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Die Erfindung betrifft eine Seitenkanal-Pumpe zur Förderung von Brenn- bzw.
Kraftstoff in injektionsgespeiste Verbrennungskraftmaschinen für Fahrzeuge.
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Die große Bedeutung der Regulierungen, die sich auf die Emission von
Verunreinigungen aus Verbrennungskraftmaschinen beziehen, erfordert die strikte
Steuerung bzw. Regelung der Kraftstoff-Qualität und der Art ihrer Einspeisung in den
Motor. Jede Ungleichmäßigkeit, Verformung oder unadäquates Verhalten des
physikalischen Brennstoff-Einspeisungssystems im Vergleich mit dem geplanten,
theoretischen Einspeisungsmodell führt zu einer sofortigen Erhöhung in der Menge
der Verunreinigungssubstanzen. In zweiter Linie wird der Wirkungsgrad des Motors
negativ beeinflusst, sobald der Motor mit einer Kraftstoffmenge gespeist wird, die
größer als der optimale Wert ist.
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Aus diesem Grunde benutzen Motorfahrzeuge in zunehmendem Maße Injektions-
Einspeisungssysteme. Um den von den Injektoren benötigten Druck zu erzielen,
werden üblicherweise Pumpen verwendet, die in dem Brennstofftank angeordnet
sind. Manchmal sind sie in das Messsystem für den Brennstoffpegel integriert oder
längs der Linie angeordnet, auf der der Brennstoff von dem Tank zu dem Motor
befördert wird. Diese, von einem Elektromotor getriebenen Pumpen sind entweder
Verdränger- bzw. Hydropumpen vom Rollen- oder Nockentyp oder Pumpen des
Typs, die allgemein als Seitenkanal-Pumpen bekannt sind.
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Die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sind beispielsweise in der WO
92/00449 und in der DE 21 12 762 offenbart.
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Obwohl beträchtliche Ergebnisse in Bezug auf den hydrodynamischen Wirkungsgrad
und die Lebensdauer der Pumpe erreicht worden sind, könnte das
Leistungsvermögen von Seitenkanal-Pumpen verbessert bzw. erhöht werden, und
zwar in Bezug sowohl auf die erzielbare Druckhöhe als auch auf die zur Verfügung
stehende Kapazität für eine feste Druckhöhe, wie sie von dem Kunden benötigt
werden.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine wenigstens zweistufige Seitenkanal-
Pumpe für Motorfahrzeuge zu schaffen, die ein besseres Leistungsvermögen als der
bekannte Stand der Technik bietet, und zwar sowohl in Bezug auf die erzielbare
Druckhöhe als auch in Bezug auf die Pumpen-Brennstoffkapazität für gleiche
Betriebsvariablen.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Seitenkanal-
Brennstoffpumpe für Motorfahrzeuge zu schaffen, die nur kleine Abmessungen,
jedoch ein gutes hydraulisches Leistungsvermögen in Bezug auf Kapazität, Druck
und Wirkungsgrad hat, und zwar verglichen mit Seitenkanal-Pumpen nach dem
Stand der Technik.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Seitenkanal-
Brennstoffpumpe für Motorfahrzeuge mit einem einfachen, nur geringe Kosten
erfordernden Aufbau zu schaffen, ohne dass der Bedarf für die Verwendung von
komplizierten oder kostspieligen Techniken besteht.
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Diese Ziele werden durch eine Brennstoff-Förderpumpe gemäß Anspruch 1 erreicht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Kanal-
Aussparungen der zusammengesetzten Spiralformen in zwei Teile aufgeteilt, die
durch einen im Wesentlichen gradlinigen Zwischenbereich miteinander verbunden
sind. Einer der beiden Teile hat nach einer bevorzugten Ausführungsform einen
konstanten Querschnitt. Vorteilhafterweise hat wenigstens einer der beiden Teile
einen Durchlass mit variablem Querschnitt, der sich von dem Beginn bis zum Ende
der Aussparungen vergrößert.
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Die beiden Mehrzahlen von Taschen-Hohlräumen werden durch eine Umfangs-
Ablenkplatte aufgeteilt, die den Rotor in zwei kreisförmige Bünde bzw. Bänder bzw.
Kragen aufteilt, nämlich einen inneren und einen äußeren. Die Ablenkplatte ist an
dem Zwischenbereich der Kanal-Aussparungen mit der zusammengesetzten bzw.
Verbund-Spiral-Form angeordnet. Auf diese Weise kann der Brennstoff von einem
Hohlraum, der sich auf die erste Vielzahl von Taschen-Hohlräumen bezieht, zu
einem Taschen-Hohlraum verlaufen, der sich auf die zweite Vielzahl bezieht, in dem
eine Durchströmung exklusiv durch den Zwischenbereich der Aussparungen erfolgt.
