DE2531200A1

DE2531200A1 - Vorrichtung zum schutz gegen erosion an einer saug- und druckpumpe

Info

Publication number: DE2531200A1
Application number: DE19752531200
Authority: DE
Inventors: Dirk Bastenhof
Original assignee: Societe dEtudes de Machines Thermiques SEMT SA
Current assignee: MAN Energy Solutions France SAS
Priority date: 1974-07-16
Filing date: 1975-07-12
Publication date: 1976-01-29
Also published as: DK323375A; FR2278951B1; GB1505269A; DD118694A5; DE2531200B2; BR7504378A; ES439276A1; FR2278951A1; JPS5131902A; NO752522L; US3963384A; FI752060A; IT1041723B; SU594899A3; NL7508482A; DE2531200C3; CH589798A5; AU8251875A; CS186290B2; SE7507933L

Description

SOCIETE D¹ETUDES DE MACHINES THERMIQUES S. E. M. T., 2, Quai de Seine, 93202 SAINT DENIS, Frankreich

Vorrichtung zum Schutz gegen Erosion an einer Saug- und Druckpumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft im wesentlichen eine Verbesserung an Saug- und Druckpumpen, die mit einer gemeinsamen Speise- und Ablaßleitung versehen sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Schutz gegen Erosion, die in der genannten Leitung eingebaut ist und vermeidet, daß die sehr starke Ablaßströmung, die in der genannten Leitung am Ende eines jeden Verdrängungszyklus auftritt, eine Erosion der Wandungen der Leitung und des Kolbens selbst hervorruft.

Es sind Pumpen, insbesondere Brennstoffeinspritzpumpen in Dieselmotoren mit einem in Längsrichtung in einer den Pumpenkörper bildenden Bohrung schwingenden Kolben bekannt, dessen

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2 b 3 Ί 2 Ü U

Hub konstant ist. Der Kolben gleitet an der Mündung der Flüssigkeitszuführleitung, die in die Bohrung mündet, vorbei und gibt dabei die genannte öffnung während der Ansaugphase einer bestimmten Mediummenge in den Mantel frei, während er sie in der Verdrängungsphase verschließt.

Es ist ebenfalls bekannt, daß, um die bei jedem Zyklus verdrängte Mediummenge zu verändern, in der äußeren Seitenwandung des Kolbens eine Ausnehmung vorgesehen wird, die im Bereich des Kolbens, der sich vor der öffnung der Speiseleitung vorbeibewegt, einen schraubenförmigen Rand aufweist. Diese Ausnehmung mündet im oberen Bereich des Kolbens, um zu einer bestimmten Zeit eines jeden Zyklus zwischen dem oberen Bereich des Kolbens und der Speiseleitung eine Ablaßverbindung herzustellen. Dadurch, daß der Verdrängungsdruck wesentlich höher als der Speisedruck ist, fließt das Medium in die Speiseleitung zurück, sobald die Ablaßverbindung hergestellt ist, d. h. sobald ein Punkt des schraubenförmigen Randes gegenüber der öffnung der Speiseleitung gelangt. Die Verdrängung hört dann beinahe augenblicklich auf, so daß eine wohldefinierte Mediummenge, die von dem wirklichen Hub des Kolbens unabhängig ist, durch die Pumpe bei jedem Zyklus verdrängt wird. Selbstverständlich kann die genannte, durch die Pumpe verdrängte Menge an Medium eingestellt werden, indem der Kolben um seine Längsachse gedreht wird, um den Zeitpunkt, zu welchem der schrauben-

ORfGINAL INSPECTS)

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förmige Rand vor der öffnung der Speiseleitung vorbeigleitet, später oder früher einzustellen. Auf diese Weise wird eine Veränderung des wirksamen Verdrängungshubes des Kolbens und demzufolge eine Veränderung der Menge an Medium, die bei jedem Zyklus verdrängt wird, bewirkt. Es kann dazu der untere Bereich des Kolbens mit einer gleitenden Keilverbindung versehen werden, die es ermöglicht, die Winkelstellung des Kolbens in bezug auf die Speiseöffnung in eine vorbestimmte Stellung

in
einzustellen und'dieser zu halten. Die Winkelstellung kann auch nachgeführt werden, wenn die Pumpe als Einspritzpumpe eines Dieselmotors eingesetzt wird, wobei die Taktfrequenz des Kolbens in seiner Bohrung von der Geschwindigkeit des Motors abhängt.

