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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Vom Markt her bekannt sind Kraftstoffsysteme für Brennkraftmaschinen, bei denen Kraftstoff aus einem Kraftstofftank mittels einer Vorförderpumpe und einer mechanisch angetriebenen Kraftstoffhochdruckpumpe unter hohem Druck in einen Hochdruckspeicher ("Rail") gefördert wird. An oder in einem Pumpengehäuse einer solchen Kraftstoffhochdruckpumpe ist üblicherweise eine Druckdämpfervorrichtung angeordnet. Eine derartige Druckdämpfervorrichtung umfasst meist ein Deckelelement und einen zwischen Deckelelement und Pumpengehäuse angeordneten Membrandämpfer, der üblicherweise als gasgefüllte Membrandose ausgeführt ist und über ein Abstützelement am Pumpengehäuse abgestützt ist. Die Druckdämpfervorrichtung ist dabei fluidisch mit einem Niederdruckbereich verbunden. Sie dient dabei zum Dämpfen von Druckpulsationen in dem Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems, die beispielsweise durch Öffnungs- und Schließvorgänge von Ventilen, bspw. eines Einlassventils, in der Kraftstoffhochdruckpumpe hervorgerufen werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffhochdruckpumpe bereitzustellen, bei der das Befestigen des Deckelelements an dem Pumpengehäuse vereinfacht ist und zuverlässig möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe ist gewährleistet, dass während des Befestigens des Deckelelements am Pumpengehäuse, was üblicherweise durch einen Schweißvorgang geschieht, keine Gefahr einer Beschädigung des Abstützelements besteht. Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe ist es daher möglich, das Deckelelement mittels eines KEEP-Schweißvorgangs (KEEP = Kondensator-Entladungs-Einpressschweißen) unlösbar und fluiddicht an dem Pumpengehäuse zu befestigen. Außerdem kann das Abstützelement kürzer als bisher ausgeführt werden, wodurch die axiale Abmessung der Kraftstoffhochdruckpumpe reduziert wird.
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Dabei ist mit einem Einflussbereich einer stoffschlüssigen Verbindung der Bereich gemeint, in der diese weitere Bauteile als lediglich das Deckelelement und das Pumpengehäuse beeinflusst, in dem es beispielsweise zu Material Veränderungen, Verformung oder Aufschmelzen aufgrund der Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung kommt.
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Durch die in einer ersten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Hochdruckpumpe angegebenen Maße wird einerseits gewährleistet, dass der Abstützbereich bei der Herstellung des Verbindungsbereichs nicht beeinflusst wird, und andererseits wird ein ausreichend großer Innendurchmesser des Abstützbereichs gewährleistet, wodurch eine gute Abstützung des Membrandämpfer gewährleistet ist.
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Der Membrandämpfer kann über ein Federelement am Deckelelement abgestützt und einer vertikalen Richtung zu diesem beabstandet angeordnet sein. Insbesondere ermöglicht die Verwendung des eben genannten Federelements das Zusammenfügen von Deckelelement, Membrandämpfer, Abstützelement und Federelement als sogenannte vormontierte Baugruppe ("Vorbaugruppe"). Diese kann dann als eigenes Bauteil auf das Pumpengehäuse aufgesetzt und mit diesem verbunden werden.
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Vorteilhaft ist auch, wenn ein Auflagebereich des Abstützelements, also jener Bereich des Abstützelements, auf dem der Membrandämpfer aufliegt, in radialer Richtung gesehen zwischen dem Abstützbereich des Abstützelements und dem Verbindungsbereich von Deckelelement und Pumpengehäuse angeordnet ist.
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Die Kräfte, die über den Membrandämpfer auf das Abstützelement wirken, werden also an einer nach radial innen verlagerten Stelle auf das Pumpengehäuse übertragen. Hierdurch ist ein sicherer Abstand zwischen dem Abstützbereich von Abstützelement und Pumpengehäuse gegenüber dem Verbindungsbereich von Deckelelement und Pumpengehäuse, an welchem üblicherweise eine Schweißnaht vorzusehen ist, gewährleistet.
