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Die Erfindung betrifft eine Strahlpumpe, einen Motor mit einer Strahlpumpe und die Verwendung einer Strahlpumpe.
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Strahlpumpen werden u. A. bei Bremskraftverstärkersystemen mit einem Unterdruck-Bremskraftverstärker eingesetzt. Dabei dient die Strahlpumpe zur Erhöhung des Unterdrucks in dem mit einem Unterdruckerzeuger verbundenen Bremskraftverstärker. Bei bekannten Anlagen dieser Art wird die Strahlpumpe in eine vom Bremskraftverstärker zu einem Unterdruckerzeuger führende Saugleitung eingesetzt, um bei Bedarf die Saugleistung des Unterdruckerzeugers zu verstärken.
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Hierzu weist die Strahlpumpe einen Empfängeranschluss auf, der mit einem Unterdruckerzeuger verbunden ist. Durch einen Sendeanschluss der Strahlpumpe wird ein Treibfluid (z. B. ein Luftgemisch) in den Sendeanschluss hinein und zu dem Empfängeranschluss hinausgesaugt. Das Treibfluid durchläuft dabei die Strahlpumpe innerhalb eines ersten Strömungskanals von dem Sendeanschluss zum Empfängeranschluss. Eine solche Strahlpumpe weist regelmäßig einen Absauganschluss auf, der z. B. mit einem Bremskraftverstärker verbunden ist, in dem ein Unterdruck erzeugt werden soll. Solange ein Treibfluid durch den ersten Strömungskanal gesaugt wird, entsteht in einem zwischen dem Sendeanschluss und dem Empfängeranschluss angeordnetem Mischbereich ein Unterdruck, durch den ein Absaugfluid durch den Absauganschluss angesaugt wird, sich mit dem Treibfluid vermischt und mit ihm aus dem Empfängeranschluss austritt.
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Eine solche Strahlpumpe ist z. B. aus der
DE 43 10 761 bekannt.
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Als Unterdruckerzeuger wird für solche Strahlpumpen beispielsweise der Unterdruck eines Motors verwendet. Die Saugleistung einer solchen Strahlpumpe ist abhängig vom Design der Anschlüsse und Strömungskanäle. Bei sehr effektiven, also hochqualitativen Strahlpumpen tritt das Problem auf, das der Motor eines Fahrzeuges in bestimmten Betriebszuständen schwacher Last durch die Luftzufuhr aus der Strahlpumpe überlastet wird. Dabei erhalten die Verbrennungsräume des Motors einen zusätzlichen, ungeregelten Luftstrom, der nicht über einen Luftmassenmesser läuft. Dadurch wird die Lastregelung des Motors gestört und es stellt sich ein „ruckelnder” Betrieb ein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Strahlpumpe mit hoher Saugleistung bereitzustellen, bei der eine Motorüberlastung durch ein aus der Empfängerdüse ausgestoßenes Fluid vermieden werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Strahlpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine solche Strahlpumpe weist zumindest drei Ein- bzw. Ausgänge auf: Einen Sendeanschluss zum Einführen eines Treibfluids in die Strahlpumpe, einen Absauganschluss zum Einsaugen eines Absaugfluids durch die Strahlpumpe und einen Empfängeranschluss zum Ausführen sowohl von Treibfluid als auch Absaugfluid aus der Strahlpumpe hinaus. Dabei ist der Empfängeranschluss so in der Strahlpumpe angeordnet, dass ein erster Strömungskanal von dem Sendeanschluss zu dem Empfängeranschluss innerhalb der Strahlpumpe gebildet wird. Der Absauganschluss ist so angeordnet, dass ein zweiter Strömungskanal von dem Absauganschluss zu dem Empfängeranschluss gebildet wird. Die Strahlpumpe weist weiterhin einen Mischbereich auf, der mittig zwischen dem Empfängeranschluss, dem Sendeanschluss und dem Absauganschluss angeordnet ist. Im Mischbereich ist Absaugfluid aus dem zweiten Strömungskanal mit Treibfluid aus dem ersten Strömungskanal so mischbar, dass in dem zweiten Strömungskanal angeordnetes Absaugfluid in den ersten Strömungskanal gesaugt wird. Dabei erfolgt im Mischbereich ein Impulsübertrag, durch den ein im zweiten Strömungskanal befindliches Absaugfluid durch den Absauganschluss in den Mischbereich und zusammen mit dem Treibfluid aus dem Empfängeranschluss herausgepumpt wird. Das Absaugen funktioniert nach dem Prinzip der Strahlpumpe bzw. dem Venturiprinzip.
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Die Strahlpumpe weist einen schaltbaren Absperrmechanismus auf, der zumindest teilweise so in den Mischbereich einführbar ist, dass er den ersten Strömungskanal absperrt.
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Bei dem Treibluftfluid und dem Absaugfluid kann es sich sowohl um eine Flüssigkeit handeln, als auch um ein Gasgemisch wie z. B. um das Luftgemisch handeln, das zur Kolbenbewegung eines Motors verwendet wird.
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Eine solche Strahlpumpe kann insbesondere bei Fahrzeugen verwendet werden, die einen Motor aufweisen und ein Fahrzeugelement, in dem ein Unterdruck bzw. ein Vakuum benötigt wird. Ein solches Fahrzeugelement kann z. B. ein Bremsverstärker sein.
