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Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere für eine Ölversorgung eines Kraftfahrzeugs.
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Insbesondere in Kraftfahrzeugen werden Pumpen zu vielerlei Zwecken eingesetzt. So wird beispielsweise eine Ölpumpe eingesetzt, um eine Ölversorgung beispielsweise zur Schmierung des Verbrennungsmotors oder des Getriebes zu gewährleisten.
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Dabei wird oft eine Pumpe mit konstantem Volumenstrom eingesetzt, die einen Volumenstrom erzeugt, welcher die maximalen und minimalen Bedingungen erfüllen kann.
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Werden diese Pumpen vom Verbrennungsmotor beispielsweise über eine Riementrieb angetrieben, so variiert auch die Drehzahl des Antriebs der Pumpe, so dass bei niedrigster Drehzahl die Minimalanforderungen an den Volumenstrom erfüllt sein müssen, wobei bei hohen Drehzahlen der maximale Volumenstrom erreicht sein muss, um die in diesem Betriebsfalle benötigten Volumenströme zu erreichen.
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Bei konstanter Antriebsdrehzahl lässt sich der Volumenstrom aber nicht verstellen.
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Wird eine vollvariable Flügelzellenpumpe eingesetzt, so wird der Anschlag für den minimalen Fördervolumenstrom derart gewählt, dass eine Mindestförderung gewährleistet wird, da immer ein minimaler Fördervolumenstrom benötigt wird, da dieser zur Druckerzeugung benötigt wird.
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Wird zu dieser Pumpe eine parallel geschaltete Zahnradpumpe hinzugefügt, so unterstützt diese Zahnradpumpe die Förderung des Volumens. Allerdings wird im kalten Betrieb mehr Fluid gefördert, als der Verbrennungsmotor des Fahrzeuges zum Erreichen des geforderten Drucks benötigt. Dadurch wäre der Fluiddruck, wie Öldruck, bei kalten Temperaturen höher als gefordert, was sich nachteilig auf die Antriebsleitung und die Abgasemission auswirken würde. Weiterhin müsste ein Absteuerventil auf die Bedingungen beim Dauerbetrieb ausgelegt werden, weil es nicht nur im Startbetrieb bei kaltem Motor sondern auch bei kalten Bedingungen bei hohen Drehzahlen den Druck begrenzen soll. Dies ist jedoch für die Gestaltung des Ventils nachteilig und teuer.
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In der
DE 10 2007 032 103 A1 ist ein System aus zwei Pumpeneinheiten bekannt, wobei eine Ladepumpe, eine Pumpe mit einem variablen Volumenstrom, und eine Hauptpumpe, Pumpe mit einem konstanten Volumenstrom, vorgesehen sind. Um eine schnelle Verstellung des Fördervolumens der Ladepumpe bei sich ändernden Betriebsbedingungen der Hauptpumpe zu realisieren, ist eine fluidische Verbindung vom Einlasskanal der Hauptpumpe zu einem Hubring zur Regelung der Fördermenge der Ladepumpe mittels einem somit anliegenden Eingangsdruck der Hauptpumpe vorgesehen. Eine (unmittelbare) Reaktion der Fördermenge der Ladepumpe auf eine Druckänderung ist aufgrund der Kopplung zwischen Eingang Hauptpumpe und Eingang Verstellung Hubring mittels des dort eingangsseitig anliegenden Drucks gegeben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Pumpe zu schaffen, mittels welcher eine variable Ölversorgung gewährleistet werden kann, wobei dennoch die Pumpe einfach und kostengünstig aufgebaut sein sollte.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem Gehäuse mit einem saugseitigen Fluideinlass und einem druckseitigen Fluidauslass, mit einer ersten Pumpeneinheit und mit einer zweiten Pumpeneinheit, die erste Pumpeneinheit ist hydraulisch parallel zur zweiten Pumpeneinheit geschaltet, wobei die erste Pumpeneinheit eine Pumpeneinheit mit konstanten Volumenstrom ist, wobei die zweite Pumpeneinheit eine Pumpeneinheit mit variabel einstellbarem Volumenstrom ist. Dabei ist eine Pumpeneinheit mit einem konstanten Volumenstrom eine Pumpeneinheit, die bei fester Antriebsdrehzahl auch einen konstanten Volumenstrom fördert. Eine Pumpeneinheit mit variablem Volumenstrom ist dabei eine Pumpeneinheit, die bei konstanter Antriebsdrehzahl dennoch variabel einstellbar ist und einen variablen Volumenstrom erlaubt. Eine solche Pumpeneinheit erlaubt es, parallel zu einem konstanten Volumenstrom diesen mittels der zweiten Pumpeneinheit zu modulieren. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite Pumpeneinheit auch einen negativen Volumenstrom erlaubt einzustellen, so dass auch der konstante Volumenstrom der ersten Pumpeneinheit entsprechend noch reduzierbar ist.