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Vorteilhaft ist auch, wenn der Querschnitt des Abstützelements insgesamt in etwa U- oder V-förmig ist mit einem radial inneren und einem radial äußeren Schenkel, die jeweils einen Wandabschnitt des Abstützbereichs bilden. Vorzugsweise ist in beiden Wandabschnitten mindestens eine Durchströmöffnung vorhanden. Vor allem im Auflagebereich des Abstützelements zum Membrandämpfer hin weisen die Schenkel je einen Winkel zwischen 30° und 50°, vorzugsweise zwischen 34° und 46°, insbesondere zwischen 37° und 43° zur einer axialen Richtung auf, wobei die jeweiligen Winkel der Schenkel vorzugsweise den gleichen Betrag haben. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der radial äußere Schenkel beispielsweise mit seinem vom Membrandämpfer abgewandten Ende in Umfangsrichtung an dem Deckelelement anliegt und so das Abstützelement in radialer Richtung in dem Deckelelement zentriert und verspannt. Der radial innere Schenkel stützt vorzugsweise in axialer Richtung ab und der radial äußere Schenkel ist in radialer Richtung an dem Deckelelement abgestützt. Hierdurch sind der Membrandämpfer, ein eventuell vorhandenes Federelement und das Abstützelement im Deckelelement der Druckdämpfervorrichtung fixiert. Der zweite, radial äußere Schenkel stellt dabei ein ausreichendes Maß an radialer Verspannung bereit. Über den ersten, radial inneren Schenkel ist ausreichende axiale Abstützung gewährleistet, während das Federelement ggf. ausreichende Federwirkung bereitstellt für eine zuverlässige Fixierung des Abstützelements im Deckelelement.
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Der radial äußere Wandabschnitt liegt am Deckelelement an und ist in axialer Richtung gesehen vorzugsweise kürzer als der radial innere Wandabschnitt. Damit bleibt auch der radial äußere Wandabschnitt von der Herstellung des Verbindungsbereichs unbeeinflusst.
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Von Vorteil ist auch, wenn der Abstützbereich einen in radialer Richtung verlaufenden Endabschnitt aufweist, der an dem Pumpengehäuse anliegt. Durch den eben beschriebenen Endabschnitt kann die Kraft, welche auf das Pumpengehäuse übertragen wird, großflächig verteilt auf dieses übertragen werden und damit eine vorteilhafte Verspannung des Abstützelements bei der Montage erreicht werden.
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Von Vorteil ist auch, wenn das Abstützelement mindestens einen insbesondere in axialer Richtung verlaufenden Positionierabschnitt zur radialen Positionierung des Membrandämpfers gegenüber dem Abstützelement und/oder zur radialen Positionierung eines Federelements aufweist, wobei das Federelement zwischen Membrandämpfer und Deckelelement verspannt ist. Der Positionierabschnitt ist vorteilhafterweise als umgebogene Lasche ausgebildet, die aus einem Wandabschnitt des Abstützelements herausgeschnitten wird. Über den Positionierabschnitt ist es möglich, den Membrandämpfer und/oder das Federelement genau positioniert bezüglich des Abstützelements auf das Abstützelement aufzusetzen bzw. zu zentrieren und alle drei Bauteile dann in das Deckelelement einzufügen.
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Vorgeschlagen wird ferner, dass das Abstützelement mindestens einen Zentrierabschnitt aufweist, welcher das Abstützelement im Deckelelement zentriert. Hierdurch wird eine weitgehend koaxiale Anordnung des Abstützelements im Deckelement gewährleistet.
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Von Vorteil ist auch, wenn das Deckelelement im Bereich des Verbindungsbereichs von Deckelelement und Pumpengehäuse einen Abschnitt des Pumpengehäuses in radialer Richtung umgibt. Hierdurch wird eine zuverlässige und fluiddichte Verbindung von Deckelelement und Pumpengehäuse ermöglicht.
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Von Vorteil ist auch, wenn das Deckelelement über eine Kondensator-Entladungs-Einpress-Schweißnaht mit dem Pumpengehäuse verbunden ist. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe. Bei dem eben beschriebenen Prozess zur Herstellung der Schweißnaht wird das Deckelelement bei gleichzeitigem Stromfluss im Verbindungsbereich über das Pumpengehäuse gepresst. Dabei ist es von Vorteil, wenn ein Innendurchmesser des Deckelelements ein Übermaß von 0,5 mm zum Außendurchmesser des Abschnitts des Pumpengehäuses, den er in radialer Richtung umgibt, aufweist. Durch den Stromfluss über die Kontaktstelle zwischen Deckel und Gehäuse kommt es zur Aufschmelzung von Deckelelement und Pumpengehäuse und anschließend zu einer stoffschlüssigen Verbindung im Verbindungsbereich von Deckelelement und Pumpengehäuse. Deckelelement und Pumpengehäuse sind hierdurch in einfacher Weise zuverlässig miteinander stoffschlüssig und damit fluiddicht verbindbar.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnung erläutert werden, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlicher Kombination für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte schematisierte Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine;
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2 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe;
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3 eine einzelne Darstellung einer Druckdämpfervorrichtung der Kraftstoffhochdruckpumpe aus 2; und
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4 eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs der Druckdämpfervorrichtung aus 3.