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Dementsprechend kann der Zwischenbereich die Form eines Loches haben, das in
dem jeweiligen Bereich des Pumpenkörpers vorgesehen ist, um zwei Aussparungen
mit Kreisform miteinander zu verbinden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat
der Zwischenbereich ebenfalls die Form einer Aussparung, auf der ein
plattenähnliches Element positioniert ist, um den Zwischenbereich gegen die
Rotoroberfläche abzudecken, die ihm zugewandt ist. Insbesondere ist die Platte in
einem flachen Sitz angeordnet, der in dem jeweiligen Bereich des Pumpenkörpers
vorgesehen ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
der Pumpenkörper aus zwei Teilen zusammengesetzt, die miteinander durch ein
dazwischen angeordnetes Abstandsstück verbunden sind, wobei die beiden
Vielzahlen von Taschen-Hohlräumen die Stufen definieren, die in der Pumpe
vorhanden sind. Zusätzlich können die beiden Rotorflächen mittels wenigstens eines
Durchgangs, der in dem Rotor vorgesehen ist und sich nach einer bevorzugten
Ausführungsform in einer zu dem Rotor zentralen Position befindet, d. h., an einer
Stelle, die nahe bei der Rotations- und/oder Verkeilungsachse ist, entweder
miteinander verbunden oder nicht miteinander verbunden werden. Damit beide
Pumpen-Stufen vom Seitenkanaltyp sind, haben die Taschen-Hohlräume, die jeweils
das innere und das äußere Band des Rotors bilden, eine ähnliche Geometrie und
Konfiguration.
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Speziell haben die Taschen-Hohlräume ein Profil, das durch zwei Bereiche mit
gerundeter Form festgelegt wird, die zu einer Sektion mit minimaler Dicke hin
konvergieren. Die Taschen-Hohlräume einer ersten Seitenkanal-Stufe der Pumpe,
die auf den beiden gegenüberliegenden Flächen des Rotors angeordnet sind,
können miteinander über einen Durchgang kommunizieren, der in dem dünnsten Teil
in der unmittelbaren Nähe der Ablenkplatte vorgesehen ist, die die beiden Bereiche
teilt, wo die Hohlräume vorgesehen sind; als Alternative hierzu können die Taschen-
Hohlräume einer ersten Seitenkanal-Stufe der Pumpe nicht miteinander in
Verbindung stehend ausgelegt werden. In diesem Fall muss ein Durchgang
vorgesehen werden, um die beiden Flächen des Rotors miteinander zu verbinden.
Die Pumpen-Brennstoff-Ansaugöffnung ist koaxial zur Pumpenachse, während sich
die Lieferöffnung außerhalb des Rotors an einer Stelle peripher zu ihm befindet,
obwohl sie parallel zur Pumpenachse bleibt. Der Durchgang, der die beiden
Rotorflächen verbindet, kann entsprechend der Ansaugöffnung angeordnet werden,
also nahe bei der Mitte des Rotors. Auf diese Weise wird der die Ansaugöffnung
erreichende Brenn- bzw. Kraftstoff zu gleichen Teilen zwischen den beiden
Rotorflächen verteilt. Um diese Verteilung zu erleichtern, kann der Durchgang längs
der axialen Richtung zwischen den beiden Rotorflächen spitz bzw. konisch zulaufen.
Zusätzlich öffnet sich der anfängliche Bereich eines ersten Teils der Teile, in dem die
Kanal-Aussparungen der Verbund-Spiral-Form aufgeteilt sind, in die Ansaugöffnung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
weist der Pumpen-Ansaug-Körperteil an dem Kanal-Aussparungen ein
durchgehendes Loch auf, das als Entlüftungsloch dient. Dies erhöht die Kapazität
des Systems für das Ansaugenlassen bzw. das Einspritzen von Anlasskraftstoff und
ermöglicht es, dass die in den Leitungen vorhandene Luft während des Anlassens
nach außen ausgegeben werden kann. Das Loch hat sehr kleine Abmessungen. Um
den Kapazitätsverlust aufgrund des Kraftstoffs, der durch dieses Loch strömt,
auszugleichen (obwohl die Menge dieses Brennstoffs sehr klein ist), kann der
Querschnitt des Umfangskanals, der dem Entlüftungsloch vorhergeht, in beiden
Körper-Teilen, d. h., beim Ansaugen und bei der Lieferung, vergrößert werden.
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Als Alternative hierzu hat gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung der Pumpen-Ansaug-Körperteil eine ringförmige
Einlasssektion mit drei Ansaugöffnungen, die sich in Richtungen parallel zu der
zentralen Achse des Pumpenkörpers erstrecken. Diese Öffnungen haben im
Wesentlichen Bohnen-Form. Sie sind in einem imaginären Kreisring angeordnet, der
konzentrisch zu dem Ansaugteil der Pumpe ist.
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Die Seitenkanal-Pumpe nach der vorliegenden Erfindung hat extrem gute
Betriebseigenschaften. Ihre Konstruktions- und Design-Charakteristiken minimieren
Schwingungen, so dass die Geräusche während des Betriebs ebenfalls reduziert
werden. Insbesondere liefert sie im Vergleich mit den derzeit verwendeten Pumpen
unter gleichen Bedingungen (Umdrehungen pro Minute des Motors, Brennstoff-
Durchsatz, Temperatur) eine größere Druckhöhe aufgrund der Tatsache, dass sie
zwei Stufen aufweist, die zu einem größeren Wirkungsgrad als die bekannten
Konstruktionen führen. Als Alternative hierzu würde sich die Pumpe nach der
vorliegenden Erfindung mit einer geringeren Zahl von Umdrehungen pro Minute (und
damit eine im Durchschnitt größere Lebensdauer erreichen) bei gleichem
Leistungsvermögen (Druckhöhe und Kapazität) drehen, wie es von den Kunden
gefordert wird.
