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Die Erfindung betrifft ein Dämpfungsglied nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein gattungsgemäßes Dämpfungsglied ist zur Reduzierung von Druckschwankungen in einem von einer Flüssigkeit durchströmten Bauteil vorgesehen. Bei dem von einer Flüssigkeit durchströmten Bauteil kann es sich beispielsweise um einen Strömungskanal innerhalb eines (Pumpen-) Gehäuses oder eine Flüssigkeitsleitung handeln. Insbesondere bei solchen Bauteilen eines Kraftstoffsystems kann es bei Verwendung einer Hochdruckzahnradpumpe zu starken Beanspruchungen durch erzeugte Druckschwankungen in der strömenden Flüssigkeit kommen. So werden beispielsweise bei einem Kraftstoffsystem mit einer Hochdruckzahnradpumpe für die Förderung des Kraftstoffes in den durchströmten Druckleitungen Druckwellen erzeugt, die die Druckleitungen, aber vor allem die Saugleitung und/oder angrenzende Bauteile des Kraftstoffsystems beschädigen können. Vergleichbare Probleme treten auch bei anderen Systemen auf, bei denen eine Flüssigkeit wie zum Beispiel Öl gefördert wird.
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Zur Vermeidung etwaiger Beschädigungen durch die geförderte Flüssigkeit ist es dabei grundsätzlich bekannt, Dämpfungsglieder vorzusehen, die Druckschwankungen reduzieren. Ein Dämpfungsglied der
GB 2 484 569 A basiert beispielsweise auf der Wirkung des Helmholtz-Resonators.
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Ein alternativ ausgestaltetes Dämpfungsglied definiert einen Strömungskanal, durch den Flüssigkeit entlang einer Hauptströmungsrichtung durch das Dämpfungsglied hindurchströmen kann. Das Dämpfungsglied ist dann über das verwendete Material und/oder seine Geometrie dazu eingerichtet und vorgesehen, Druckschwankungen zu dämpfen und hierüber einer übermäßigen Beanspruchung des jeweiligen Bauteils, in das das Dämpfungsglied eingesetzt ist oder an das das Dämpfungsglied angrenzt, durch die strömende Flüssigkeit vorzubeugen. Beispielsweise ist das Dämpfungsglied durch ein flexibles oder sogar elastisches Leitungsstück gebildet.
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Bisher in der Praxis bekannte Dämpfungsglieder für die Reduzierung von Druckschwankungen in Flüssigkeit führenden Bauteilen sind jedoch regelmäßig nicht besonders effektiv oder vergleichsweise komplex und damit kostenintensiv.
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Es besteht somit Bedarf an einem in dieser Hinsicht verbesserten Dämpfungsglied, mit dem sich die vorgenannten Nachteile überwinden oder zumindest reduzieren lassen.
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Vor diesem Hintergrund ist ein Dämpfungsglied vorgeschlagen, dass mindestens eine Kammer aufweist, die bezüglich einer Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit durch das Dämpfungsglied und bezüglich eines von der Flüssigkeit durchströmenden Strömungskanals des Dämpfungsglieds radial außen liegt und mit dem Strömungskanal verbunden ist. Die mindestens eine Kammer steht somit in Fluidverbindung mit dem Strömungskanal, sodass Flüssigkeit aus dem Strömungskanal in die mindestens eine Kammer einströmen kann (und aus der Kammer in den Strömungskanal zurückströmen kann). Die Kammer ist ferner durch einen elastisch verlagerbaren Wandungsabschnitt berandet. Dieser elastisch verlagerbare Wandungsabschnitt kann unter dem Druck der in die Kammer aus dem Strömungskanal einströmenden Flüssigkeit reversibel deformiert werden und damit dem Abbau von Druckwellen dienen. Etwaige Druckschwankungen und damit übermäßige Druckamplituden der geförderten Flüssigkeit lassen sich somit dämpfen respektive glätten und vermindern damit das Risiko für eine Überbeanspruchung eines das Dämpfungsglied aufweisenden oder an das Dämpfungsglied angrenzenden Bauteils. Über die mindestens eine radial außen liegende und von mindestens einem elastisch verlagerbaren Wandungsabschnitt berandete Kammer des Dämpfungsgliedes können somit Spitzen bei Druckschwankungen in der Flüssigkeit effektiv reduziert werden.
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Die elastische Verlagerbarkeit des mindestens einen Wandungsabschnitts der Kammer kann beispielsweise durch eine elastische Lagerung des mindestens einen Wandungsabschnitts erreicht sein. Alternativ oder ergänzend kann der Wandungsabschnitt selbst elastisch ausgebildet, d.h., aus einem elastischen Material hergestellt, sein.
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In einer Ausführungsvariante verläuft die mindestens eine Kammer des Dämpfungsgliedes ringförmig oder spiralförmig bezüglich der Hauptströmungsrichtung. Die Hauptströmungsrichtung fällt hierbei üblicherweise mit einer Erstreckungsrichtung des Dämpfungsgliedes zusammen. Die mindestens eine Kammer verläuft somit längs einer Erstreckungsrichtung des Dämpfungsgliedes ringförmig oder spiralförmig um den Strömungskanal.
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Insbesondere für die Reduzierung von Druckschwankungen in einem Bauteil, in dem Flüssigkeit unter hohem Druck, wie zum Beispiel Kraftstoff oder Öl, strömt, weist das Dämpfungsglied in einer Ausführungsvariante mehrere axial bezüglich der Hauptströmungsrichtung aufeinanderfolgende Kammern auf. Durch eine Reihe mehrerer (mindestens zweier) Kammern, die jeweils in Fluidverbindung mit dem Strömungskanal des Dämpfungsglieds stehen und jeweils durch mindestens einen elastisch verlagerbaren Wandungsabschnitt berandet sind, können auch größere Druckschwankungen effektiv gedämpft werden.
