DE2319750A1

DE2319750A1 - FUEL PUMP AND DRIVE FOR IT

Info

Publication number: DE2319750A1
Application number: DE2319750A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Joseph Donahue
Original assignee: Stanadyne LLC
Current assignee: Stanadyne LLC
Priority date: 1972-04-24
Filing date: 1973-04-18
Publication date: 1973-11-08
Also published as: CA974419A; GB1413005A; BR7302969D0; FR2182239A1; JPS4920523A; US3830597A; IT984045B; AU5360673A; FR2182239B1; AR196241A1; ES413663A1

Description

Dr.HelmulSpaffiDr.HelmulSpaffi

1200 Rosanheifli/Qbb. 1200 Rosanheifli / Qbb. _c_ _c_ _c _ _c _

Atox.Josefs-PJatz 6 Atox.Josefs-PJatz 6 59 P 6859 P 68

STAEADYIiE, IHC., 92 Deerfield Eoad, Windsor, Conn. / USASTAEADYIiE, IHC., 92 Deerfield Eoad, Windsor, Conn. / UNITED STATES

Kraftstoffpumpe sowie Antrieb hierfürFuel pump and drive therefor

Die Erfindung betrifft Kraftstoffpumpen, wie sie in Kraftstoffeinspritzsystemen verwendet werden, um abgemessene Mengen flüssigen Kraftstoffs zu Einspritzdüsen einer mit Verdichtung arbeitenden Brennkraftmas chine zu liefern;- insbesondere geht die Erfindung "von einer Kraftstoffpumpe nach der US-PS 3 288 124 aus,The invention relates to fuel pumps as used in fuel injection systems Used to deliver metered amounts of liquid fuel to a compression injector working internal combustion engine to deliver; - in particular goes the invention "from a fuel pump according to US Pat. No. 3,288,124,

Kraftstoffpumpen der betrachteten Art werden durch einen Anbringungsblock einer zugeordneten Maschine gehalten und über ein Antriebszahnrad in zeitlich abgestimmter Beziehung zu der Maschine angetrieben, um bestimmte abgemessene Mengen des Kraftstoffs zu den Verbrennungskammern der Maschine zu fördern. Die abgemessenen Kraftstoff mengen werden auf hohen Druck gebracht, welcher intermittierend durch die Pumpe erzeugt wird, um plötzliche sich wiederholende Änderungen in der Torsionsbelastung an dem Pumpenantrieb zu erzeugen.Fuel pumps of the type under consideration are supported by a mounting block an associated machine and held via a drive gear in timed relation to the Engine powered to deliver certain metered amounts of fuel to the engine's combustion chambers support financially. The metered fuel quantities are high Pressure, which is intermittently generated by the pump, to accommodate sudden repetitive changes in to generate the torsional load on the pump drive.

Es ist bekannt, ein Antriebszahnrad mit schraubenförmigen Zähnen zu verwenden, um eine gesteigerte Zahnfestigkeit zu erzielen. Als Ergebnis werden sich ändernde Axialbelastungen auf die Antriebswelle der Pumpe plötzlich und periodisch übertragen, was axiale Schwingungen der Antriebswelle fördert. Da das Pumpenge-It is known to use a drive gear with helical teeth in order to achieve increased tooth strength. As a result, changing axial loads are suddenly and periodically transmitted to the drive shaft of the pump, what promotes axial vibrations of the drive shaft. Since the pump

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häuse mit flüssigem Kraftstoff gefüllt ist und die Axialbewegung der Welle das Kraftstoffvolumen innerhalb des Gehäuses ändert, welches durch die Welle verdrängt wird, erzeugen axiale Wellenschwingungen eine Pumpwirkung, die zu Pulsationen in dem Druck des Kraftstoffs innerhalb des Gehäuses führt, wodurch die Betriebsweise der Pumpe beeinflußt wird.housing is filled with liquid fuel and the axial movement the shaft changes the volume of fuel inside the housing, which is displaced by the shaft, generate axial shaft vibrations a pumping action that leads to pulsations in the pressure of the fuel within the housing, thereby reducing the operation the pump is affected.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Pumpe mit einem demgegenüber verbesserten Antrieb zur Vermeidung von Pulsationen in dem Gehäusedruck infolge axialer Wellenschwingungen. Anders ausgedrückt besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Welle der Pumpe in einer festen axialen Stellung innerhalb des Gehäuses zu halten.The object of the invention is to create a pump with an improved drive for avoiding pulsations in the case pressure due to axial shaft vibrations. In other words, the object of the invention is the shaft to hold the pump in a fixed axial position within the housing.

