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1. Bereich
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Seitenkanalpumpe, die einen verbesserten Ausstoßdurchlass
zur Verbesserung der Effizienz der Seitenkanalpumpe hat, genauer
auf eine Kraftstoffzuführpumpe,
die in einem Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor verwendet
wird.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Wie in 11 dargestellt,
offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. Sho-60-79193
eine Seitenkanalpumpe, die ein Pumpengehäuse 1 und ein Laufrad 2 im
Pumpengehäuse 1 angeordnet
hat. In dem Gehäuse 1 ist
ein C-förmiger
Durchlauf 3 vorgesehen. Das Pumpengehäuse 1 ist aus einem
Gehäuse 1a,
welches in 12 dargestellt
ist, sowie einem Gehäusedeckel 1b aufgebaut,
welcher in 13 dargestellt
ist, wobei sich beide gegenseitig überlappen. Auf dem Gehäuse 1a ist
ein eingesenkter Abschnitt ausgebildet, welcher als Laufradraum 4 dient.
Um den Laufradraum 4 ist eine kreisförmige Rinne 3a eingeformt,
welche den Durchlauf 3 ausbildet. Auf dem Gehäusedeckel 1b ist
eine andere kreisförmige
Rinne 3b eingeformt, welche den Durchlauf 3 ausbildet.
An einem stromaufwärts
zugewandten Ende der kreisförmigen
Rinne 3b des Gehäusedeckels 1b ist
ein Ansaugdurchlass 5 ausgebildet. An einem stromabwärts zugewandten
Ende der kreisförmigen
Ausbuchtung 3a des Gehäuses 1a ist ein
Ausstoßdurchlass 6 ausgebildet.
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Auf der Peripherie des Laufrads 2 ist
eine Vielzahl von Schaufeln 2a und Schaufelausbuchtungen 2b,
welche sich in den Durchlauf erstrecken, abwechselnd ausgebildet.
Während
das Laufrad dreht, wird Flüssigkeit
in den Schaufelausbuchtungen 2b durch Reibungskraft der
Schaufeln 2a zum Durchlauf 3 hinausgedrückt und
die Flüssigkeit,
die zum Durchlauf 3 hinausgedrückt wird, wird die in die Schaufelausbuchtungen 2b eingesaugt
und erneut in den Durchlauf 3 hinausgedrückt. Die
Flüssigkeit
wird auf diese Weise zirkuliert und dabei im Verlauf, den sie vom
stromaufwärts
zugewandten Ende zum stromabwärts
zugewandten Ende strömt,
druckbeaufschlagt und vom Ausstoßdurchlass 6 als druckbeaufschlagte
Flüssigkeit
ausgestoßen.
Ein Abschnitt, der durch die Teilenummer 7 in 11 und 12 gekennzeichnet ist, ist eine Abdichtwand.
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Die Seitenkanalpumpe dieser Art wird
oft als Kraftstoffzuführpumpe
in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor verwendet, weil
sie einen relativ hohen Kraftstoffdruck für ein dünnflüssiges Fluid erzeugen kann.
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Bei der herkömmlichen Seitenkanalpumpe ist
der Ausstoßdurchlass 6 an
einem stromabwärts zugewandten
Ende des Durchlaufs 3 vorgesehen, wobei er sich senkrecht
zum Durchlauf 3 erstreckt, z. B. parallel zur Laufradachse.
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In einer herkömmlichen Seitenkanalpumpe wie
zuvor beschrieben ist der Ausstoßdurchlass 6 an der
gleichen Stelle wie das stromabwärts
zugewandte Ende des Durchlasses 3 angeordnet und deshalb nimmt
der Ausstoßdurchlass 6 den
Platz am stromabwärts
zugewandten Ende ein.
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Dementsprechend hört der Durchlauf 3 an
einer Stelle sofort vor dem Ausstoßdurchlass 6 auf, was
in einer Verkürzung
der effektiven Länge
des Durchlasses 3 resultiert und in einer Verringerung des
Druckbeaufschlagungseffekts, der durch die Drehung des Laufrads 2 erreicht
wird. Um diesen negativen Effekt auszugleichen, ist es denkbar,
die Drehgeschwindigkeit des Laufrads 2 zu erhöhen. Wenn jedoch
die Drehgeschwindigkeit erhöht
werden würde,
würde ein
Reibungsverlust zwischen einer Laufradachse und einem Lager, welches
das Laufrad unterstützt,
sowie andere Verluste erhöht
werden und dementsprechend würde
der Wirkungsgrad der Pumpe verringert werden.
