DE2901179A1

DE2901179A1 - Hydraulikpumpe

Info

Publication number: DE2901179A1
Application number: DE19792901179
Authority: DE
Inventors: Harry Simister Bottoms; Ronald Alfred Heath
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1978-01-18
Filing date: 1979-01-13
Publication date: 1979-07-19
Also published as: JPS6024316B2; FR2415215B1; IT1111757B; US4233005A; IT7919157A0; JPS54108907A; FR2415215A1; DE2901179C2

Description

Lucas Industries Limited

Great King Street

(xB-Mrmiiigham 8. Januar 19789

Hydraulikpump e

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikpumpe mit zwei kämmenden, außen verzahnten Zahnrädern und inbesondere eine Hydraulikpumpe zur Verwendung in [Dreib st off systemen von Flugzeugen. . '

Wenn eine Pumpe der vorstehend genannten Art immer in gleicher Richtung läuft, legt sich nur eine Planke, nachstehend die "Arbeitsflanke" jedes Zahns des Zahnrads gegen die Zähne des anderen Zahnrads, wobei ein kleines Spiele oder ein Soleranzspalt zwischen der anderen Planice, die nachstehend als die "nicht arbeitende Planice" bezeichnet wird, jedes Zahns und dem anderen Zahnrad vorhanden ist. Während des Pumpenlaufs gibt es Perioden, in den zwei Arbeitsflanken eines der Zahnräder in.Kontakt mit zwei Arbeitsflanken am anderen Zahnrad stehen. Es gibt also ein Volumen, nachstehend das Zwischenzahnvolumen genannt, das zwischen den beiden Paaren der Arbeitsflanken gebildet ist, welche sich in Kontakt befinden, und dieses Volumen schließt das vorstehend genannte Spiel bzw. den iEoleranzspalt mit ein»

Während die Zahnräder rotieren^ verringert sich jedes Zwischenzahnvolumen zunächst, um sich dann zu vergrößern· Während dieser Volumensänderung' andern sich auch die Pro-

¥a/li ⁵

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Portionen des Zwischenzalmvolumens auf betreffenden Seiten des Toleranzspalts;, so daß die Plüssigkeit von einer Seite des Toleranzspalts sur anderen Seite desselben transferiert wird j, und zwar innerhalb des Zwischenzahnvolumenso Diese VoliiHenänderimgen führen zu vorübergehenden Druckänderungen innerhalb der Zwischenzalmvolumina₀ Wenn Treibstoff gepumpt wirdj, flüiren Verringerungen in den Treibst off drüclcen als 3?olge der vorstehend genannten Volumensändenmgen dazu,, daß Luft außer Lösung kocmit und Bläschen axis Treibstoffdampf entstehen,, Eine anschließende Erhöhung ira Treibst off druck führt su einem Kaollaps der Dampfbläscheiio Wenn ]?lugseu.g~Treibstoffpiimpen in großen Höhen benutst werden,, führt der gerinne Luftgehalt des Treibstoffs su einen schnellen Kollaps der Danpfblasclieiij, was zu einer Kavitationserosion führt ₅ wenn das nahe an einer Hetallflache geschiehtο

51s ist in del· Cl-B-PS 1₀ 4-67ο44-1 vorgeschlagen i^ordeiij, die vorstehend genannten Druckänderimgen und folglich die Kavitationseffekte zu verringern_P indeH Ausnehmungen an den nicht arbeitenden Planken der Zähne der Zahnräder vorgesehen werden_o Diese Aiisnehtmmgen verringern die Strömungsgeschwindigkeit des Treibstoffs;, der durch den Toleranzspalt strönt₉ und vergrößern außerdem die Interzahnvolumina und verringern damit den Prozentsatz ihrer'Volumensänderungen während eines Käimnspielso Bs ist auch schon vorgeschlagen wordenρ dafür zu sorgen^ daß die Öffnungen der Pumpe derart sind;, daß die eine Verbindung der Zahnhohlrätime mindestens mit der Saugöffnung der Pumpe während der Zeit ermöglicht wird_P während der sich das Zwischenzahnvoluneii vergrößert ρ um damit eine exzessive Verringerung des Drucks in diesen Räumen zu verhindern., Es hat sich jedoch herausgestellt ;, daß eine solche Anordnung eine Kavitationserosion der Zähne der Zahnräder nicht verhindert _s~weil der Treibstoff;, der in die Zwisehenzahnvolumina von der Saufgöffnung