Ein Problem stellt sich jedoch, wenn zum Zeitpunkt der Verdrängung der Druck, der durch den Kreislauf gegeben ist, in welchem die Pumpe arbeitet, (Widerstand des Einspritzventiles, Luftdruck in der Brennkammer usw.) so intensiv ist, daß der Ablaß mit derartiger Gewalt vor sich geht, daß im Inneren der Speiseleitung in deren nahe der inneren öffnung gelegenem Bereich Wirbel hervorgerufen werden. Diese Wirbelströmungen können Kavitation oder Abblätterung sowohl an den Enden der Leitung und in der angrenzenden Zone der Bohrung als auch auf

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der Fläche des Kolbens hervorrufen. Insbesondere ist/der schrau-

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benförmige Rand in erster Linie an dem unteren Bereich der öffnung der Speiseleitung mit letzterer in Berührung gelangt, die Richtung des Ablaßstrahles im Inneren der Leitung schräg geneigt und nach oben gerichtet, so daß die Zone tiefsten Druckes, in welcher Wirbel gebildet werden, im wesentlichen in dem oberen Bereich des inneren Endes der Speiseleitung liegt.

Man hat versucht, dieses Problem zu lösen, indem man die Speiseleitung in Längsrichtung teilte, so daß ein Speiseweg und ein Ablaßweg ausgebildet werden. Eine Verbindung wird zwischen den beiden Wegen im wesentlichen auf der Höhe der öffnung hergestellt, damit das Medium zum Zeitpunkt des Ablasses vom Speiseweg zum Ablaßweg fließen kann, um die Entstehung von Zonen niedrigen Druckes und insbesondere von Wirbeln zu vermeiden. Insbesondere besitzt die Vorrichtung, die Gegenstand des Versuchs ist, eine zylinderförmige Wandung, die koaxial zu der gemeinsamen Leitung angeordnet ist und einen zentralen Ablaßweg sowie einen ringförmigen, in bezug auf den mittleren Weg peripher angeordneten Speiseweg bildet. Die gemeinsame Leitung mündet dabei in die Bohrung des Kolbens über eine öffnung, die einen größeren Durchmesser aufweist als die Leitung selbst, so daß am inneren Ende der gemeinsamen Leitung im wesentlichen gegenüber der Speiseleitung ein ringförmiger Ansatz gebildet wird, der die Speiseleitung gegen jede Ablaß-

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gefahr schützt. Selbstverständlich besteht eine Verbindung zwischen dem Ende der zylinderförmigen Wandung und dem ringförmigen Ansatz, um den Durchfluß des Mediums zum Zeitpunkt des Ablasses zu ermöglichen. Diese Vorrichtung ist jedoch wegen der geringen Stärke des Ansatzes schnell beschädigt, wobei letzterer einer sehr starken Erosion sowie einer starken Verformung unter der Einwirkung der aufeinanderfolgenden gewaltigen Ablaßstrahlen ausgesetzt wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb zur Aufgabe gestellt, eine neue Art von Vorrichtung zum Schutz gegen Erosion zu schaffen, die in die gemeinsame Leitung eingesetzt werden kann und deren Form und Anordnung die Notwendigkeit eines ringförmigen Ansatzes überflüssig machen.

Die Erfindung betrifft daher eine Pumpe mit einstellbarer Leistung, die einen zylinderförmigen Kolben, der im Inneren einer eine Laufbüchse bildenden Bohrung in Längsrichtung hin- und hergehend angeordnet ist, und eine gemeinsame Leitung zur Speisung und zum Ablaß aufweist, die ins Innere der Bohrung mündet, wobei eine Ausnehmung mit einem im wesentlichen schraubenförmigen Rand, der den wirksamen Verdrängungshub der Pumpe bestimmt, auf der äußeren Fläche des Kolbens vorgesehen ist und wobei die Pumpe außerdem mit einer Vorrichtung zum Schutz

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gegen Erosion versehen ist, die durch eine in Längsrichtung im Inneren der genannten Leitung eingesetzte Wandung gebildet wird, die einen Rückfluß- bzw. Ablaßweg sowie einen Zufuhrbzw. Speiseweg für das Medium begrenzt.

Diese Pumpe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Wandung durch eine Trennwand in Form einer Platte oder einer flachen Klinge gebildet wird, die ins Innere der gemeinsamen Leitung eingesetzt wird.