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Zusätzlich würde, da der Ausstoßdurchlass 6 an
einer Richtung senkrecht zum Durchlauf 3 ausgebildet ist,
den druckbeaufschlagten flüssigen
Kraftstoff, welcher durch den Durchlauf 3 strömt, an einem stromabwärts zugewandten
Ende des Durchlaufs 3 auf die Wand 6a auftreffen,
wie durch den Pfeil „A" in 14 dargestellt ist. Der flüssige Kraftstoff
muss am Ausstoßdurchlass 6 seine
Strömungsrichtung
um ungefähr
90 Grad ändern
und deshalb wird ein Verlust für
die Änderung
der Strömungsrichtung
groß, was
in einer Verringerung des Wirkungsgrads der Pumpe resultiert.
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Um den Verlust zu verringern, der
aus der Änderung
der Strömungsrichtung
resultiert, wurde vorausgehend eine Pumpe vorgeschlagen, die eine Schräge 8 hat,
wie in 14 dargestellt
ist. Wenn jedoch eine Schräge 8,
wie diese, an einem stromabwärts
zugewandten Ende des Durchlaufs ausgebildet ist, wird die effektive
Länge des
Durchlaufs weiter verringert.
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In der japanischen Patentveröffentlichung Nr.
Hei-1-177492, wird
eine mehrstufige Seitenkanalpumpe, wie in 15 dargestellt, offenbart. Bei dieser
Pumpe ist der Ausstoßdurchlass 6 an
einem stromabwärts
zugewandten Ende eingeformt, welches an einer Stelle ausgebildet
ist, die sich tangential von einem Mittelabschnitt des Durchlaufs 3 erstreckt.
Gemäß der Offenbarung
ist der Zweck dieses Aufbaus, die Auftreffgeschwindigkeit des flüssigen Kraftstoffs
zu verringern. Jedoch kann der Durchlaufabschnitt, der für die Führung des
Kraftstoffs zum Ausstoßdurchlass 6 ausgebildet
ist, nicht für
die Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs verwendet werden und dementsprechend
wird die effektive Länge des
Durchlaufs 3 verkürzt.
Da der Ausstoßdurchlass 6 in
dieser Offenbarung auch um etwa 90 Grand vom Durchlauf 3 abgewinkelt
ist, ist es darüber
hinaus unvermeidbar den Wirkungsgrad der Pumpe zu verringern. Zusätzlich wird
bei der in dieser Veröffentlichung
offenbarten Pumpe die Größe der Pumpe groß, weil
sich der Führungsdurchlauf
tangential von dem Mittelabschnitt des Durchlaufs 3 erstreckt
und über
die äußere Peripherie
von Durchlauf 3 hinausgeht.
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US-A-5 401 143 zeigt eine Seitenkanalpumpe
zum Ansaugen, Druckbeaufschlagen und Ausstoßen von Flüssigkeit, die folgende Elemente
aufweist:
ein Pumpengehäuse
das mindestens einen C-förmigen
Durchlauf mit einem stromaufwärts
zugewandten Ende und einem stromabwärts zugewandten Ende, einen
Ansaugdurchlass, der mit dem stromaufwärts zugewandten Ende in Verbindung
steht, einen Ausstoßdurchlass,
der mit dem stromabwärts
zugewandten Ende in Verbindung steht, das an einer Außenseite
des Durchlaufs ausgebildet ist und eine Abdichtwand, die zwischen
dem Ansaugdurchlass und dem Ausstoßdurchlass zum Unterbrechen
des Flüssigkeitsstroms
zwischen diesen ausgebildet ist; wobei ein Laufrad, das im Pumpengehäuse angeordnet ist,
eine Vielzahl von Schaufeln und Schaufelausbuchtungen aufweist,
die abwechselnd an seiner äußeren Peripherie
ausgebildet sind, wobei:
die Flüssigkeit vom Ansaugdurchlass
angesaugt wird, im Durchlauf durch Zirkulation der Flüssigkeit zwischen
den Schaufelausbuchtungen und dem Durchlauf druckbeaufschlagt wird
und vom Ausstoßdurchlass
ausgestoßen
wird und zwar entsprechend der Drehung des Laufrads.