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der Pumpe gelangt, ein Drücken eventueller Kavitationshohlräuiiie gegen die Zähne der Zahnräder und deren anschließenden Kollaps an den Zähnen der Zahnräder bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe zu schaffen, bei der der Schaden auf Grund von Kavitationserosion wesentlich verringert wird. Die Erfindung bewirkt im Effekt eine Verbindung der Zwischenzahnvolumina mit der Saugöffnung der Pumpe, ehe sich diese Volumina von ihrer Hinimumgröße vergrößern*

Erfindungsgemäß ist eine Hydraulikpumpe vorgesehen, bestehend aus einem Gehäuse und zwei kämmenden, außen verzahnten Zahnrädern in einer Kammer im Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Saug- tuid Drucköffnung hat, die mit der Kammer auf gegenüberliegenden Seiten einer Zone in Verbindimg stehen, in der die Zahnräder kämmen, und diese Hydraulikpumpe ist dadurch gekennzeichnet, daß die nicht arbeitende Planice jedes Zahns Ausnehmungen an den Endseiten des Zahnrads und eine nicht ausgesparte Erhebung hat, die sich von der Wurzel zur Spitze des Zahns zwischen den Ausnehmungen erstreckt, wobei nebeneinanderliegende Kontaktpunktpaare zwischen den Zahnrädern zusammen mit den nicht arbeitenden Planken ein Zwischenzahnvolumen bilden, dessen Kapazität sich mit der Drehung der Zahnräder ändert, wobe'i jedes Zwischenzahnvolumen zwei Volumina auf bet reff ahnden Seiten eines Minimumspielraums zwischen den nicht arbeitenden Planken aufweist, wobei von diesen beiden TELuEiina das eine größer und das andere kleiner wird, nachdem der Minimumspielrauraä-den Teilkreispunkt der Zahnräder passiert hat, wobei die Zwischenzahnvolumina so dimensioniert sind, daß jedes Zwischensahnvolunen zunächst mit der Säugöffnung zu einem Zeitpunkt in Verbindung steht, der nicht später als der liegt, zu dem der Hinimumspielraum den Teilkreispunkt durchläuft.

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Die Ei-findung ist nachstehend an Hand eines Ausfiüirungsbeispiels miter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläuterte In den Zeichnungen sinds

Pig«, 1 ein Schnitt durch eine Zahnradpumpe _ΰ Figo 2 ein Schnitt längs der Linie .2-2 der Figo 1 „ S¹Ij. 3 ein Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig₀ 1₈ Fig„ 4 ein vergrößertes Schaubild eines Zahns eines Zahnrads j, das einen leil der Pumpe bildet, Fig, 5 eine Endansicht eines Seils eines Zahnrads der ,-

Pumpe_f
Pig» 6 ein Diagramm, das die Größen darstellt _ΰ auf die in der Beschreibung bezug genommen wird,

Figo 7 eine vergrößerte Ansicht, die einem Ceil der Pig_o 3 entspricht und eine relative Position der kämmenden Zahnräder zeigt und

Pig ο S und 9 Ansichten, die I¹Ig₀ 7 entsprechen und andere relative Kämmpositionen der Zahnräder zeigen,,