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Dabei sind weder das Treibfluid noch das Absaugfluid ein Teil der Strahlpumpe, sie werden jedoch beide durch die Strahlpumpe gesogen bzw. getrieben.
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Bei einem normalen Motor kann der durch die Kolbenbewegung entstehende Unterdruck des Motorblocks ausgenutzt werden, indem der Empfängeranschluss mit dem Motorblock als Unterdruckerzeuger verbunden wird. Ein Unterdruck im Motor saugt ein Luftgemisch als Treibfluid in den Sendeanschluss der Strahlpumpe hinein, durch den ersten Strömungskanal hindurch und aus dem Empfängeranschluss hinaus. Die Strahlpumpe funktioniert dabei nach dem Prinzip einer Saugstrahlpumpe.
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Ein turboaufgeladener Motor weist nur in geringen Teillastbereichen einen Unterdruck im Motoraubsaugbereich auf. Deswegen wäre eine Saugstrahlpumpe bei einem turboaufgeladenen Motor weniger effektiv als bei einem normalen Motor. Ein turboaufgeladener Motor weist jedoch regelmäßig einen Überdruckerzeuger auf, in dem ein Luftgemisch verdichtet wird und anschließend in den turboaufgeladenen Motor geleitet wird. Ein Teil dieses verdichteten Gasgemisches kann als Treibgas für die Strahlpumpe verwendet werden, indem der Überdruckerzeuger des turboaufgeladenen Motors mit dem Sendeanschluss der Strahlpumpe verbunden wird. Dabei wird ein verdichtetes Luftgemisch als Treibfluid in den Sendeanschluss hinein und zum Empfängeranschluss hinaus gepreßt. Die Strahlpumpe funktioniert dabei nach dem Prinzip der Treibstrahlpumpe.
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Der Mischbereich wird von dem Treibfluid ungeführt durchströmt, im Gegensatz dazu wird es in dem Sende- und Empfangeranschluss durch deren hohle Ausbildung (z. B. in Düsenform) geführt. Im Mischbereich ist ein freier Impulsübertrag von dem Treibfluid auf das Absaugfluid erwünscht, der durch einen freien Strömungskanalverlauf verstärkt wird. Versuche haben gezeigt, dass eine Störung des ersten Strömungskanals im Mischbereich (also einem Bereich freier Strömung) den Strömungsverlauf besonders stark stört, wobei eine besonders effektive Absperrung des ersten Strömungskanals bewirkt wird.
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Bei einer effektiven Strahlpumpe wird zum Beschleunigen des Treibfluids der Sendeanschluss in Form einer Sendedüse ausgebildet, um so dem Treibfluid ausreichend Geschwindigkeit mitzugeben, um das Absaugfluid aus dem zweiten Strömungskanal abzusaugen.
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Eine im Mischbereich angeordnete Düse dient zum Einführen des Treibfluids zusammen mit dem Absaugfluid in den Empfängeranschluss und kann die Form einer Lavaldüse aufweisen.
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Der Absperrmechanismus ist ein- und ausschaltbar ausgebildet, so dass er in einem offen geschaltenen Zustand ein normales Betreiben der Strahlpumpe erlaubt. In einem geschlossen geschaltenen Zustand unterbricht er den ersten Strömungskanal, so dass ein Absaugen des Absaugfluids aus dem zweiten Strömungskanal gestoppt wird. Die Form und vor allem der Durchmesser des ersten Strömungskanals ist dabei entscheidend für die Pumpleistung der Strahlpumpe. Dabei kann unter Umständen bereits eine geringe Veränderung der Ausgestaltung (und insbesondere des Querschnitts) des ersten Strömungskanals bewirken, dass der Fluss des Treibfluids durch den ersten Strömungskanal entscheidend gestört und die Pumpleistung der Strahlpumpe weit genug gesenkt wird, um eine Absperrung des ersten Strömungskanals zu erreichen. Der Begriff „absperren” bedeutet also eine Störung des Strömungskanals insoweit, dass die Pump- bzw. Absaugwirkung der Strahlpumpe unterbrochen wird. Durch die effektive Positionierung des Absperrmechanismus innerhalb der Strahlpumpe ist somit vorteilhafterweise nicht einmal eine Abdichtung des ersten Strömungskanals von Nöten, um den ersten Strömungskanal abzusperren.
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Der schaltbare Absperrmechanismus ermöglicht ein Abschalten der Strahlpumpe in Betriebszuständen des Motors, in denen die aus dem Empfängeranschluss ausgeführten Luftgemische im Motorraum unerwünscht sind. Dies gilt insbesondere im Leerlauf des Fahrzeugs oder anderen Zuständen mit geringer Motorleistung. Eine solche Strahlpumpe kann so ausgebildet sein, dass sie eine hohe Pumpleistung aufweist, womit ein besonders starker Unterdruck zum Beispiel im Bremskraftverstärker erzeugbar ist. Durch die abschaltbare Ausbildung wird trotz der hohen Pumpleistung die Lastregelung des Motors nicht gestört.
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Der Sende- und/oder der Absauganschluss können in Form einer Sende- und/oder einer Absaugdüse ausgebildet sein, die sich in vorgesehener Strömungsrichtung verjüngt. Der Empfängeranschluss kann als Empfängerdüse ausgebildet sein, die sich in Strömungsrichtung verbreitert.