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Erfindungsgemäß werden die erste Pumpeneinheit und die zweite Pumpeneinheit von der gleichen Antriebseinheit angetrieben. Dabei kann eine Antriebseinheit ein Elektromotor, ein Hydraulikmotor oder ein Riemenscheibenantrieb sein. Auch kann die Antriebseinheit eine direkte getriebeübertragene Antriebsverbindung mit einem Motorelement sein, wie mit dem Verbrennungsmotor o.ä.
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Gemäß der Erfindung weist die erste Pumpeneinheit bei konstanter Antriebsdrehzahl des Antriebselements einen konstanten Volumenstrom und die zweite Pumpeneinheit bei konstanter Antriebsdrehzahl des Antriebselements einen variabel einstellbaren Volumenstrom auf.
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Erfindungsgemäß ist der variabel einstellbare Volumenstrom der zweiten Pumpeneinheit von positiven Volumenstromwerten bis zu negativen Volumenstromwerten mit Volumenstromumkehr einstellbar. Dadurch kann der Volumenstrom der ersten Pumpeneinheit durch den negativen Volumenstrom reduziert werden.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die erste Pumpeneinheit eine Zahnradpumpe, wie insbesondere eine Außenzahnradpumpe oder eine Innenzahnradpumpe, ist.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die zweite Pumpeneinheit eine Flügelzellenpumpe ist. Dabei kann die zweite Pumpeneinheit eine Flügelzellenpumpe mit variablem Fördervolumenstrom sein. Alternativ kann die zweite Pumpeneinheit eine Pendelschieberpumpe sein.
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Gemäß der Erfindung weist die erste Pumpeneinheit und die zweite Pumpeneinheit jeweils einen Einlasskanal und einen Auslasskanal auf, die miteinander verbunden sind, wobei der Einlasskanal der zweiten Pumpeneinheit bei Volumenstromumkehr zum Auslasskanal wird und wobei der Auslasskanal der zweiten Pumpeneinheit bei Volumenstromumkehr zum Einlasskanal wird, so dass bei Volumenstromumkehr der Einlasskanal der ersten Pumpeneinheit mit dem Auslasskanal der zweiten Pumpeneinheit verbunden ist und der Auslasskanal der ersten Pumpeneinheit mit dem Einlasskanal der zweiten Pumpeneinheit verbunden ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe,
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in perspektivischer Ansicht,
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3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer perspektivischen Teilansicht,
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4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer perspektivischen Teilansicht,
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5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer perspektivischen Teilansicht,
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6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer perspektivischen Teilansicht,
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7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer perspektivischen Teilansicht,
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8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer perspektivischen Teilansicht,
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9 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer perspektivischen Teilansicht,
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10 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer perspektivischen Teilansht,
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11 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer perspektivischen Teilansicht,
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12 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer Teilansicht,
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13 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer Teilansicht,
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14 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer Teilansicht,
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15 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer Explosionsdarstellung,
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16 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer perspektivischen Ansicht,
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17 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer Explosionsdarstellung,
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18 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer perspektivischen Ansicht,
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19 eine Ansicht zweier Diagramme, und
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20 ein Diagramm und zwei Ansichten einer Pumpe zur Erläuterung der Erfindung.
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Die 1 zeigt ein Schaltbild einer Pumpe 1 mit einer ersten Pumpeneinheit 2 und mit einer zweiten Pumpeneinheit 3. Die Pumpe 1 weist einen saugseitigen Fluideinlass 4 und einen druckseitigen Fluidauslass 5 auf. Die beiden Pumpeneinheiten, also die erste Pumpeneinheit 2 und die zweite Pumpeneinheit 3, sind hydraulisch parallel zueinander angeordnet und verschaltet. Die erste Pumpeneinheit 2 ist eine Pumpeneinheit mit konstantem Volumenstrom und die zweite Pumpeneinheit 3 ist eine Pumpeneinheit mit variabel einstellbarem Volumenstrom.
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Eine Pumpeneinheit mit konstantem Volumenstrom ist eine Pumpeneinheit, bei welcher bei konstanter Antriebsdrehzahl eines Antriebselements ein konstanter Volumenstrom resultiert. Dabei kann der Volumenstrom bei variabler Antriebsdrehzahl des Antriebselements dennoch auch variabel sein.
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Eine Pumpeneinheit mit variabel einstellbarem Volumenstrom ist eine Pumpeneinheit, bei welcher bei konstanter Antriebsdrehzahl eines Antriebselements ein variabel einstellbarer Volumenstrom ansteuerbar ist. Dabei kann der Volumenstrom bei variabler Antriebsdrehzahl des Antriebselements wiederum auch variabel sein.
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Der variabel einstellbare Volumenstrom der zweiten Pumpeneinheit 3 ist von positiven Volumenstromwerten, also vom maximalen Volumenstrom, bis hin zu negativen Volumenstromwerten mit einer Volumenstromumkehr einstellbar oder ansteuerbar. Die Obergrenze für die einstellbaren positiven Volumenstromwerte stellt den maximalen Volumenstrom der zweiten Pumpeneinheit dar. Dabei wird die zweite Pumpeneinheit 3 derart einstellbar ausgebildet, dass ein positiver Volumenstromwert einstellbar ist, so dass ein Volumenstrom in eine Richtung durch die Pumpe steuerbar ist, wobei in einem anderen Betriebszustand auch negative Volumenstromwerte angesteuert werden können. Dies bedeutet eine Volumenstromumkehr, so dass, ausgehend von einem positiven Volumenstrom zwischen einem Fluideinlass und einem Fluidauslass, diese sich in ihrer Funktion bei Volumenstromumkehr umkehren zu einem Fluidauslass bzw. einem Fluideinlass, so dass bei negativen Volumenstromwerten das Fluidvolumen in entgegengesetzter Richtung durch die Pumpeneinheit förderbar ist.