Me Pumpe weist ein Gehäuse 10 auf,' das mit zwei identischen parallelen Bohrungen versehen ist, deren Achsen in einem Abstand voneinander liegen, der geringer als der Durchmesser der Bohrungen ist, so daß eine Kammer 11 innerhalb des Gehäuses 10 gebildet wird«, Innerhalb dieser Bohrungen sitzen zwei Paare Lagerblöclce 12, 13_P 14_P;. 15_S von" denen jeder eine teilsyliiidrische ELäche und eine flache · Fläche hat, die sich gegen eine flache Fläche im anderen Block des'Paars legte Die Blöcke 12, 13, 14, 15 lagern Zapfen 16 an zwei Zahnrädern 17, 18 identischer 'feillcreisdurchmesser, die zwischen den Lagerblöcken sitzen und miteinander kämmen„ Das Zahnrad 17 ist mit einer kerbverzahnten Antriebswelle 19 verbunden, und das Zahnrad 13 wird vom Zahnrad 17 angetrieben« Das Gehäuse 10 ho,t einein" Einlaß -¹J 20 und einea Auslaß - , . 21 ρ die mit der Kammer 11 auf gegenüberliegenden Seiten der Kammsone der Zahnräder 17, 18 in Verbindung

■=· fi =

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stellen« Die Iiagerblöeke 12, 1:3, 14, 15 legen sich dichtend gesen die Endseiten der Zahnräder 17, 18_r

Jeder ZaIm 22 jedes Zahnrads 17, 18 hat,, wie in Pig. 4 und 5 gezeigt ist, eine Arbeitsflanke 23 und eine nicht arbeitende Planke 24. Die nicht arbeitenden Planken 24 aller Zähne beider Zahnräder sind mit ineinanderdringenden Planken 25, 26 versehen, die aus den nicht, arbeitenden Planken an den Sndseiten der Zahnräder herausg'efräst sind, um eine nicht freigeschnittene Erhebimg 2? zu belassen', die sich von der Wurzel bis zur Spitze der nicht arbeitenden Pläche zwischen einer der Ausnehniungsgruppen 25, 26 und der anderen Ausnehmungsgruppe erstreckt. Die Winkelabmessungen der Ausnehmungen 25,. 26 und deren Position relative zur Zahnform sind im einzelnen in Pig. 5 dargestellt,

Gemäß der Barstellung in Pig. 6 sind die Zahnräder 17, Evelventenzahnräder mit einem Zahneingriff siinkel von 30°. Der Grundkreis BO des Zahnrads 17 und die Taeeilkreise PO beider Zahnräder sind angegeben, ebenso die Eontaktlinie OL zwischen den Zahnrädern. Das Zahnrad wird nach rechts angetrieben und treibt das Zahnrad 18 nach links. In der dargestellten Position liegt- der Toleranzspalt 28 zwischen den nicht arbeitenden Planken 24 der·Zahnräder am Teilkreispunkt .PP,. d.h. auf dem Punkt," in dem sich die Teilkreise PO berühren und durch den die Kontaktlinie OIi geht. Die Grundteilung BP ist angegeben, und dabei handelt es sich um die Distanz zwischen einem vorderen Känunpunkt 29 eines Zahns des treibenden Zahnrads 17 und einem hinteren Känmipunkt 30 am nächstfolgenden Zahn des treibenden Zahnrads 17. Zwischen den Punkten 29, 30 Ist ein Zwischenzahnvoliunen gebildet, das aus zwei Yolumina Y1, T2 zu beiden Seiten des Toleranzspalts 23 zusammengesetzt ist. In der relativen Position der Zahnräder, die in Pig. 6 gezeigt ist,

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sind die Volumina V1 und V2 gleich, ttnd die Gesamtkapazität des Zwischenzaimvölumens nimmt sein Minimum ein. Es versteht sich, daß Pig. 6 nur eine schematische Darstellung ist» ton eine Definition der Ausdrücke zu liefern, die anschließend "benutzt werden. Die Zähne sind in JIg,. 6 ohne ihre Ausnehmungen 25, 26 gezeigt, es versteht sich aber^ daß in der Praxis die Volumina V1 und ¥2 jeweils -die zusätzlichen Volumina enthalten, die von zwei Ausnehmungen 25 und zwei Ausnehmungen 26 gebildet sind«