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Der Absperrmechanismus ist so in der Strahlpumpe angeordnet, dass er in einem geschlossen geschaltenen Zustand den ersten Strömungskanal innerhalb des Mischbereiches absperrt. Im Mischbereich treffen der erste Strömungskanal und der zweite Strömungskanal zusammen, wobei das Absaugfluid von dem Treibfluid aus dem zweiten Strömungskanal abgesaugt wird. Der Mischbereich bildet einen freien, angeführten Strömungsbereich für durchströmendes Fluid. Frei bzw. angeführt bedeutet dabei, dass das Fluid nicht durch Düsen beschleunigt oder kompressiert wird. Eine solche Anordnung des Absperrmechanismus im Inneren der Strahlpumpe ist Platz sparend verglichen mit einem Verschluß außerhalb der Strahlpumpe.
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In einer Ausführungsform ist der Absperrmechanismus so angeordnet ist, dass er in einem geschlossen geschalteten Zustand den ersten Strömungskanal in einem Bereich absperrt, an dem den ersten Strömungskanal durchströmendes Treibfluid eine nahezu maximale Geschwindigkeit aufweist. Diese nahezu maximale Geschwindigkeit erhält das Treibfluid beim Durchströmen des Sendeanschlusses, der in Form einer Sendedüse ausgebildet ist. Dabei können Geschwindigkeiten nahe der Schallgeschwindigkeit erreicht werden. Stört der Absperrmechanismus den Strömungsfluss an einer Stelle nahezu maximaler Geschwindigkeit, ist die Störung und damit die Absperrwirkung besonders effektiv. Nahezu maximale Geschwindigkeit bedeutet hierbei, dass das Treibfluid mindestens 80%, bevorzugt 90%, besonders bevorzugt mindestens 95% seiner maximalen Geschwindigkeit innerhalb der Strahlpumpe aufweist.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Absperrmechanismus an der Stelle des ersten Strömungskanals angeordnet, an der der erste Strömungskanal seinen geringsten Querschnitt aufweist. Aufgrund der Positionierung an der engsten Steile der Strahlpumpe greift der Absperrmechanismus an der geringstmöglich durchströmten Fläche ein, so dass mit geringem Stellaufwand des Absperrmechanismus der Treibstrahl zu Erliegen gebracht wird. Der Betätigungsweg ist dabei minimal. Eine Anordnung des Absperrmechanismus an dieser Stelle hat den Vorteil, dass der in den Strömungskanal einführbare Teil des Absperrmechanismus relativ klein und somit Gewicht sparend ausgestaltet sein kann. Eine Störung an der Stelle des geringsten Querschnitts des ersten Strömungskanals hat besonders große Auswirkungen auf das Strömungsverhalten des Treibfluids, womit eine besonders effektive Kopplung des Absperrmechanismus an den ersten Strömungskanal bewirkt wird.
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Bei einem Ausführungsbeispiel greift der Absperrmechanismus in einem geschlossen geschaltenen Zustand so in den ersten Strömungskanal ein, dass er mindestens 50% des Querschnitts des ersten Strömungskanals abdeckt. Eine solche Störung ist unter Umständen ausreichend, um eine hinlängliche Unterbrechung des ersten Strömungskanals zu erreichen. Bevorzugt wird durch den Absperrmechanismus in dem geschlossen geschalteten Zustand mindestens 90% des Querschnitts des ersten Strömungskanals abgedeckt, wodurch eine effektivere Absperrung des ersten Strömungskanals erreicht wird.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Absperrmechanismus ein beweglich schaltbares Stellglied auf, durch dessen Schaltbewegung der Absperrmechanismus zwischen einem geschlossenen und einem geöffneten Zustand bewegbar ist. Durch die Schaltbewegung des Stellglieds wird der Absperrmechanismus somit entweder geöffnet oder geschlossen. Dabei können elastische Anschläge die Schaltbewegung des Stellglieds begrenzen. Durch die elastischen Anschläge wird eine Geräuschentwicklung beim Schalten des Absperrmechanismus verringert.
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Die Schaltbewegung des Stellglieds kann zum Beispiel mittels einer elektrischen Spule, einem pneumatischen Stellglied (Zylinder), einer Hydraulik, und/oder eines Federmechanismus erfolgen. Das Stellglied kann zum Beispiel in einer Richtung durch eine Magnetfelderzeugung einer elektrischen Spule bewegt werden, wobei eine Feder gespannt wird. Wird das Magnetfeld der elektrischen Spule ausgeschaltet, so wird das Stellglied durch die Entspannung der Feder zurückbewegt.
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In einer Ausführungsform weist der Absperrmechanismus ein bewegliches Absperrglied auf, das in einem geschlossen geschalteten Zustand zumindest teilweise in dem ersten Strömungskanal angeordnet ist. Dabei kann das Absperrglied als ein im Wesentlichen plattenförmiges Element ausgebildet sein, dessen Plattenebene im Wesentlichen senkrecht zum Verlauf des ersten Strömungskanals angeordnet ist. Durch Verschiebung des plattenförmigen Elements in den ersten Strömungskanal hinein wird die Strahlpumpe ausgeschaltet. Durch Verschiebung des plattenförmigen Elements aus dem ersten Strömungskanal hinaus wird die Strahlpumpe wieder eingeschaltet.
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Dabei kann das Absperrglied eine Öffnung aufweisen, durch die im offen geschaltenen Zustand der erste Strömungskanal verläuft. Dabei wird der erste Strömungskanal beim Durchströmen des Absperrglieds im Querschnitt durch den Durchmesser der Öffnung begrenzt. Jegliches Auslenken des Absperrgliedes quer zum Verlauf des ersten Strömungskanals verändert dabei den Durchmesser des Strömungskanals und stört somit das Strömungsverhalten. Dadurch ist das Absperrglied besonders effektiv mit dem ersten Strömungskanal gekoppelt.