Man hat außerdem festgestellt, daß in manchen Fällen die gespannte Verbindung des mit der genannten Wandung versehenen Mundstückes, die in der Speiseleitung eingesetzt ist, zum Platzen und zur Beschädigung des Pumpenmantels in der Nähe der inneren Öffnung der Speiseleitung führen konnte. Um diesen zusätzlichen Nachteil zu beheben, wird vorteilhaft das die Trennwand tragende Mundstück gegen die innere Fläche der Leitung nur in den in bezug auf den genannten Mantel radial äußersten Bereichen der Leitung oder sogar außerhalb derselben z. B. mit Hilfe einer Verlängerung des Mundstückes gespannt und zentriert, welches an einer äußeren, in bezug auf die Hülse ortsfest angebrachten und an letztere angrenzenden Struktur starr befestigt ist.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus

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der folgenden Beschreibung, in welcher an Hand der beigefügten Zeichnungen einige Ausführungsarten der Erfindung erläutert werden.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht im Schnitt einer Pumpe, deren gemeinsame Speise- und Ablaßleitung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schutz gegen Erosion versehen ist, wobei diese Vorrichtung in einer derartigen Stellung gezeigt ist, daß der Seitenrand der Platte im wesentlichen in der längsgerichteten Mittelebene der Leitung liegt;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1, in welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer in bezug auf den schraubenförmigen Rand richtigen Stellung gezeigt ist, wobei dessen Projektion durch die gerade Strichpunktlinie angedeutet ist;

Fig. 3 eine Variante der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 4 eine Einzelheit der in Fig. 1 dargestellten Pumpe, die mit der abgewandelten Ausführungsart der Vorrichtung der Fig. 3 ausgerüstet ist, wobei diese Vorrichtung mit dem vorteilhaften Merkmal versehen ist, gemäß welchem die Gefahr eines Platzens der Wandung des Mantels in der

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Nähe der äußeren öffnung der Leitung ausgeschlossen ist;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsvariante des genannten Merkmales, die mit dem Mundstück eingesetzt wird;

Fig. 6 eine andere Ausführungsvariante des vorteilhaften Merkmales, die mit einer anderen Ausführungsart des Mundstückes gemäß der Erfindung eingesetzt wird;

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Pumpenmantel, der von einem festen Tragstück umgeben ist, welches das erfindungsgemäße Mundstück der Fig. 6 sowie eine abgewandelte Form desselben, die in derselben Figur diametral entgegengesetzt gezeigt ist, festhält.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Pumpe gezeigt, die einen Mantel 11 mit einer mittleren Bohrung 12 aufweist, in deren Innerem ein Kolben 13 bewegt wird. Die gleitende Keilverbindung, die die Drehung des Kolbens um seine Längsachse 14 sowie dessen Halterung in einer bestimmten Winkelstellung ermöglicht, ist nicht dargestellt. Der Kolben 13 besitzt an seinem oberen Bereich eine seitliche Ausnehmung 15, deren Rand 16 schraubenförmig ausgebildet ist. Dieser Rand befindet sich in der Bewegungszone des Kolbens, die normalerweise gegenüber der inneren öffnung 17 der gemeinsamen Speise- und Ablaßleitung 18 der Pumpe liegt. Diese Leitung 18 besitzt einen konischen Teil 19, der das Ein-

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setzen und die richtige Einstellung eines Mundstückes 20 ermöglicht, welches der Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schutz gegen Erosion oder Hohlraumbildung ist. Das Mundstück 20 besteht im wesentlichen aus einem Rohr 31, welches durch eine plattenförmige Trennwand verlängert ist, die die Leitung 18 in Längsrichtung teilt und auf diese Weise einen Weg 2 2 zur Rückführung oder zum Ablaß des Mediums sowie einen Weg 23 zur Zuführung oder Speisung dieses Mediums begrenzt. Die Trennwand 21 ist in bezug auf die Öffnung 17 der gemeinsamen Leitung 18 zurückgezogen, um eine Durchführung 24 zu bilden, deren Funktion in der Folge noch erläutert wird. Die optimale Breite dieser Durchführung oder zurückgelegenen Stelle 24 liegt für die Pumpe der beschriebenen Art in der Größenordnung von 0,2 bis 2 mm. Die Fig. 2 zeigt die wirkliche querliegende Richtung der Trennwand 21 in bezug auf den schraubenförmigen Rand, dessen Projektion auf die Ebene, die zu einem querliegenden senkrechten Schnitt der Leitung 18 gleichlaufend ist, durch eine gerade Strichpunktlinie 25 angedeutet ist.