Die Kapazität des Zwischenzahnvolumens wird damit vergrößert, und die Änderung in dieser Kapazität mit dem Drehen der Zahnräder macht damit einen geringeren Prozentsatz des G-aiizen aus. Druckänderung en innerhalb des. Zwisehenzahn'volumens werden damit verringert* !"erner ermöglichen die Atisnehniungen 25, 26 ein fließen von !reibstoff awlschen den Volumina T1 und V2, olme durch die Verengung gehen zu müssen, die -durch den ■joleranzspalt 28 g-ebildet ist. Der ELuS zwischen den Volumina V1 Jiiid V2 erfolgt damit mit relativ geringer G-eschwindigiceit "und "bewirkt keine iurbulenz, ale zu Kavitation führen kann· ..·, .

G-emäß der Darstellung in lig. 3 haben die Enden der Iagerblocke 12, 15, H, 15 an-den Zahnrädern nicht ebene Pläclien, die eine Verbindung der Flüssigkeit in dem?- ■:■ ■ Einlad .. 20 τΰΐά in de?¹-. Auslaß ' -'-:- ''' 21 mit den aäumen zwischen den Zähnen der Zahnräder ibis zur KämmzOne der Zahnräder hin ermöglichen. Wie dargestellt^ hat jeder IJagerblock zwei freigeschnittene Zonen 31, 32 oder 33, 34, die mit den betreffenden Öffnungen 20, 21 in Verbindung stehen. Die freigeschnittenen Zonen sind durch Brückenpartien 35» 36 getrennt, die ein direktes !Fließen durch die freigeschnittenen Zonen von dem, Auslaß.'.' / 21 zurück zum '- Binlaß 20 verhindern.

In Fig. 7, 3 und 9 ist die Beziehung zwischen den freige-

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schnittenen Parti-en, an den jjaserblöeken und den Ausnehmungen in den Zähnen der Zahnräder gezeigt, die eine Verbindung der Zwisohenzahnvoluniina mit ■ d-em? Sin - -und . ^: ■_■■=■'■*■ Auslaß, gestatten. Iii diesen Zeichnungen sind -die lager*- blöcke in gestricheltem TJiüriß gezeigt, so daß die relativen Positionen der freigeschnittenen Partien 31, 32, 33, 34 und der Brückenpartien 35, 36 relativ zum Toleranzraum leicnter miterscliied.en werden, lcömien.

3?ig. 7 zeigt die.relativen Positionen der Zahnrader unmittelbar bei Begxmx der Ferbindung ^des "yolumens ¥2, das die Äusnenmung 25 an einem ZaIm und die Ausnenmung 25 an einem anscHlieBenden Zalin einsenlieBt, 3ait de"-n» Einlaß _;::-j 20 " über' die ÄusneMiung 34* 3-Ώ-. dieaer Position beiiiidet sich, der vordere Sontalctjxtntk 29-zv/iselieaa dem treiben<ierL und dem getriebenen... Mbnrad m einem Bstgaä I vai leilkreispunkt PP^ - Der Abstand X beträgi; zvdselien '^Q,4." 3P- und -0,5 BP« 7pr- , zugsweise Tj^ragt: der ¥ert von X 0_Φ4β BPv Mt anderen Worten, uas ZwisclianzaliQViOiuaaen siatfrfe mil; de.m., : Einlaß -. · 2p ■über die ireigesciniii;teile Part-ie 54 in^erbin-duiig, -elie^ sicli. 4ie Ö-roße des St'ÄsclienzaiiayQEiiiiiens- ^u vergrößern hegonnen hat. In diesem Stadaiian.bestellt also lceine -iDendenz, ; daß 3?reibstuff aus dean,· '-EloiaS %q iji das Ztiisclienzalanvolumen gesaugt iiird« 3?emer stellen beide IToluraina YI und 72. mit -dem Hoclidruolc in de:m^:Ä««la3 ■■"■-.- -21 üiber dis,,frei- -gßsclmittenen Partien 3Λ_ν 333iia Verbindung* ia-ter in Mg. ^7 gezeigten Position neigt also SreÄstoff dazu, axts dem ^wiseneiisalmvolurflen zum, Einlaß ..·;; 20 liin ausgetrieben zu werden, =und Bläsclieii, die möglielierw-eise bei Kavitation entstellen, "werden von den. Zähnen der Zahnräder weggetrieben,

