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Kolbenpumpe, insbesondere Pendelkolbenpumpe Die Erfindung betrifft
eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Pendelkolbenpumpe, mit einem einen Pumpenzylinder
sowie einen Pumpenkopf aufweisenden Pumpenteil, der mit einem Antriebsgehäuse in
Verbindung steht.
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Bei Kolbenpumpen und insbesondere bei Pendelkolbenpumpen ist eine
kompakte Bauweise erwünscht, um die Baugröße des gesamten Aggregates, also Pumpenteil,
Antriebsgehäuse und Elektromotor, klein zu halten. Dazu bietet sich an, daß das
Pumpenteil unmittelbar an das Antriebsgehäuse angeflanscht wird, zumal dadurch auch
die erwünschte stabile Verbindung zwischen diesen Teilen erreicht wird.
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Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß bei derartig
ausgebildeten Kolbenpumpen, insbesondere Pendelkolbenpumpen,die im Pumpenteil erzeugte
Verlustwärme über den Pumpenkopf und den Pumpenzylinder auf das Antriebsgehäuse
und von dort auf die Lagerung der Kurbelwelle bzw. des Pleuels in einem schädlichen
Ausmaß übergehen kann. Insbesondere sind unter ungünstigen Umständen die Lebensdauer
von fettgeschmierten Kugellagern beeinträchtigt.
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Es besteht daher die Aufgabe, solche unerwünschten thermischen Beeinflussungen
im Bereich des Antriebsgehäuses
auf einfache Weise weitestgehend
und sicher zu vermeiden.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht insbesondere darin,
daß bei einer Pumpe der eingangs erwähnten Art das Pumpenteil derart am Antriebsgehäuse
unter Freilassen eines Spaltbereiches befestigt ist, daß der Antriebsgehäuse-Innenraum
nach außen offen bleibt.
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Durch das Freilassen dieses Spaltbereiches erreicht man nicht nur
während des Betriebes der Pumpe einen fortlaufenden Luftaustausch zwischen dem Antriebsgehäuse-Innenraum
und der Umgebungsluft der Pumpe, wobei die sich dabei am Pumpenteil vorbeibewegende
Luft auch eine Kühlung ausübt, sondern es wird durch das Freilassen eines Spaltbereiches
auch die Wärmeübergangsfläche zwischen dem Pumpenteil einerseits und dem Antriebsgehäuse
andererseits ganz erheblich verringert. Dabei nutzt die erfindungsgemäße Ausbildung
der Pumpe auch den Einfluß der Kolbenbewegung bezüglich der Volumenveränderung im
Antriebsgehäuse-Innenraum aus.
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Bei einer bevorzugten Ausführung durchsetzt der Pumpenzylinder mit
einem Abschnitt seines Zylinderrohres eine Kopföffnung des Antriebsgehäuses und
ragt in den Antriebsgehäuse-Innenraum hinein, wobei zwischen der Außenkontur des
Zylinderrohres und der Innenkontur der Kopföffnung ein Radialspalt verbleibt. Dadurch
erreicht man nicht nur eine kompakte Bauweise, sondern in dem Gehäuse-Innenraum
einströmende bzw. daraus herausströmende Luft kann gut kühlend am Zylinderrohr vorbeistreichen.
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Den zwischen dem Pumpenkopf und dem Antriebsgehäuse liegenden Querspalt
erreicht man zweckmäßigerweise dadurch, daß zwischen dem Pumpenkopf einerseits und
der dazu benachbarten Oberseite des Antriebsgehäuses andererseits Distanzstücke
vorgesehen sind. Diese können besonders einfach dadurch gebildet :werden daß man
sie
aus Rohrstücken anfertigt, welche die Befestigungsschrauben od. dgl. im Bereich
zwischen Pumpenkopf und Antriebsgehäuse ummanteln.
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Eine besonders bevorzugte Ausführung, die insbesondere bei größeren
Pumpen vorteilhaft ist, besteht darin, daß im Antriebsgehäuse-Innenraum ein Lüfterrad
vorgesehen ist, das sich vorzugsweise auf der Kurbelwelle befindet.
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Dadurch kann man mit sehr einfachen Mitteln den Antriebsgehäuse-Innenraum
und damit die dort befindlichen Lager kühl halten. Insbesondere bei Verwendung eines
solchen Lüfterrades ist die Anordnung von Ansaugöffnungen am Antriebsgehäuse, vorzugsweise
m hrerer Lochungen im Bereich eines Abschlußdeckels des Antriebsgehäuses, vorteilhaft.