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In einer möglichen Weiterbildung sind dann mindestens zwei der Kammern auch über mindestens einen Verbindungskanal miteinander verbunden, sodass Flüssigkeit aus der einen Kammer in die andere Kammer durch den Verbindungskanal (und - nicht nur - über den Strömungskanal) strömen kann. Die unter Druck geförderte Flüssigkeit kann somit aus dem Strömungskanal in die eine und hieraus in die andere Kammer strömen, wobei sich in beiden Kammern ein Wandungsabschnitt unter den Druckschwankungen der Flüssigkeit elastisch reversibel deformieren kann und hierdurch Druckspitzen gezielt abgebaut wird.
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Der mindestens eine elastisch verlagerbare Wandungsabschnitt der mindestens einen Kammer kann beispielsweise durch einen sich radial bezüglich der Hauptströmungsrichtung (und damit radial bezüglich der Erstreckungsrichtung des Dämpfungsgebiets) erstreckenden Steg gebildet sein. Ein solcher Steg kann beispielsweise ringsegmentförmig oder ringförmig ausgebildet sein und radial nach innen in Richtung des Strömungskanals ragen. Das Dämpfungsglied weist in dieser Variante somit einen gegenüber dem (effektiven) Strömungsquerschnitt des Strömungskanals größeren Innendurchmesser auf. Über einen oder mehrere radial nach innen von einer Innenwandung des Dämpfungsglieds vorstehende Stege ist zentral ein Strömungskanal kleineren Durchmessers definiert, durch den entlang der Hauptströmungsrichtung die Flüssigkeit durch das Dämpfungsglied strömt. Innerhalb des größeren Innendurchmessers des Dämpfungsgliedes sind sich radial erstreckende und den Strömungskanal gegebenenfalls umlaufend umgebende (Dämpfungs-) Kammern definiert, in die hinein die Flüssigkeit, insbesondere bei zyklisch ansteigendem Förderdruck, entweichen. Ist ein radial vorstehender Steg elastisch, kann sich dieser, der Flüssigkeit zur Reduzierung von Druckschwankungen, unter dem Druck deformieren. Ein derartiges Dämpfungsglied macht sich folglich für die Dämpfung auftretender Druckschwankungen eine plötzliche Strömungsquerschnittserweiterung über die radial außen liegenden Kammern zunutze, wobei der hiermit erzielbare Dämpfungsmechanismus mit einer gezielten Absorption auftretender Druckkräfte an den elastisch reversibel deformierbaren und die jeweiligen Kammern berandenden Stegen kombiniert ist.
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In einer auf dieser Ausführungsvariante basierenden Weiterbildung weist das Dämpfungsglied mehrere radial bezüglich der Hauptströmungsrichtung vorstehende und axial bezüglich der Hauptströmungsrichtung lamellenartig aufeinanderfolgende, zum Beispiel ringsegmentförmige oder ringförmige, Stege auf, die mehrere axial bezüglich der Hauptströmungsrichtung aufeinanderfolgende Kammern definieren. Bei lamellenartig aufeinanderfolgenden, ringförmigen Stegen sind diese beispielsweise zentral konzentrisch gelocht, um den Strömungskanal für die Flüssigkeit vorzugeben. Die lamellenartig aufeinanderfolgend ausgebildeten Stege sind hierbei beispielsweise jeweils elastisch verlagerbar und hierfür aus einem elastischen Material, wie zum Beispiel Silikon, gefertigt. Durch die radial vorstehenden Stege wird in dieser Variante jeweils eine den Strömungskanal ringförmig umgebende Kammer axial berandet. Unter dem Druck der durch das Dämpfungsglied strömenden Flüssigkeit können die lamellenartig hintereinander vorgesehen Stege jeweils elastisch deformiert werden, insbesondere unter der Wirkung einer radial nach außen in die jeweilige Kammer gelangenden Teilströmung.
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Alternativ oder ergänzend kann ein sich axial bezüglich der Hauptströmungsrichtung erstreckender Abschnitt einer den Strömungskanal berandenden Wandung elastisch verlagerbar ausgebildet sein, um somit durch elastische reversible Deformation entlang einer radialen Richtung bezüglich der Hauptströmungsrichtung etwaige Druckschwankungen zu dämpfen.
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Hierauf aufbauend ist in einer Ausführungsvariante ein Dämpfungsglied vorgesehen, dass ein rohrförmiges, sich entlang der Hauptströmungsrichtung erstreckendes Innenteil aufweist. Dieses Innenteil berandet dann den Strömungskanal und stützt sich über mindestens einen radial bezüglich der Hauptströmungsrichtung erstreckenden Steg an einem Trägerteil des Dämpfungsglieds ab. Das Trägerteil umgibt somit das Innenteil des Dämpfungsglieds zumindest teilweise, gegebenenfalls vollständig. In einer Ausführungsvariante ist das Trägerteil als Hohlzylinder ausgeführt, in dessen Inneren das Innenteil aufgenommen ist. Das Trägerteil und das Innenteil können hierbei als separat gefertigte und miteinander verbundene Komponenten des Dämpfungsglieds ausgeführt sein.