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An der Öffnung des Absperrglieds kann eine trichterförmige Düse zum Bündeln des in den Sendeanschluss eingeführten Treibfluids angeordnet sein. Eine solche Düse bündelt das Treibfluid und vereinfacht das Einführen in den Empfängeranschluss der Strahlpumpe. Die Düse ist normalerweise in dem Mischbereich der Strahlpumpe angeordnet. Die Herstellung einer solche Düse bei einer Strahlpumpe aus einem Spritzgußmaterial erweist sich als besonders schwierig, da der Trichter im Inneren Der Strahlpumpe angeordnet sein muss. Dadurch, dass die trichterförmige Düse als an dem separates Bauteil hergestellten Absperrglied ausgebildet ist, wird das Herstellungsverfahren der Strahlpumpe vereinfacht.
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In einer Ausführungsform weist die Strahlpumpe ein Rückschlagventil auf, das im zweiten Strömungskanal angeordnet ist. Dadurch wird bei einer Druckveränderung ein Zurückströmen von Fluid in den zweiten Strömungskanal hinein und aus dem Absauganschluss hinaus verhindert. Dadurch wird eine Abschwächung des von der Strahlpumpe zu erzeugenden Unterdrucks verhindert.
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In einer Ausführungsform sperrt der Absperrmechanismus in einem geschlossen geschalteten Zustand den ersten Strömungskanal dichtungsfrei ab. Dabei werden die Kosten für eine Dichtung eingespart. Durch die Anordnung des Absperrmechanismus im Mischbereich kann der an dem Empfängeranschluss anliegende Unterdruck bzw. der an dem Sendeanschluss anliegende Überdruck ausgenutzt werden, den Absperrmechanismus so gegen ein Anschlagglied der Strahlpumpe zu pressen, dass der erste Strömungskanal effektiv abgesperrt wird. Durch eine dichtungsfreie Ausgestaltung des Absperrmechanismus wird zudem eine Bewegung des Absperrmechanismus in den ersten Strömungskanal hinein und aus dem ersten Strömungskanal hinaus erleichtert, da keine Dichtung die Reibung dieser Öffnungs- bzw. Schließbewegung verstärkt.
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In einer Ausführungsform ist ein dritter Strömungskanal in der Strahlpumpe angeordnet, der von dem Absauganschluss zu einem Ausgang der Strahlpumpe verläuft. Der dritte Strömungskanal ist dabei beschleunigungsfrei vom ersten Strömungskanal angeordnet und kann ein Rückschlagventil aufweisen. Durch den dritten Strömungskanal kann ein Absaugfluid durch die Strahlpumpe mit einem Unterdruckerzeuger verbunden werden, ohne dass eine Pumpleistung der Strahlpumpe auf das Absaugfluid wirkt. Dadurch kann zwar kein so großer Unterdruck erzeugt werden, wie unter der eingeschalteten Wirkung der Strahlpumpe, es kann jedoch auch selbst bei einer durch den Absperrmechanismus ausgeschalteten Strahlpumpe ein (wenn auch geringerer) Unterdruck am Absauganschluss erhalten werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch einen Motor für ein Kraftfahrzeug gelöst.
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Solch ein Motor weist eine erfindungsgemäße Strahlpumpe auf. Dabei ist der Absauganschluss der Strahlpumpe an einem Teil des Motors angeschlossen, in dem ein Unterdruck vorgesehen ist. Dabei kann es sich insbesondere um einen Bremskraftverstärker oder Aktivkohlebehälter handeln. Der Sendeanschluss kann an einem Teil des Motorraums angeschlossen sein, das ein Treibgas erzeugt, wie zum Beispiel den Turboverdichter eines turboaufgeladenen Motors. Der Empfängeranschluss der Strahlpumpe kann an einem Teil des Motors angeschlossen sein, das einen Unterdruck erzeugt, wie zum Beispiel dem Motorraum selber.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch das Verwenden einer oben beschriebenen Strahlpumpe als Teil eines Bremskraftverstärkersystems gelöst, wobei der Absauganschluss der Strahlpumpe an einen Unterdruckbremskraftverstärker und der Empfängeranschluss der Strahlpumpe an einen Unterdruckerzeuger angeschlossen sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1A ein vereinfachtes Schaltbild für einen aufgeladenen Motor mit einer Treibstrahlpumpe,
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1B ein vereinfachtes Schaltbild für einen Saugmotor mit einer Saugstrahlpumpe,
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2 ein perspektivisches Bild einer Strahlpumpe,
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3A einen Querschnitt durch eine Saugstrahlpumpe,
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3B einen Querschnitt durch eine Treibstrahlpumpe,
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4 einen Schnitt durch eine Strahlpumpe,
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5A–G ein Absperrglied eines Absperrmechanismus,
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6 einen Schnitt durch einen Ausschnitt einer Strahlpumpe und
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7 einen horizontalen Schnitt durch eine Strahlpumpe.
