylinderelement und einen zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil angeordneten Druckraum, welcher von einem Deckel abgeschlossen ist, wobei das Auslassventil einen als Kugel ausgeführten Schließkörper, eine auf den Schließkörper wirkende als Spiralfeder ausgeführte Vorspanneinrichtung, ein Basiselement zum Abstützen der Vorspanneinrichtung und ein Scheibenelement umfasst, und wobei ein Dichtsitz des Auslassventils am Scheibenelement angeordnet ist. Durch die Verwendung des Scheibenelements soll sichergestellt werden, dass Bauteiltoleranzen verschiedener Bauteile der Kolbenpumpe sich nicht negativ auf das Auslassventil auswirken können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Sensoreinheit für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine kostenneutrale Vorzentrierung eines als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelements in einem Deckel ohne Behinderung der Schwingbewegung des Drosselelements im Betrieb ermöglicht wird.
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Der Kern der Erfindung ist eine kostenneutrale Zentrierung des als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelements. Das Drosselelement wird bei der Montage in den Deckel der Kolbenpumpe eingebracht. Danach wird der Pumpenzylinder auf den Deckel gepresst. Im Pumpenzylinder ist zwar eine Zentrierung des Drosselelements vorgesehen, es kann aber aufgrund der schnellen Montage zu einer Verformung eines nicht ausreichend vorzentrierten Drosselelements kommen. Daher ist es sinnvoll das Drosselelement vor Montage des Pumpenzylinders im Deckel vorzuzentrieren. Diese Vorzentrierung darf das Drosselelement in seiner Bewegung allerdings nicht einschränken, denn ein blockiertes Drosselelement verhindert die Funktion der Kolbenpumpe und kann durch eine Überlastung eines Antriebs zu einem Ausfall des Systems führen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden zur Verfügung, welche einen Zylinder, einen im Zylinder beweglich gelagerten Kolben, und einen zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil angeordneten Druckraum umfasst, welcher von einem Deckel abgeschlossen ist, wobei in der Fluidströmung nach dem Auslassventil ein Drosselelement zum Drosseln der Fluidströmung vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist das Drosselelement als federelastische Scheibe ausgeführt, welche in den Deckel eingebracht ist, wobei im Deckel Mittel zur Vorzentrierung des Drosselelements vorhanden sind.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage einer Kolbenpumpe, welche einen Zylinder, einen im Zylinder beweglich gelagerten Kolben, und einen zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil angeordneten Druckraum umfasst, welcher von einem Deckel abgeschlossen ist, wobei in der Fluidströmung nach dem Auslassventil ein Drosselelement zum Drosseln der Fluidströmung vorgesehen ist, wird das Drosselelement als federelastische Scheibe ausgeführt und in den Deckel eingebracht. Hierbei bewirken im Deckel angeordnete Zentriermittel eine Vorzentrierung des Drosselelements im Deckel und das Zylinderelement wird nach dem Einbringen und der Vorzentrierung des Drosselelements in den Deckel eingepresst.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Kolbenpumpe möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass am Deckel mindestens zwei Pressstege ausgebildet sind, an welchen der Zylinder mit dem Deckel verpresst ist, wobei mindestens eine zwischen zwei Pressstegen ausgebildete Aussparung als Abströmkanal für die Fluidströmung wirkt. Die Zentriermittel umfassen beispielsweise mindestens eine Fase, welche in Anpressrichtung hintenliegend an einem solchen Presssteg angeordnet ist. In diesem Bereich kann es in vorteilhafter Weise zu keinen Behinderungen aufgrund des Einpressens des Zylinders kommen. Des Weiteren können die Fasen kostenneutral in dem beispielsweise als Kaltschlagteil ausgeführten Deckel umgesetzt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe weisen die einzelnen Fasen jeweils einen spitzen Winkel auf, welcher vorzugsweise größer als 60° ist. Aufgrund des spitzen Winkels kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass das Drosselelement im Betrieb nicht an der Fase bzw. den Zentriermitteln klemmt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ist im Deckel ein Ringkanal ausgebildet, welcher vom Drosselelement abgedeckt und bei geöffnetem Auslassventil mit Fluid gefüllt ist, welches über das Drosselelement in mindestens einen Abströmkanal