Die Fig. 3 zeigt eine Variante der Vorrichtung zum Schutz gegen Hohlraumbildung, die gegenüber der Vorrichtung der Fig. 2 bessere Eigenschaften aim Schutz gegen Verschleiß besitzt. Man sieht, daß die Trennwand 21a in bezug auf den Ablaßweg 22a leicht konkav

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ausgeführt ist und. auf ihrer konvexen Fläche durch eine Verstärkungsrippe 26 verlängert ist, die sich in Längsrichtung durch den Zuführweg 23a erstreckt und auf die innere Fläche der Leitung 18 abstützt. Wie es die Zeichnungen deutlich zeigen, zeichnen sich die dargestellten Vorrichtungen zum Schutz gegen Kavitation und insbesondere die Vorrichtung der Fig. 3 dadurch vorteilhaft aus, daß sie sich von selbst durch einfaches Einsetzen in die Leitung 18 verankern. Diese Vorrichtungen können außerdem einwandfrei ersetzt werden.

Die Rolle des Mundstückes 20, welches die Vorrichtung zum Schutz gegen Hohlraumbildung während des Betriebes der Pumpe bildet, wird nun näher beschrieben.

Der Kolben 13 führt eine Hin- und Herbewegung im Inneren einer Bohrung 12 aus, und nach einem bekannten kennzeichnenden Merkmal dieser Art von Pumpen ist der Kolbenhub konstant. Das Volumen des bei jedem Zyklus verdrängten Mediums kann eingestellt werden und hängt von der Winkelstellung des Kolbens in bezug auf die öffnung 17 ab. Bei jeder Aufwärtsbewegung des Kolbens kann in der Tat ein wirksamer Verdrängungshub bestimmt werden, der der Dauer entspricht, während welcher die öffnung 17 durch die seitliche Fläche des Kolbens 13 vollkommen

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verdeckt ist. Diese Dauer (und deshalb dieser wirksame Hub) ist veränderlich, weil sie von dem Zeitpunkt abhängt, zu welchem der Rand 16 vor dem unteren Bereich der Bohrung 17 vorbeigleitet. Wie aus den vorangehenden Erläuterungen hervorgeht, ist zu bemerken, daß der Kolben 13 in einer Winkelstellung dargestellt ist, welche dem größten nützlichen Verdrängungshub entspricht, und zwar genau im Augenblick des Einsetzens des Ablaßvorganges, wenn die überschüssige Menge an Medium, die vorher angesaugt wurde, durch die Ausnehmung 15 in Richtung der Leitung 18 verdrängt wird. Der Verdrängungsdruck ist tatsächlich wesentlich höher als der ■ Speisedruck, wobei das Medium auf der Höhe der Öffnung 17 diesen Druck aufweist. Sobald die Verbindung zwischen dem Medium, welches durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 13 verdrängt wird, und der Leitung 18 (durch die Ausnehmung 15) wiederhergestellt ist, wird demzufolge der verbleibende Anteil an Medium,d. h. der Anteil, der noch nicht aus der Pumpe verdrängt wurde, zu der Leitung 18 zurückgeführt. Der Druckunterschied ist jedoch so groß, daß die Geschwindigkeit des Mediumstrahles, der im wesentlichen der durch den Pfeil 30 angedeuteten Verlaufstrecke folgt, in dem unteren Bereich der Leitung 18 (in Abwesenheit einer Vorrichtung zum Schutz gegen Hohlraumbildung) eine Wirbelzone bilden konnte. Bei der Ausführungsart der Fig. 1 neigen diese Wirbel dazu, sich in dem Ablaßweg 22 unterhalb der Wandung 21 zu bilden, jedoch werden sie durch die

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Zufuhr an von dem Weg 23 herkommendem und durch die Durchführung 24 fließendem Medium entfernt. Auf diese Weise werden die Turbulenzerscheinungen, die sehr kurz aber gewaltig waren, am Ende eines jeden nützlichen Verdrängungshubes entstanden und eine Erosion oder die Bildung von Hohlräumen in dem Endbereich der Wandung 21 hervorrufen konnten, ausgeschlossen oder durch die Zufuhr von Medium aus dem Weg 23 mindestens wesentlich verringert.

Die Ausführungsart der Fig. 4 ist der vorgenannten Ausführungsart ziemlich ähnlich, jedoch liegt der Unterschied darin, daß das Mundstück mit einer leicht zurückgezogenen Stelle 40 endet, die an dem Endbereich der Flügelchen vorgesehen ist. Das Festziehen des Mundstückes wird trotzdem wie im vorherbeschriebenen Fall in der Speise- und Ablaßleitung 18 mit Ausnahme der Zone, die deren inneren Öffnung nahe liegt, vorgenommen.