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Über die mittels des Steges lediglich lokale radiale Abstützung des Innenteils an dem Trägerteil, kann sich eine Wandung des Innenteils abschnittsweise elastisch verformen, um hierüber Druckschwankungen in der innerhalb des Innenteils strömenden Flüssigkeit zu dämpfen. Die mindestens eine Kammer, die in Fluidverbindung mit dem Strömungskanal steht, ist hierbei zwischen einer äußeren Mantelfläche einer Wandung des Innenteils und einer ihnen Wandung des Trägerteils gebildet. In der Wandung des Innenteils ist mindestens eine durchgehende Verbindungsöffnung, z.B. als Perforation der Wandung des Innenteils, ausgebildet, durch die hindurch Flüssigkeit aus dem Strömungskanal in die mindestens eine zwischen der äußeren Mantelfläche der Innenwandung gebildete Kammer strömen kann. Eine derartige Konstruktion hat sich (ebenfalls) als vorteilhaft für den Abbau von Druckschwankungen erwiesen. Hierbei ist einerseits eine lokale und elastische reversible Deformation eines Wandungsabschnitts des Innenteils zugelassen, der zum Beispiel zwischen zwei radial verlaufenden und axial zueinander beabstandeten Stegen ausgebildet ist, über die sich das Innenteil an dem äußeren Trägerteil abstützt. Gleichzeitig ist über eine Verbindungsöffnung oder mehrere Verbindungsöffnungen ein Strömen der Flüssigkeit radial nach außen in die zwischen dem Innenteil und dem Trägerteil gebildete, mindestens eine Kammer gestattet.
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Das Innenteil kann sich über mehrere axial bezüglich der Hauptströmungsrichtung zueinander parallele Stege an dem Trägerbauteil abstützen. Derartige Stege können insbesondere an der äußeren Mantelfläche des Innenteils z.B. ringförmig oder ringsegmentförmig ausgeformt sein. Beispielsweise ist in einer Ausführungsvariante vorgesehen, dass ein rohrförmiges Innenteil mit an seiner äußeren Mantelfläche ausgebildeten Stegen aus einem elastischen Material, wie zum Beispiel Silikon, ausgeformt ist und in ein hohlzylindrisches Trägerteil des Dämpfungsglieds eingesetzt ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das rohrförmige Innenteil mit ringförmig umlaufenden Stegen und/oder mindestens einem spiralförmig umlaufenden Steg an seiner äußeren Mantelfläche ausgeformt ist.
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An der äußeren Mantelfläche vorgesehene Stege für die radiale Abstützung des Innenteils an dem Trägerteil können zueinander äquidistant angeordnet sein. In einer alternativen Ausführungsvariante sind wenigstens zwei benachbarte, entlang der Hauptströmungsrichtung aufeinanderfolgende Stege mit einem Abstand zueinander vorgesehen, der zu dem Abstand zweier anderer, ebenfalls zueinander benachbarter, entlang der Hauptströmungsrichtung aufeinander folgender Stege verschieden ist. Aufeinanderfolgende Stege sind hierbei folglich mit unterschiedlichen Abständen zueinander entlang der Hauptströmungsrichtung angeordnet, beispielsweise vergrößert sich der Abstand der zur radialen Abstützung des Innenteils vorgesehenen Stege in Hauptströmungsrichtung und damit in Erstreckungsrichtung des Dämpfungsgliedes. In dieser Variante sind folglich die Stege mit entlang der Hauptströmungsrichtung ansteigenden Abständen zueinander angeordnet.
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Wie vorstehend bereits angegeben, kann das Innenteil auch über mindestens einen spiralförmig bezüglich der Hauptströmungsrichtung verlaufenden Steg an dem Trägerteil abgestützt sein. Über einen derartigen Steg wird zwischen der Innenwand des Trägerteils und der äußeren Mantelfläche des Innenteils eine spiralförmig um den Strömungskanal des Innenteils umlaufende Kammer definiert. Die zum Ausgleich von Druckschwankungen vorgesehene Kammer verläuft somit nach Art eines Spiralkanals an der äußeren Mantelfläche des Innenteils entlang.
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Über axial bezüglich der Hauptströmungsrichtung zueinander beabstandete Verbindungsöffnungen in dem Innenteil kann über den Verlauf einer solchen spiralförmig umlaufenden Kammer erreicht werden, dass an mehreren Stellen entlang der Hauptströmungsrichtung Flüssigkeit aus dem Inneren des Innenteils und damit aus dem Strömungskanal in die äußere spiralförmige Kammer und zurück gelangt.
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In einer Weiterbildung erstreckt sich der mindestens eine Steg für die Definition der Kammer entlang einer Spirallinie mit einer sich in Hauptströmungsrichtung erhöhenden, beispielsweise kontinuierlich erhöhenden, Steigung. Die sich an der äußeren Mantelfläche spiralförmig um den Strömungskanal erstreckende Kammer verbreitert sich somit in Hauptströmungsrichtung zunehmend.
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Zur Vermeidung von Strömungsverlusten und störenden Verwirbelungen durch radial nach außen in die mindestens eine Kammer strömende Flüssigkeit sind an einem Innenteil vorgesehenen Verbindungsöffnungen in Relation zum Strömungsquerschnitt des Strömungskanals mit einem vergleichsweise kleinen Durchmesser ausgebildet, d.h. mit einem Durchmesser, der lediglich einen Bruchteil des Durchmessers des Strömungskanals ausmacht. Eine Ausführungsvariante sieht dementsprechend beispielsweise vor, dass Verbindungsöffnungen in dem Innenteil, durch die Flüssigkeit in die mindestens eine radial außen liegende und zwischen der äußeren Mantelfläche des Innenteils und der Innenwand des Trägerteils definierte Kammer strömen kann, lediglich durch Perforationen in der den Strömungskanal berandenden Wandung des rohrförmigen Innenteils ausgebildet sind.
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Wie bereits vorstehend angegeben, besteht das Dämpfungsglied beispielsweise zumindest teilweise aus Silikon. In einer Ausführungsvariante ist beispielsweise das Dämpfungsglied mit den lamellenartig radial vorstehenden Stegen einstückig und vollständig aus Silikon oder einem anderen flexiblen, kraftstoffbeständigen Material, z. B. einem Elastomer hergestellt. Bei einem wenigstens zweiteilig ausgeführten Dämpfungsglied mit einem Trägerteil und einem hierin aufgenommenen, rohrförmigen Innenteil ist beispielsweise das rohrförmige Innenteil vollständig aus Silikon oder einem anderen flexiblen, kraftstoffbeständigen Material, insbesondere einem Elastomer hergestellt.
