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Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung zur Versorgung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Harnstoffwasserlösung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Abgasnachbehandlungseinrichtungen für Brennkraftmaschinen benötigen üblicherweise zur Reinigung des Abgases eine Harnstoffwasserlösung. Dabei fördert eine Pumpe die Harnstoffwasserlösung aus einem Vorratsbehälter in die Abgasnachbehandlungseinrichtung, wo sie üblicherweise durch einen Injektor in das Abgas eingespritzt wird.
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Aus der
DE 10 2008 012 780 A1 ist eine Pumpe zur Versorgung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt. Diese Pumpe ist für die Förderung eines bestimmten Stroms der Harnstoffwasserlösung zur Reinigung eines Abgases einer Brennkraftmaschine bis zu einer gewissen Leistung ausgelegt.
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Der Nachteil dabei ist, dass für Brennkraftmaschinen für verschiedene Leistungen entsprechende Pumpen ausgelegt und bereitgestellt werden müssen, die für den benötigten Strom der Harnstoffwasserlösung zur Reinigung des Abgases notwendig sind. Dies bedeutet verschiedene Pumpen für verschiedene Brennkraftmaschinen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Anzahl der verschiedenen Pumpen für den Strom der benötigten Harnstoffwasserlösung für Abgasnachbehandlungseinrichtungen für Brennkraftmaschinen verschiedener Leistungen zu reduzieren.
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Die Lösung erfolgt mit einer Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
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Gemäß der Erfindung ist eine Pumpenanordnung vorgesehen, welche mindestens zwei Versorgungsblöcke umfasst, wobei an jedem Versorgungsblock eine Pumpe angeordnet ist, wobei in jedem Versorgungsblock eine Zulaufbohrung für ein Fluid vorgesehen ist. Dabei sind die Zulaufbohrungen in den Versorgungsblöcken strömungstechnisch so verbunden, dass sie eine gemeinsame Zulaufbohrung darstellen. Weiter sind eine Saugseite der Pumpe und die Zulaufleitung strömungstechnisch verbunden. An einem der mindestens zwei Versorgungsblöcke ist ein Anschlussblock wenigstens mittelbar, zur Zuführung des Fluids zu den Versorgungsblöcken, angeordnet. Am Anschlussblock ist wenigstens ein Fluidanschluss für das Fluid angeordnet. An den wenigstens einen Fluidanschluss schließt wenigstens eine Anschlusshilfsbohrung an, die mit einer Anschlussbohrung strömungstechnisch verbunden ist. Die Anschlussbohrung ist strömungstechnisch mit den Zulaufbohrungen der zugeordneten Versorgungsblöcke so verbunden, dass die Anschlussbohrung und die Zulaufbohrungen eine zentrale Zulaufbohrung des Fluids zu den Pumpen darstellen. In den Versorgungsblöcken sind Versorgungsleitungen zur Aufnahme eines von den Pumpen geforderten Versorgungsstroms angeordnet. Die Versorgungsbohrungen stehen über einen Versorgungsanschluss mit Abnehmern strömungstechnisch in Verbindung. Wobei die Abnehmer Injektoren sind und jeder Pumpe ein Injektor zugeordnet ist. Im Anschlussblock sind Rücklaufbohrungen für überschüssiges Fluid der Abnehmer angeordnet. Die Rücklaufbohrungen weisen wenigstens einen Rücklaufanschluss und einen Rücklaufaustritt auf. Dabei ist ein erstes Ventil in einer Anschlusshilfsbohrung so angeordnet, dass es in einer ersten Stellung den Zulaufstrom des Fluids vom Fluidanschluss bis zur Anschlussbohrung gewährt und in einer zweiten Stellung den Zulaufstrom des Fluids vom Fluidanschluss bis zur Anschlussbohrung unterbindet. Im Anschlussblock ist ein zweites Ventil in einer Rücklaufleitung so angeordnet, dass es in einer ersten Stellung den Rücklaufstrom des Fluids vom Rücklaufanschluss zum Rücklaufaustritt gewährt und in einer zweiten Stellung den Rücklaufstrom zum Rücklaufaustritt unterbindet.