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Die 1A zeigt in einem vereinfachten Schaltbild schematisch eine Treibstrahlpumpe 1' als Strahlpumpe, durch die ein Unterdruck in einem Bremskraftverstärker erzeugt bzw. verstärkt wird. Ein Absauganschluss A der Strahlpumpe 1' ist mit dem Bremskraftverstärker verbunden. Durch den Absauganschluss A kann ein Luftgemisch über die Treibstrahlpumpe 1' aus dem Bremskraftverstärker abgesaugt werden, wobei dort einen Unterdruck erzeugt wird, der bei einem Bremsvorgang die Bremskraft verstärkt. Ein Sendeanschluss S der Strahlpumpe 1' ist über einen Ladeluftkühler mit einem Turbolader verbunden. Ein Turbolader wird bei aufgeladenen Motoren dazu verwendet, einen Überdruck in einem Luftgemisch zu erzeugen, der die Kolbenbewegung eines Motors verstärkt. Von der Luftansaugstrecke des Motors wird nach dem Ladeluftkühler ein unter Überdruck (größer als Atmosphärendruck) stehender Luftstrom abgenommen und als Treibfluid durch den Sendeanschluss S, eine Mischkammer der Strahlpumpe 1' und den Empfängeranschluss E gedrückt. Dieser Luftstrom wird anschließend der Luftansaugstrecke des Motors nach dem Luftfilter und vor dem Turbolader wieder zugeführt.
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Das unter hohem Druck stehende Luftgemisch aus dem Turbolader (der Druck ist größer als der Atmosphärendruck der Umgebung) dient als Treibgas und fließt mit hoher Geschwindigkeit durch die Strahlpumpe. Dabei durchläuft es die Strahlpumpe vom Sendeanschluss bis zum Empfängeranschluss entlang eines ersten Strömungskanals. Ein sich im Absauganschluss A befindliches Luftgemisch wird dabei angesaugt und zusammen mit dem Luftgemisch, das durch den Sendeanschluss S im die Strahlpumpe eintritt, durch den Empfängeranschluss E aus der Strahlpumpe ausgeschieden. Luftgemisch aus dem Bremskraftverstärker strömt dabei nach und wird in den Absauganschluss A der Strahlpumpe gesogen. Dadurch wird ein Unterdruck im Bremskraftverstärker aufgebaut.
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Die 1B zeigt eine Strahlpumpe 1 in einem vereinfachten Schaltbild für einen Saugmotor. Der Absauganschluss A der Saugstrahlpumpe 1 ist wie bei dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel mit dem Bremskraftverstärker verbunden. Der Sendeanschluss S der Strahlpumpe 1 liegt über einem Luftfilter an Atmosphärendruck. Der Empfängeranschluss E ist mit dem Motorsaugrohr des Saugmotors verbunden. Im Motorsaugrohr entsteht ein Unterdruck, der ein sich im Inneren der Strahlpumpe 1 befindliches Luftgemisch absaugt. Dabei entsteht ein Saugstrahl entlang eines ersten Strömungskanals vom Sendeanschluss S zum Empfängeranschluss E. Der Saugstrahl saugt wie bei dem Ausführungsbeispiel der 1A Luftgemisch aus dem Absauganschluss A an und stößt das Luftgemisch aus dem Empfängeranschluss aus. Dadurch wird ein Unterdruck im Bremskraftverstärker erzeugt.
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Alternativ zu den in den 1A und 1B gezeigten Ausführungsformen kann der Absauganschluss A der Strahlpumpe 1 bzw. 1' auch mit einem Aktivkohlebehälter. (an Stelle des Bremskraftverstärkers) eines Kraftstofftanks im Fahrzeug verbunden sein. Der Aktivkohlebehälter nimmt die HC Verdunstungen des Kraftstoffes im Kraftstofftank auf, um z. B. die gesetzlichen Auflagen zulässiger Emissionen von Kraftfahrzeugen zu erfüllen. Die Aktivkohle weist eine begrenzte Aufnahmekapizität auf, weswegen sie in Abständen gereinigt werden muss. Die Reinigung erfolgt dadurch, dass unbelastete Luft durch die Aktivkohle gesaugt wird. Durch die Verbindung des Absauganschlusses A der Strahlpumpe 1 bzw. 1' mit dem Aktivkohlebehälter wird ein Saugstrom zum Reinigen des Aktivkohlebehälters bereitgestellt.
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Die 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Strahlpumpe 1. Die Strahlpumpe 1 weist drei rohrförmige Anschlüsse auf: Einen Sendeanschluss S, einen Empfängeranschluss E und einen Absauganschluss A. Der Sendeanschluss S und der Empfängeranschluss E liegen einander gegenüber. Der Sendeanschluss S und der Empfängeranschluss E sind geradlinig hintereinander angeordnet, so dass ein Hohlraum ausgebildet wird, der im Wesentliche entlang einer Geraden verläuft. Der Absauganschluss A ist im Wesentlichen senkrecht sowohl zum Sendeanschluss S als auch zum Empfängeranschluss E angeordnet und bildet mit diesen Anschlüssen zusammen die Basis eines auf dem Kopf stehenden „T”. Versuche haben gezeigt, dass die Strahlpumpe 1 besonders effektiv arbeitet, wenn die Achse des Absaubanschlusses A einen Winkel zwischen 30° und 60° zur Achse des Sendeanschlusses S aufweist. Das Innere der in der 2 gezeigten Strahlpumpe 1 wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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Ein Zusatzanschluss A' ist am Ansatzbereich des Absaugsanschlusses A an einen Mittelbereich der Strahlpumpe angeordnet und ebenfalls im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet. Der Mechanismusanschluss M ist als elektrischer Anschluss ausgebildet.