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Die 1 zeigt weiterhin, dass die erste Pumpeneinheit 2 und die zweite Pumpeneinheit 3 jeweils einen Einlasskanal 6, 7 und einen Auslasskanal 8, 9 aufweisen, die jeweils miteinander verbunden sind. So ist der Einlasskanal 6 der ersten Pumpeneinheit 2 mit dem Einlasskanal 7 der zweiten Pumpeneinheit 3 verbunden. Auch ist der Auslasskanal 8 der ersten Pumpeneinheit 2 mit dem Auslasskanal 9 der zweiten Pumpeneinheit 3 verbunden. Dabei wird der Einlasskanal 7 der zweiten Pumpeneinheit 3 bei Volumenstromumkehr zum Auslasskanal und gleichzeitig wird der Auslasskanal 9 der zweiten Pumpeneinheit 3 bei Volumenstromumkehr zum Einlasskanal, so dass bei Volumenstromumkehr der Einlasskanal 6 der ersten Pumpeneinheit 2 mit dem dann als Auslasskanal wirkenden Einlasskanal 7 der zweiten Pumpeneinheit 3 verbunden ist und der Auslasskanal 8 der ersten Pumpeneinheit 2 mit dem dann als Einlasskanal wirkenden Kanal 9 der zweiten Pumpeneinheit 3 verbunden ist.
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Diese Verschaltung bewirkt, dass die erste Pumpeneinheit 2 einen konstanten Volumenstrom vom Fluideinlass 4 zum Fluidauslass 5 pumpt, während gleichzeitig die zweite Pumpeneinheit 3 einen eigenen Beitrag zum Gesamtvolumenstrom zwischen Fluideinlass 4 und Fluidauslass 5 bewirkt. In einer ersten Betriebsart der zweiten Pumpeneinheit 3 kann die zweite Pumpeneinheit 3 einen positiven Volumenstrom zwischen dem Fluideinlass 4 und dem Fluidauslass 5 bewirken, so dass der Gesamtvolumenstrom zwischen Fluideinlass 4 und Fluidauslass 5 größer ist als der Volumenstrom, der durch die erste Pumpeneinheit bewirkt wird.
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In einem weiteren Betriebszustand der zweiten Pumpeneinheit 3 kann diese derart eingestellt sein, dass der Volumenstrom, der von der Pumpeneinheit 3 gefördert wird, Null ist, so dass der Gesamtvolumenstrom der Pumpe 1 dem Volumenstrom der ersten Pumpeneinheit 2 entspricht.
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In einem weiteren Betriebszustand kann die zweite Pumpeneinheit 3 auch derart ansteuerbar sein, dass sie mit Volumenstromumkehr einen negativen Volumenstrom bewirkt, so dass die zweite Pumpeneinheit 3 einen Volumenstrom vom Auslasskanal 9 zum Einlasskanal 7 pumpt, so dass der Gesamtvolumenstrom durch die Pumpe 1 zwischen dem Fluideinlass 4 und dem Fluidauslass 5 geringer ist als der Volumenstrom, der durch die erste Pumpeneinheit 2 bewirkt wird.
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Die 2 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung eine Pumpe 10, die eine erste Pumpeneinheit 11 und eine zweite Pumpeneinheit 12 aufweist. Die erste Pumpeneinheit 11 weist ein erstes Gehäuseteil 13 auf, welches transparent dargestellt ist, wobei die zweite Pumpeneinheit 12 ein zweites Gehäuseteil 14 aufweist. Die Gehäuseteile 13 und 14 bilden gemeinsam, gegebenenfalls mit anderen Bauteilen des Gehäuses, das Gehäuse 15 der Pumpe 10.
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Das erste Gehäuseteil 13 behaust die erste Pumpeneinheit 11 und das zweite Gehäuseteil 14 behaust die zweite Pumpeneinheit 12. Die erste Pumpeneinheit 11 ist als Zahnradpumpe ausgebildet und ist mit einem konstanten Volumenstrom ausgebildet, wobei die zweite Pumpeneinheit 12 eine Flügelzellenpumpe ist, die variabel im Volumenstrom einstellbar ist.