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Schließlich kann die Seitenkanal-Pumpe nach der Erfindung durch einen Motor, nach
einer bevorzugten Ausführungsform einen Elektromotor, über eine hohle Welle
gedreht werden, die durch eine Öffnung in den Pumpenkörper eingesetzt ist und den
darauf verkeilten Rotor trägt. Diese Welle ist in einem Lager untergebracht, das in
der Öffnung in dem Pumpenkörper vorgesehen ist.
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Weitere Vorteile und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung werden aus den
folgenden gegebenen Beschreibung von nicht-beschränkenden Beispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser ersichtlich, in denen:
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Fig. 1 ein schematischer Schnitt durch eine Ausführungsform der Pumpe nach
der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 2 ein Schnitt durch einen Teil der Pumpe nach Fig. 1 ist;
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Fig. 3 eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Rotors ist, der in die
Pumpe nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist;
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Fig. 4 ein Schnitt durch den Rotor nach Fig. 3, genommen längs der Linie IV-IV,
ist;
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Fig. 5 eine Vorderansicht eines der beiden Bestandteile des Pumpenkörpers
nach Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 6 eine Vorderansicht des anderen der beiden Bestandteile des
Pumpenkörpers nach Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 7 ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des Rotors ist, der in die
Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist;
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Fig. 8 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform des Rotors ist, der in
die Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist;
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Fig. 9 ein Schnitt durch den Rotor nach Fig. 8 längs der Linie IX-IX ist;
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Fig. 10 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform des Rotors ist, der in
die Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist;
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Fig. 11 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform des Rotors ist, der in
die Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist;
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Fig. 12 eine Vorderansicht eines der beiden Bestandteile einer weiteren
Ausführungsform des Pumpenkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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Fig. 13 ein Schnitt durch den in Fig. 12 dargestellten Teil ist, genommen längs
der Linie XIII-XIII;
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Fig. 14 eine Vorderansicht des weiteren Bestandteils des Pumpenkörpers nach
Fig. 12 gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 15 ein Schnitt durch den in Fig. 14 gezeigten Teil, genommen längs der Linie
XV-XV, ist;
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Fig. 16 eine Vorderansicht eines der beiden Bestandteile einer weiteren
Ausführungsform des Pumpenkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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Fig. 17 ein Schnitt durch den in Fig. 16 dargestellten Teil, genommen längs der
Linie XVII-XVII, ist;
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Fig. 18 eine Vorderansicht des anderen Bestandteils des Pumpenkörpers nach
Fig. 16 gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 19 ein Schnitt durch den in Fig. 18 dargestellten Teil, genommen längs der
Linie XIX-XIX, ist;
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Fig. 20 ein schematischer Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der
Pumpe nach der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 21 ein Schnitt durch eine Einzelheit der Pumpe nach Fig. 20 ist;
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Fig. 22 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rotors ist, der
in die Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
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Fig. 23 ein Schnitt durch den Rotor nach Fig. 22, genommen längs der Linie
XXIII-XXIII, ist;
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Fig. 24 eine Vorderansicht eines der beiden Bestandteile des Pumpenkörpers
nach Fig. 20 gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 25 eine Vorderansicht des anderen der beiden Bestandteile des
Pumpenkörpers nach Fig. 20 gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 26 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rotors ist, der
in die Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist;
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Fig. 27 ein Schnitt durch den Rotor nach Fig. 26, genommen längs der Linie
XXVII-XXVII, ist;
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Fig. 28 eine Vorderansicht eines der beiden Bestandteile einer weiteren
Ausführungsform des Pumpenkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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Fig. 29 ein Schnitt durch den in Fig. 28 dargestellten Teil, genommen längs der
Linie XXIX-XXIX, ist;
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Fig. 30 eine Vorderansicht des anderen der beiden Bestandteile des
Pumpenkörpers nach Fig. 28 gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 31 ein Schnitt durch den in Fig. 30 gezeigten Teil, genommen längs der Linie
XXXI-XXXI, ist;
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Fig. 32 eine Vorderansicht eines der beiden Bestandteile einer weiteren
Ausführungsform des Pumpenkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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Fig. 33 ein Schnitt durch den in Fig. 32 dargestellten Teil, genommen längs der
Linie XXXIII-XXXIII, ist;
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Fig. 34 eine Vorderansicht eines Abstandsstückes ist, das in der Pumpe nach der
vorliegenden Erfindung angeordnet ist;
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Fig. 35 ein Schnitt durch das in Fig. 34 dargestellte Abstandsstück, genommen
längs der Linie XXXV-XXXV, ist;
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Fig. 36 eine Vorderansicht eines der beiden Bestandteile einer weiteren
Ausführungsform des Pumpenkörpers der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 37 ein Schnitt durch den in Fig. 36 dargestellten Teil, genommen längs der
Linie XXXVII-XXXVII, ist.