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1 zeigt ein Kraftstoffsystem 10 für eine weiter nicht dargestellte Brennkraftmaschine in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird im Betreib des Kraftstoffsystems 10 Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16 und einer Niederdruckleitung 18 über einen Einlass 20 einer als Kolbenpumpe ausgeführten Kraftstoffhochdruckpumpe 22 zugeführt. Im Einlass 20 ist ein Einlassventil 24 angeordnet, über welches ein Kolbenraum 26 mit einem Niederdruckbereich 28, der die Vorförderpumpe 16, die Saugleitung 14, und den Kraftstofftank 12 umfasst, fluidisch verbindbar ist. Druckpulsationen in dem Niederdruckbereich 28 können mittels einer Druckdämpfervorrichtung 29 gedämpft werden. Auf diese wird weiter unten noch stärker im Detail eingegangen werden. Das Einlassventil 24 kann über eine Betätigungseinrichtung 30 zwangsweise geöffnet werden. Die Betätigungseinrichtung 30 und damit das Einlassventil 24 sind über eine Steuereinheit 32 ansteuerbar.
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Ein Kolben 34 der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 kann mittels eines vorliegend als Nockenscheibe ausgeführten Antriebs 36 entlang einer Kolbenlängsachse 38 auf- und abbewegt werden, was durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 40 schematisch dargestellt ist. Hydraulisch zwischen dem Kolbenraum 26 und einem Auslassstutzen 42 der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 ist ein Auslassventil 44 angeordnet, welches zu einem Hochdruckspeicher 46 ("Rail") hin öffnen kann. Über ein Druckbegrenzungsventil 50, das bei Überschreiten eines Grenzdrucks im Hochdruckspeicher 46 öffnet, sind der Hochdruckspeicher 46 und der Kolbenraum 26 fluidisch verbindbar.
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Die Kraftstoffhochdruckpumpe 22 ist in 2 in einer Schnittdarstellung gezeigt. In der Darstellung von 2 im oberen Bereich der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 ist die Druckdämpfervorrichtung 29 angeordnet. Die Druckdämpfervorrichtung 29 umfasst ein Deckelelement 54, das mit dem Pumpengehäuse 52 in einem Verbindungsbereich 56 verbunden ist und zwar vorliegend über eine KEEP-Schweißnaht (Kondensator-Entladungs-Einpress-Schweißnaht). Der Verbindungsbereich 56 läuft in einer Umfangsrichtung um das Pumpengehäuse 52 herum. In den 3 und 4 ist die Druckdämpfervorrichtung 29 im Detail bzw. ein Teilbereich der Druckdämpfervorrichtung 29 vergrößert dargestellt. Das Pumpengehäuse 52 und das Deckelelement 54 umgeben einen Innenraum 58 der Druckdämpfervorrichtung 29. In dem Innenraum 58 der Druckdämpfervorrichtung 29 ist ein Membrandämpfer 60, der eine erste und in den Figuren obere Membran 62 und eine zweite und in den Figuren untere Membran 64 umfasst, angeordnet. Die obere Membran 62 und die untere Membran 64 umschließen ein Dämpfungsvolumen 66, das mit Gas gefüllt und kompressibel ist, da die beiden Membranen 62 und 64 jeweils flexible Wände für das Dämpfungsvolumen 66 darstellen.