abfließt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ist das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement zwischen dem Zylinder und dem Deckel angeordnet und stellt den Strömungsquerschnitt in dem mindestens einen Abströmkanal in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen seiner Oberseite und der Unterseite variabel ein. Durch diesen variablen Drosselquerschnitt kann mit einfachen und kostengünstigen Bauteilen, welche prozesssicher zu montieren sind, eine Reduktion von Pulsationen in einem Fluidsystem und ein robustes Design erzielt werden. Das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement kann unter einer definierten Vorspannung zwischen dem Deckel und dem Zylinder angeordnet werden, so dass ein Öffnungsdifferenzdruck vorgegeben ist. Die Druckdifferenz hebt das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement von der Seite mit dem höheren Druck ab, so dass das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement entlang der Symmetrieachse eine Deformationsbewegung ausführt und den Strömungsquerschnitt vergrößert.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe kann die Deformationsbewegung des als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelements durch eine entsprechende Formgebung einer Stirnfläche des Zylinders begrenzt werden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Lebensdauer des Drosselelements gesteigert werden. Im Bereich des Anschlags kann eine fluidische Endlagendämpfung das Öffnungs- und Geräuschverhalten weiter optimieren.
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Besonders vorteilhaft ist, dass das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement eine durchströmbare erste Öffnung aufweist, wobei bei einer abgehobenen Stellung des als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelements die erste Öffnung des als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelements durchströmt und/oder das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement umströmt ist.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ist eine unabhängig vom Differenzdruck freigegebene zweite Öffnung mit einem definierten konstanten Strömungsquerschnitt vorhanden. Die zweite Öffnung kann beispielsweise als Bohrung in das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement und/oder als Vertiefung in Auflager eingebracht und/oder als Ringspalt ausgeführt werden. Die zweite Öffnung im als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelement wirkt als zusätzliche statische Drossel und ermöglicht eine einfache und kostengünstige Implementierung einer dynamischen Drossel mit einem statischen Anteil. Der Vorteil einer solchen Konstruktion liegt darin, dass die positiven Funktionen einer dynamischen Drossel sehr kostengünstig und montagefreundlich mit einer statischen Drossel kombiniert und integriert werden können. Es handelt sich um ein zusätzliches Bauteil, das beispielsweise als Stanzteil oder als geätztes Bauteil ausgeführt werden kann. Wenn eine bestimmte Druckdifferenz erreicht wird, biegt sich das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement durch und die dynamische Drossel öffnet, so dass zusätzlich eine große Fluidmenge abströmen kann. Unterhalb der vorgegebenen Druckdifferenz strömt eine kleinere Fluidmenge über die statische Drossel, d.h. durch die zweite Öffnung ab.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung eines hinteren Bereichs eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden.
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2 zeigt eine Detaildarstellung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe aus 1 in einem ersten Zustand.
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3 zeigt eine Detaildarstellung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe aus 1 in einem zweiten Zustand.
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4 zeigte eine perspektivische Darstellung eines Drosselelements für die Kolbenpumpe aus 1.
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5 zeigte eine perspektivische Darstellung eines Zylinders für die Kolbenpumpe aus 1.
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6 zeigte eine perspektivische Darstellung eines Deckels für die Kolbenpumpe aus 1.
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7 zeigt eine perspektivische Detaildarstellung des Deckels für eine Kolbenpumpe aus 6.
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8 zeigte eine perspektivische Darstellung des Deckels aus 6 oder 7 mit dem eingelegten Drosselelement aus 4.