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Wie man aus den Fig. 1 und 20 erkennen kann, besteht eine allgemein durch die
Bezugszeichen 10, 110 angedeutete Pumpe aus zwei einander zugewandten Teilen
11, 12, 111, 112, die jeweils als der Lieferteil und der Ansaugteil bekannt sind und
zwischen denen ein Rotor 13, 113, angeordnet ist. Dieser Rotor 13, 113 hat die Form
einer Scheibe, die mit Schaufeln versehen ist. Aussparungen 14, 15, 114, 115 mit im
Wesentlichen Verbund-Spiral-Form sind in den Liefer- und Ansaug-Teilen 11, 12,
111, 112 vorgesehen. Der Körper der Pumpe 10, 110 wird durch ein Abstandsstück
16, 116, das zwischen den beiden Teilen 11, 12, 111, 112 mit den Aussparungen 14,
15, 114, 115 angeordnet ist, eine Ansaugleitung 17, 117, die in dem Ansaugteil 12,
112 zentral zu dem Rotor 13, 113 und um eine imaginäre, zentrale Achse 17', 117'
durch den Pumpenkörper vorgesehen ist, und eine Lieferleitung 18, 118 peripher zu
dem Rotor 13, 113 vervollständigt, die in dem Lieferteil 11, 111 vorgesehen ist. Bei
hier nicht gezeigten Ausführungsformen könnte das Abstandsstück 16, 116 ein
integraler bzw. einstückiger Bestandteil eines der beiden Bestandteile 11, 111, 12,
112 des Pumpenkörpers sein, um so die Zahl der Stücke zu verringern, die bei dem
Aufbau der Pumpe 10, 110 benötigt werden, und damit eine doppelte
Messungenauigkeit zu vermeiden, die man aus zwei Bearbeitungs-Toleranzen
ableiten kann. Wenn jedoch das Abstandsstück 16, 116 als ein getrenntes Stück
ausgebildet wird, ermöglicht die maschinelle bzw. spanabhebende Bearbeitung
dieser Oberfläche des Abstandsstückes 16, 116, die den beiden Teilen 11, 12, 111,
112 und dem Rotor 13, 113 zugewandt sind, in einem einzigen Arbeitsvorgang die
verbesserte Anpassung und Abdichtung und den korrekten Zusammenbau.
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Bei der dargestellten Ausführungsform beginnt die Lieferleitung 18, 118 an der Seite,
die dem Einlass der Ansaugleitung 17, 117 gegenüber liegt. Bei hier nicht gezeigten
Ausführungsformen muss diese Situation nicht auftreten, und beide Leitungen 17,
18, 117, 118 können von der gleichen Seite der Pumpe 10, 110 her offen sein. Der
Pumpenkörper, der im Wesentlichen aus den beiden Teilen 11, 111, 12, 112 und
dem Abstandsstück 16, 116 besteht, ist in einem Gehäuse 19, 119 mit einem Motor
(nicht dargestellt) untergebracht, der den Rotor 13, 113 über eine Welle (nicht
dargestellt) antreibt, auf der er verkeilt ist.
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Die beiden Teile 11, 12, 111, 112 haben eine Scheiben-Konfiguration. Der erste Teil
11, 111 weist die Lieferleitung 18, 118 mit ihrer Achse parallel zu, jedoch versetzt
von der Achse der Pumpe 10, 110 auf, während der zweite Teil 12, 112 die
Ansaugleitung 17, 117 mit ihrer Achse parallel zu und zusammenfallend mit der
Achse der Pumpe 10, 110 aufweist. Die beiden Teile 11, 12, 111, 112 und das
Abstandsstück 16, 116 haben ebenfalls Scheibenform und weisen ausgerichtete,
durchgehende Löcher 20, 120 für die Aufnahme von bekannten
Befestigungselementen (nicht dargestellt) auf. Bei anderen möglichen
Ausführungsformen, die hier nicht gezeigt sind, kann die Ausrichtung zwischen den
Teilen 11, 12, 111, 112 und dem Abstandsstück 16, 116 vorteilhafter Weise durch
geeignete Aussparungen und Vorsprünge erreicht werden, die auf den im Kontakt
befindlichen Teilen vorgesehen sind. Die Ansaugleitung 17, 117 des Teils 12, 112
erstreckt sich axial als ein Buchsenbereich 21, 121 auf der Seite, die dem Rotor 13,
113 nicht zugewandt ist. Um das Ende der Antriebswelle aufzunehmen, weist der
Lieferteil 11, 111 in dem Teil, der dem Teil gegenüber liegt, der die Aussparung 14,
114 enthält, ein Gehäuse 22, 122 für ein Lager 23, 123 auf, durch das die
Antriebswelle eingefügt wird. Bei dem Motor handelt es sich in einer bevorzugten
Ausführungsform um einen Elektromotor; es kann jedoch auch jeder andere Typ
eingesetzt werden, der für diesen Zweck geeignet ist.
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Wie man aus den Fig. 3 und 22 erkennen kann, weist der Rotor 13, 113 der Pumpe
10, 110 zwei Bereiche auf, die durch ein Umfangs-Ablenkblech 24, 124 getrennt
sind; die beiden Bereiche bestehen aus einem inneren, kreisförmigen Band bzw.