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Dem Absauganschluss A gegenüberliegend ist ein Mechanismusanschluss M angeordnet, der zur Steuerung eines im Inneren der Strahlpumpe 1 angeordneten Absperrmechanismus dient.
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Die 3A zeigt einen Schnitt durch die in der 2 gezeigte Strahlpumpe 1. Der rohrförmige Sendeanschluss S und der rohrförmige Empfängeranschluss E bilden Hohlräume, durch die ein Treibfluid TF (durchgezogener Pfeil) strömen kann. Zwischen dem innenseitigen Ende des Sendeanschlusses S und des Empfängeranschlusses E ist ein Mischbereich 20 als Hohlraum ausgebildet. Elf erster Strömungskanal SK1 verläuft im Inneren der Strahlpumpe 1 von dem der Strahlpumpe 1 abgewandten Ende des Sendeanschlusses S durch die gesamte Länge des Sendeanschlusses S, durch den Mischbereich 20 und durch die gesamte Länge des Empfängeranschlusses E bis zum von der Strahlpumpe 1 abgewandten Ende des Empfängeranschlusses E. Der erste Strömungskanal SK1 verläuft im Wesentlichen geradlinig.
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Innerhalb des Mischbereichs 20 strömt das Treibfluid TF frei, also ohne Beschleunigung durch die Strahlpumpe 1.
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Der Absauganschluss A ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet und weist einen Hohlraum auf, der senkrecht zum ersten Strömungskanal SK1 angeordnet ist. Ein zweiter Strömungskanal SK2 verläuft vom Außenende des Absauganschlusses A durch die gesamte Länge des Absauganschlusses A hin zur Mitte der Strahlpumpe 1 durch ein Rückschlagventil A1, in den Mischbereich 20 und von dort über die gesamte Länge des Empfängeranschlusses E bis zum äußeren Ende des Empfängeranschlusses E. Durch den zweiten Strömungskanal SK2 kann ein Absaugfluid AF durch die Strahlpumpe 1 abgesaugt werden (gestrichelter Pfeil).
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Ein dritter Strömungskanal SK3 verläuft vom äußeren Ende des Absauganschlusses A über die gesamte Länge des Absauganschlusses A durch ein Rückschlagventil R2 und von dort in den Empfängeranschluss E bis zum äußeren Ende des Empfängeranschlusses E, ohne dabei den Mischbereich 20 zu durchströmen. Durch den dritten Strömungskanal SK3 kann ein Unterdrucksfluid UF strömen (gepunkteter Pfeil).
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Die Strahlpumpe 1 weist weiterhin eine Absperrmechanismus 10 auf. Der Absperrmechanismus 10 weist ein Absperrglied 11, ein Stellglied 12, eine Spule 13, eine Feder 14 und einen unteren elastischen Anschlag 15 auf.
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Die Form des Absperrgliedes 11 ist genauer in den 5A bis 5C gezeigt. Das Absperrglied 11 weist eine dünnwandige, plattenförmige Form auf und ist im Wesentlichen senkrecht zur Verlaufsrichtung des ersten Strömungskanals SK1 angeordnet. Das Absperrglied 11 ist über eine Nietverbindung mit dem Stellglied 12 verbunden. Das Stellglied 12 ist senkrecht zur Verlaufsrichtung des ersten Strömungskanals SK1 beweglich gelagert. Das Stellglied 12 ist von der elektrischen Spule 13 umgeben. Wird nach einem Abschaltsignal ein elektrischer Strom an die Spule 13 angelegt, so bewegt sich das Stellglied 12 auf Grund des entstehenden elektromagnetischen Feldes senkrecht vom ersten Strömungskanal SK1 weg und bewegt das mit ihm verbundene Absperrglied 11 dabei so, dass es den ersten Strömungskanal SK1 absperrt. Die Absperrung erfolgt an der Stelle des ersten Strömungskanals 1 mit dem geringsten Querschnitt. Das Absperrglied 11 ist an dem ersten Strömungskanal SK1 an der Stelle seines geringsten Querschnitts angeordnet, an dem die Strömungsgeschwindigkeit maximal ist. Durch ein Einbringen des Absperrgliedes 11 in den ersten Strömungskanal SK1 wird der Strömungsfluß des Treibfluids TF so gestört, dass die Absaugwirkung der Strahlpumpe 1 endet.
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Die Bewegung des Stellgliedes 12 vom ersten Strömungskanal SK1 weg wird durch den elastischen Anschlag 15 begrenzt. Durch die Auslenkbewegung des Stellglieds 12 wird zudem die Feder 14 gegen einen Anschlag gespannt. Wird das an der elektrischen Spule 13 anliegende Schaltsignal verändert bzw. abgeschaltet, wird das Stellglied 12 durch die sich entspannende Feder 14 zurück in die in der 3A gezeigten Position bewegt. Dabei schiebt das Stellglied 12 das Absperrglied 11 aus dem ersten Strömungskanal SK1 soweit heraus, dass das Treibfluid TF die Strahlpumpe S1 mit einer Saugwirkung durchströmen kann.