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Ausgehend von einer Pumpe mit einer bestimmten Förderleistung ist damit vorteilhafterweise durch eine Anordnung mehrerer gleicher Pumpen eine Bereitstellung eines beliebigen Stroms eines Fluids, beispielsweise einer Harnstoffwasserlösung für Abgasnachbehandlungseinrichtungen für Brennkraftmaschinen verschiedener Leistungen, möglich. Zusätzlich ergibt sich als Vorteil, dass durch das Zusammenfügen der Versorgungsblöcke mit den darin angeordneten Zulaufbohrungen der Aufwand für eine Verrohrung der Versorgungsblöcke untereinander entfällt. So bilden die einzelnen Zulaufbohrungen eine gemeinsame Zulaufbohrung aus der die Pumpen das Fluid ansaugen.
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Der Zulauf des Fluids in die gemeinsame Zulaufbohrung erfolgt dabei an einer Stelle für alle Versorgungsblöcke.
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Daraus, dass an einem der mindestens zwei Versorgungsblöcke ein Anschlussblock wenigstens mittelbar zur Zuführung des Fluids zu den Versorgungsblöcken angeordnet ist, ergibt sich vorteilhafterweise eine zentrale Zuführung des Fluids, von der aus das Fluid in die Versorgungsblöcke strömt. Somit entfällt eine Zuführung an einem speziellen Versorgungsblock, der sich von den anderen fertigungstechnisch unterscheidet. Im Sinne einer kostengünstigen Gleichteilfertigung können so alle Versorgungsblöcke gleich ausgeführt werden. Zwischen dem Versorgungsblock an dem der Anschlussblock angeordnet ist und dem Anschlussblock kann ein zusätzliches Bauteil, beispielsweise ein Dichtungselement angeordnet sein, was bedeutet, dass der Anschlussblock wenigstens mittelbar am Versorgungsblock angeordnet ist.
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Durch die Zuführung des Fluids am Anschlussblock ist eine Erweiterung der Pumpenanordnung um einen oder mehrere Verteilerblöcke ohne Umbauten am Zulauf einfach möglich.
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Dadurch, dass in den Versorgungsblöcken Versorgungsbohrungen angeordnet sind, ist ein einfacher Tausch einer Pumpe gewährleistet, ohne beispielsweise Versorgungsleitungen von der Pumpe zum Abnehmer abmontieren zu müssen.
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Vorteilhafterweise ergibt sich aus dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil im Anschlussblock, dass bei Betrieb der Brennkraftmaschine und Abgasnachbehandlungseinrichtung die Ventile für einen Durchfluss des Fluids geöffnet sind. Bei Stillstand der Brennkraftmaschine und Abgasnachbehandlungseinrichtung sind die Ventile geschlossen. Die geschlossenen Ventile haben den Vorteil, dass das Fluid stromabwärts des ersten Ventils bis stromaufwärts bis zum zweiten Ventil in den durchströmten Volumina eingeschlossen bleibt. Somit bleiben beispielsweise die Zulauf-, Versorgungs- und Rücklaufbohrungen, sowie die Pumpen und Injektoren immer mit dem Fluid gefüllt. Beim Auslaufen des Fluids aus den Bohrungen bei Stillstand der Brennkraftmaschine besteht die Gefahr, dass das Fluid mit Luft in Kontakt kommt, und folglich bei manchen Fluiden zu unerwünschten Reaktionen, wie Auskristallisation von Bestandteilen, und daher Verstopfung der Bohrungen führen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Versorgungsblöcke im Wesentlichen quaderförmig und liegen an Flanschflächen mittelbar oder unmittelbar aneinander an. Quaderförmige Bauteile sind einfach in der Fertigung und die Seitenflächen ergeben gleichzeitig Flanschflächen. Die Flanschflächen der Versorgungsblöcke können dabei unmittelbar aneinander anliegen, d. h. die Versorgungsblöcke berühren sich direkt. Es ist aber auch möglich ein zusätzliches Bauteil, beispielsweise ein Dichtungselement, zwischen den Flanschflächen anzuordnen, so liegen diese dann mittelbar aneinander an.