Pig. 8 seigt die relativen Positionen der Zahnräder und der Brüclcenpartxen 35.» 36, wenn der vordere Kämmpunlct 29 in einen größeren Abstand X vom Teilkreispunlcfc PP gewandert

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Ist. Der in Pig. 8 gezeigte Zustand entspricht allgemein demjenigen, der in Pig. 6 gezeigt Ist, wobei die Größe X zwischen 0,45 BP und 0,55 Bp liegt, unter der Maßgabe, daß der Wert von X, der in Pig. 8 gezeigt ist, größer als der ist, der In Pig. 7 gezeigt ist. In einer bevorzugten Anordnung beträgt X, wie es in Pig. 8 .gezeigt ist, Q,5 BP. In diesem Zustand liegt der Toleranzspalt 28 auf dem Teilkreispunkt PP, und das Zwischenzahnvoltimen. hat gerade mit der Verbindung zu den freigeschnittenen Partien 31, 33 aufgehört νμά ist folglich von dem- ">: Auslaß - ;,.21 getrennt. Das Zwischenzahnvolumen steht mit dem . Einlaß -·-. über* die freigeschnittene Partie 3Λ in Verbindung, aber weil" sich dieses Volumen auf seinem Minimumwert, befindet, besteht keine Tendenz, daß Treibstoff in das Zwischenzahnvolumen zu diesem Zeitpunkt einströmt.

In den in fig.- 9 gezeigten relativen Positionen ist der vordere Kontaktpunkt 29 noch weiter bis zu einer Distgciz X von zwischen 0,5 BP und 0,6 BP vom Teilkreispunkt gewandert. In dem dargestellten Äusführungsbeispiel beträgt die Strecke X 0,55 BP. In dieser Position steht das Zwischenzahnvolumen zunächst mit der freigeschnittenen Partie 32 in Verbindung. Obgleich das Zwischenzahnvolumen als Ganzes größer wird, verkleinert sich das Volumen V2, und das Volumen V1 vergrößert sich, und zwar mit größerer Geschwindigkeit. Es besteht deshalb keine·'Tendenz, daß Kavitätionsbläschen, die anfänglich ausgetrieben werden, gemäß den in Pig. 7 und 8 dargestellten Zuständen, zum Volumen V2 zurückkehren. Es hat sich herausgestellt, daß im wesentlichen alle Kavitationsbläschen aus dem Zwischenzahnvolumen während der in Pig. 7 und 8 gezeigten Stadien herausgetrieben werden, und diese Bläschen werden von den Zahnflanken entfernt gehalten, bis ein Kollaps der Bläschen erfolgt ist.

Der Druckabfall im Volumen V2 mit dessen Verbindung mit

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der Ausnehmung 54 gellt sehr schnell Tonstatten, v/eil vor dieser Verbindung eine erhebliche Druckdifferenz zwischen dem !Treibstoff in Zwischeiisahnvolumeii und dem in dem Einlaß bestellt. Dieser schnelle Druckabfall kann unter bestirnten Umständen bewirken, daß der Druck im Zwischenzahnvoluinen "überschießt" und unter denjenigen in dem, - ;.;. Einlaß abfällt. Das wird jedoch durch die Tatsache verhindert, daß sich das Yolumen V2 weiter verkleinert, und wenn das Yolumen Y1 mit der Ausnehmung 52 in Verbindung steht, wie das in Eig. 9 gezeigt ist, ist der Strom vom Yolumen Y1 sum Yolumen Y2 sehr gering oder überhaupt nicht vorhanden.