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In 2 ist angedeutet, dass die erste Pumpeneinheit 11 eine Außenzahnradpumpe mit zwei Zahnrädern 16, 17 ist, die einander kämmen. Auch ist das Flügelrad 18 der Flügelzellenpumpe schematisch dargestellt, das in einem Einstellelement, welches als Ringelement ausgebildet ist, verdrehbar angeordnet ist. Die Pumpe 1 der 1, bzw. die Pumpe 10 der 2 stellt somit eine Pumpe dar, die eine vollvariable Flügelzellenpumpe als zweite Pumpeneinheit mit parallel geschalteter Außenzahnradpumpe als erste Pumpeneinheit darstellt, bei welcher die Flügelzellenpumpe derart ausgebildet ist, dass diese einen negativen Volumenstrom fördern kann, also ein Rückwärtsfördern betreiben kann.
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Wird die Pumpe als Ölförderpumpe eingesetzt, so kann die Außenzahnradpumpe als Pumpe mit konstantem Volumenstrom Öl fördern, wobei im Betriebsfall, wenn zu viel Öl von der Außenzahnradpumpe gefördert wird, das überschüssige Öl durch die variable Flügelzellenpumpe intern in der Pumpe zurückgefördert werden kann, so dass ein kleinerer Volumenstrom der Pumpe resultiert, als er durch die Außenzahnradpumpe verursacht wird. Die Volumenstrombegrenzung erfolgt durch eine energetisch günstigere Beipasssteuerung und nicht durch eine Absteuerung. Der Öldruck ist damit über den gesamten Temperatur- und Drehzahlbereich der Pumpe regelbar.
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Die Pumpe gemäß 2 ist eine modular aufgebaute Pumpe, welche eine Zahnradpumpe und eine Flügelzellenpumpe in jeweils einem ersten und zweiten Gehäuseteil aufweist, wobei die Pumpeneinheiten axial beabstandet nacheinander angeordnet sind, so dass auch eine Pumpe mit Abschlussdeckeln und/oder Ventildeckeln versehen, für sich betrachtet betrieben werden kann, oder die Aneinanderreihung anderer Kombinationen von Pumpeneinheiten ermöglichbar ist.
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So kann beispielsweise eine Flügelzellenpumpe gemäß der zweiten Pumpeneinheit zum Einen als alleinige Pumpe betrieben werden oder in Zusammenbau mit einer Außenzahnradpumpe als Pumpeneinheit dienen, die mit der Außenzahnradpumpe als weiterer Pumpeneinheit eine Pumpe bildet, die diese beiden Pumpeneinheiten umfasst.
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Die 3 bis 5 zeigen und erläutern die Funktionsweise der Pumpe 10 bei einer Vollförderung, sowohl durch die erste Pumpeneinheit 11, als auch durch die zweite Pumpeneinheit 12.
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In 3 ist die zweite Pumpeneinheit 12 ohne ihr zweites Gehäuseteil dargestellt, so dass lediglich das Pumpenelement als Flügelrad 18 zu erkennen ist. Das Flügelrad 18 wird in 3 durch das Antriebselement 20 im Uhrzeigersinn verdreht. Dabei wird ein Fluid von dem Fluideinlassbereich 21 im Uhrzeigersinn mit dem Flügelrad 18 zum Fluidauslassbereich 22 gefördert, gemäß den Pfeilen 21, 24 und 25, wobei von der ersten Pumpeneinheit ein Fluidstrom 26 hinzukommt, so dass der Gesamtfluidstrom 27 durch den Fluidauslass 5 entsprechend als Summe der Fluidströme der beiden Pumpeneinheiten 11, 12 resultiert.
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Die 4 zeigt eine Ansicht der ersten Pumpeneinheit 11, wie Zahnradpumpeneinheit, bei welcher im Fluideinlassbereich 28 ein Fluid vom Fluideinlass 4 eintritt und durch die beiden Zahnräder 30 und 31 gemäß den Pfeilen 32 bis 35 zum Fluidauslassbereich 29 gefördert wird, wobei dort der Fluidstrom 25 der Flügelzellenpumpe zum Fluidstrom der Zahnradpumpe hinzugefügt wird, um einen Gesamtfluidstrom 27 zu erzeugen.
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Die beiden Zahnräder 30, 31 fördern jeweils einen Teilvolumenstrom mit den Pfeilen 33 und 34 vom Fluideinlassbereich 28 zum Fluidauslassbereich 29. Dabei sind die Fluideinlassbereiche 21, 28 der Zahnradpumpe, also der ersten Pumpeneinheit 11 und der Flügelzellenpumpe, also der zweiten Pumpeneinheit 12, miteinander kommunizierend im Gehäuse 15 ausgebildet. Gleiches gilt für die Fluidauslassbereiche 22 und 29 der ersten und der zweiten Pumpeneinheit 11, 12, die ebenso im Gehäuse 15 miteinander kommunizierend ausgebildet sind.
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Die 5 zeigt eine zweite Pumpeneinheit 12 in einer gespiegelten Art im Vergleich zur 3, wobei die Welle 36 als Antriebselement 20 dient, die in der 5 im Gegenuhrzeigersinn angetrieben wird, so dass ein Volumen im Gegenuhrzeigersinn gefördert wird. Es ist zu erkennen, dass das Flügelrad 18 in einem Einstellelement 19 wie ein Ringelement angeordnet ist, wobei das Einstellelement 19 über die Achse 37 und das Antriebselement 38 verkippbar ist, so dass das Flügelrad 18 in seiner Förderrichtung und in seinem Fördervolumen einstellbar ist. Dabei ist das Antriebselement 38 als Feder ausgebildet, wobei die Verstellung der Pumpe durch Druckbeaufschlagung der Außenfläche X des Einstellelements 19 gegen die Kraft der Feder erfolgt.