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Wenn der erste Strömungskanal durch das Absperrglied 11 abgesperrt ist, ist die Strömung des Treibfluids TF soweit gestört, dass die Strahlpumpe 1 kein Absaugfluid AF mehr aus dem zweiten Strömungskanal SK2 absaugt. Durch einen an dem Empfängeranschluss E anliegenden Unterdruck (zum Beispiel dem Unterdruck eines Motors) kann aber weiterhin das Unterdrucksfluid UF entlang des dritten Strömungskanals SK3 durch die Strahlpumpe 1 angesogen werden. Das Absaugen entlang des dritten Strömungskanals SK3 erfolgt nicht aufgrund der Pumpwirkung, sondern lediglich aufgrund des (Unter-)Druckausgleichs. Die Rückschlagventile R1 und R2 in dem zweiten und dritten Strömungskanal SK2 und SK3 verhindern ein Zurückströmen von Fluiden vom Inneren der Strahlpumpe 1 in den Absauganschluss A. Der dritte Strömungskanal SK3 bildet einen Bypasskanal im inneren der Strahlpumpe.
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Das Absperrglied 11 ist dabei an der Seite des Mischbereichs 20 angeordnet, das an den Empfängeranschluss E angrenzt. Dadurch liegt das Absperrglied 11 in geschlossen geschaltetem Zustand durch die Luftströmung und den Druckunterschied am Eingang des Empfängeranschlusses E in einem Dichtsitz an.
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Die 3B zeigt ähnlich wie 3A einen schematischen Schnitt durch eine Strahlpumpe 1'. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale der in den 3A und 3B dargestellten Strahlpumpen 1 und 1'. Die Wirkungsweisen der Strahlpumpen 1 und 1' sind sehr ähnlich. Im Unterschied zu der in der 3A gezeigten Saugstrahlpumpe funktioniert die in der 3B gezeigte Strahlpumpe 1' als Treibstrahlpumpe für z. B. einen turboaufgeladenen Motor. Der erste Strömungskanal SK1 und der zweite Strömungskanal SK2 verlaufen wie bei dem in der 3A dargestellten Ausführungsbeispiel. Lediglich der dritte Strömungskanal SK3 verläuft entlang des Absauganschlusses A über das Rückschlagventil R2 durch einen Zusatzempfängeranschluss E'. Durch den Zusatzempfängeranschluss E' wird das Unterdrucksfluid UF aus der Strahlpumpe 1 ausgeführt. Durch den Empfängeranschluss E wird sowohl das Treibfluid TF als auch das Absaugfluid AF aus der Treibstrahlpumpe S' ausgeschieden.
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Befindet sich der Antriebsmechanismus 10 in einem offen geschaltenen Zustand, so fließt ein Luftgemisch durch den ersten Strömungskanal SK1 und den zweiten Strömungskanal SK2. Befindet sich der Absperrmechanismus 10 in einem geschlossen geschaltenen Zustand, so ist die Verbindung des Mischraumes 20 mit dem Empfängeranschluss E unterbrochen. Lediglich das Unterdrucksfluid UF kann durch den Strömungskanal SK3 durch die Strahlpumpe 1' strömen.
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Die in den 3A und 3B gezeigten Ausführungsbeispiele für einen Turbomotor und einen normalen Motor verwenden dabei das gleiche Grundgehäuse für die Strahlpumpe. Durch Werkwechseleinsätze können dadurch jeweils Varianten für eine Strahlpumpe für einen Turbomotor und normalen Motor bei der Herstellung realisiert werden. Dabei wird nur ein Gehäusewerkzeug mit Wechseleinsätzen benötigt.
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Die 4 zeigt einen Schnitt durch die in der 3A dargestellte Strahlpumpe 1 in Verlaufsrichtung des ersten Strömungskanals SK1. Der Schnitt zeigt den Hohlraum des Mischraums 20. Das Absperrglied 11 ist so angeordnet, dass eine Öffnung 11A des Absperrglieds 11 von dem ersten Strömungskanal SK1 (vgl. 3A) durchströmt wird. in der in der 4 gezeigten Position ist der Absperrmechanismus 10 offen geschaltet.
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Das Absperrglied 11 weist einen plattenförmigen Abschnitt auf, der von der Öffnung 11A durchbrochen wird. Auf der dem Stellglied 12 abgewandten Seite der Öffnung 11A weist das Absperrglied 11 eine Absperrfläche 11B auf. In dem in der 4 gezeigten, geöffneten Zustand des Absperrmechanismus 10 liegt die Absperrfläche 11B außerhalb des Strömungskanals SK1.
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Wird der Absperrmechanismus 10 geschlossen (nicht in 4 gezeigt) so wird das Absperrglied 11 zusammen mit dem Stellglied 12 so bewegt, dass die Absperrfläche 11B den ersten Strömungskanal SK1 absperrt. Dadurch wird der erste Strömungskanal SK1 unterbrochen.
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Das Stellglied 12 ist als Anker ausgebildet und weist eine Abflachung auf, die sich nahezu über die ganze Länge des Stellglieds 12 erstreckt. Die Stellbewegung des Stellglieds 12 erfolgt im Wesentlichen senkrecht zum Mischbereich 20. Durch die Abflachung des Stellglieds 12 wird ein parallel zur Achse des Stellglieds 12 ausgebildeter Strömungskanal erzeugt und dadurch eine druckkompensierte Stellbewegung ermöglicht. Damit werden für die Stellbewegung lediglich geringe Betätigungskräfte benötigt, da ein Druckausgleich zwischen dem Mischbereich 20 und dem freien Bereich erfolgt, in den hinein das Stellglied 12 während seiner Stellbewegung bewegt wird.