Im Gegensatz dazu ermöglichen die Ausführungsarten der Fig. 5 bis 7 die Befestigung der Vorrichtung in einem äußeren Stück um den Mantel 11 herum, wobei ein Spielraum zwischen der Vorrichtung und der Wandung der Speise- und Ablaßleitung besteht. Ein äußeres festes Stück 42 hat die Form einer ringförmigen Krone, die um den Mantel 11 herum angeordnet ist, unl das Medium

In füllt insgesamt den ringförmigen Raum 46 aus. /fyuft/ Fig. 5 er-

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streckt sich die zurückgezogene Stelle 40a auf der gesamten Länge der Flügel, und das Medium kann durch mehrere Löcher 49 in den Raum 46 fließen. Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsvariante der Erfindung mit einem Mundstück, welches eine abgewandelte, von dem Mundstück der Fig. 2 abgeleitete Form besitzt. Das Medium fließt durch eine gekrümmte Leitung 45 ein, um den Raum 46 auszufüllen. Selbstverständlich steht die Platte 21 nicht in enger Berührung mit der inneren Wandung der Leitung 18, da das Festziehen und Zentrieren des Mundstückes auf der Höhe des äußeren festen Stückes 42 vorgenommen wird, ähnlich wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Das Festziehen und Zentrieren kann durch einen äußeren Ansatz 47 des Mundstückes, welcher mit einer abgeflachten Stelle 48 des Stückes 42 zusammenwirkt, verbessert werden.

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Claims

Patentansprüche :

.j Pumpe mit einstellbarer Leistung mit einem zylinderförmigen Kolben, der im Inneren einer einen Mantel bildenden Bohrung in Längsrichtung hin- und hergehend angeordnet ist, sowie mit einer gemeinsamen Leitung zur Speisung und zum Ablaß, die ins Innere der genannten Bohrung mündet, wobei eine Ausnehmung mit einem im wesentlichen schraubenförmigen Rand, der den wirksamen Verdrängungshub der Pumpe begrenzt, auf der äußeren Fläche des Kolbens vorgesehen ist und wobei die Pumpe außerdem mit einer Vorrichtung zum Schutz gegen Erosion versehen ist, die durch eine Wandung gebildet wird, die in Längsrichtung im Inneren der gemeinsamen Leitung eingesetzt ist und einen Rückführ- bzw. Ablaßweg sowie einen Zuführ- bzw. Speiseweg für das Medium begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Wandung durch eine Trennung (21) gebildet wird, die die Form einer Platte oder einer Flachen Klinge aufweist und im Inneren der gemeinsamen Leitung eingesetzt ist.

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2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Durchführung (24) zwischen dem Zuführweg (23) und dem Rückführweg (22) im Inneren der gemeinsamen Leitung in der Nähe der Öffnung (17) der gemeinsamen Leitung (18) vorgesehen ist, wobei diese Öffnung in die Bohrung münde t.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des inneren Stirnrandes der Trennwand (21) in bezug auf die in die Bohrung mündende Öffnung der gemeinsamen Leitung (18) zurückgezogen ist.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (21) abnehmbar und auswechselbar ist.
5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Stirnrand der Trennwand (21) im wesentlichen parallel zur Projektion des schraubenförmigen Randes (16) auf eine Ebene liegt, die zu einem rechtwinkligen Querschnitt der gemeinsamen Leitung (18) parallel verläuft.
6. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Trennwand (21) in Querrichtung gekrümmt ist.
7. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (21) mit wenigstens einer Verstärkungsrippe (26) versehen ist, die sich im Inneren des Zuführweges (23) auf wenigstens einem Teil der Länge dieses Weges in Längsrichtung erstreckt.
8. Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zurückgezogene Bereich des inneren Stirnrandes gegenüber der öffnung der gemeinsamen Leitung (18) um 0,2 bis 2 mm zurückgezogen ist.
9. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück so ausgebildet ist, daß durch seine Anbringung in der gemeinsamen Leitung im wesentlichen keine Beanspruchung derselben in der Nähe deren innerer öffnung hervorgerufen wird.
10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Trennwand (21)/in ihrer der öffnung am nächsten liegenden Zone weniger breit ausgeführt ist oder eine peripher zurückgezogene Stelle aufweist.

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11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannen bzw. das Festziehen und Zentrieren des Mundstückes (20) wenigstens teilweise auf einem äußeren, in bezug auf den Mantel (11) feststehenden Stück (42) vorgenommen wird.

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