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Die Verkippung des Einstellelements 19 bedingt nicht die Verkippung der Drehachse des Flügelrades 18, sondern lediglich die Verknüpfung der Volumenstromrichtungen, so dass bei einem Anlegen des Zylinders 39 des Flügelrads 18 an das Einstellelement 19 dort kein Volumenstrom vorbei gefördert werden kann, so dass der Volumenstrom in die entgegengesetzte Richtung um das Flügelrad 18 gefördert wird.
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Die 6 bis 8 zeigen die Pumpe bei einer Nullförderung der zweiten Pumpeneinheit 12 mit variabler Volumenstromeinstellung. Die zweite Pumpeneinheit 12 ist so eingestellt, dass zwischen dem Fluideinlassbereich 21 und dem Fluidauslassbereich 22 kein Nettovolumenstrom resultiert, so dass die zweite Pumpeneinheit 12 keinen Volumenstrom fördert, also eine Nullförderung vorliegt.
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Die erste Pumpeneinheit 11 gemäß 7 fördert einen Volumenstrom, ähnlich der Förderung der Beschreibung gemäß 4. Ein eingangsseitiger Volumenstrom 40 wird im Fluideinlassbereich 28 aufgenommen und auf die Teilfluidströme 34 und 35 gemäß der diesbezüglichen Pfeile aufgeteilt und von den Zahnrädern 30 und 31 zum Fluidauslassbereich 29 gefördert, wobei der Gesamtvolumenstrom 27 dem Volumenstrom entspricht, der von der ersten Pumpeneinheit 11 gefördert wird.
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Die 8 zeigt, dass die zweite Pumpeneinheit 12 derart eingestellt ist, dass das Einstellelement 19 in einer mittigen Stellung ist, so dass ein Fluidstrom im Kreis um den Zylinder 39 gefördert werden kann, so dass netto kein Volumenstrom gefördert wird.
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Die 9 bis 11 zeigen eine Betriebssituation der Pumpe 10 mit den beiden Pumpeneinheiten 11 und 12, wobei in 9 zu erkennen ist, dass die zweite Pumpeneinheit 12 einen Volumenstrom vom Fluidauslassbereich 22 zum Fluideinlassbereich 21 fördert, gemäß Pfeil 40, so dass der von der zweiten Pumpeneinheit geförderte Fluidstrom gemäß Pfeil 40 in entgegengesetzte Richtung gefördert wird im Vergleich zu dem von der zweiten Pumpeneinheit in 3 geförderten Volumenstrom gemäß Pfeil 24. Dem Volumenstrom der ersten Pumpeneinheit 26 wird also kein weiterer Fluidstrom hinzugefügt, sondern diesem Volumenstrom wird ein Volumenstrom abgezweigt, der Richtung Fluideinlass zurückgefördert wird. Es wird also ein Fluidstrom abgezogen.
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Die 10 zeigt die erste Pumpeneinheit 11 gemäß der Beschreibung der 4, wobei allerdings der Volumenstrom der zweiten Pumpeneinheit 12 gemäß Pfeil 25 nicht additiv zum Volumenstrom gemäß Pfeil 35 hinzukommt, sondern der Volumenstrom gemäß Pfeil 25 den Volumenstrom des Gesamtvolumenstroms 27 reduziert.
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Die 11 zeigt die Einstellung des Einstellelements 19 der zweiten Pumpeneinheit 12, bei welcher das Einstellelement 19 vollständig nach rechts verkippt ist, so dass der Zylinder 39 des Flügelrads 18 sich im linken Bereich 41 an der Innenwand des Einstellelements anlegt, so dass ein Volumenstrom nur im Uhrzeigersinn der 11 möglich ist.
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Die 3 bis 11 zeigen die Betriebsweise der Pumpe 10, der ersten Pumpeneinheit 11 und der zweiten Pumpeneinheit 12, wobei der Fluideinlass 4 des Gehäuses 15 jeweils eine Fluidverbindung mit der ersten und mit der zweiten Pumpeneinheit 11, 12 bildet, wobei auch der Fluidauslass 5 des Gehäuses 15 jeweils eine Fluidverbindung mit der ersten und der zweiten Pumpeneinheit 11, 12 bildet. Die beiden Fluidverbindungen von der ersten und von der zweiten Pumpeneinheit 11, 12 zum Fluideinlass 4 und/oder zum Fluidauslass 5 stehen miteinander in Fluidkommunikation, so dass auch ein kurzgeschlossener Fluidstrom innerhalb des Gehäuses von der ersten Pumpeneinheit 11 zur zweiten Pumpeneinheit 12 und/oder von der zweiten Pumpeneinheit 12 zur ersten Pumpeneinheit 11 möglich ist. Dadurch kann ein Volumenstrom, der von der ersten Pumpeneinheit 11 von deren Fluideinlassbereich 28 zu deren Fluidauslassbereich 29 gefördert wird, durch die zweite Pumpeneinheit 12 innerhalb des Pumpengehäuses 15 wieder zurückgefördert werden, so dass ein Volumenstrom von der zweiten Pumpeneinheit 12 wieder in den Einlassbereich 28 der ersten Pumpeneinheit 11 gefördert werden kann. Dadurch kann eine Volumenstromreduzierung erfolgen gegenüber dem konstanten Volumenstrom der ersten Pumpeneinheit 11.