Im Zusammenhang mit dieser Problemstellung wird erfindungsgemäß ferner angestrebt, den Antriebsmitnehmer der Welle in vollem Eingriff mit dem Rotor der Pumpe zu halten«In connection with this problem, according to the invention also striving to keep the drive driver of the shaft in full engagement with the rotor of the pump "

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe im Axialschnitt sowie in teilweiser abgebrochener Teildarstellung veranschaulicht.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which shows an embodiment of a fuel pump according to the invention in axial section and in partially broken away Partial representation illustrated.

Die in der Zeichnung veranschaulichte Kraftstoffpumpe umfaßt ein äußeres Gehäuse 10 mit einer axialen Bohrung 12, welche einen Pumpenrotor oder Verteiler 14 drehbar aufnimmt.The illustrated in the drawing fuel pump includes an outer housing 10 with an axial bore 12 which has a Pump rotor or distributor 14 rotatably receives.

Am rechten Ende des Gehäuses 10 ist eine mit Flügeln versehene Kraftstoffversorgungs- oder -übergabepumpe 18 vorgesehen, die durch den Rotor 14- angetrieben wird, um ankommenden Kraftstoff von dem Einlaß 19 mit Druck zu beaufschlagen und durch einen Kanal 20 zu einem Dosierventil 22 abzugeben. Eine Stirnplatte ist gegen das Ende des Nockenringes 26 der Pumpe 18 durch einen Wellenfederring 30 vorgespannt, um den Nockenring gegen einen Dichtring 32 zu halten.At the right end of the housing 10 is provided with a winged fuel supply or transfer pump 18 which is driven by the rotor 14- to pressurize incoming fuel from the inlet 19 and through a Channel 20 to be delivered to a metering valve 22. An end plate is against the end of the cam ring 26 of the pump 18 by a Wave spring washer 30 biased to the cam ring against a To hold sealing ring 32.

Eine Hochdruckladepumpe J4- ist durch eine Querbohrung 57 in «lern Rotor 14 gebildet, in dem gleitend ein Paar gegenüberliegenderA high pressure charging pump J4- is in «learn through a transverse bore 57 Rotor 14 is formed in which sliding a pair of opposed

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Kolben 36 angeordnet *^s^ ·. Das äußere Ende der Korben 36 steht mit Schuhen 38 in Eingriff, welche Rollen 40 aufnehmen, die ihrerseits radial beweglich in Schlitzen innerhalb des Endes des Rotors 14 geführt sind. Der Rotor 14 ist mit einem Antriebsschlitz 42 versehen, um den Antriebsmitnehmer 44 einer getrennten, über ein Getriebe angetriebenen Welle 46 aufzunehmen, die in Ausrichtung mit der Bohrung 12 steht, um eine Antriebsverbindung mit dem Rotor herzustellen.Piston 36 arranged * ^s ^ ·. The outer end of the cages 36 is in engagement with shoes 38 which receive rollers 40 which, in turn, are guided radially movably in slots within the end of the rotor 14. The rotor 14 is provided with a drive slot 42 to receive the drive dog 44 of a separate gear driven shaft 46 which is in alignment with the bore 12 for driving connection with the rotor.

Das drehbare Glied 14 umgebend ist ein allgemein kreisförmiger· Nockenring 48 vorgesehen, welcher den Rotor 14 in der Drehebene· der Kolben umgibt. Der Nockenring weist normalerweise mehrere Paare von diametral gegenüberliegenden, sich nach innen erstrekkenden Nockenbäuchen 50 auf, die zur Betätigung der Kolben nach innen dienen, um gleichzeitig den Kraftstoff unter Druck zu setzen, wenn die Rollen 40 als Nockenfolgeglieder dienen, um den Umriß des Nockenringes in eine hin- und hergerichtete Bewegung der Kolben 36 umzuwandeln.Surrounding the rotatable member 14 is a generally circular · Cam ring 48 is provided, which surrounds the rotor 14 in the plane of rotation of the pistons. The cam ring usually has several Pairs of diametrically opposed, inwardly extending cam lobes 50 which are used to actuate the pistons serve inwardly to simultaneously pressurize the fuel when the rollers 40 serve as cam followers, to convert the contour of the cam ring into reciprocating motion of the pistons 36.