Pemier verhindert die Verbindung des Zwischenzahnvolumeiis mit dem,-¹ 'Einlaß', vr ; vor dessen Erreichen seines Minimumwerts, d.h. dem Zeitpunkt, zu dem der Druck im Zwischeiizahnvolumen mit maximaler Geschwindigkeit höher wird, das Erreichen eines unannehmbar hohen Werts durch diesen Druck.

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Claims

COHAUSZ & FI ORAOK

PATENTANWALT S BÜRO

SCHUMANNSTH. 87 ■ D-400Ö DÜSSELDORF Telefon.-i0211)683346 Telex-.08586513 cop rf

-PATENTANWÄLTE:
Dipl.-lng.W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Tjr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-lng. A.GERBER · DipUng.H. B.£OHAUSZ

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Ansprüche:

Hydraulikpumpe, bestehend aus einem Gehäuse und zwei kämmenden, außen verzahnten Zahnrädern in einer Kammer im Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Ein- und einen Auslaß hat, die mit der Kammer auf gegenüberliegenden Seiten einer Zone in Verbindung stehen, in der die Zahnräder kämmen, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht arbeitende Flanke (24) jedes Zahns (22) Ausnehmungen (25,26) an den Endseiten des Zahnrads (17,18) und eine nicht ausgesparte Erhebung (27) hat, die sich von der Wurzel zur Spitze des Zahns (22) zwischen den Ausnehmungen (25,26) erstreckt, wobei gegeneinanderliegende Kontaktpunktpaare zwischen den Zahnrädern (17,18) zusammen mit den nicht arbeitenden Flanken (24) ein Zwischenzahnvolumen bilden, dessen Kapazität sich mit der Drehung der Zahnräder (17,18) ändert, wobei jedes Zwischenzahnvolumen zwei Volumina (Vi, V2) auf entsprechenden Seiten eines Minimumspielraums (28) zwischen den nicht arbeitenden Flanken (24) aufweist, wobei von diesen beiden Volumina (V1, V2) das eine größer und das andere kleiner wird, nachdem der Minimumspielraum (2 8) den Teilkreispunkt (PP) der Zahnräder (17,18) passiert hat, wobei der Einlaß und die Zwischenzahnvolumina so dimensioniert sind, daß jedes Zwischenzahnvolumen zunächst mit dem Einlaß (2o) zu einem Zeitpunkt in Verbindung steht, dar nicht später als der liegt, zu dem der Minimumspielraum (28) den Teilkreispunkt durchläuft.

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2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zwischenzahnvolumen erst mit dem Einlaß (2o) in Verbindung steht, wenn die Distanz (X) zwischen dem Teilkr-eispunkt (PP) der Zahnräder (17,18) und dem vorderen Kontaktpunkt (29) der Zahnräder (17,18) zwischen o,4 und o,5 mal der Gruridteilung (BP) beträgt.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenzahnvolumen zunächst mit dem Einlaß (2o) über das andere Volumen in Verbindung steht-.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zwischenzahnvolumen zunächst mit dem Einlaß (2o) in Verbindung steht, ehe es außer Verbindung mit dem Auslaß (21) wandert·.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zwischenzahnvolumen in Verbindung mit dem Auslaß (21) bleibt, bis die Distanz zwischen dem Teilkreispunkt (PP) der Zahnräder {17,18) und dem vorderen Kontaktpunkt (29) der Zahnräder <17,18) das o,45- bis o/55-fache der Grundteilung (BP) der Zahnräder (17,18) beträgt.
6. Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Volumen erst mit dem Einlaß -(2ο) in Verbindung steht, nachdem das Zwischenzahnvolumen seine Verbindung mit dem Auslaß Γ21) beendet hat.

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Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Volumen erst mit dem Einlaß (2o) in Verbindung steht, wenn die Distanz zwischen dem Teilkreispunkt (PP) der Zahnräder (17,18) und dem vorderen Kontaktpunkt (29) der Zahnräder (17,18) das o,5- bis o,6-fache der Grundteilung (BP) der Zahnräder (17,18) beträgt.