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Das Dämpfungsglied kann grundsätzlich zur Verwendung in einem Pumpengehäuse eingerichtet und vorgesehen sein. Beispielsweise ist das Dämpfungsglied zur Integration in ein Pumpengehäuse, insbesondere in ein Pumpengehäuse einer (Hochdruck-) Zahnradpumpe eingerichtet und vorgesehen. Eine Ausführungsvariante sieht ferner vor, dass das Dämpfungsglied zur Verwendung in einer Flüssigkeitsleitung eingerichtet und vorgesehen ist, insbesondere in einer mit einem Pumpengehäuse zu verbindenden Flüssigkeitsleitung.
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Alternativ oder ergänzend, kann das Dämpfungsglied mindestens ein Verbindungsstück zur Verbindung mit einem Pumpengehäuse und/oder zur Verbindung mit einer Flüssigkeitsleitung aufweisen. Die zuletzt genannte Variante schließt hierbei insbesondere ein, dass das Dämpfungsglied über ein erstes (Pumpen-) Verbindungsstück an einen Auslass eines Pumpengehäuses anschließbar ist und über eine zweites (Leitungs-) Verbindungsstück an eine Flüssigkeitsleitung. Das Dämpfungsglied reduziert somit Druckschwankungen in der durch die Pumpe geförderten Flüssigkeit an einem Auslass der Pumpe, bevor die Flüssigkeit in eine Flüssigkeitsleitung weiterströmt. Alternativ oder ergänzend kann das Dämpfungsglied an einem Einlass der Pumpe vorgesehen sein, aus dem eine Druckschwankung entgegengesetzt zu einer Hauptströmungsrichtung austreten und gedämpft werden, um damit die Saugleitungen und nachfolgende Bauteile zu entlasten.
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Die vorgeschlagene Lösung betrifft ferner ein System zur Förderung einer Flüssigkeit, die eine Pumpe zur Förderung der Flüssigkeit mit einem erfindungsgemäßen Dämpfungsglied und/oder eine Flüssigkeitsleitung mit einem erfindungsgemäßen Dämpfungsglied aufweist. Ein solches System kann insbesondere ein Kraftstoffsystem zur Förderung eines flüssigen Kraftstoffs, wie zum Beispiel Benzin, Diesel oder Kerosin, oder ein Hydrauliksystem zur Förderung einer Hydraulikflüssigkeit, wie zum Beispiel Öl, sein. Dieses System kann insbesondere z.B. eine Industrieanlage oder ein Prüfstand sein.
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Die vorgeschlagene Erfindung betrifft ferner auch ein Triebwerk, insbesondere ein Gasturbinentriebwerk, mit einem entsprechenden System zur Förderung einer Flüssigkeit, insbesondere eines Kraftstoffs oder Öls, innerhalb des Triebwerks.
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Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.
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Hierbei zeigen:
- 1A-1B ausschnittsweise jeweils ein System zur Förderung eines Kraftstoffs mit Blick auf die geschnittene Ansicht einer (Zahnrad-) Pumpe des Systems, die ein Dämpfungsglied in ihrem Pumpengehäuse aufnimmt;
- 2 ausschnittsweise ein System zur Förderung eines Kraftstoffes mit einem Dämpfungsglied, das an einen Ein- oder Auslass eines Pumpengehäuses montiert ist und an das eine Flüssigkeitsleitung zu montieren ist, dargestellt in der Auslassströmung;
- 3A-3B auf das Dämpfungsglied reduzierte Schnittansicht und Seitenansicht des Dämpfungsgliedes gemäß der Ausführungsvariante der 2 mit mehreren identisch dimensionierten, außen liegenden (Dämpfungs-) Kammern;
- 4A-4B Schnittansicht und Seitenansicht eines Dämpfungsgliedes gemäß einer weiteren Ausführungsvariante mit unterschiedlichen dimensionierten (Dämpfungs-) Kammern;
- 5A-5B Schnittansicht und Seitenansicht eines Dämpfungsgliedes gemäß einer weiteren Ausführungsvariante mit einer sich spiralförmig an einer äußeren Mantelfläche eines Innendetails entlang erstreckenden (Dämpfungs-) Kammer;
- 6 eine Weiterbildung der Ausführungsvariante der 5A und 5B in Seitenansicht, mit mehreren Verbindungskanälen an einem spiralförmig an der äußeren Mantelfläche entlang laufenden Steg;
- 7A in Schnittansicht eine Gussform zur Herstellung eines Innenteils für ein Dämpfungsglied;
- 7B in Schnittansicht ein mit der Gussform der 7A hergestelltes Innenteil;
- 8A schematisch in Schnittansicht ein Trägerteil eines Dämpfungsglieds mit einem ein Innenteil aufnehmenden Hohlraum;
- 8B schematisch in Seitenansicht das Innenteil für das Trägerteil der 8A, ohne Darstellung einer Endschulter.
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Die 1A zeigt eine Pumpe P, hier in Form einer (Hochdruck-) Zahnradpumpe, mittels der eine Flüssigkeit von einem Pumpeneinlass E eines Pumpengehäuses G zu einem Pumpenauslass A des Pumpengehäuses G gefördert wird. An einem Anschlussstück in Form eines Flansches F kann an dem Pumpenauslass A zum Beispiel eine Druckleitung angeschlossen sein. Die dargestellte Pumpe P eignet sich hierbei insbesondere zur Förderung eines flüssigen Kraftstoffs, wie zum Beispiel Benzin oder Kerosin in einem Gasturbinentriebwerk.