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Darüber hinaus offenbart das Dokument US-A-4
508 492 eine Seitenkanalpumpe zum Ansaugen, Druckbeaufschlagen und
Ausstoßen
von Flüssigkeit,
die folgende Elemente aufweist:
ein Pumpengehäuse, das
mindestens einen C-förmigen
Durchlauf mit einem stromaufwärts
zugewandten Ende und einem stromabwärts zugewandtem Ende hat, einen
Ansaugdurchlass, der mit dem stromaufwärts zugewandten Ende in Verbindung steht,
einen Ausstoßdurchlass,
der mit dem stromabwärts
zugewandten Ende in Verbindung steht und an einer Außenseite
des Durchlaufs ausgebildet ist und eine Abdichtwand, die zwischen
dem Ansaugdurchlass und dem Ausstoßdurchlass zum Unterbrechen des
Flüssigkeitsstroms
zwischen diesen ausgebildet ist; wobei ein Laufrad, das im Pumpengehäuse angeordnet
ist, eine Vielzahl von Schaufeln und Schaufelausbuchtungen aufweist,
die abwechselnd an einer äußeren Peripherie
ausgebildet sind, wobei:
die Flüssigkeit vom Ansaugdurchlass
angesaugt wird, im Durchlauf durch Zirkulation der Flüssigkeit zwischen
den Schaufelausbuchtungen und dem Durchlauf druckbeaufschlagt wird
und vom Ausstoßdurchlass
ausgestoßen
wird und zwar entsprechend der Drehung des Laufrads.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist wie
in Anspruch 1 beschrieben ausgeführt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Seitenkanalpumpe bereitzustellen,
in der die effektive Länge
des Durchlaufs lang genug gemacht wird, um die Flüssigkeit druckzubeaufschlagen
und den Verlust, der aus dem Strömungsrichtungswechsel
am Ausstoßdurchlass resultiert,
zu minimieren.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Seitenkanalpumpe bereitzustellen, die eine
kleinere Größe hat,
indem sie den Gehäuseraum
effektiv ausnützt,
während
eine ausreichende Länge
der Abdichtwand beibehalten wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist der Ausstoßdurchlauf
außerhalb
des Durchlaufs vorgesehen und zwar in Kontakt mit diesem, um den Durchlauf,
in dem die Flüssigkeit
druckbeaufschlagt wird, länger
zu machen. Die Flüssigkeit
kann ruhig vom stromaufwärts
zugewandten Ende des Durchlaufs zum Ausstoßdurchlass strömen, weil
es einen zentrifugalen Strömungsgeschwindigkeitsanteil
in seiner Strömung
hat, die durch die Reibungskraft der Laufradschaufeln druckbeaufschlagt
wurde. Darüber hinaus
kann die Größe der Pumpe
klein sein, da der Raum in einer Radialrichtung der Abdichtwand
effektiv ausgenutzt ist. Der Verlust, der auftritt, wenn die Flüssigkeit
vom Durchlauf in den Ausströmdurchlass eintritt,
ist verschwunden, während
die Länge
der Abdichtwand lang genug beibehalten wird, um eine Flüssigkeitsentweichung
vom stromaufwärts
zugewandten Ende zum stromabwärts
zugewandten Ende zu verhindern.
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Der Ausstoßdurchlass ist in einem Neigungswinkel
angeordnet, so dass ein Winkel der Strömungsrichtungsänderung
an dem Ausstoßdurchlass
klein wird, gemäß der vorliegenden
Erfindung. Deshalb ist die Flüssigkeitsströmung vom Durchlauf
zum Ausstoßdurchlass
ruhig.
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Ein Führungsabschnitt ist gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Führen
der druckbeaufschlagten Flüssigkeit
an dem Eingang zum Ausstoßdurchlass
(nicht im Durchlauf) vorgesehen. Deshalb kann die Flüssigkeit
ruhig von dem Druckbeaufschlagungsdurchlauf zum Ausstoßdurchlass
strömen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung,
ist zu bevorzugen, dass eine Trennwand in jeder Schaufelausbuchtung
des Laufrads vorgesehen ist und deshalb die kleinen Räume für die Schaufelausbuchtungen
für die
Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit
effektiv genutzt werden können.