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Die erste Pumpeneinheit 11 weist dabei einen Fluideinlassbereich 28 und einen Fluidauslassbereich 29 auf, welche mittels einer Fluidverbindung vom Fluideinlass 4 bzw. vom Fluidauslass 5 speisbar sind bzw. diesen speisen. Auch die zweite Pumpeneinheit 12 weist einen ersten Fluideinlassbereich 21 und einen ersten Fluidauslassbereich 22 auf, wobei ein zweiter Fluidauslassbereich 22 bzw. Fluideinlassbereich 21 je nach Förderrichtung der Pumpeneinheit 12 einen Einlass- bzw. Auslassbereich darstellen, wobei der erste Fluidauslassbereich 29 bzw. der erste Fluideinlassbereich 28 und der zweite Fluidauslassbereich 22 und der zweite Fluideinlassbereich 21 der ersten Pumpeneinheit 11 mit den entsprechenden Bereichen der zweiten Pumpeneinheit 12 in Fluidverbindung stehen.
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Gemäß den 1 bis 11 werden die beiden Pumpeneinheiten bevorzugt von einem einzigen Antriebselement angetrieben, so dass eine Welle sowohl das Flügelrad 18 der zweiten Pumpeneinheit 12 als auch die Zahnräder 30, 31 der ersten Pumpeneinheit 11 antreibt. Die Welle kann dabei abschnittsweise innerhalb der Gehäuseteile der Pumpeneinheiten 11, 12 angeordnet sein, wobei die jeweiligen Wellenteile miteinander über formschlüssige Verbindungen verbindbar sind. Dadurch wird ermöglicht, dass die Pumpeneinheiten 11, 12 variabel miteinander verbindbar sind, so dass nach einem Baukastenprinzip verschiedene Pumpeneinheiten miteinander verbindbar sind.
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Als Antrieb kann vorzugsweise ein Elektromotor oder ein hydraulischer Antrieb oder eine Verbindung mit einem Antriebselement eines Verbrennungsmotors vorgesehen sein, so dass die Pumpe 10 beispielsweise über den Riementrieb bzw. eine Kette des Verbrennungsmotors antreibbar ist.
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In einer alternativen Gestaltung kann jede der beiden Pumpeneinheiten 11, 12 jedoch auch von einem eigenen Antriebselement, wie beispielsweise Elektromotor, antreibbar sein. Dies hat den Vorteil, dass unterschiedliche Drehzahlen der Antriebselemente ermöglicht werden können.
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Die 12 bis 14 zeigen die Funktionsweise der zweiten Pumpeneinheit 50 als vollvariable Flügelzellenpumpe. In 12 ist eine Betriebsstellung gemäß 5 dargestellt, also eine Betriebsstellung, bei welcher die zweite Pumpeneinheit 50 einen maximalen Volumenstrom zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass erzeugen kann.
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Die 13 zeigt eine Betriebsstellung der zweiten Pumpeneinheit 50 gemäß einer Darstellung der 8, bei welcher kein Volumenstrom durch die zweite Pumpeneinheit erzeugt wird.
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Die 14 zeigt eine Betriebsstellung der zweiten Pumpeneinheit 50 gemäß der 11, bei welcher ein negativer Volumenstrom bei Volumenstromumkehr erzeugbar ist.
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Die zweite Pumpeneinheit 50 weist ein Gehäuse 51 mit einem Innenraum 52 des Gehäuses 51 auf. Im Innenraum des Gehäuses ist das Flügelrad 53 mit den Flügeln 54 angeordnet, wobei weiterhin das Einstellelement 55 derart vorgesehen ist, dass das Flügelrad 53 mit den Flügeln 54 radial innerhalb des hohlen Ringbereichs 56 des Einstellelements angeordnet ist. In der dahinterliegenden Gehäusewandung 57 sind Öffnungen 58, 59 vorgesehen, die bogenförmig oder nierenförmig ausgebildet sind und sich über etwa ein Viertel bis ein Drittel des Umfangs des Einstellelements 19 bogenförmig erstrecken. Diese Öffnungen 58, 59 sind mit dem Fluideinlass bzw. Fluidauslass 4, 5 verbunden und stellen einen Fluideinlass- bzw. Fluidauslassbereich 21, 22 der zweiten Pumpeneinheit 12 dar.