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Anschlussblock im Wesentlichen quaderförmig und weist mindestens eine Flanschfläche auf und an einer der Flanschflächen liegt mindestens einer der zwei Versorgungsblöcke an. Da die Versorgungsblöcke vorzugsweise ebenfalls quaderförmig sind und ebene Flanschflächen aufweisen ist eine einfache modulare Anordnung der Versorgungsblöcke am Anschlussblock möglich.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an mindestens einer weiteren Flanschfläche des Anschlussblocks mindestens ein weiterer Versorgungsblock wenigstens mittelbar angeordnet. Durch mehrere Flanschflächen am Anschlussblock ist beispielsweise eine lineare oder sternförmige Anordnung der Versorgungsblöcke am Anschlussblock möglich. Dabei kann zwischen dem Anschlussblock und einem Versorgungsblock ein zusätzliches Bauteil, beispielsweise ein Dichtungselement angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Abnehmer ein Injektor und dieser steht über eine Rücklaufleitung für überschüssiges Fluid mit wenigstens einem im Anschlussblock angeordneten Rücklaufanschluss in Verbindung und dieser ist über im Anschlussblock angeordnete Rücklaufbohrungen mit einem Rücklaufaustritt strömungstechnisch verbunden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist im Anschlussblock eine Absteuerbohrung angeordnet, welche eine Anschlusshilfsbohrung strömungstechnisch mit einer Rücklaufbohrung stromabwärts des zweiten Ventils verbindet, weiter ist in der Absteuerbohrung ein Rückschlagventil angeordnet, dessen Durchflussrichtung so gerichtet ist, dass es vom Zulaufstrom des Fluids einen Teilstrom in Form eines Absteuerstroms in Richtung Rücklaufaustritt gewährt und einen Strom in der entgegengesetzten Strömungsrichtung unterbindet. Bei Verwendung einer Vorförderpumpe kann auf diese Art vor dem Starten der Brennkraftmaschine bei geschlossenem ersten Ventil das Leitungssystem bis zum ersten Ventil mit dem Fluid gefüllt werden. Ein weiterer Vorteil ist bei Betrieb der Brennkraftmaschine das schnelle Absteuern von überschüssigem Fluid, falls der Förderstrom der Pumpen schlagartig reduziert wird und die Vorförderpumpe regelungstechnisch verzögert nachgeführt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in den Versorgungsblöcken und im Anschlussblock Bohrungen für einen Durchfluss von einem Medium zur Wärmeregulierung des Fluids angeordnet. Vorteilhafterweise kann so ein zu warmes Fluid gekühlt werden, bzw. bei kalten Umgebungsbedingungen, ein Gefrieren des Fluids durch das Durchströmen der Versorgungsblöcke und des Anschlussblocks mit einem warmen Medium verhindert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die freien Flanschflächen der Versorgungsblöcke, an denen kein anderer Versorgungsblock oder der Anschlussblock angeordnet ist, und an denen wenigstens eine offene Bohrung angeordnet ist, mit einem Verschlussmittel fluiddicht abgeschlossen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an jedem Versorgungsblock ein Filter angeordnet, der stromabwärts der Pumpen über die Versorgungsbohrung vom Versorgungsstrom durchströmt wird, bevor der Versorgungsstrom über den Versorgungsanschluss zum Abnehmer fließt. Dadurch werden Verunreinigungen im Filter zurückgehalten und verstopfen nicht die Abnehmer.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist am Anschlussblock ein Filter angeordnet, der stromabwärts des Fluidanschlusses über die Anschlusshilfsbohrung vom Fluid durchströmt wird, bevor das Fluid in die Anschlussbohrung strömt. Dadurch werden Verunreinigungen schon im Filter zurückgehalten, bevor sie in die Pumpen gelangen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Fluid eine Harnstoffwasserlösung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Medium Motorkühlwasser. Warmes Motorkühlwasser ist üblicherweise bei laufenden Brennkraftmaschinen vorhanden und kann daher zum Gefrierschutz der Harnstoffwasserlösung verwendet werden. Aufwändige Zusatzheizungen sind folglich nicht nötig.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch den prinzipiellen Aufbau der Pumpenanordnung gemäß dem Stand der Technik.