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Andere Aufgaben und Merkmale der
vorliegenden Erfindung werden aus einem besseren Verständnis der
bevorzugten Ausführungsbeispiele,
die nachfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben
werden, leicht ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine räumliche
Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist
eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II aus 1;
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3 ist
eine Schnittdarstellung, die eine Pumpe gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt;
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4 ist
eine Teilschnittdarstellung, die ein Laufrad und einen Durchlauf
des Ausführungsbeispiels
darstellt;
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5 ist
eine Draufsicht, die ein Gehäuse des
Ausführungsbeispiels
darstellt;
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6 ist
eine Draufsicht, die einen Gehäusedeckel
des Ausführungsbeispiels
darstellt;
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7 ist
eine räumliche
Ansicht, die ein Gehäuse
des Ausführungsbeispiels
darstellt;
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8 ist
eine räumliche
Ansicht, die einen Gehäusedeckel
des Ausführungsbeispiels
darstellt;
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9 ist
eine Schnittdarstellung, die eine Pumpe des Ausführungsbeispiels darstellt;
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10 ist
eine Schnittdarstellung, die eine Kraftstoffpumpenbaugruppe gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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11 ist
eine Schnittdarstellung, die eine herkömmliche Seitenkanalpumpe darstellt;
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12 ist
eine Draufsicht, die ein Gehäuse einer
herkömmlichen
Seitenkanalpumpe darstellt;
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13 ist
eine Draufsicht, die einen Gehäusedeckel
einer herkömmlichen
Seitenkanalpumpe darstellt;
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14 ist
eine Schnittdarstellung entlang der Linie XIV-XIV aus 12;
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15 ist
eine Draufsicht, die eine andere herkömmliche Seitenkanalpumpe darstellt,
wobei ein Teil des Gehäusedeckels
entfernt ist;
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16 ist
ein Flussanalysediagramm, das einen Querschnitt entlang der Linie
XVI-XVI von 14 zeigt;
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17 ist
ein anderes Flussanalysediagramm für die Pumpe, die in 14 dargestellt ist;
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18 ist
ein Flussanalysediagramm für
ein Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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19 ist
ein anderes Flussanalysediagramm für ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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20 ist
ein Diagramm, das einen Gesamtwirkungsgrad der Seitenkanalpumpe
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Vergleich mit einer herkömmlichen darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden
Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 10 erklärt. Eine Seitenkanalpumpe 11,
die in 10 dargestellt
ist, ist in einen Kraftstoffvorratsbehälter eines Fahrzeugs eingetaucht.
Wie in 10 dargestellt,
ist die Kraftstoffpumpe 11 aus einem Motor 12 und
einer Pumpe 13 aufgebaut, von denen beide in einem Gehäuse 14 aufgenommen
sind.
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Der Motor 12 ist ein Gleichstrommotor,
der somit Bürsten
hat und ist aus einem Dauermagneten 15, der im Gehäuse 14 aufgenommen
ist, sowie einem Anker 16, der innerhalb des Dauermagneten 15 angeordnet
ist, aufgebaut. An einem Ende des Gehäuses ist eine Lagerfassung 17 installiert
und ein Radiallager 19 zum Unterstützen von einem Ende der Ankerwelle 18 ist
in der Lagerfassung 17 angeordnet. Auf der Lagerfassung 17 ist
eine Deckelendunterstützung 21 mit
dem Gehäuse 14 zusammengepresst.
Die Innenseite vom Gehäuse 14 dient
auch als Kammer 20 zur Beförderung von Kraftstoff, der von
der Pumpe 13 abgeführt
wird, an eine Einspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
Eine Auslassdüse 23,
die mit der Kammer 20 in Verbindung steht, ist auf der
Deckelendunterstützung 21 über eine
Rinne 22 bereitgestellt. Ein Rohrkanal (nicht in der Zeichnung
dargestellt) ist in den Auslassrohrkanal 23 eingefügt und der
durchbeaufschlagte Kraftstoff, der von der Pumpe 13 in
die Kammer 20 abgeführt
wird, wird an die Einspritzvorrichtung für den Verbrennungsmotor zugeführt.