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Eine besonders vorteilhafte Ausbildung dcr Pumpe, für die unabhängiger
Schutz nachgesucht wird, besteht insbesondere darin, daß die Höhe der Distanzstücke
od. dgl., welche den Abstand zwischen dem Pumpenkopf einerseits und der Oberseite
des Antriebsgehäuses andererseits bestimmen, an den jeweiligen Kurbelradius bzw.
an unterschiedliche Kolbenhübe anpaßbar sind. Will man beispielsweise eine in Blockbauweise
hergestellte Pendelkolbenpumpe durch geringfügige konstruktive Maßnahmen gegenüber
der Grundausführung mit einem verkürzten Kolbenhub versehen, so ist dies dadurch
einfach zu bewerkstelligen, daß man den Kurbelradius entsprechend verkleinert. Dies
würde jedoch ohne zusätzliche Maßnahmen zu einer Vergrößerung des "Schädlichen Raumes"
im Bereich des oberen Totpunktes führen. Dieser Schädliche Raum kann aber auf einfache
Weise dadurch klein gehalten werden, daß man die Distanzstücke od. dgl. entsprechend
verkürzt. Mit einer derartigen Trennung von Pumpenteil und Antriebsgehäuse mittels
leicht in ihrer Höhe anpaßbaren Distanzstücken u. dgl. löst man also auch noch eine
zusätzliche
Aufgabe: Bei Veränderung des Kolbenhubes durch Verändern
des Kurbelradius' die Größe des Schädlichen Raumes konstant bzw. minimal zu halten.
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Zusätzliche Weiterbildungen der Erfindung werden nachstehend anhand
von Ausführungsbeispielen zusammen mit der Zeichnung noch näher erläutert und beschrieben.
Es zeigen etwas schematisiert und in unterschiedlichen Maßstäben: Fig. 1 eine teilweise
im Schnitt dargestellte Stirnansicht einer Pendelkolbenpumpe, Fig. 2 eine teilweise
im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Pumpe ähnlich Fig. 1 sowie Fig. 3 und
4 jeweils etwas abgewandelte Einzelheiten der Distanzstücke od. dgl. und deren Umgebung
gemäß Fig. 1.
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Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Pendelkolbenpumpe, nachstehend kurz
"Pumpe 1" genannt, besitzt einen Pumpenteil 2 und ein Antriebsgehäuse 3. Das Pumpenteil
2 besteht im wesentlichen aus einem Pumpenkopf 4 und einem Pumpenzylinder 5. In
dessen Zylinderrohr 6 führt sich ein stark schematisch dargestellter Pleuelkolben
7. Er hat an seinem zylinderseitigen Ende eine Dichtmanschette 8 und ist an seinem
Antriebsende mit einem Pleuelauge 9 mit dem Exzenter 10 der Kurbelwellenanordnung
11 verbunden. In Fig. 2 erkennt man noch gut einen Teil eines Elektromotors 12 und
seiner Antriebswelle 13, die in einem Kugellager 14 pumpenseitig gelagert ist. In
bekannter Weise trägt die Antriebswelle auf einem frei liegenden Zapfen 43 drehgesichert
den auf diesem befestigten Exzenter 10. Diese Drehsicherung erfolgt über
radial
angeordnete Halteschrauben 15. Auf dem Exzenter 10 ist wiederum ein Wälzlager 16
angeordnet (Fig. 2), was von dem in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Pleuelauge
9 umfaßt ist. Das Pumpenteil 2 ist mittels Kopfschrauben 17 od. dgl. Befestigungsmittel
mit dem Antriebsgehäuse 3 fest verbunden. Als Befestigungsmittel kämen z. B. auch
Gewindebolzen mit außen angeordneten Befestigungsmuttern in Frage.
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Gemäß der Erfindung ist nun das Pumpenteil 2 nicht unmittelbar, sondern
unter Freilassen eines Spaltbereiches 19 am Antriebsgehäuse 3 befestigt, so daß
der Gehäuse-Innenraum 20 mit der äußeren Umgebung der Pumpe 1 offen in Verbindung
steht. Dementsprechend kann Außenluft gemäß den Doppelpfeilen Pf 1 sowohl von außen
in den Gehäuse-Innenraum 20 einströmen als auch von dort aus dem Gehäuse-Innenraum
nach außen austreten. Die Bewegung des Pendelkolbens 7 im Pumpenzylinder 5 sorgt
dabei auch noch für eine Änderung des Volumens des Gehäuse-Innenraumes 20, wodurch
eine entsprechende Luftbewegung gemäß dem Pfeil Pf 1 bereits ohne zusätzliche weitere
Maßnahmen begünstigt wird. Dabei kann diese Luft am Zylinderrohr 6 vorbeistreichen
und dieses kühlen.