Zugemessener Kraftstoff von dem Dosierventil 22 tritt in den Kanal 52 des Rotors ein, wenn der Kanal 54 mit einem Dosierventil-Durchtritt 56 in Ausrichtung steht, und verläuft zu der Ladepumpenkammer 58, wenn sich die Kolben 36 radial nach auswärts bewegen. Die in der Ladepumpenkammer 58 befindliche Kraftstoff charge wird unter Druck gesetzt, wenn'die Kolben 36 durch die Nockenbäuche nach innen bewegt werden, wobei der Kraftstoff aufeinanderfolgend an die verschiedenen Einspritzdüsen der Maschine abgegeben wird, wenn sich der Kanal 60 während der Drehung des Rotors mit einem Kanal 62 in Ausrichtung befindet, der zu einem Auslaß der Pumpe führt, um eine der Einspritzdüsen der zugeordneten Brennkraftmaschine zu beliefern. Der Druck in der Kammer 58 der Ladepumpe wird plötzlich aufgehoben, wenn die Rollen über die Nase der Nockenbäuche verlaufen, wobei die auf die Welle übertragene Belastung plötzlich aufgehoben wird. Zusätzlich wird der flüssige Kraftstoff in der Pumpenkammer 58, welcher auf etliche hundert Atü unter Druck gesetzt wurde, verdichtet; wenn die Rollen über die Nagender Nockenbäuche verlaufen, wird der Druck plötzlich durch die nach außen gerichteteMetered fuel from the metering valve 22 enters the channel 52 of the rotor when the channel 54 with a metering valve passes 56 is in alignment and extends to the charge pump chamber 58 as the pistons 36 move radially outward move. The fuel in the charge pump chamber 58 Charge is pressurized when the piston 36 is through the cam lobes are moved inwardly, the fuel being delivered successively to the various injectors of the Machine is dispensed when channel 60 is in alignment with channel 62 during rotation of the rotor, which leads to an outlet of the pump in order to supply one of the injection nozzles of the associated internal combustion engine. The pressure in the chamber 58 of the charge pump is suddenly canceled when the Rollers pass over the nose of the cam bellies, suddenly relieving the load transferred to the shaft. Additionally the liquid fuel in the pump chamber 58, which has been pressurized to several hundred atmospheres, is compressed; when the rollers run over the gnawing of the cam bellies, the pressure is suddenly due to the outward

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Bewegung der Kolben weggenommen, wobei sich die Rollen 40 längs der abwärtsgerichteten Flankender Nockenbäuche bewegen, um eine umgekehrte Antriebskraft auf die Welle 46 zu erzeugen. Zusätzlich bewirkt die Anwendung eines schraubenförmigen Antriebszahnrades 64 für die Pumpe in Verbindung mit der plötzlichen Wegnahme der schweren Torsionsbelastung, wenn die Rollen 40 über die Nasender Nockenbäuche verlaufen, eine plötzliche Änderung der axialen Schubbelstung, die auf die Welle 46 wirkt, um diese axial vorzuspannen.Movement of the pistons removed, the rollers 40 moving longitudinally of the downward flanks of the cam lobes move to an inverted one Generate driving force on the shaft 46. Additionally, the use of a helical drive gear 64 for the Pump in connection with the sudden removal of the heavy torsional load, as the rollers 40 pass over the noses of the cam lobes, there is a sudden change in the axial thrust load acting on the shaft 46 acts to bias them axially.