Kragen und einem äußeren, kreisförmigen Band bzw. Kragen. Jedes dieser
kreisförmigen Bänder ist durch radiale Rippen 27, 28, 127, 128 in eine Vielzahl von
Taschen unterteilt, die die Beschaufelung bilden, wobei die Zahl der Taschen des
äußeren, kreisförmigen Bandes normalerweise größer als die Zahl der Taschen des
inneren, kreisförmigen Bandes ist. Diese beiden Bereiche, die eine gleiche oder
unterschiedliche Geometrie und Konfiguration haben können (wie man aus einem
Vergleich der Fig. 3 und 22 erkennen kann), definieren die beiden Pumpenstufen, die
ein ähnliches oder ein unterschiedliches hydraulischen Leistungsvermögen haben
können. Als Alternative hierzu können die Rippen 27, 28, 127, 128, die die Taschen-
Hohlräume bilden, zu den entsprechenden radialen Richtungen um einen vorher
bestimmten Winkel geneigt sein.
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Durch die Mitte des Rotors 13, 113 erstreckt sich ein Loch 25, 125 für die Aufnahme
der Motorwelle (weder die Welle noch der Motor sind dargestellt), die die Pumpe 10,
110 nach der vorliegenden Erfindung antreibt. Um das zentrale Loch sind eine
Vielzahl von Durchgängen 26, 126 vorgesehen, die durch zwei aufeinanderfolgende
Rippen 27, 127 begrenzt werden (wie in Fig. 3 dargestellt ist) oder nicht (wie in Fig.
22 gezeigt ist). Die Durchgänge 26, 126 ermöglichen es, dass der Brenn- bzw.
Kraftstoff von der Rotorfläche, die der Einsaugleitung 17 zugewandt ist, zu der
gegenüberliegenden Fläche fließt, die der Lieferleitung 18 zugewandt wird. Bei einer
Ausführungsform haben die Durchgänge einen abnehmenden Querschnitt von der
Ansaugseite zu der Lieferseite hin, und zwar entsprechend den gewünschten
hydraulischen Kennlinien. Bei einer anderen Ausführungsform haben die
Durchgänge 126 einen konstanten Querschnitt. Der Rotor 13, 113 ist mit einem
perimetralen Ring 29, 129 mit einer Höhe versehen, die gleich der Dicke des Rotors
13, 113 ist, um die zweite Stufe der Pumpe 10, 110 zu begrenzen und die äußeren
Rippen 28, 128 miteinander zu verbinden.
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Die Fig. 2, 4, 21 und 23 zeigen die beiden unterschiedlichen Konfigurationen der
Taschen, die in dem Rotor 13, 113 der Pump 10, 110 vorgesehen sind, nach zwei
bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Bei einer
Ausführungsform haben, siehe auch die Fig. 2 und 4, die Taschen, die die erste
Stufe bilden, und die Taschen, die die zweite Stufe bilden, ein krummliniges Profil.
Darüber hinaus sind die oberen und unteren Profile symmetrisch. Speziell bestehen
die Taschen, die die erste Stufe bilden, aus gerundeten Hohlräumen, deren Enden
an der seitlichen Oberfläche des Rotors 13 auf einer Seite an den Durchgängen 26
und auf der anderen Seite an der Umfangs-Ablenkplatte 24 enden. Die Taschen, die
die zweite Stufe bilden, bestehen aus gerundeten Hohlräumen, die sich an beiden
Enden von der Umfangs-Ablenkplatte 24, 124 erstrecken, um an einem
Symmetriepunkt der Tasche in einer zentralen Ebene parallel zu den Flächen des
Rotors 13, 113 zu konvergieren. Es wird auch darauf hingewiesen, dass zwischen
dem Konvergenzpunkt jeder Tasche und dem perimetralen Ring 29, 129 eine
Verbindung zwischen der oberen Tasche und der unteren Tasche der zweiten Stufe
der Pumpe 10, 110 besteht.
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Bei einer weiteren Ausführungsform, siehe auch die Fig. 21 und 23, haben die
Taschen, die die erste Stufe bilden, und die Taschen, die die zweite Stufe bilden, ein
gekrümmtes Profil. Zusätzlich sind das obere und das untere Profil symmetrisch und
erstrecken sich nicht so weit wie der Durchgang 126, so dass ihre Kombination im
Querschnitt zu einer Figur führt, die einem Pfeil ähnelt. Im Detail bestehen die
Taschen, die die erste Stufe bilden, aus gerundeten Hohlräumen, von denen ein
Ende an der seitlichen Oberfläche des Rotors 113 an einem Punkt extern zu dem
Durchgang 126 endet und dessen anderes Ende mit der Umfangs-Ablenkplatte 124
in der zentralen Ebene parallel zu den Flächen des Rotors 113 verbunden ist. Die
Taschen, die die zweite Stufe der Pumpe 110 bilden, haben eine Konfiguration, die
gleich der der Taschen der ersten Stufe ist.