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Die Pumpe 13 ist eine Seitenkanalpumpe und
aus folgenden Elementen aufgebaut: einem Gehäuse 24 mit einer radialen
Wand 24a und einer Seitenwand 24b, die ein Ende
der radialen Wand 24a verschließt, wobei beide in einem einzigen
Körper ausgebildet
sind, einem Gehäusedeckel 25,
der das andere Ende der radialen Wand 24a verschließt und einem
Laufrad 26. Das Gehäuse 24 ist
in das andere Ende des Gehäuses 14 eingefügt und der
Gehäusedeckel 25 ist
auf das Gehäuse 24 montiert
und mit dem anderen Ende des Gehäuses 14 zusammengepresst.
Das Pumpengehäuse 28 ist
aufgebaut aus einem Gehäuse 24 und
dem Gehäusedeckel 25,
die einen Laufradraum 27 darin ausbilden. Das Gehäuse 24 und
der Gehäusedeckel 25 sind
in diesem Ausführungsbeispiel
aus Aluminium durch Druckgießen
hergestellt, aber sie können
auch aus Kunstharz durch Gießen
hergestellt werden.
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Das andere Ende der Ankerwelle 18 ist
in das Pumpengehäuse 28 eingefügt und wird
unterstützt
durch ein Radiallager 29, welches durch die Seitenwand 24b des
Gehäuses 24 gehalten
wird und ein Axiallager 30, das auf dem Gehäusedeckel 25 befestigt.
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Das Laufrad 26 ist aus Phenolharz
hergestellt und durch Fiberglas, PPS oder dergleichen verstärkt und
hat eine Scheibenform. An der äußeren Peripherie
des Laufrads 26 ist eine Vielzahl von Schaufeln 31 und
Schaufelausbuchtungen 32, wie in 4 dargestellt, abwechselnd, entlang der
Peripherie ausgebildet. Die Schaufelausbuchtungen sind auf beiden
Seiten der Trennwand 33 ausgebildet, wie in 4 dargestellt. Das Laufrad 26 ist
in den Laufradraum 27 montiert und eine D-förmige Abtragung 18a der
Ankerwelle 18 ist gleitbar in das D-förmige
Loch 34 des Laufrads 26 eingefügt. Deshalb dreht das Laufrad 26 entsprechend
der Drehung der Ankerwelle 18 und ist axial gleitbar.
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Wie in 5 bis 8 dargestellt, ist ein Ansaugdurchlass 35 auf
dem Gehäusedeckel 25 ausgebildet und
ein Ausstoßdurchlass 36 ist
auf der Seitenwand 24b des Gehäuses 24 mit einem
gewissen Winkel vom Ansaugdurchlass 35 entfernt, ausgebildet.
Wie in 9 dargestellt,
ist ein C-förmiger
Durchlauf 37 mit dem Ansaugdurchlass 35 verbunden
und der Ausstoßdurchlass 36 ist
kreisförmig
um den Laufradraum 27 des Pumpengehäuses 28 herum ausgebildet.
Die Schaufeln 31 des Laufrads 26 erstrecken sich
in den Durchlauf 37. Auf ein Ende des Durchlaufs 37 am
Ansaugdurchlass 35 wird nachfolgend mit einem stromaufwärts zugewandten
Ende Bezug genommen und auf das andere Ende des Durchlaufs 37 am
Ausstoßdurchlass
wird mit einem stromabwärts
zugewandten Ende Bezug genommen. Das stromabwärts zugewandte Ende des Durchlaufs 37 setzt
sich zusammen aus einer Endrinne 38a des Gehäuses 24 und
einer Endrinne 39a des Gehäusedeckels 25, wie
in 5 und 6 dargestellt.
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Wie in 5 bis 9 dargestellt, wird ein das Laufrad 26 umgebender
Radialraum hergestellt, indem ein Durchmesser der Radialwand 24a des
Gehäuses 24 größer gemacht
wird, als ein Außendurchmesser
des Laufrads 26. Ein Axialraum auf beiden Seiten der Schaufeln 31,
wird jeweils hergestellt, indem eine C-förmige Rinne 38 auf
der Seitenwand 24b des Gehäuses 24 und eine andere
C-förmige Rinne 39 auf
dem Gehäusedeckel 25 ausgebildet sind.