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Der Spaltbereich 19 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem radialen
Spaltbereich 19 a in Form eines das Zyliderrohr 6 umgebenden Ringspaltes und aus
einem Querspalt 19 b. Dies ist beim Ausführungsbeispiel dadurch realisiert, daß
der Pumpenzylinder 5 mit einem Abschnitt seines Zylinderrohres 6 in eine Kopföffnung
21 der Oberseite 18 hineinragt, wobei zwischen der Außenkontur 22 des Zylinderrohres
6 und der Innenkontur 23 der Kopföffnung 21 ein Ringspalt od. dgl. Radialspalt 19
b verbleibt. Außerdem sind, wie ebenfalls gut aus Fig. 1 erkennbar, zwischen dem
Pumpenkopf 4 einerseits und der dazu benachbarten Oberseite 18 des Antriebsgehäuses
3
andererseits im ganzen mit 24 bezeichnete Distanzstücke vorgesehen. Diese sind vorzugsweise
aus Rohrabschnitten 25 gebildet, wie gut aus Fig. 1 erkennbar. Diese Distanzstücke
24 können aber auch von inselartig aus der Oberseite 18 des Antriebsgehäuses 3 vorstehenden
Erhebungen 26 gebildet sein, wie es Fig. 3 zeigt. Aus Fig. 4 ist dabei gut zu entnehmen,
daß ein im ganzen mit 24 bezeichnetes Distanzstück sich auch aus einer zum Antriebsgehäuse
3 gehörenden Erhebung 26 und einem darüber angeordneten Rohrabschnitt 25' zusammensetzen
kann. Die Verwendung eines durchgehenden, einzigen Rohrabschnittes 25 als Distanzstück
24 (Fig. 1) hat dabei den Vorteil besonders einfacher Herstellbarkeit und sehr einfacher
Anpaßbarkeit der Höhe H bzw. h dieser Distanzstücke. Man kann gut in Blockbauweise
übliche Antriebsgehäuse 3 verwenden.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 hat den Vorteil, daß man bei mit entsprechenden,
ins elartig vorstehenden Erhebungen 26 versehenen Antriebsgebäusen 3 keine zusätzlichen
Einzelteile mehr benötigt und gegebenenfalls nicht mehr die gesamte Oberseite 18
des Antriebsgehäuses 3, sondern nur noch die Anlageflächen 28 der ins elartigen
Erhebungen 26 zu bearbeiten braucht. Die Ausführungsform nach Fig. 4 kombiniert
den vorerwähnten Vorteil der Ausführung von Fig. 3 mit der Möglichkeit, die Höhe
H des gesamten Distanzstückes 24 leicht an unterschiedliche Bedürfnisse anpaßbar
zu machen. Ferner kann man aus Fig. 4 gut erkennen, daß ein Rohrabschnitt 25' auch
gut aus einem anderen, vorzugsweise wärmedämmenden Werkstoff bestehen kann. Bei
Fig. 3 ist zu erkennen, daß zwischen der Seite 28 der Erhebung 26 und einem Zylinderflansch
30 des Pumpenzylinders 5 noch eine dünne Isolierscheibe 31 vorgesehen sein kann,
wodurch ebenso wie durch eine entsprechende Werkstoffauswahl bei den Rohrabschnitten
25' die Wärmedämmung
zwischen dem Pumpenkopf 4 und dem Antriebsgehäuse
3 noch erhöht werden kann.
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Die inselartig vorstehenden Erhebungen 26 müssen nicht notwendigerweise
im Bereich der Kopfschrauben 17 od.
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dgl. liegen, jedoch ist dies vorteilhaft, sowohl was die Länge der
Schraubenführung als auch was die Größe des freien Querschnittes im Querspalt 19
b anbetrifft.
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Bei der Ausführung nach Fig. 1 und 4 sind die Rohrabschnitte 25 bzw.
25' in'vorteilhafter Weise um die Schäfte der Kopfschrauben -17 angeordnet und dadurch
ohne zusätzliche Maßnahmen lagefixiert.
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Unter besonderen Umständen könnten vorstehende Erhebungen ähnlich
denen in Fig. 3 und 4 dargestellten auch am Zylinderflansch 30 vorgesehen sein.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist die Anordnung solcher Erhebungen 26 am Antriebsgehäuse
3 jedoch zu bevorzugen.