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Die Fig. 5 und 24 zeigen zwei bevorzugte Ausführungsformen der Aussparungen 14,
114 der Verbund-Spiral-Form, die in der inneren Oberfläche eines der beiden
Bestandteile des Pumpenkörpers vorhanden ist, nämlich dem Lieferteil 11, 111. Die
Leitungen 18, 118, durch die der Brenn- bzw. Kraftstoff zu dem Motor geliefert wird,
können in den Aussparungen 14, 114 gesehen werden. Spiegelartig bzw.
spiegelbildlich zu der Aussparung 14, 114, die in der inneren Oberfläche des
Lieferteils 11, 111 vorgesehen ist, befindet sich eine Aussparung 15, 115, die in der
inneren Oberfläche des Ansaugteils 12, 112 vorgesehen ist, wie man aus den Fig. 6
und 25 erkennen kann. Insbesondere in den Fig. 5 und 6 kann man wahrnehmen,
dass die Breite jeder Aussparung 14, 15 in ihrem anfänglichen inneren Bereich
kleiner als in ihrem letzten äußerem Bereich ist. Auf diese Weise fließt der fluide
Brennstoff unter der Wirkung der Drehung des Rotors 13 (und damit durch die
Wirkung der übermittelten Zentrifugalkraft) durch die Aussparung 14, 15 in einer
Richtung, in der der Durchgang einen ständig größer werdenden Querschnitt hat.
Dies ermöglicht es, dass ein Teil der kinetischen Energie des fluiden Mediums in
Druck umgewandelt wird, wodurch der Gesamt-Wirkungsgrad der Pumpe erhöht
wird.
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Bei der in den Fig. 24 und 25 gezeigten Ausführungsform öffnet sich der innere
Grenzbereich der Aussparung 115 in die Ansaugleitung 117.
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Bei allen Ausführungsformen der Pumpe 10, 110 ist jede der Aussparungen 14, 15,
114, 115 in zwei im Wesentlichen kreisförmige Teile 14a, 14b, 15a, 15b, 114a, 114b,
115a, 115b aufgeteilt, die miteinander durch einen im Wesentlichen gradlinigen
Zwischenbereich 14c, 15c, 114c, 115c verbunden sind. Eine Platte 30, 130 mit
Trapezform kann an dem Durchlassbereich vorgesehen werden, um den gradlinigen
Zwischenbereich 14,c, 15c, 114c, 115c präzise in Entsprechung mit der Umfangs-
Ablenkplatte 24, 124 abzudecken, die die beiden Stufen trennt und auf beiden
Oberflächen des Rotors 13, 113 vorhanden ist. Auf diese Weise wird ein
Zwangsdurchgang für den fluiden Brennstoff erzeugt, der von der ersten zu der
zweiten Stufe des Rotors 13, 113 über diesen geschlossenen Kanal strömt. Bei der
Ausführungsform nach den Fig. 24 und 25 hat jeder der jeweiligen Teile 114a, 114b,
115a, 115b auf seiner gesamten Länge einen im Wesentlichen konstanten
Querschnitt. Bei den nicht gezeigten Ausführungsformen kann der
Brennstoffdurchgang durch ein Loch erfolgen, der in dem Teil vorgesehen ist, der die
Aussparung 14, 15, 114, 115 aufweist, um eine Art Tunnel zu bilden. Zentral in dem
Lieferteil 11, 111 der Pumpe 10, 110 ist eine ringförmige, zweite Aussparung 31, 131
koaxial mit der Achse des Sitzes 22, 122 vorgesehen, der das Lager 23, 123
aufnimmt. Diese zweite Aussparung 31, 131 mit rundem Schnitt speist das von den
Durchgängen 26, 126 ankommende fluide Medium zu der zugewandten Fläche des
Rotors 13, 113 und zu den nachfolgenden Bereichen der Aussparung 14, 114.
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Bei der in Fig. 24 gezeigten Ausführungsform der Pumpe 110 steht der anfängliche
Bereich der Aussparung 114, die in der Lieferleitung 118 endet, mit der ringförmigen
Aussparung 131 in Verbindung. Die mögliche Präsenz einer jeweiligen Platte 30,
130, die einem jeweiligen Teil 14c, 15c, 114c, 115c der Aussparung 14, 15, 114, 115
auf jedem der beiden Bestandteile 11, 12, 111, 112 des Pumpenkörpers abdeckt
bzw. verbirgt, ist in den Fig. 2 und 21 noch klarer zu erkennen. Diese Figuren stellen
die Aussparungen 32, 132 dar, in denen die jeweiligen Platten 30, 130 angeordnet
sind, und zwar exakt in Entsprechung mit den Ablenkplatten 24, 124, die die erste
Stufe von der zweiten Stufe des Rotors 13, 113 trennen. Bei einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform des Rotors 13, die in Fig. 7 dargestellt ist, können, wie
erkennbar, die Taschen der ersten Stufe eine flache Basis mit konstanter Tiefe
haben. Die Taschen der zweiten Stufe haben jedoch genau das gleiche Muster, wie
es in den Fig. 4 und 13 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die
Vorderansicht des Rotors
13 im Wesentlichen ähnlich der Vorderansicht, die in Fig. 3
gezeigt ist.
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Die Fig. 8 und 9 stellen eine weitere Ausführungsform des Rotors 13 gemäß der
vorliegenden Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform sind der obere Teil und der
untere Teil des Rotors 13 symmetrisch in Bezug auf die erste Stufe, während die
Rippen 28, die die zweite Stufe bilden, an abwechselnden Stellen auf den beiden
Oberflächen vorgesehen sind, wie man leicht aus der Querschnittsansicht nach Fig.