Wenn die Welle 46 sich nach links bewegt (Blickrichtung gemäß der Zeichnung), verdrängt sie weniger Kraftstoff, mit dem der Hohlraum 66 der Pumpe gefüllt ist, um eine negative Pulsation des Gehäusedruckes zu erzeugen, welcher auf einem, geeigneten Druck gehalten wird, beispielsweise 0,56-0,70 kp/cm innerhalb des Gehäuses. Wenn sich die Welle 46 nach rechts bewegt, wird deren Verdrängung innerhalb des Pumpengehäuses gesteigert, um eine positive Pulsation des Druckes innerhalb des Gehäuses zu erzeugen. Wenn sich zusätzlich die Welle axial nach rückwärts und vorwärts verschiebt, läuft der Kraftstoff in dem Spalt 68 zwischen der Welle sowie dem Rotor einwärts und auswärts, um eine pulsierende Kraftstoffströmung entlang den Steuergewichten 70 zu erzeugen, wobei eiie Schwingkraft eingeführt wird, welche die Stabilität der Steuergewichte beeinflußt und Übergänge/der Steuerung des Dosierventils 22 einführt.When the shaft 46 moves to the left (viewing direction according to the drawing), it displaces less fuel with which the cavity 66 of the pump is filled in order to generate a negative pulsation of the housing pressure, which is kept at a suitable pressure, for example 0.56-0.70 kg / cm inside the housing. When the shaft 46 moves to the right, its displacement is within the Pump housing increased to a positive pulsation of the pressure within of the housing. In addition, when the shaft moves axially backwards and forwards, the fuel runs in the Gap 68 inward and outward between the shaft and the rotor to provide a pulsating flow of fuel along the control weights 70 to generate, whereby an oscillating force is introduced, which increases the stability the control weights and transitions / the control of the metering valve 22 introduces.

Währenddes Auswärtshubes der Kolben 36 wird Kraftstoff in die Kammer 58 der ladepumpe ΥΟΦ dem Dosierventil 22 unter einen Druck geliefert, welcher von der Einstellung des Dosierventils abhängt, das durch die Steuerung gesteuert wird, um eine bestimmte Maschinendrehzahl aufrecht zu erhalten. Da die äußeren Enden der Kolben 36 dem Gehäusedruck des Kraftstoffs innerhalb des Hohlraumes 66 der Pumpe ausgesetzt sind, bewirken die Pulsationen in dem Gehäusedruck die Auswärtsbewegung der Kolben 36 und bestimmen damit die Kraftstoffmenge, die zu den Kammern 58 der Ladepumpe geliefert wird. Änderungen in dem Gehäusedruck sind besonders beachtlich unri$iieichter Belastung, wo das Dosierventil 22 eine starke Drosselung gegenüber dem Kraftstoffdurchsalz/der Ladepumpe bewirkt, wobei ein Druck des dosierten Kraftstoffes, welcher in die Ladepumpenkammer 58 eintritt, verhältnismässig gering ist. Ferner er-During the outward stroke of the pistons 36, fuel is introduced into the chamber 58 of the charge pump ΥΟΦ supplied to the metering valve 22 under pressure, which depends on the setting of the metering valve, which is controlled by the controller, to maintain a certain engine speed to obtain. Because the outer ends of the pistons 36 the case pressure of the fuel within the cavity 66 are exposed to the pump, the pulsations in the housing pressure cause the outward movement of the Piston 36 and thus determine the amount of fuel that goes to the chambers 58 of the charge pump is delivered. There are changes in the case pressure particularly noticeably uneven load where the metering valve 22 a strong throttling compared to the fuel flow / charge pump causes a pressure of the metered fuel, which in the Charge pump chamber 58 enters, is relatively small. Furthermore,

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zeugt jegliche Bewegung des Antriebsmitnehmers 44 der Welle 46 gegenüber dem Antriebsmitnehmerspalt 42 des Rotors eine Reibungsabnützung; wenn der Antriebsmitnehmer sich nicht in vollem Eingriff mit dem Mitnehmeraufnahmeschlitz 22 befindet, wird eine gesteigerte Belastung auf das gegabelte Ende des Rotors übertragen, welcher den zur Aufnahme des Mitnehmers dienenden Schlitz bildet.Any movement of the drive dog 44 of the shaft 46 with respect to the drive dog gap 42 of the rotor produces frictional wear; when the drive dog is not fully engaged with the dog receiving slot 22, an increased Transfer the load to the forked end of the rotor, which forms the slot used to accommodate the driver.