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In Fig. 1 erkennt man im Zylinderkopf 4 noch gut einen stilisiert
dargestellten Einlaßkanal 42 und das zungenfederartige Einlaßventil 32, ferner Auslaßkanalabschnitte
33 und 34 und ein entsprechendes Zungenventil als Auslaßventil 35. Dabei sind der
Einlaßkanal sowie die Auslaßkanal-Abschnitte 33 und 34 der besseren Übersicht wegen
schematisiert zur Oberseite des Pumpenkopfes 4 hinausführend dargestellt.
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Aus Fig. 1 und 2 ist gut erkennbar, daß der Pumpenzylinder 5 an seinem
dem Pumpenkopf 4 benachbarten Ende ein an die Seitenabmessungen dieses Pumpenkopfes
4 angepaßten Zylinderflansch 30 hat und daß die Distanzstücke 24 od. dgl. 25, 26
sowie die diese durchsetzenden Kopfschrauben od. dgl. im Randbereich des Pumpenkopfes
4 angeordnet sind. Durch den kräftig ausgebildeten Zylinderflansch 30 und die vorerwähnte
Anordnung der Kopfschrauben 17 erreicht man eine stabile, kippsichere
Verbindung
zwischen dem Pumpenteil 2 und dem Antriebsgehäuse 3; diese kann gut die im Pumpenbetrieb
z. B.
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am Zylinderrohr 6 auftretenden Kräfte in das Antriebsgehäuse 3 einleiten,
obgleich zwischen dem Zylinderrohr 6 einerseits und dem Antriebsgehäuse 3 andererseits
der Ringspalt 19 a frei bleibt.
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In Fig. 2 erkennt man gut einen im ganzen mit 36 bezeichneten, im
Gehäuse-Innenraum 20 angeordneten Lüfter. Er besteht im wesentlichen aus einem Lüfterrad
37, das auf einem Radzapfen 38 der Antriebswelle 13 sitzt. Im Lüfterrad 37 sind
im oberen Bereich einige Lüfterflügel 39 angedeutet, bei denen beschleunigte Luft
entsprechend den Pfeilen Pf 2 austritt. Bei dieser Ausführung sind in einem Abschlußdeckel
40 aus Blech, mit dem der Gehäuse-Innenraum 20 des Antriebsgehäuses 3 stirnseitig
abgeschlossen ist, Ansaugöffnungen 41 für den Lüfter 36 vorgesehen. Mit Hilfe des
Lüfters 36 und gegebenenfalls unterstützt durch die zusätzlich angebrachten Ansaugöffnungen
dafür kann die Kühlung des Antriebsgehäuses 3 bzw. die Kühlung von dessen Innenraum
im Bedarfsfalle auf einfache Weise verstärkt werden.
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Wie bereits eingangs erwähnt, wird die Kühlung des Gehäuse-Innenraumes
20 u. dgl. durch Luftkühlung noch dadurch unterstützt, daß für den Wärmeübertritt
der im Pumpenteil entstehenden Verlustwärme nur noch verhältnismäßig geringe Wärmeübergangs-Querschnitte
entsprechend der Querschnitte der Kopfschrauben 17 od. dgl.
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und der Querschnitte der Distanzstücke 24 zur Verfügung stehen. Auch
werden die Außenseiten der Distanzstücke 24 noch von der sich bewegenden Luft mitgekühlt.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Distanzstücke kleine Querschnitte haben. Dabei
wird hier unter kleipen -Ouerschnitten" verstanden, daß die Querschnittsfläche der
Distanzstücke etwa die doppelte Querschnittsfläche der
zugehörigen
Schäfte der Befestigungsschrauben 17 hat.
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Dadurch bleibt auch im Bereich zwischen benachbarten Kopfschrauben
17 genügend Zwischenraum im Bereich des Querspaltes 19 b. Der Wärmeübergang kann
gegebenenfalls noch durch entsprechende Wahl des Werkstoffes eines Rohrabschnittes
25' vermindert werden, beispielsweise, wenn dieser Rohrabschnitt 25' aus schlecht
wärmeleitendem Werkstoff besteht. Ebenso kann man, wie bei Fig. 3 gezeigt, eine
Scheibe 31 aus wärmeisolierendem Werkstoff zwischen dem Pumpenflansch 30 und dem
Distanzstück 24 vorsehen.