9 erkennen kann. Als Ergebnis hiervon sind die Taschen, die einen Teil der zweiten
Stufe bilden, abwechselnd in dem oberen Teil und dem unteren Teil des Rotors 13
vorhanden und haben ein gemeinsames Profil mit einem rundlichen Muster, ähnlich
dem, wie es bereits für die vorhergehenden Ausführungsformen des Rotors 13
beschrieben wurde. Bei dieser Ausführungsform gibt es keinen radialen Ring 29, der
üblicherweise die zweite Stufe begrenzt.
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Bei der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform des Rotors 13 sind die Rippen 28 der
zweiten Stufe der Pumpe 10 zu der radialen Richtung um einen vorher bestimmten
Winkel geneigt, der bevorzugt zwischen 0º und 30º liegt. Bei der in Fig. 11 gezeigten
Ausführungsform des Rotors 13 sind die Rippen 27, die die erste Stufe bilden, nicht
(wie bei den anderen Ausführungsformen des Rotors 13) geradlinig, sondern statt
dessen krummlinig, beispielsweise in der Form eines Umfangsbogens. Auf diese
Weise wird ein Teil der Zentrifugalkomponente der Fluid-Bewegung, die durch die
Drehung des Rotors 13 verursacht wird, in eine tangentiale Komponente
umgewandelt, die weniger Reibung und damit einen geringeren Druckabfall erzeugt,
mit dem Ergebnis, dass die Pumpe 10 im Vergleich mit den anderen
Ausführungsformen einen erhöhten Wirkungsgrad hat. Sowohl bei dem Rotor 13
nach Fig. 10 als auch bei dem Rotor 13 nach Fig. 11 hat der Durchgang 26, der die
beiden einander gegenüber liegenden Flächen des Rotors 13 miteinander verbindet,
einen konstanten Querschnitt über seine gesamte Länge.
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Die Fig. 12 bis 19 zeigen weitere Ausführungsformen des Ansaugteils 11 und des
Lieferteils 12, in die ein Rotor 13 eingefügt ist, bei dem die Taschen seiner zweiten
Stufe offen sind (d. h., ohne den perimetralen enthaltenden Ring 29). Die Kanäle 14'
und 15', die in den dem Rotor 13 zugewandten Oberflächen vorgesehen sind, haben
jeweilige Bereiche 14'b, 15'b, die nicht abgerundet sind, sondern ein trapezförmiges
Profil haben. Wie man aus dem Übergang von dem Bereich 14'c, 15'c in die
jeweiligen Bereiche 14'b, 15'b erkennen kann, nimmt der für das fluide Medium zur
Verfügung stehende Querschnitt ab, so dass das fluide Medium gezwungen wird,
seine Geschwindigkeit zu erhöhen. Insbesondere haben die Bereiche 14'c, 15'c, die
man in den Fig. 16 und 18 erkennen kann, einen Querschnitt, der jeweils größer
als die benachbarten Bereiche 14'a, 14'b, 15'a, 15'b ist. Auf diese Weise nimmt die
Geschwindigkeit des fluiden Mediums weiter in dem Durchlassbereich ab, mit dem
Ergebnis, dass der Druckabfall sich verringert und der Druck sich erhöht, so dass die
Bedingungen, unter denen der fluide Brennstoff in die zweite Stufe eintritt, signifikant
besser im Vergleich mit den Gegebenheiten nach dem Stand der Technik und den
anderen, bereits beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen des Lieferteils
11 und des Ansaugteils 12 sind.
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Die Fig. 26 und 27 zeigen eine weitere Ausführungsform des Rotors 113, der in die
Pumpe 110 nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. In diesem Fall
berühren die Taschen der ersten Stufe der Pumpe 110, die zwischen den Rippen
127 angeordnet sind, das Umfangs-Ablenkblech 124 mit ihren spitzen Enden nicht.
Dies bedeutet, dass ein leerer Raum 133 erzeugt wird, der es ermöglicht, dass der
Brennstoff von dem Ansaugbereich zu dem Lieferbereich strömen kann. In dieser
Beziehung fehlt der Durchgang 26 zwischen den beiden einander
gegenüberliegenden Oberflächen des Rotors 13. Der obere Teil und der untere Teil
des Rotors 13 sind symmetrisch in Bezug auf die erste Stufe, während die Rippen
128 der zweiten Stufe an abwechselnden Stellen auf den beiden Oberflächen
vorhanden sind, wie man leicht aus der Schnittansicht nach Fig. 27 erkennen kann.
Als Ergebnis hiervon sind die Taschen der zweiten Stufe abwechselnd in dem
oberen Teil und dem unteren Teil des Rotors 113 vorhanden und haben ein
gemeinsames Profil mit einem rundlichen Muster, ähnlich dem, wie es bereits für die
vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben wurde. Bei dieser
Ausführungsform fehlt der Ring 29, der üblicherweise die zweite Stufe in radialer
Richtung begrenzt.