Erfindungsgemäss sind Elemente vorgesehen, um axiale Schwingungen der Antriebswelle 46 zu verhindern und sicherzustellen, dass der Mitnehmer sich stets in vollem Eingriff mit dem den Mitnehmer aufnehmenden Schlitz des Rotors befindet, trotz Änderungen beim Aufbau von Herstellungstoleranzen in der Pumpe.According to the invention, elements are provided to prevent axial vibrations the drive shaft 46 and to ensure that the driver is always in full engagement with the driver receiving Slit of the rotor is located, despite changes in the build-up of manufacturing tolerances in the pump.

Gemäss der Zeichnung steht die innere Schale 72 des Kugellagers mit der Welle 46 mit leichtem Preßsitz in Eingriff, um eine rotationsmässige und längsgerichtete Festlegung gegenüber der Welle zu erzielen. Die äussere Schale 74 des Kugellagers wird innerhalb einer Lagervertiefung 66 des Gehäuses mit einem Gleitsitz aufgenommen, wobei die Vertiefung 76 genügend tief hergestellt ist, um einen axialen Spalt 78 zu bilden, so daß die Lagerschale 74 in der Lagervertiefung 76 nicht aufsteht, unbeschadet des Auf baus icn Herstellungstoleranzen der Pumpe. Ein Wellenfederring 8O liegt gegen das Ende der äußeren Schale 74 an, um eine Schubbelastung gegen die äussere Schale auszuüben. Der Wellenfederring 8O wird in seiner Lage durch einen Spreng" ring 82 gehalten, welcher in einer Nut 84 der Wandung der Lagervertiefung aufgenommen ist. Die Schubbelastung, welche durch den Wellenfederring 8O gegen die äussere Lagerschale ausgeübt wird, ist eine feste Belastung, jedoch von begrenzter Höhe, beispielsweise 5j45 kp, was ausreicht, um jeglichen Axialschub zu überwinden, welcher auf die Rotorwelle während des Betriebes übertragen werden kann, so dass hierdurch der Mitnehmer 44 in vollem Eingriff in dem Schlitz 42 gehalten wird; das Ende des Rotors 14 liegt gegen die Stirnplatte 24 der Übergabepumpe an, um die axiale Stellung der Welle 46 sowie des Rotors 14 festzulegen.According to the drawing, the inner shell 72 of the ball bearing stands with the shaft 46 with a slight interference fit in order to achieve a rotational and longitudinal fixing with respect to the shaft. The outer shell 74 of the ball bearing is within a bearing recess 66 of the housing received with a sliding fit, the recess 76 being made sufficiently deep to provide an axial gap 78 to form so that the bearing shell 74 in the bearing recess 76 does not stand up, regardless of the construction icn manufacturing tolerances the pump. A wave spring washer 8O lies against the end of the outer one Shell 74 to exert a shear load against the outer shell. The wave spring washer 8O is in its position by a snap " ring 82 held, which is received in a groove 84 in the wall of the bearing recess. The shear load caused by the Wave spring washer 8O is exerted against the outer bearing shell a fixed load, but of limited height, for example 5j45 kp, which is sufficient to overcome any axial thrust, which can be transferred to the rotor shaft during operation, so that the driver 44 is in full engagement in the Slot 42 is held; the end of the rotor 14 rests against the end plate 24 of the transfer pump, around the axial position of the shaft 46 as well as the rotor 14 to be defined.

Der vorangehend erläuterte Aufbau verhindert eine ""fißWii?kung durch die Welle und eliminiert auf diese Weise Pulsationen des Gehäuse-The structure explained above prevents a flow through the shaft and in this way eliminates pulsations in the housing

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druckes in der Pumpe, wobei die ungünstigen Einflüsse derartiger Pulsationen auf die Steuerstabilität und die Gleichförmigkeit der Zumessung von Kraftstoff zu der Kammer der Ladepumpe eliminiert werden. Ferner wird erfindungsgemäss der Rotor in einer festen axialen Stellung gehalten, um eine Gleichförmigkeit der Ausrichtung der Einlass- und Auslassdurchtritte des Rotors sowie der entsprechend angepaßten Kanäle des Gehäuses zu erzielen, wobei ferner der Aufbau von Herstellungstoleranzen, die bei der gewerblichen Herstellung von Pumpen entstehen, -genommen wird.pressure in the pump, the adverse influences of such Pulsations on the control stability and the uniformity of the metering of fuel to the chamber of the charge pump are eliminated will. Furthermore, according to the invention, the rotor is in a fixed axial position maintained to ensure uniformity of alignment to achieve the inlet and outlet passages of the rotor and the correspondingly adapted channels of the housing, further the build-up of manufacturing tolerances, which in the commercial Manufacture of pumps arise, -is taken.