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9 zeigt eine perspektivische Detaildarstellung eines Ausschnitts des Deckels für eine Kolbenpumpe aus 6 bis 8 mit einem eingepressten Zylinder.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Bei der Integration einer dynamischen Drossel in eine Kolbenpumpe, die beispielsweise in einem Antiblockiersystem (ABS) und/oder für ein elektronisches Stabilitätsprogramm im Fahrzeug eingesetzt wird, kann die Zentrierung des Drosselelements beispielsweise durch eine kleine Fase am Zylinder vorgenommen werden. Eine Grobzentrierung über den Außendurchmesser des Drosselelements am Deckel ist nur bedingt möglich, da aufgrund der hohen Einpressgeschwindigkeiten des Zylinders in den Deckel eine Verformung des Drosselelements stattfinden kann, wenn diese nicht korrekt zentriert ist. Außerdem muss verhindert werden, dass das Drosselelement einseitig anliegt und es so zu einem evtl. Klemmen des Drosselelements kommen kann. Durch ein klemmendes Drosselelement wird die Knickfunktion des dynamischen Drosselelements verhindert und der hohe Durchfluss wird verhindert. Dies kann u. U. zu einem Komplettausfall des Systems führen, da der Antrieb überlastet wird.
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Wie aus 1 bis 9 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1 zur Förderung von Fluiden in einem Fahrzeugbremssystem einen nicht dargestellten Kolben, einen Zylinder 20 und einen zwischen einem nicht dargestellten Einlassventil und einem Auslassventil 5 angeordneten Druckraum 24, welcher von einem Deckel 10 abgeschlossen ist, wobei in einer Fluidströmung 3 nach dem Auslassventil 5 ein Drosselelement 30 zur Drosselung der Fluidströmung 3 vorgesehen ist.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, umfasst das Auslassventil 5 einen als Kugel ausgeführten Schließkörper 5.1, einen Auslassventilsitz 5.2 sowie eine Rückstellfeder 5.3 und stellt die Fluidströmung 3 zwischen einer Auslassöffnung 26 des Druckraums 24 und mindestens einem Abströmkanal 7 der Kolbenpumpe 1 ein. Das Drosselelement 30 ist als federelastische Scheibe ausgeführt und zwischen dem Deckel 10 und dem Zylinder eingespannt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement 30 eine erste Öffnung 34 auf, welche an die Abmessung des Schließkörpers 5.1 angepasst ist.
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Wie aus 1 bis 5 weiter ersichtlich ist, ist das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement 30 zwischen einem ersten Auflager am Zylinder 20 und einem zweiten und dritten im Deckel 10 angeordneten Auflager eingespannt. Zur Einstellung der Vorspannung des als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelements 30 besteht zwischen dem im Deckel 10 angeordneten zweiten Auflager, an welchem der äußere Rand des als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelements 30 aufliegt, und dem im Deckel 10 angeordneten dritten Auflager, an welchem der innere Rand des als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelements 30 im Bereich der ersten Öffnung 34 aufliegt, ein Versatz dv1, welcher zu einer Vorspannung im als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelement 30 führt, welche von einem herrschenden Fluiddruck aufgebracht werden muss, um den äußeren Rand des als federelastische Scheibe ausgeführtes Drosselelements 30 vom dritten Auflager abzuheben. Hierbei liegt der innere Rand des als federelastische Scheibe ausgeführtes Drosselelements 30 unabhängig vom herrschenden Druck sowohl am ersten am Zylinderelement 20 angeordneten ersten Auflager und dem im Deckel 10 angeordneten zweiten Auflager auf.