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Im Betrieb der (Zahnrad-) Pumpe P wird nicht nur das von der Flüssigkeit durchströmte Pumpengehäuse G, sondern auch die hieran angeschlossene Saugleitung oder Druckleitung aufgrund entstehender Druckwellen stark beansprucht, wenn keine Maßnahmen zur Reduzierung der Druckschwankungen vorgesehen werden. Die Druckschwankungen entstehen durch das Kämmen der Zahnräder und dadurch unstetiger Strömung mit Druckspitzen. Im vorliegenden Fall ist hierfür eine Ausführungsvariante eines Dämpfungsgliedes 1 in das Pumpengehäuse P eingesetzt. Das Dämpfungsglied 1 ist hierbei hohlzylindrisch ausgeführt und aus einem elastischen Material, wie zum Beispiel Silikon, hergestellt. Das Dämpfungsglied 1 ist in einen Hohlraum innerhalb des Pumpengehäuses G eingesetzt, der sich bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung R der geförderten Flüssigkeit stromab an ein Kanalstück PK innerhalb des Pumpengehäuses G anschließt. Dieses Kanalstück PK verbindet den Pumpenraum mit den sich drehenden Zahnrädern mit dem Dämpfungsglied 1.
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Der Hohlraum innerhalb des Pumpengehäuses G für das Dämpfungsglied 1 kann sich, bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung R, auch stromauf der Zahnradpumpe P innerhalb des Pumpengehäuses G befinden, wie dies in der 1B dargestellt ist. In diesem Fall befindet sich der Hohlraum zwischen Pumpeneinlass E und der Pumpe P. Der Hohlraum wird dann durch ein Kanalstück PE mit den sich drehenden Zahnrädern verbunden. Die Lage vor dem Pumpeneinlass E ermöglicht die Dämpfung der Druckwellen, die entgegen der Hauptströmungsrichtung R austreten. Im nachfolgenden wird das Dämpfungsglied 1 in der Lage stromab der Zahnradpumpe P beschrieben, wobei aber ein Dämpfungsglied für eine Anordnung stromauf vor der Zahnradpumpe P grundsätzlich übereinstimmend ausgebildet sein kann.
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Das Dämpfungsglied 1 definiert in seinem Inneren einen Strömungskanal K, dessen Innendurchmesser im Wesentlichen dem Strömungsquerschnitt des Kanalstücks PK und des Auslasses A entspricht. Dieser Strömungskanal K wird durch radial nach innen von einer Innenwand 12 des zylindrischen Dämpfungsglieds 1 vorstehende ringförmige lammellenartige Stege 10 begrenzt. Die hintereinander vorgesehenen Stege weisen entlang einer Mittelachse M jeweils eine zentrale Strömungsöffnung 11 zur Definition des Strömungskanals K auf. Die einzelnen entlang der Hauptströmungsrichtung R und einer damit zusammenfallenden Erstreckungsrichtung des zylindrischen Dämpfungsgliedes 1 hintereinander vorgesehenen Stege 10 sind hierbei lamellenartig angeordnet und definieren mehrere ringförmige (Dämpfungs-) Kammern 13a bis 13g, die durch die ringförmigen, nach Art von Lamellen ausgebildeten Stege 10 voneinander getrennt sind. Jeder ringförmige Steg 10 definiert somit in axialer Richtung eine Wandung der jeweiligen Kammer 13a bis 13g.
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Jede der ringförmigen Kammern 13a bis 13g liegt bezüglich des sich zentral erstreckenden Strömungskanals K radial außen. In jede ringförmige Kammer 13a bis 13g kann innerhalb des Dämpfungsgliedes 1 aus dem Strömungskanal K Flüssigkeit radial (bezüglich der Hauptströmungsrichtung R) nach außen und wieder in den Strömungskanal K strömen. Durch die mit jeder Kammer 13a bis 13g verbundene Erweiterung des Strömungsquerschnitts lassen sich hierbei bereits Druckschwankungen wesentlich reduzieren. Zur weiteren Dämpfung von Schwingungsspitzen sind die radial von der Innenwand 12 vorstehenden Stege 10, die jede Kammer 13a bis 13g axial beranden, elastisch ausgeführt, sodass Spitzen etwaiger Druckschwankungen durch elastische reversible Deformation dieser schmalen Stege 10 (zusätzlich) reduziert werden.
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Das Dämpfungsglied 1 mit seinen lamellenartig hintereinander angeordneten Stegen 10, die mit ihren zentralen Strömungsöffnungen 11 den Strömungskanal K sowie die ringförmigen Kammern 13a bis 13g definieren, ist vorliegend als separat hergestellter Einsatz ausgebildet, der in das Pumpengehäuse G eingesetzt wird. Das Dämpfungsglied 1 ist nach der Montage formschlüssig innerhalb des hierfür vorgesehenen Hohlraums des Pumpengehäuses G aufgenommen und liegt über eine äußere Wandlung umfangsseitig an einer Gehäuseinnenwand des Hohlraums an. Das in das Pumpengehäuse G montierte Dämpfungsglied 1 ist hierbei mit seinen lamellenartig radial erstreckenden Stegen 10 beispielsweise aus Silikon und aus einem Guss geformt und gestattet derart bei vergleichsweise kostengünstiger Herstellung die Glättung von Druckspitzen im geförderten Kraftstoff, sodass in einer am Auslass A oder in einer am Einlass E angeschlossenen Druckleitung Druckschwankungen nicht mehr oder allen falls stark gedämpft auftreten.