Die Erfindung schafft also eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit einlaßseitiger Dosierung für eine unter Druck stehende dosierte Charge des Kraftstoffs auf hohem Druck mit einer seitens eines unabhängigen schraubenförmigen Zahnrades angetriebenen Antriebswelle, deren Antriebsverbiadnng mit dem Verteilerrotor konzentrisch zu Steuerfliehkraftgewichten angeordnet ist. Die Welle ist durch ein Kugellager gelagert, das innerhalb einer tiefen Lagervertiefung des Gehäuses aufgenommen ist, wobei das Lager dort nicht aufsitzen kann. Das Lager ist axial fest mit der Welle verbunden und vermag axial in der Lagervertiefung zu gleiten. Ein Wellenfederring steht mit der äusseren Schale in Eingriff, um die Welle gegen den Verteilerrotor vorzuspannen und axiale Schwingungen der Welle zu verhindern, wobei daraus folgende Pump- und Druckpulsationen in dem Kraftstoff verhindert werden, welcher das Pumpengehäuse füllt, wenn sich die Torsionsbelastung an der Walle plötzlich ändert. Dies verhindert jegliche Instabilität des Betriebes infolge einer hin- und hergerichteten Strömung das Kraftstoffs entlang den Steuergewichtsn sowie ferner Pulsationen, die auf die Kolben der Ladepumpe wirksam sind.The invention thus also creates a fuel injection pump inlet side metering for a pressurized metered charge of the fuel at high pressure with one side of an independent helical gear driven drive shaft, whose drive connection is concentric with the distributor rotor Centrifugal control weights is arranged. The wave is through one Ball bearing mounted, which is received within a deep bearing recess of the housing, the bearing not sitting there can. The bearing is firmly connected axially to the shaft and is able to slide axially in the bearing recess. A wave spring washer stands engaged with the outer shell to hold the shaft against the distributor rotor pretension and prevent axial vibrations of the shaft, with the resulting pump and pressure pulsations in the Fuel can be prevented, which fills the pump housing when the torsional load on the shaft suddenly changes. This prevents any instability of operation due to a reciprocating flow of fuel along the control weights and also pulsations that act on the pistons of the charge pump.

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Claims

1. Fuel injection pump with a housing that has a bore and has a cavity filled with a pressurized fluid, a distributor rotor supported in the bore, which has a projection running in the cavity, the projection having a transverse bore running through it, .ein Pair of pump pistons, the outer ends of which are exposed to the pressure in the cavity and are slidably movable in the bore, in order to receive metered batches of the fuel located in between, eii ^ drive shaft in drive connection with the eotor in the Cavity, which is axially movable on the other hand, and a bearing provided in the housing for supporting the shaft, characterized in that, that the bearing (72, 7 ^) is axially opposite to the shaft (46) is arranged fixed and axially movable with respect to the housing and that a spring (spring ring 80) is provided in contact with the bearing is to bias the shaft against the rotor (14) and pulsations of the fuel pressure in the cavity (76) as a result of axial visual vibrations the will to prevent.

2. Pump according to claim 1, characterized in that the bearing (72, 7 ^) received in a storage recess (76) within the housing is and that the bearing is at a distance from the bottom wall of the recess (gap 78), and the bearing in to prevent deepening.

3 · Pump according to claim 2, characterized in that the bearing (72, 7 * 0 is designed with low friction and that the spring is a wave spring washer (80) is formed against the outer shell (? 4) of the Bearing.

H. Pumps according to one of Claims 1-3, characterized in that the drive connection between the drive shaft (46) and the eotor (14) is provided by a fitted drive driver (44) which is received in a slot (42) in the rotor, and that flyweights are provided in the cavity, with respect to

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their a reciprocating movement of the fuel as a result Pump vibrations of the shaft is prevented.