Eine Abdichtwand 40 ist auf der Seitenwand 24a zwischen
beiden Enden der C-förmigen
Rinne 38 ausgebildet, so dass eine Radialspalte zwischen dem
Außendurchmesser
des Laufrads 26 und der Abdichtwand 40 so klein
wie möglich
wird, um ein Entweichen des druckbeaufschlagten Kraftstoffs von dem
Ausstoßdurchlass 36 zum
Ansaugdurchlass 35 durch die Radialspalte zu verhindern.
Je länger
die Andichtwand 40 wird, desto perfekter ist die erreichte Abdichtung.
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Der Ansaugdurchlass 35 ist
am stromaufwärts
zugewandten Ende des Durchlaufs 37 offen und steht mit
dem Kraftstoffvorratsbehälter
durch den Gehäusedeckel 25 in
Verbindung. Kraftstoff in dem Kraftstoffvorratsbehälter wird
in den Durchlauf 37 der Pumpe 13 entsprechend
der Drehung des Laufrads 26 eingesaugt. Der Querschnittsbereich
von Durchlauf 37 ist so hergestellt, dass er nach und nach
kleiner wird und zwar vom stromaufwärts zugewandten Ende zum stromabwärts zugewandten
Ende, aber nur über
einen bestimmten Winkel „α", der in 6 dargestellt ist. Um den
Querschnittsbereich von Durchlauf 37 wie oben erwähnt zu ändern, wird
die Breite und Höhe
von beiden C-förmigen
Rinnen 38 und 39 verändert. Dies bedeutet, dass
der Querschnittsbereich von Durchlauf 37 an dessen stromaufwärts zugewandten
Ende relativ groß ist.
Dies verhindert, dass der Kraftstoffdurchlauf in der Umgebung des
Einsaugdurchlasses 35 plötzlich verengt wird, wodurch Kavitation
des Kraftstoffs verhindert wird. Ein kleines Loch 41 zum
Abführen
von Kraftstoffdampf zum Kraftstoffvorratsbehälter ist am stromaufwärts zugewandten
Ende der C-förmigen Rinne 39 des
Gehäusedeckels 25 ausgebildet.
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Der Durchlauf 37 besteht
aus zwei Abschnitten, das heißt,
einer ist der Abschnitt mit einem Winkel „α", der in 5 und 6 gekennzeichnet ist, dessen
Querschnittsbereich nach und nach wie zuvor erwähnt verringert wird und der
andere ist der Abschnitt mit dem Winkel „β", dessen Querschnittsbereich konstant
ist und in dem die Flüssigkeit
tatsächlich
druckbeaufschlagt wird.
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Der Ausstoßdurchlass 36, der
in 1 dargestellt ist,
ist an der radialen Wand 24a des Gehäuses 24 neben der
Abdichtwand 40 ausgebildet und ist außerhalb des Durchlaufs 37 in
Kontakt mit diesem angeordnet. Ein Ende des Ausstoßdurchlasses 36 ist am
stromabwärts
zugewandten Ende des Durchlaufs 37 offen und das andere
Ende ist zur Kammer 20 im Gehäuse 14 offen, wobei
er durch die Seitenwand 24 des Gehäuses 24 führt, wie
in 3 dargestellt. Der Ausstoßdurchlass 36 hat
eine rechteckige Form, wobei er so ausgeführt ist, dass seine längere Seite
in einer Drehrichtung des Laufrads 26 ist. Der flüssige Kraftstoff,
der entsprechend der Drehung des Laufrads 26 druckbeaufschlagt
wird, wird vom Ausstoßdurchlass 36 zur
Kammer 20 ausgestoßen.
Das stromabwärts
zugewandte Ende der C-förmigen
Rinne 39 des Gehäusedeckels 25 ist
verbreitert, um einen verbreiterten Abschnitt 39a auszubilden,
der mit dem Ausstoßdurchlass 36 übereinstimmt,
so dass der druckbeaufschlagte Kraftstoff ruhig durch den verbreiterten
Abschnitt 39a hindurch zum Ausstoßdurchlass 36 strömen kann.