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Bei der in der 2 dargestellten Ausführungsvariante ist das Dämpfungsglied 1 dem Auslass A und einer hierfür vorgesehenen Auslassöffnung AO an dem Pumpengehäuse G nachgeschaltet. Die in der 2 dargestellte Ausführungsvariante kann ebenfalls dem Einlass E und einer hierfür vorgesehenen Anschlussöffnung AE im Einlass E an dem Pumpengehäuse G vorgeschaltet sein. Die Ausführung der Bauteile ist dabei gleich aber entsprechend liegen die Bauteile stromauf der Zahnradpumpe, um Druckschwankungen, die in entgegengesetzter Richtung der Hauptströmungsrichtung R aus dem Pumpengehäuse austreten zu dämpfen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich dabei lediglich der Einfachheit halber auf einer Anordnung entsprechend der 2, stromab der Zahnradpumpe P.
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Das Dämpfungsglied 1 ist als separates Bauteil ausgeführt und an den Flansch F des Pumpengehäuses G über ein Pumpenverbindungsstück 2b mit einer Befestigungsmutter 2b angeschlossen und hieran dichtend fixiert. An einem Leitungsverbindungsstück 2a mit einer weiteren Befestigungsmutter wird dann stromab des Flansches F die Druckleitung mit dem Dämpfungsglied 1 verbunden. Im Unterschied zur Variante der 1A und 1B ist hier somit das Dämpfungsglied 1 nicht in das Pumpengehäuse G montiert, sondern hieran angeschlossen.
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Das hohlzylindrische Trägerteil 100 des vorliegend mehrteiligen Dämpfungsgliedes 1 der 2 ist an einer Seite, hier im Bereich des Pumpenverbindungsstücks 2b offen, um das Innenteil 101 in das Trägerteil 100 einsetzen zu können. Das Trägerteil 100 kann beispielsweise aus einem metallischen Material hergestellt sein, während das Innenteil vollständig aus einem elastischen Material, wie zum Beispiel Silikon, hergestellt ist. An einem Längsende des Innenteils 101 ist eine Endschulter 1012 ausgeformt. Über diese Endschulter 1012 liegt das Innenteil 101 an einem Rand des Pumpenverbindungsstücks 2b an. Über eine auf diese Endschulter 1012 aufgelegte Einlegscheibe S wird das Dämpfungsglied 1 über eine Befestigungsmutter an dem Flansch F des Pumpengehäuses G dichtend fixiert, sodass die Flüssigkeit aus dem Pumpengehäuse G in das Dämpfungsglied 1 einströmen kann. Die Einlegscheibe S weist axial vorstehend mindestens einen stiftförmigen oder kreisringförmigen Randsteg auf, der die Endschulter 1012 an dem Pumpenverbindungsstück 2b umfangseitig umgreift, wenn die das Dämpfungsglied 1 bestimmungsgemäß an das Pumpengehäuse G montiert ist.
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Am gegenüberliegenden Längsende des Dämpfungsgliedes 1 ist ein Verbindungsabschnitt 102 für den Anschluss einer Druckleitung ausgebildet. Teil dieses Verbindungsabschnitts, der an dem Trägerteil 100 ausgebildet ist, ist das Leitungsverbindungsstück 2a mit einer Befestigungsmutter zum Aufdrehen auf ein Außengewinde einer Druckleitung.
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Ferner weist das Dämpfungsglied 1 der 2 keine lamellenartig hintereinander angeordneten Stege 10 auf. Vielmehr ist hier zur Dämpfung von Druckschwankungen ein rohrförmiges Innenteil 101 in einem hohlzylindrischen Trägerteil 100 aufgenommen. Das rohrförmige Innenteil 101 bildet dabei an einer äußeren Mantelfläche 1010 mehrere axial zueinander beabstandete, radial bezüglich der Hauptströmungsrichtung R vorstehende Stege 10 aus. Über diese Stege 10 stützt sich das Innenteil 101 an einer Innenwand 1000 des Trägerteils 100 ab. Die einzelnen Stege 10 sind hierbei jeweils ringförmig ausgebildet und stehen an der äußeren Mantelfläche 1010 des Innenteils 101 reliefartig vor. In der dargestellten Variante der 2 sind die Stege 10 parallel zueinander ausgerichtet. Grundsätzlich können aber einzelne oder auch alle Stege 10 zueinander geneigt ausgeführt sein.
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Durch die Erstellung des Innenteils 101 aus einem elastischen Material, wie zum Beispiel Silikon, und die jeweils lediglich lokale Abstützung an dem das Innenteil 101 aufnehmenden Trägerteil 100 über die Stege 10 können sich zwischen den Stegen 10 axial erstreckende Wandungsabschnitte 101a bis 101g des Innenteils 101 radial reversibel deformieren. Diese Wandungsabschnitte 101a bis 101g beranden den zentralen Strömungskanal K. Ferner sind mit den axial zueinander beabstandeten Stegen 10 mehrere entlang der Hauptströmungsrichtung R aufeinanderfolgende ringförmige (Dämpfungs-) Kammern 13a bis 13g zwischen der äußeren Mantelfläche 1010 des Innenteils 101 und der Innenwand 1000 des Trägerteils 100 definiert, die radial innen von den Wandungsabschnitten 101a bis 101g berandet sind.
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Über als Perforationen ausgebildete Verbindungsöffnungen 1011 in den eine Kammer 13a bis 13g radial berandenden Wandungsabschnitten 101a bis 101g des Innenteils 101 kann die Flüssigkeit, hier der Kraftstoff, aus dem Inneren des Innenteils 101 und damit dem Strömungskanal K nach außen in die Kammern 13a bis 13g fließen. Die Kammer 13a bis 13g sind ferner über je mindestens einen Verbindungskanal 130 in jedem Steg 10 untereinander verbunden, sodass Flüssigkeit aus einer Kammer 13a bis 13f in die jeweils benachbarte Kammer 13b bis 13g strömen kann. Selbstverständlich ist auch eine Rückströmung aus den Kammern 13a bis 13g in den Strömungskanal K über die Perforationen 1011 möglich.