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Das Einstellelement 55 als Ringelement ist in dem Gehäuse über die Achse 60 verschwenkbar oder verkippbar, wobei ein Antriebselement 61 vorgesehen ist, welches das Ringelement bzw. Einstellelement 19 im Innenraum 52 des Gehäuses 51 in seiner Position bzw. hinsichtlich seiner Verkippung steuert. Das Antriebselement 61 ist dabei eine Feder 62, die gegen das Einstellelement beaufschlagt, wobei die Seitenfläche X des Einstellelements 19 druckbeaufschlagt wird und so das Einstellelement 19 gegen die Federkraft der Feder 62 verlagert wird.
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Alternativ kann das Antriebselement auch als Zahnradelemente realisiert sein. Dabei ist vorteilhaft ein erstes Zahnradelement vorgesehen, welches von einem nicht dargestellten Antrieb verdrehbar ist. Auch weist das Einstellelement als Ringelement ein zweites Zahnradelement auf, welches von dem ersten Zahnradelement gekämmt wird. Dabei ist das erste Zahnradelement in einer weiteren Alternativ eine Schnecke, die von einem Antrieb verdrehbar ist, wobei das Ringelement bzw. Einstellelement, beispielsweise ein zweites Zahnradelement, wie ein Schneckenrad oder Ähnliches oder in einfacher Ausführung ein Ringelement aufweist, das in die Verzahnung der Schnecke eingreift aber mit dem Ringelement bzw. Einstellelement fest ausgebildet ist, so dass durch Verdrehung der Schnecke ein Verkippen des Einstellelements resultiert.
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Es ist in 12 zu erkennen, dass die Achse 60 und das Antriebselement 61 als Feder 62 auf jeweils gegenüber liegenden Seiten des Einstellelements 55, das als Ringelement ausgebildet ist, angeordnet sind, so dass eine einfache Gestaltung der Pumpeneinheit gewährleistet ist und dennoch eine einfache Verlagerbarkeit des Einstellelements 55 möglich ist.
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Die 12 zeigt, dass das Einstellelement 55 sich in einer Position befindet, in welcher es maximal nach links verkippt ist, so dass der linke Bereich des Einstellelements am Gehäuse anschlägt und gleichzeitig der rechte Pfeil des Einstellelements an dem Zylinder 64 des Flügelrads 53 seitlich anliegt. Dadurch wird ein Fluidstrom im Uhrzeigersinn zwischen dem Zylinder 64 und dem Einstellelement 55 verhindert, so dass lediglich ein Fluidstrom in Gegenuhrzeigerrichtung von der Öffnung 59 zur Öffnung 58 möglich ist. Dies bewirkt, dass eine Förderung eines Fluids von der Öffnung 59 zur Öffnung 58, also von einem Fluideinlassbereich zu einem Fluidauslassbereich, erfolgt.
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In 13 ist die Einstellung des Einstellelements 55 derart, dass das Einstellelement mittig eingestellt ist und zwischen dem Zylinder 64 und dem ringförmigen Einstellelement 55 jeweils in Ringspalt 65 verbleibt, so dass durch die Bewegung des Flügelrads 53 ein Fluidstrom im Kreis herum ermöglicht wird. Dies bedeutet, dass gleich viel Fluid von der Öffnung 59 zur Öffnung 58 transportiert werden kann, wie von der Öffnung 58 zur Öffnung 59, so dass, netto betrachtet, kein Fluidstrom gefördert wird.
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Die 14 zeigt eine Einstellung des Einstellelements 55 derart, dass das Einstellelement 55 in eine maximal nach rechts verkippte Position eingestellt ist, so dass das ringförmige Einstellelement 55 mit seinem linken Bereich an dem Zylinder 64 anliegt, so dass lediglich ein Fluidstrom von der Öffnung 58 zur Öffnung 59 im Uhrzeigersinn erfolgen kann, so dass dies eine Förderung eines Fluidstroms in entgegengesetzter Richtung, im Vergleich zur 12, darstellt, also eine Fluidumkehr darstellt, mit negativem Volumenstrom.
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Die 15 zeigt eine Pumpe 70 in einer Explosionsdarstellung, wobei die 16 die Pumpe 70 in zusammengesetzter Bauweise darstellt. Die Pumpe 70 besteht dabei aus einer ersten Pumpeneinheit 71 und einer Ventileinheit 72, die in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind.
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Die 17 zeigt eine Pumpe 80 in einer Explosionsdarstellung, wobei die 18 die Pumpe 80 in zusammengebauter Form darstellt. Die Pumpe 80 besteht aus einer ersten Pumpeneinheit 81 und aus einer zweiten Pumpeneinheit 82 sowie aus einer Ventileinheit 83.
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Die erste Pumpeneinheit 71 der Pumpe 70 stellt darin eine variable Flügelzellenpumpe dar. Die erste Pumpeneinheit der Pumpe 80 stellt eine Pumpe mit konstantem Volumenstrom als Zahnradpumpe, wie insbesondere Außenzahnradpumpe, dar, wobei die zweite Pumpeneinheit 82 eine vollvariable Flügelzellenpumpe darstellt. Die Elemente der Pumpe 70 können auch bei der Pumpe 80 verwendet werden, wobei bei der Pumpe 80 neben der vollvariablen Flügelzellenpumpe 82 noch eine weitere Pumpe 84 der Zahnradpumpe 81 hinzugefügt wurde, die einen weiteren Kreislauf speist.