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Als eine Alternative zu diesen Ausführungsformen ist es bei Ausführungsformen, die
hier nicht gezeigt sind, möglich, einen Rotor 13, 113 zu haben, bei dem die erste
Stufe miteinander in Verbindung stehende Abteile zwischen dem Lieferteil 11, 111
und dem Ansaugteil 12, 112 und einen äußerem Begrenzungs-Ring aufweist. Dabei
kann die erste Stufe wieder so konfiguriert werden, dass sie keine miteinander in
Verbindung stehende Abteile zwischen dem Lieferteil 111 und dem Ansaugteil 112
präsentiert, wobei die Abteile der zweiten Stufe versetzt sind (wie in Fig. 26
dargestellt ist).
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Die Fig. 28 bis 31 zeigen weitere Ausführungsformen des Lieferteils 111 und des
Ansaugteils 112. Die Kanäle 114', 115', die in den Oberflächen vorhanden sind, die
dem Rotor 113 zugewandt sind, haben jeweils Bereiche 114'b, 115b' mit
trapezförmigem Profil. Wie man aus diesen Figuren erkennen kann, fehlt bei dem
Lieferteil 111 der zentrale Kanal 31, der in den Fig. 12 und 16 sichtbar ist, und kann
deshalb nur einem Rotor 113 zugeordnet werden, der keinen zentralen Durchgang
zwischen den beiden Flächen hat. Als Alternative hierzu kann der Lieferteil 111, bei
dem der Kanal 31 fehlt, einem Rotor 113 mit einem zentralen Durchgang zugeordnet
werden.
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Die Fig. 32 und 33 zeigen eine weitere mögliche Ausführungsform des Ansaugteils
112. Bei dieser Ausführungsform ist ein durchgehendes Entlüftungsloch 140 mit
kleiner Abmessung längs der Durchgangsleitung für den fluiden Brennstoff in dem
Ansaug-Körperteil (nämlich längs des Bereiches 115'b des Kanals 115 der ersten
Stufe) oder in der Umfangsstufe des Ansaugkörperteils vorgesehen, um die
Kapazität des Systems für das Anlaufenlassen zu erhöhen; dieses Entlüftungsloch
dient dazu, die Luft nach außen abzugeben, die während des Anlassens in den
Leitungen vorhanden ist. In diesem Fall kann der Querschnitt der Aussparung 115 in
dem Bereich 115'b vor dem durchgehenden Loch 114 sowohl in dem Ansaugteil 112
als auch in dem Lieferteil 111 erhöht werden, um den Kapazitätsverlust
auszugleichen.
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Die Fig. 34 und 35 zeigen ein Abstandsstück 116, das während des Aufbaus des
hydraulischen Teils der Pumpe 10, 110 verwendet werden kann. Das Vorsehen von
drei getrennten Teilen (Lieferteil 11, 111, Ansaugteil 12, 112 und Abstandsstück 16,
116) während der Fertigung der Pumpe 10, 110 ist von fundamentaler Bedeutung,
um ein Nivellieren bzw. Ausgleichen des Rotors 13, 113 und des Abstandsstückes
16, 116 (was üblicherweise durch ein Schleifwerkzeug durchgeführt wird) in einem
einzigen Vorgang zu erreichen. Wenn die Version "mit offenem Ring" des Rotors 13,
113 verwendet wird, wie es bei dem in Fig. 26 gezeigten Rotor der Fall ist, wird das
Abstandsstück 16, 116 geeigneter Weise modifiziert, um einen Sektor zwischen den
Punkten 141 und 142 mit kleinerem Durchmesser zu präsentieren, damit innerhalb
des fluiden Mediums der Bereich mit hohem Druck (entsprechend der Lieferleitung
18, 118) von dem Bereich mit niedrigerem Druck (entsprechend dem Eintrittsbereich
des fluidem Mediums von der ersten Stufe in die Umfangsstufe) getrennt wird.
Insbesondere ist in diesem Sektor der innere Durchmesser des Abstandsstückes 16,
116 nur einige Hundertstel Millimeter größer als der äußere Durchmesser des Rotors
13, 113, um eine Rückströmung der Flüssigkeit zu verhindern.
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Schließlich weist eine weitere Ausführungsform des Ansaugteils 12, 112 (wie man in
den Fig. 36 und 37 erkennen kann) drei Öffnungen 117a, 117b, 117c mit
Bohnenform auf, die mit ihren Achsen parallel zueinander und parallel zu der, jedoch
versetzt zu der zentralen Achse 17', 117' der Pumpe 10, 110 angeordnet sind. Diese
Öffnungen 117a, 117b, 117c liegen innerhalb eines hypothetischen, kreisförmigen
Bandes mit zwei Radien mit konstantem Wert, das von der zentralen Achse 17', 117'
der Pumpe 10, 110 beginnt.
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Als eine Alternative zu den Anordnungen, die bei den verschiedenen
Ausführungsformen der Pumpe 10, 110 präsentiert werden, ist die vorliegende
Erfindung nicht auf die speziellen Kombinationen der Form des Rotors 13, 113, der
Geometrie der Taschen der ersten und der zweiten Stufe und der Form der
Aussparungen 14', 15', 114', 115' beschränkt. Alle möglichen Kombinationen der
verschiedenen Ausführungsformen des Rotors 13, 113, der Taschen und der
Ausführungsformen des Lieferteils 11, 111 und des Ansaugteils 12, 112 fallen unter
den allgemeinen Umfang der vorliegenden Erfindung.