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Etwaige Schwingungsspitzen, die durch die (Zahnrad-) Pumpe P erzeugt werden, werden durch elastisches Nachgeben der Wandungsabschnitte 101a bis 101g und die Verdrängung der Flüssigkeit in den ringförmigen (Dämpfungs-) Kammern 13a bis 13g zwischen den Stegen 10 und der äußeren Mantelfläche 1010 des Innenteils 101 gedämpft. Die Verdrängung der Flüssigkeit in den ringförmigen Kammern 13a und 13b wird hierbei sowohl durch die Verbindungskanäle 130 in den Stegen 10 als auch über die Perforationen 1011 bewirkt, die nicht nur ein Strömen der Flüssigkeit radial nach außen in die Kammern 13a bis 13g, sondern auch zurück in den innen liegenden Strömungskanal K ermöglichen. Durch die Verbindungskanäle 130 und die Perforationen 1011 kommunizieren die Kammern 13a bis 13g fluidtechnisch und stehen untereinander in Fluidverbindung, sodass sie nicht vollständig entleert werden können, sobald eine angeschlossene Flüssigkeitsleitung unter Druck steht. Mittels des Dämpfungsglieds 1 kann somit die Flüssigkeit gedrosselt in die Kammern 13a bis 13g hinein und aus den Kammern 13a bis 13g heraus wechseln (strömen) und auch zwischen den Kammern 13a bis 13b wechseln. Da die Druckschwankungen mit der hohen Schallgeschwindigkeit des Fluides durch die Leitung übertragen werden, kommt es nur zu einem momentanen wechselnden Pulsieren der Fluidanteile durch die Verbindungskanäle 130 und die Perforationen 1011 in die Kammer 13a bis 13g hinein und hinaus als auch zwischen den Kammern 13a bis 13g. Die Wandungsabschnitte 101a bis 101g des Innenteils 101 geben hierbei elastisch in beide radiale Richtungen, d.h., nach innen und nach außen, verzögert nach, was wiederum zur Glättung etwaiger Druckspitzen in einer angeschlossenen Flüssigkeitsleitung führt. Die angeschlossene Flüssigkeitsleitung wird damit in geringerem Maße schwingungsbelastet.
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Bei der Variante der 3A und 3B ist ein vereinfachtes Dämpfungsglied 1 dargestellt, das funktional zu dem Dämpfungsglied der 2 identisch ist, ohne dass hierbei das Trägerteil 100 und die Anschlüsse dargestellt sind, die denjenigen der Ausführungsvarianten der 2 entsprechen. Das in den 3A und 3B dargestellte Dämpfungsglied 1 ist somit ebenfalls mehrteilig mit Trägerteil 100 und hierin aufgenommenem Innenteil 101 aufgebaut. Das den innen liegenden, zentralen Strömungskanal K definierende Innenteil 101 stützt sich auch hier radial über mehrere axial zueinander beabstandete Stege 10 an einer Innenwand 1000 des Trägerteils 100 ab. Ebenfalls sind hierdurch mehrere axial aufeinanderfolgende und über die Perforationen 1011 und Verbindungskanäle 130 miteinander und dem Strömungskanal K kommunizierende ringförmige Kammern 13a bis 13g zwischen der äußeren Mantelfläche 1010 des Innenteils 101 und der Innenwand 1000 des Trägerteils 100 definiert.
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Die Ausführungsvariante der 4A und 4B unterscheidet sich von der Ausführungsvariante der 3A und 3B durch einen variablen Abstand zwischen zwei benachbarten Stegen 10 an der äußeren Mantelfläche 1010 des Innenteils 101. Während die Stege 10 beim Dämpfungsglied 1 der 3A und 3B äquidistant zueinander ausgebildet sind, variiert ein Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Stegen 10 bei der Variante der 4A und 4B. Die einzelnen Kammern 13a bis 13g sind dementsprechend unterschiedlich dimensioniert. Vorliegend steigt der Abstand zwischen zwei Stegen 10 entlang der Hauptströmungsrichtung R kontinuierlich an. Eine stromab liegende Kammer 13b bis 13g ist somit jeweils größer ist als eine benachbarte, stromauf liegende Kammer 13a bis 13f.
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Bei der Ausführungsvariante der 5A und 5B ist eine einzelner umfangsseitig spiralförmig umlaufender Steg 10 an der äußeren Mantelfläche 1010 des Innenteils 101 ausgeformt, über den sich das Innenteil 101 an der Innenwand 1000 des Trägerteils 100 abstützt. Über den spiralförmig verlaufenden Steg 10 ist damit eine radial außen liegende Kammer 13 kanalartig und entlang einer Spirallinie verlaufend ausgebildet. Der umlaufende Steg 10 erstreckt sich hierbei entlang der Spirallinie mit einer in der Hauptströmungsrichtung R kontinuierlich ansteigenden Steigung. Über den Steg 10 ist derart eine sich spiralförmig erstreckende Kammer 13 zwischen der äußeren Mantelfläche 1010 und der Innenwand 1000 definiert, die sich in Hauptströmungsrichtung R und damit entlang der Erstreckungsrichtung des Dämpfungsgliedes 1 aufweitet. Hierdurch kann über eine größere Frequenzbandbreite eine Schwingungsdämpfung mittels des Dämpfungsgliedes 1 erfolgen und über eine größere Frequenzbreite ein Druckschwankungsbild verzerrt werden. In einer Weiterbildung können auch mehrere jeweils spiralförmig an der äußeren Mantelfläche 1010 ausgeformte Stege 10 vorgesehen sein.