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Die 15 bis 18 zeigen somit, dass eine Pumpe 70, 80 mit modularem Aufbau in verschiedenen Kombinationen miteinander zusammengesetzt werden kann, um eine optimale Gestaltung für die jeweiligen Anwendungszwecke erreichen zu können.
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Die 19 zeigt zwei Diagramme, wobei im oberen Diagramm der Öldruck als Funktion der Drehzahl dargestellt ist und im unteren Diagramm der Volumenstrom als Funktion der Drehzahl dargestellt ist. Die durchgezogene Linie zeigt in der oberen Kurve den Sollöldruck, wobei die unterbrochene Linie den Öldruck der Zusatzstufe ohne Rückförderung im internen Kreislauf der Pumpe darstellt. Durch Rückförderung senkt sich der Öldruck von der unterbrochenen Linie zur durchgezogenen Linie.
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Im unteren Diagramm ist in der durchgezogenen Kurve das Fördervolumen bei Sollöldruck dargestellt, wobei wiederum mit der unterbrochenen Linie der Volumenstrom der Zusatzstufe ohne Rückförderung dargestellt ist. Die Differenz zwischen den beiden Kurven, also die Fläche zwischen den beiden Kurven, stellt die zurückgeförderte Ölmenge oder Fluidmenge dar.
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Die 20 zeigt ein Diagramm des Lagereintrittsdrucks in Abhängigkeit der Drehzahl des Motors, wobei verschiedene Kurven dargestellt sind. Die obere Kurve 90 stellt den zulässigen Gesamtdruck dar, die Kurve 91 stellt einen Druck für einen so genannten Failsave-Betriebszustand dar, wobei die Kurven 92 und 93 den minimalen Druck und den maximalen Druck darstellen.
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Die daneben angeordneten Figuren zeigen, dass ein Steuerventil 94 die Pumpeneinheit 95 zwischen einem minimalen und einem maximalen Druck durch eine stufenlose Bestromung des Steuerventils regeln können, um zwischen dem Druck der Kurve 93 als Minimaldruck und dem Druck der Kurve 92 als Maximaldruck kontinuierlich den Druck einstellen zu können.
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Bei der Pumpe ist es vorteilhaft, wenn die konstant fördernde Pumpeneinheit eine Ölpumpe ist, deren Fördervolumen auf den Heißleerlauf ausgelegt ist, also bei heißen Öltemperaturen und bei niedrigen Drehzahlen des Motors. Mit der parallel angeordneten variabel betreibbaren Pumpeneinheit kann die als Ölpumpe betriebene Pumpe auch an Motoren mit höheren Schluckmengen adaptiert werden. Da in dieser Situation dann aber bei kaltem Betrieb zuviel Öl gefördert wird, kann dieses durch die „Rückwärtsförderung“ der variablen Pumpeneinheit kompensiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpe
- 2
- erste Pumpeneinheit
- 3
- zweite Pumpeneinheit
- 4
- Fluideinlass
- 5
- Fluidauslass
- 6
- Einlasskanal
- 7
- Einlasskanal
- 8
- Auslasskanal
- 9
- Auslasskanal
- 10
- Pumpe
- 11
- erste Pumpeneinheit
- 12
- zweite Pumpeneinheit
- 13
- erstes Gehäuseteil
- 14
- zweites Gehäuseteil
- 15
- Gehäuse
- 16
- Zahnrad
- 17
- Zahnrad
- 18
- Flügelrad
- 19
- Einstellelement
- 20
- Antriebselement
- 21
- Fluideinlassbereich
- 22
- Fluidauslassbereich
- 23
- Pfeil
- 24
- Pfeil
- 25
- Pfeil
- 26
- Fluidstrom
- 27
- Gesamtfluidstrom
- 28
- Fluideinlassbereich
- 29
- Fluidauslassbereich
- 30
- Zahnrad
- 31
- Zahnrad
- 32
- Pfeil
- 33
- Pfeil
- 34
- Pfeil
- 35
- Pfeil
- 36
- Welle
- 37
- Achse
- 38
- Antriebselement
- 39
- Zylinder
- 40
- Pfeil
- 41
- Bereich
- 50
- zweite Pumpeneinheit
- 51
- Gehäuse
- 52
- Innenraum
- 53
- Flügelrad
- 54
- Flügel
- 55
- Einstellelement
- 56
- Ringbereich
- 57
- Wand
- 58
- Öffnung
- 59
- Öffnung
- 60
- Achse
- 61
- Antriebselement
- 62
- Feder
- 64
- Zylinder
- 65
- Ringspalt
- 70
- Pumpe
- 71
- Pumpeneinheit
- 72
- Ventileinheit
- 80
- Pumpe
- 81
- Pumpeneinheit
- 82
- Pumpeneinheit
- 83
- Ventileinheit
- 84
- Pumpe
- 90
- Kurve
- 91
- Kurve
- 92
- Kurve
- 93
- Kurve
- 94
- Steuerventil
- 95
- Pumpeneinheit