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Der Membrandämpfer 60 ist über ein Abstützelement 68 am Pumpengehäuse 52 abgestützt und in einer axialen bzw. in den Figuren vertikalen Richtung 38 zu diesem beabstandet angeordnet. Das Abstützelement 68 steht in einem Abstützbereich 72 in Kontakt mit dem Pumpengehäuse 52. In einem Auflagebereich 74 wiederum liegt der Membrandämpfer 60 auf dem Abstützelement 68 auf. Dem Auflagebereich 74 des Abstützelements 68 an dem Membrandämpfer 60 gegenüberliegend liegt ein Federelement 76 in einem Auflagebereich 78 auf dem Membrandämpfer 60 auf. Das Federelement 76 liegt in einem Anlagebereich 80 an dem Deckelelement 54 an. Über das Federelement 76 ist der Membrandämpfer 60 am Deckelelement 54 abgestützt und in der axialen Richtung 38 zu diesem beabstandet angeordnet. Im Bereich des Anlagebereichs 80 entspricht der Verlauf des Federelements 76 dem Verlauf des Deckelelements 54. Das Federelement 76 ist also lokal entsprechend der Krümmung des Deckelelements 54 geformt. Im Bereich des Auflagebereichs 78 des Federelements 76 am Membrandämpfer 60 ist das Federelement 76 kufenförmig ausgebildet und berührt in seiner Kufenaußenseite den Membrandämpfer 60.
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In axialer Richtung 38 gesehen und mit Blick in radialer Richtung ist zunächst der Anlagebereich 80 von Federelement 76 und Deckelelement 54 angeordnet, darauf folgt der Abstützbereich 72 von Abstützelement 68 und Pumpengehäuse 52. In der radialen Richtung darauffolgend sind der Auflagebereich 78 von Federelement 76 und Membrandämpfer 60 sowie der Auflagebereich 74 von Abstützelement 68 und Membrandämpfer 60 angeordnet, gefolgt vom Verbindungsbereich 56, in welchem das Deckelelement 54 mit dem Pumpengehäuse 52 über eine umlaufende KEEP-Schweißnaht verbunden ist. Die umlaufende KEEP-Schweißnaht stellt eine stoffschlüssige Verbindung 81 dar.
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Das Abstützelement 68 weist als Durchströmöffnungen wirkende Öffnungen 82 und das Federelement 76 weitere Öffnungen 84 auf, die jeweils der Durchströmung mit Kraftstoff dienen. Das Abstützelement 68 liegt mit einem in axialer Richtung 38 verlaufenden ersten Abschnitt 86 flächig und zu dem Verbindungsbereich 56 beabstandet an dem Deckelelement 54 an. Der Abschnitt 86 bildet insoweit einen Zentrierabschnitt, als durch ihn das Abstützelement 68 in dem Deckelelement 54 zentriert ist. Mit dem Abstützbereich 72 von Abstützelement 68 und Pumpengehäuse 52 liegt das Abstützelement 68 flächig über einen zweiten Abschnitt 88 (dieser bildet einen abragenden Endabschnitt) an dem Pumpengehäuse 52 an. Der zweite Abschnitt 88 verläuft in radialer Richtung und erstreckt sich radial einwärts.
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Das Abstützelement 68 weist mehrere in axialer Richtung 38 verlaufende Positionierabschnitte 90 auf, durch die der Membrandämpfer 60 und das Federelement 76 in radialer Richtung positioniert und zur Achse 38 zentriert werden. Diese Positionierabschnitte 90 werden gebildet durch Bereiche des Abstützelements 68, die aus dem Material des Abstützelements 68 bogenförmig ausgeschnitten und nach oben gebogen sind. Diese nach oben gebogene Stellung ist bei dem in 3 und 4 rechts dargestellten Positionierabschnitt 90 exemplarisch sichtbar. Durch das Herausschneiden der Positionierabschnitte 90 und deren Hochbiegen sind im Material des Abstützelements 68 Ausnehmungen 92 gebildet. Insgesamt sind in Umfangsrichtung gesehen fünf derartige Positionierabschnitte 90 gleichmäßig verteilt an dem Abstützelement 68 vorhanden. Die Positionierabschnitte 90 sind daher jeweils um 72° zueinander versetzt angeordnet.
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Wie insbesondere auch aus 4 ersichtlich ist, ist der Querschnitt des Abstützelements 68 insgesamt vorliegend in etwa U- oder V-förmig. Er weist einen ersten Schenkel 94 und einen zweiten Schenkel 96 auf. Der erste Schenkel 94 bildet einen radial inneren Wandabschnitt, der zweite Schenkel 96 einen radial äußeren Wandabschnitt. Im Bereich des Auflagebereichs 74 verläuft der erste Schenkel 94 in einem Winkel 98 zu der axialen Richtung 38', wobei der Winkel 98 bei der vorliegenden Ausführungsform 40° beträgt. Der zweite Schenkel 96 verläuft in einem Winkel 100 zur axialen Richtung 38. Im Auflagebereich 74 des Abstützelements 68 kontaktieren sich der erste Schenkel 94 und der zweite Schenkel 96. Im vorliegenden Fall sind die Winkel 98 und 100 der beiden Schenkel 94, 96 betragsmäßig gleich, sind also beide 40°, wobei die Schenkel in unterschiedlichen Richtungen von der Achse 38' fortlaufen.