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2 einen Querschnitt durch den prinzipiellen Aufbau einer Pumpenanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt einen Querschnitt durch einen prinzipiellen Aufbau einer Pumpenanordnung 1 zur Versorgung von Abnehmern 2 mit einem Fluid gemäß dem Stand der Technik. Vorzugsweise sind die Abnehmer 2 Injektoren welche in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (nicht dargestellt) angeordnet sind und in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) als Fluid eine Harnstoffwasserlösung zur Reinigung des Abgasstroms einspritzen. Die Pumpenanordnung 1 umfasst in einer ersten Ausführungsform zwei Versorgungsblöcke 3 und einen Anschlussblock 9, welche an Flanschflächen 19 unmittelbar aneinander anliegen. Am Anschlussblock 9 ist ein Fluidanschluss 10 angeordnet, an den eine Anschlusshilfsbohrung 11 anschließt, die in eine Anschlussbohrung 12 mündet. In jedem Versorgungsblock 3 ist eine Zulaufbohrung 5 angeordnet, die strömungstechnisch miteinander und mit der Anschlussbohrung 12 so verbunden sind, dass sie eine zentrale Zulaufbohrung 6 darstellen. An jedem Versorgungsblock 3 ist eine Pumpe 16 angeordnet, die mit der Saugseite 17 über eine Zulaufhilfsbohrung 4 mit der Zulaufbohrung 5 des jeweiligen Versorgungsblocks 3 strömungstechnisch verbunden ist. Die Druckseite 18 der Pumpe 16 ist strömungstechnisch mit einer in einen Versorgungsanschluss 7 mündende Versorgungsbohrung 8 im Versorgungsblock 3 verbunden. Freie Flanschflächen 19 der Versorgungsblöcke 3 und des Anschlussblocks 9 mit offenen Bohrungen sind mit Verschlussmitteln 20 fluiddicht abgeschlossen. Im Betrieb saugen alle Pumpen 16 insgesamt einen Zulaufstrom der Harnstoffwasserlösung über die Zulaufhilfsbohrungen 4, die zentrale Zulaufbohrung 6, die Anschlusshilfsbohrung 11 und eine Anschlussleitung 22, die am Fluidanschluss 10 angeschlossen ist, aus einem Vorratsbehälter 21. Jede Pumpe 16 fördert ihren angesaugten Strom der Harnstoffwasserlösung in Form eines Versorgungsstroms druckseitig in die Versorgungsbohrung 8. Über eine am Versorgungsanschluss 7 angeschlossene Druckleitung 23 fließt der Versorgungsstrom zu einem jeder Pumpe 16 zugeordneten Injektor. Wie oben schon beschrieben spritzt jeder Injektor die Harnstoffwasserlösung in den Abgasstrom in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung. Dabei wird nicht der gesamte Versorgungsstrom der Harnstoffwasserlösung in das Abgas eingespritzt. Im Injektor stellt sich eine gewisse Leckage ein, die systembedingt, aber auch bewusst zur Kühlung des Injektors eingesetzt wird. Diese Leckage stellt eine überschüssige Harnstoffwasserlösung dar, die in Form eines Rücklaufstroms durch eine Rücklaufleitung 24 zu einem Rücklaufanschluss 13 am Anschlussblock 9 fließt. Vom Rücklaufanschluss 13 fließt der Rücklaufstrom durch Rücklaufbohrungen 14 im Anschlussblock 9 zu einem Rücklaufaustritt 15 und von dort zentral durch eine Leckageleitung 25 in den Vorratsbehälter 21.
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2 zeigt einen Querschnitt durch den prinzipiellen Aufbau der Pumpenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist an einer weiteren Flanschfläche 19 des Anschlussblocks 209 ein weiterer Versorgungsblock 203 angeordnet. Zusätzlich ist im Anschlussblock 209 in der Anschlusshilfsbohrung 11 und der Rücklaufbohrung 214 jeweils ein Ventil 226 angeordnet. Diese Ventile 226 sind vorzugsweise elektromagnetisch betätigt und haben eine erste („Offen”) und eine zweite („Geschlossen”) Stellung. Bei Betrieb der Brennkraftmaschine und Abgasnachbehandlungseinrichtung sind die Ventile 226 für einen Durchfluss der Harnstoffwasserlösung geöffnet. Bei Stillstand der Brennkraftmaschine und Abgasnachbehandlungseinrichtung sind die Ventile 226 geschlossen. Aus den