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Wie aus 1 bis 5 weiter ersichtlich ist, ist eine Deformationsbewegung ds1 des als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelements 30 durch eine entsprechende Formgebung einer Stirnfläche 22 des Zylinders 20 begrenzt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stirnfläche 22 gewölbt ausgeführt, wobei die Abmessungen der Wölbung die maximal mögliche Deformationsbewegung des als federelastische Scheibe ausgeführtes Drosselelements 30 vorgeben. 2 zeigt die Kolbenpumpe 1 bei einem Differenzdruck, der niedriger als ein vorgegebenen Grenzdruckwert ist, so dass das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement an allen Auflagern anliegt und nur die statische Drossel wirkt, so dass ein abfließender Fluidstrom 3.1 durch eine als Bohrung in das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement 30 eingebrachte zweite Öffnung 36 bestimmt wird. 3 zeigt die Kolbenpumpe 1 bei einem Differenzdruck, der höher als der vorgegebene Grenzdruckwert ist, so dass der äußere Rand des als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelements 30 vom dritten Auflager abgehoben ist und nur noch der innere Rand des als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelements am ersten und zweiten Auflager anliegt. In diesem Zustand wirkt die dynamische Drossel, so dass das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement von einem weiteren Fluidstrom 3.2 umströmt wird, welcher mit dem durch die zweite Öffnung 36 fließenden Fluidstrom 3.1 einen abfließenden Gesamtfluidstrom 3 bildet. Im Deckel 10 ist ein Ringkanal 12 ausgebildet, welcher vom Drosselelement 30 abgedeckt ist. Das Fluid gelangt bei geöffnetem Auslassventil 5, d.h. bei aus dem Auslassventilsitz 5.2 abgehobenem Schließkörper 5.1, über einen Verbindungskanal 14 in den Ringkanal 58 und fließt über das Drosselelement 30 in mindestens einen Abströmkanal 7 ab.
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Wie aus 6 bis 9 weiter ersichtlich ist, sind im Deckel 10 erfindungsgemäß Zentriermittel 18 vorhanden, welche eine Vorzentrierung des Drosselelements 30 im Deckel 10 bewirken. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Deckel 10 sechs Pressstege 16 ausgebildet, an welchen der Zylinder 20 mit dem Deckel 10 verpresst werden kann. Zwischen zwei Pressstegen 16 ist jeweils eine Aussparung 17 ausgebildet, welche bei eingepresstem Zylinder 20 als Abströmkanäle 7 für die Fluidströmung 3 wirken. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Deckel 10 der Kolbenpumpe 1 sechs Aussparungen 18 und die Kolbenpumpe 1 somit sechs Abströmkanäle 7 auf.
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Wie aus 6 bis 9 weiter ersichtlich ist, umfassen die Zentriermittel 18 mindestens eine Fase, welche jeweils in Anpressrichtung hintenliegend am Presssteg 16 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Zentriermittel 18 sechs Fasen. Wie aus 9 ersichtlich ist, weisen die einzelnen Fasen 18 jeweils einen spitzen Winkel α auf, der vorzugsweise größer als 60° ist, um ein Verklemmen des als federelastische Scheibe ausgeführten Drosselelements 30 zu verhindern.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage einer Kolbenpumpe, wird das Drosselelement 30 als federelastische Scheibe ausgeführt und in den Deckel 10 eingebracht. Durch die im Deckel 10 angeordneten Zentriermittel 18 wird eine Vorzentrierung des Drosselelements 30 im Deckel 10 bewirkt, und das Zylinderelement 20 kann nach dem Einbringen und der Vorzentrierung des Drosselelements 30 in den Deckel 10 eingepresst werden, ohne das als federelastische Scheibe ausgeführte Drosselelement 30 zu verformen bzw. zu beschädigen. An der Auslassöffnung 26 des Zylinders 20 sind zweite Zentriermittel 28 vorgesehen, die als an die erste Öffnung 34 im Drosselelement 30 angepasster umlaufender Kragen ausgeführt sind und eine abschließenden Zentrierung des Drosselelements 30 bewirken.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise eine kostenneutrale Vorzentrierung des Drosselelements im Deckel der Kolbenpumpe.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008002740 A1 [0003]
- DE 102006027555 A1 [0004]