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Der zweite Schenkel 96 geht in den ersten Abschnitt 86, der flächig und an dem Deckelelement 54 anliegt, über. Der abgewinkelte Verlauf des zweiten Schenkels 96 verleiht diesem eine gewisse Nachgiebigkeit in radialer Richtung, sodass das Abstützelement 68 über den erste Abschnitt 86 in dem Deckelelement 54 verspannt werden kann.
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Im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 wird der Kraftstoff im Niederdruckbereich 28 zu Druckpulsationen angeregt. Diese Druckpulsationen können durch Kompression bzw. Dekompression des Membrandämpfers 60 ausgeglichen werden.
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Für die Montage wird die Druckdämpfervorrichtung 29 als vormontierte Baugruppe zusammengesetzt. Hierzu werden das Federelement 76, der Membrandämpfer 60 und das Abstützelement 68 in das Deckelelement 54 eingesetzt. Das Federelement 76 sorgt für eine Beabstandung des Membrandämpfers 60 vom Deckelelement 54. Über die ersten Abschnitte 86 ist das Abstützelement 68 in dem Deckelelement 54 in radialer Richtung verspannt, wodurch eine Verliersicherung für den Membrandämpfer 60 und das Federelement 76 gebildet wird. Damit ist die Druckdämpfervorrichtung 29 bereits vor der Befestigung am Pumpengehäuse 52 als Vorbaugruppe einzeln handhabbar.
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Die Druckdämpfervorrichtung 29 kann dann auf das Pumpengehäuse 52 aufgesetzt werden, wobei das Deckelelement 54 dazu leicht aufgeweitet wird, da sein Innendurchmesser geringfügig kleiner ist als ein Außendurchmesser des Abschnitts des Pumpengehäuses 52, an dem das Deckelelement 54 angebracht wird. Daran anschließend wird das Deckelelement 54 mit dem Pumpengehäuse 52 in dem Verbindungsbereich 56 über die stoffschlüssige Verbindung 81 verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung 81 im Verbindungsbereich 56, in dem das Deckelelement 54 an dem Pumpengehäuse 52 anliegt, wird beispielsweise durch KEEP-Schweißen (Kondensator-Entladungs-Einpress-Schweißen) geschaffen. Hierbei fließt Strom über das Deckelelement 54 und das Pumpengehäuse 52, wodurch beide lokal aufschmelzen und sich im Verbindungsbereich 56 stoffschlüssig miteinander verbinden.
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Man erkennt aus 2, dass der Abstützbereich 72 des Abstützelements 68 deutlich radial einwärts, nämlich in einem radialen Abstand D, von dem Verbindungsbereich 56 zwischen dem Deckelelement 54 und dem Pumpengehäuse 52 angeordnet ist. Der radiale Abstand D ist dabei so groß gewählt, dass bei der oben erwähnten Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung 81 zwischen dem Deckelelement 54 und dem Pumpengehäuse 52 der Abstützbereich 72 des Abstützelements 68 beabstandet zu einem Einflussbereich der stoffschlüssigen Verbindung 81 liegt. Der Einflussbereich der stoffschlüssigen Verbindung 81 ist dabei der Bereich, in dem die Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung 81 weitere Bauteile als lediglich das Deckelelement 54 und das Pumpengehäuse 52 beeinflusst, bzw. beeinflussen würde, wenn sie in diesem Bereich angeordnet sind. Der Einflussbereich der stoffschlüssigen Verbindung 81 ist dabei also beispielsweise der Bereich, in dem es beispielsweise zu Materialveränderungen, Verformung oder Aufschmelzen aufgrund der Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung 81 kommt.
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Der radiale Abstand D zwischen Abstützbereich 72 und Verbindungsbereich 56 beträgt vorzugsweise wenigstens 0,8mm, weiter vorzugsweise wenigstens 1,2mm, insbesondere 1,8mm, insbesondere 2mm, insbesondere 2,4mm, und/oder wenigstens das 0,5-fache, vorzugsweise das 0,75-fache, insbesondere das 1-fache, insbesondere das 1,5-fache einer Wandstärke des Deckelelements 54 im Bereich des Verbindungsbereichs 56.