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Die vorstehend in Verbindung mit der Verminderung des Wärmeüberganges
zwischen dem Pumpenteil 2 und dem Antriebsgehäuse 3 näher erörterten Distanzstücke
24 lassen sich noch zum Lösen einer besonderen Erfindungsaufgabe einsetzen: Pumpen
1 der vorbeschriebenen Art werden in Hinblick auf möglichst geringe Fertigungskosten
häufig in "Blockbauweise" konstruiert und hergestellt. Das bedeutet, daß man zahlreiche
Bauelemente wie Antriebsgehäuse 3, Pumpenkopf 4, Elektromotor 12, Antriebswelle
13 usw. aus den gleichen Teilen zusammensetzt und möglichst wenige, spezifische
Teile den jeweils vom Kunden geforderten Leistungsdaten der Pumpe anpaßt. So kann
man beispielsweise den Pumpenhub auf einfache Weise dadurch verändern, daß man das
Pleuelauge 9 mit unterschiedlichem Radius r bzw.
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R an der Antriebswelle 13 anlegt (Fig. 1 und 2). Bei Pumpen herkömmlicher
Bauart kann man jedoch - ausgehend von einem Grundmodell mit geringem 'Schädlichem
Raum " -nicht gut zu einem größeren Pumpenhub übergehen. Umgekehrt kann man von
der Standardgröße auch nicht gut zu einem merkbar kleineren Pumpenhub (das entspricht
einem kleineren Pleuelradius r) übergehen, ohne daß man den "Schädlichen Raum merkbar
vergrößert. Die erfindungsgemäß räumliche Trennung von Pumpenteil 2 und Antriebsgehäuse
3
mittels Distanzstücken 24 erlaubt nun, auf sehr einfache Art bei sich änderndem
Pumpenhub den Abstand zwischen Pumpenteil 2 und Antriebsgehäuse 3 anzupassen. Man
kann den "Schädlichen Raum im Bereich des oberen Totpunktes auch bei unterschiedlichen
Hüben konstant, z. 3.so klein wie möglich halten. Dadurch wird das günstige Verdichtungsverhältnis
der Pumpe 1 mit sehr einfachen Mitteln auch bei geänderten Hüben aufrechterhalten.
Dies stellt eine besonders vorteilhafte Verwendung der Distanzstücke 24 dar.
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Einerseits ist die Schaffung einer freien Verbindung zwischen dem
Gehäuse-Innenraum 20 und der Umgebung der Pumpe 1 mit Hilfe des Spaltbereiches 19
unabhängig von der Anpassung der Höhe h bzw. H der Distanzstücke im Hinblick auf
Anderungen des Hubes bzw. des Kurbelradius' r und R. Andererseits kann man die Anpassung
der Höhe h; H der Distanzstücke zwecks Anpassung an entsprechende Kurbelradien r;
R dann vornehmen, wenn keine Verbindung zwischen Gehäuse-Innenraum 20 und Umgebung
der Pumpe vorliegt, beispielsweise dann, wenn das Zylinderrohr 6 praktisch dichtend
in der Kopföffnung 21 sitzt. Zum anderen ist aber auch ein kombinatorisches Zusammenwirken
der vorerwähnten Höhenanpassung der Distanzstücke mit der Belüftungsmöglichkeit
des Innenraumes gut möglich.
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Wenn man beispielsweise den Hubraum im Pumpenteil 2 vergrößert, kann
es dort zu einem größeren Anfall von Verlustwärme kommen und eine entsprechende
Kühlung des Gehäuse-Innenraumes 20, gegebenenfalls unter Mithilfe eines Lüfters
36 ist dann besonders vorteilhaft.
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Bei der erfindungsgemäßen Pumpe 1 wird mit verhältnismäßig einfachen
Mitteln nicht nur eine kompakte Bauweise des gesamten Pumpenaggregates erreicht,
sondern auch die im Pumpenteil 2 entstehende Verlustwärme weitgehen von den Lagern
14 und 16 und der entsprechenden
Schmierung des Pumpenantriebes
ferngehalten. Namentlich bei größeren Pumpen 1 erhält man mittels des Lüfters 36
und gegebenenfalls diesem zugeordneten Ansaugöffnungen 41 eine noch intensivere
Zwangsluft-Kühlung; diese kann auch dann besonders angezeigt sein, wenn wegen der
besonderen Lage des Pumpenkopfes 4 der Querspalt 19 b nur noch eine geringe Höhe
h hat. Auch dabei ist günstig, daß der Pumpenzylinder 5 bzw sein Zylinderrohr 6
unter Freilassen eines Radialspaltes 19 a in das Antriebsgehäuse 3 hineinragt.
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Alle vorbeschriebenen und in den Ansprüchen aufgeführten Einzelmerkmale
können jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
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- Zusammenfassung -
- Leerseite -