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Die 5A, 5B und 5C zeigen verschiedene Ansichten auf das Absperrglied 11 des Absperrmechanismus 10. Das Absperrglied 11 weist an einem Ende einen Verbindungsbereich 11C auf, mit dem das Absperrglied 11 an das (in den 5A–C nicht gezeigten) Stellglied 12 befestigbar ist. Ein oberer elastischer Anschlag 16 steht winklig vom plattenförmigen Teil des Absperrgliedes 11 ab und dient als Begrenzung einer Stellbewegung des Stellgliedes 12. Dabei kann es entweder als Anschlag für das Stellglied 12 selber dienen, oder aber als Anschlag des Absperrglieds 11 gegenüber einem Teil der Strahlpumpe 1. Der dem Verbindungsbereich 11C gegenüberliegende Teil des Absperrglieds 11 ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und weist mittig die Öffnung 11A auf.
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Das Absperrglied 11 ist zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position schaltbar. In der geöffneten Position ist die Öffnung 11A so ausgerichtet, dass sie den ersten Strömungskanal SK1 in Querschnitt begrenzt. Im geschlossen geschaltenen Zustand ist die Absperrfläche 11b so geschalten, dass sie quer zum ersten Strömungskanal SK1 angeordnet ist und ihn dabei absperrt.
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Auf der dem Sendeanschluss S zugewandten Seite des Absperrglieds 11 ist eine Trichterdüse 17 angeordnet die sich zur Öffnung hin verjüngt. Beim Durchgang des Treibfluids TF durch die Trichterdüse 17 wird das Treibfluid so gebündelt, das es gut in den Empfängeranschluss E einführbar ist, was das Leistungsvermögen der Strahlpumpe steigert.
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Durch eine Ausbildung des Sendeanschlusses S in Form einer Sendedüse wird das Treibfluid (TF) kompressiert und so beschleunigt, dass es Schallgeschwindigkeit erreicht. Dadurch wird eine besonders effektive Saugwirkung der Strahlpumpe 1 erzielt. Bei dieser Geschwindigkeit reicht eine leichte Störung des ersten Strömungskanals SK1, um die Pumpwirkung der Strahlpumpe 1 zu stören bzw. zu unterbrechen.
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Das Absperrglied 11 kann aus Metall oder aus einem Spritzgußmaterial gefertigt werden. Die Trichterdüse 17 verstärkt die Pumpwirkung der Strahlpumpe 1 deutlich. Bislang bestand bei der Herstellung einer Strahlpumpe (ohne Absperrmechanismus) das Problem, eine Trichterdüse im Inneren der Strahlpumpe einstückig zusammen mit der Strahlpumpe 1 als Spritzgußteil zu erstellen. Dieses Problem wird durch ein Anbringen der Trichterdüse 17 am separat hergestellten Absperrglied 11 fertigungstechnisch erleichtert.
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Die in den 5A–5C gezeigte Ausführungsform ist lediglich eine mögliche Variante des Absperrglieds 11. Alternativ kann die Positionierung der Öffnung 11A und der Absperrfläche 11B vertauscht ausgebildet sein. Dadurch wird ein Wechsel der Schaltstellung „betätigt geschlossen” zu „unbetätigt geschlossen” ermöglicht, was bei manchen Motoren einen Vorteil darstellt.
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6 zeigt einen Querschnitt durch einen Ausschnitt der in 3A gezeigten Strahlpumpe 1. Der Ausschnitt zeigt das Absperrglied 11 in geöffnet geschaltetem Zustand. Der plattenförmige Teil des Absperrglieds 11 ist senkrecht zur Zeichenebene angeordnet. Der Strömungskanal SK1 bildet eine Normale der Ebene, in der der plattenförmige Teil und insbesondere die Absperrfläche 11B des Absperrglieds 11 angeordnet sind. Die Trichterdüse 17 hat auf der der Mischkammer 20 zugewandten Seite einen größeren Durchmesser im Querschnitt und verjüngt sich in Richtung der Öffnung 11A in Strömungsrichtung des ersten Strömungskanals SK1.
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Der Sendeanschluss 11 verjüngt sich vom äußeren Ende stetig in Richtung zum Mischbereich 20. Der Empfängeranschluss E verbreitet sich von der Mitte der Strahlpumpe 1 aus bis zu seinem äußeren Ende.
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Die 7 zeigt einen Schnitt durch die Strahlpumpe 1 in einer sich in Richtung der parallel verlaufenden Abschnitte des zweiten Strömungskanals SK2 und des dritten Strömungskanals SK3.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Strahlpumpe
- 10
- Absperrmechanismus
- 11
- Absperrglied
- 11A
- Öffnung
- 11B
- Absperrfläche
- 11C
- Verbindungsbereich
- 12
- Stellglied
- 13
- Spule
- 14
- Feder
- 15
- unterer elastischer Anschlag
- 16
- oberer elastischer Anschlag
- 17
- Trichterdüse
- 20
- Mischkammer
- A
- Absauganschluss
- A'
- Zusatzabsauganschluss
- E
- Empfängeranschluss
- E'
- Zusatzempfängeranschluss
- S
- Sendeanschluss
- M
- Mechanismusanschluss
- TF
- Treibfluid
- AF
- Antriebsfluid
- UF
- Unterdrucksfluid
- R1
- erstes Rückschlagventil
- R2
- zweites Rückschlagventil
- SK1
- erster Strömungskanal
- SK2
- zweiter Strömungskanal
- SK3
- dritter Strömungskanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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