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Bei einer Weiterbildung entsprechend der 6 sind an dem spiralförmig umlaufenden Steg 10 mehrere axiale zueinander versetzte Verbindungskanäle 130 ausgeformt. Derart sind einzelne Abschnitte der sich spiralförmig an der äußeren Mantelfläche 1010 erstreckenden (Dämpfungs-) Kammer untereinander über die (im Wesentlichen) axial verlaufenden Verbindungskanäle 130 untereinander verbunden. Wandungsabschnitte 101a bis 101h des Innenteils 101, entlang derer sich die spiralförmig verlaufende Kammer 13 erstreckt, weisen ferner erneut Verbindungsöffnungen in Form von Perforationen 1011 für einen Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Strömungskanal K und der radial außen liegenden Kammer 13 auf.
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Die 7A und 7B veranschaulichen des Weiteren eine mögliche Herstellung des rohrförmigen Innenteils 101, an dessen äußeren Mantelfläche 1010 umfangseitig umlaufende ringförmige und radial vorstehende Stege 10 äquidistant zueinander ausgebildet sind. Die 7A stellt hierbei exemplarisch eine (Spritz-) Gussform 3 dar, mittels derer das Innenteil 101 aus einem elastischen Material herstellbar ist. Die Gussform 3 weist hierbei zwei Formhälften 3a und 3b auf, die zwischen sich eine Kavität mit einer Negativform für die äußere Kontur des Innenteils 101 definieren. Für die rohrförmige und damit innen hohle Gestaltung des Innenteils 101 ist ferner ein kreiszylindrischer Rohrkern 31 zentral in der durch die beiden Formhälften 3a und 3b definierten Kavität gehalten.
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Im Bereich eines linksseitigen Endes der zwischen den Formhälften 3a und 3b definierten Kavität ist beispielsweise auch eine sich radial nach außen erstreckende Aussparung 30 in beiden Formhälften 3a und 3b vorgesehen. Über dies Aussparung 30 in der Gussform und das hierin dann hierin flüssig eingefüllten Herstellungsmaterial wird nach dem Aushärten die Endschulter 1012 an einem Längsende des Innenteils 101 ausgebildet, über die die Position des Innenteils 101 an dem Trägerteil 100 vorgegeben wird.
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Ein mit der Gussform 3 herstellbares Innenteil 101 ist in der 7B in Seitenansicht dargestellt. Dieses Innenteil 101 kann analog zu der Ausführungsvariante der 2 in einen Hohlraum 100a eines hohlzylindrischen Trägerteils 100 eingesteckt werden. Dies ist exemplarisch anhand der 8A und 8B veranschaulicht (wobei bei dem Innenteil 101 der 8B die Endschulter 1012 ausgespart ist).
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Ein Innenteil 101 der 7B oder 8B muss im Übrigen nicht zwingend Teil eines mehrteiligen Dämpfungsglieds 1 mit Trägerteil 100 sein. In einer Ausführungsvariante kann das Innenteil 101 ein Dämpfungsglied 1 definieren, das als Einsatz in eine Kraftstoffleitung oder eine Ölleitung einsteckbar ist oder in einen von der jeweiligen Flüssigkeit durchströmten Kanal innerhalb des Pumpengehäuses G eingesteckt wird, wie zum Beispiel in das Kanalstück PK der 1A.
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Sowohl mit dem Dämpfungsglied 1 der 1A und 1B, das lamellenartig axial hintereinander vorgesehen Stege 10 aufweist, wie auch mit den Dämpfungsgliedern 1 der 2 bis 8B, bei denen jeweils an einem elastisch ausgebildeten Innenteil 101 mehrere parallel zueinander angeordnete (und äquidistant zueinander oder mit unterschiedlichen Abständen vorgesehene) ringförmige Stege 10 ausgebildet sind oder ein einzelner spiralförmig umfangseitig umlaufender Steg 10 an einer äußeren Mantelfläche 1010 ausgebildet ist, ist eine effektive Reduzierung von Druckschwankungen ermöglicht. Insbesondere die jeweiligen elastisch ausgebildeten Wandungsabschnitte der Kammer 13 oder der Kammern 13a bis 13g in Form der Stege 10 und/oder der Wandungsabschnitte 101a bis 101h des Innenteils 101 dämpfen hierbei durch reversible Deformation Druckschwankungen. Dies ist insbesondere in einem System zur Förderung von Kraftstoff oder in einem System zur Förderung von Öl in einem Triebwerk, insbesondere in einem Gasturbinentriebwerk von Vorteil, in dem die jeweilige Flüssigkeit unter hohem Druck und beispielsweise mittels einer (Hochdruck-) Zahnradpumpe P des Systems gefördert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfungsglied
- 10
- Steg / Wandungsabschnitt
- 100
- Trägerteil
- 1000
- Innenwand
- 100a
- Hohlraum
- 101
- Innenteil
- 101a - 101h
- Wandungsabschnitt
- 1010
- Mantelfläche
- 1011
- Perforation (Verbindungsöffnung)
- 1012
- Endschulter
- 102
- Verbindungsabschnitt
- 11
- Strömungsöffnung
- 12
- Innenwand
- 13, 13a - 13g
- (Dämpfungs-) Kammer
- 130
- Verbindungskanal
- 2a
- Leitungsverbindungsstück
- 2b
- Pumpenverbindungsstück
- 3
- Gussform
- 30
- Aussparung
- 31
- Rohrkern
- 3a, 3b
- Formhälfte
- A
- Pumpenauslass
- AE
- Anschlussöffnung im Einlass der Pumpe
- AO
- Anschlussöffnung im Auslass der Pumpe
- E
- Pumpeneinlass
- F
- Flansch / Anschlussstück
- G
- Pumpengehäuse
- K
- Strömungskanal
- M
- Mittelachse
- P
- (Zahnrad-) Pumpe
- PE
- Kanalstück vor der Zahnradpumpe
- PK
- Kanalstück nach der Zahnradpumpe
- R
- Hauptströmungsrichtung / Erstreckungsrichtung
- S
- Einlegscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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