geschlossenen Ventilen 226 ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise die Zulauf- 5, Versorgungs- 208 und Rücklaufbohrungen 214, sowie die Pumpen 16 und Injektoren bei Stillstand der Brennkraftmaschine mit der Harnstoffwasserlösung gefüllt bleiben. Beim Auslaufen der Harnstoffwasserlösung besteht die Gefahr, dass in den Bohrungen und Leitungen verbliebene Reste der Harnstoffwasserlösung mit Luft in Kontakt kommen, was zur Auskristallisation von festem Harnstoff, und daher Verstopfung der Bohrungen und Leitungen führen kann. Eine Absteuerbohrung 227 im Anschlussblock 209 zweigt stromaufwärts des ersten Ventils 226 von der Anschlusshilfsbohrung 11 ab und mündet in die Rücklaufbohrung 214 stromabwärts des zweiten Ventils 226. Zusätzlich ist in der Absteuerbohrung 227 ein Rückschlagventil 228 so angeordnet, dass es vom Zulaufstrom der Harnstoffwasserlösung einen Teilstrom in Form eines Absteuerstroms in Richtung Rücklaufaustritt 15 gewährt und in der entgegengesetzten Strömungsrichtung sperrt. Bei manchen Anwendungen der Brennkraftmaschinen liegt der Vorratsbehälter 21 der Harnstoffwasserlösung so tief, dass die Pumpen 16 die Saughöhe nicht überwinden können. Aus diesem Grund wird in der Anschlussleitung 22 eine Vorförderpumpe 229 angeordnet, die den Zulaufstrom mit einem gewissen Vorförderdruck zu den Pumpen 16 fördert. Bei einem schnellen Lastwechsel der Brennkraftmaschine können kurzzeitige Betriebszustände eintreten, bei denen beispielsweise die Pumpen 16 den Versorgungsstrom schnell reduzieren, die Vorförderpumpe 229 aber erst regelungstechnisch verzögert nachgeführt wird. Zur Vermeidung eines übermäßigen Druckaufbaus fließt überschüssige Harnstoffwasserlösung über die Absteuerbohrung 227 in die Rücklaufbohrung 214 und weiter in den Vorratsbehälter 21. Um ein Verstopfen der Injektoren durch Schmutz in der Harnstoffwasserlösung zu verhindern, ist an jedem Versorgungsblock 203 der Pumpe 16 ein Filter 230 zugeordnet, der den Versorgungsstrom filtert, bevor er zum Injektor fließt. Nicht dargestellt sind die Möglichkeiten einer alleinigen oder zusätzlichen Anordnung eines Filters 230 am Anschlussblock 209. Dabei liegt der Filter 230 strömungstechnisch in der Anschlusshilfsbohrung 11, so dass das Fluid stromabwärts des Fluidanschlusses 10 erst durch den Filter 230 strömt und gereinigt wird, bevor es weiter in die Anschlussbohrung 12 fließt. Bei tiefen Außentemperaturen besteht bei einer Harnstoffwasserlösung die Gefahr des Einfrierens mit der Folge einer Funktionsuntüchtigkeit des Abgasnachbehandlungssystems. Deshalb sind in den Versorgungsblöcken 203 und im Anschlussblock 209 Mediumbohrungen 231 angeordnet, durch die ein Medium zur Wärmeregulierung fließt. Im vorliegenden Fall ist das Medium Motorkühlwasser, das durch einen Mediumeintritt 232 im Anschlussblock 209 in die Mediumbohrungen 231 eintritt, dabei die Versorgungsblöcke 203 und so auch die Harnstoffwasserlösung erwärmt, bevor es durch einen Mediumaustritt 233 im Anschlussblock 209 austritt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpenanordnung
- 2
- Abnehmer
- 3, 203
- Versorgungsblock
- 4
- Zulaufhilfsbohrung
- 5
- Zulaufbohrung
- 6
- zentrale Zulaufbohrung
- 7
- Versorgungsanschluss
- 8, 208
- Versorgungsbohrung
- 9, 209
- Anschlussblock
- 10
- Fluidanschluss
- 11
- Anschlusshilfsbohrung
- 12
- Anschlussbohrung
- 13
- Rücklaufanschluss
- 14, 214
- Rücklaufbohrung
- 15
- Rücklaufaustritt
- 16
- Pumpe
- 17
- Saugseite
- 18
- Druckseite
- 19
- Flanschfläche
- 20
- Verschlussmittel
- 21
- Vorratsbehälter
- 22
- Anschlussleitung
- 23
- Druckleitung
- 24
- Rücklaufleitung
- 25
- Leckageleitung
- 226
- Ventil
- 227
- Absteuerbohrung
- 228
- Rückschlagventil
- 229
- Vorförderpumpe
- 230
- Filter
- 231
- Mediumbohrungen
- 232
- Mediumeintritt
- 233
- Mediumaustritt