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Wie in 2 dargestellt,
ist der Ausstoßdurchlass 36 mit
einem Neigungswinkel ausgebildet. Das heißt, der Ausstoßdurchlass
ist von der Seite des Durchlaufs 37 zur Seite der Kammer 20 abgeschrägt, so dass
der Kraftstoff, der in die Richtung „B" strömt,
die in 2 dargestellt
ist, ruhig in den Ausstoßdurchlass 36 eintreten
kann. Wie in 1 dargestellt,
ist der abgeschrägte
Abschnitt der Ausstoßöffnung 36 unter
der Abdichtwand 40 ausgebildet, wobei eine schmale Seitenwand 42 an
einer Seite der Abdichtwand 40 zurückbleibt. Deshalb hat der Ausstoßdurchlass 36 zwei
abgeschrägte
Flächen 36a und 36b,
wie in 1 und 2 dargestellt. Die abgeschrägte Fläche 36a erstreckt
sich von der schmalen Seitenwand 42.
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Nun wird der Betrieb der Seitenkanalpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung erklärt.
Das Laufrad 26 wird von der Ankerwelle 18 des
Motors 12 angetrieben. Während das Laufrad 26 dreht,
saugt die Pumpe 13 den flüssigen Kraftstoff im Vorratsbehälter durch
den Ansaugdurchlass 35 in den Durchlauf 37. Der
in den Durchlauf 37 eingesaugte Kraftstoff strömt vom stromaufwärts zugewandten
Ende des Durchlaufs 37 zum stromabwärts zugewandten Ende des Durchlaufs 37.
Im Strömungsverlauf
strömt
der Kraftstoff, durch eine Reibungskraft, die von den Schaufeln 31 aufgenommen
wird, in die Schaufelausbuchtungen 32, wie durch die Pfeile „C" und „D" in 4 dargestellt und wird in den Durchlauf 37 hinausgeführt. Der
Kraftstoff im Durchlauf 37 wird erneut in die Schaufelausbuchtungen 32 eingesaugt.
Somit zirkuliert der Kraftstoff zwischen den Schaufelausbuchtungen 32 und
dem Durchlauf 37. Mit anderen Worten strömt der Kraftstoff
entlang der Wände
der Trennwand 33 in den Schaufelausbuchtungen, trifft dann auf
die Seitenwand 37a des Kraftstoffdurchlaufs 37 und ändert dort
seine Strömungsrichtung,
dann strömt
er hinaus in den Durchlauf 37 und wird wieder in die Schaufelausbuchtungen 32 eingesaugt.
Der Kraftstoff der auf diese Weise in den Schaufelausbuchtungen 32 und
dem Durchlauf 37 zirkuliert begibt sich spiralförmig weiter
vom stromaufwärts
zugewandten Ende zum stromabwärts
zugewandten Ende des Durchlaufs 37. Die Strömungsgeschwindigkeit
des Kraftstoffs wird verringert, wenn der von den Schaufelausbuchtungen 32 zum
Durchlauf 37 geförderte
Kraftstoff mit dem in Durchlauf 37 strömenden Kraftstoff zusammenströmt und die
kinematische Energie, die durch die Schaufeln 31 an den Kraftstoff
abgegeben wird, wird in eine Druckenergie umgewandelt. Entsprechend
wird der Druck des Kraftstoffs, der in dem Durchlauf 37 strömt erhöht.
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Der Kraftstoff wird während eines
Strömungsverlaufs
in einer Richtung „B", welche in 9 dargestellt ist, durch
einen Druckbeaufschlagungsdurchlauf mit einem Winkel „β" druckbeaufschlagt, der
in 5 und 6 dargestellt ist und strömt in einen Ausstoßdurchlass 36.
Dann wird der druckbeaufschlagte Kraftstoff in die Kammer 20 im
Gehäuse 14 ausgestoßen und
durch einen Rohrkanal, der mit dem Auslassrohrkanal 23 verbunden
ist, hinaus zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung befördert.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden
Erfindung, kann der Druckbeaufschlagungsdurchlauf von Durchlauf 37 länger sein,
weil der Ausstoßdurchlass 36 außerhalb
des Durchlaufs angeordnet ist und zwar im Gegensatz zu einer herkömmlichen
Pumpe, in welcher der Ausstoßdurchlass
am Ende des Durchlaufs angeordnet ist. Deshalb kann der Kraftstoff
höher druckbeaufschlagt werden.
Mit anderen Worten, da die Flüssigkeit
in der Seitenkanalpumpe druckbeaufschlagt wird, während sie
im Strömungsverlauf
durch den Druckbeaufschlagungsdurchlauf zwischen den Schaufelausbuchtungen
und dem Durchlauf zirkuliert, kann ein umso höherer Kraftstoffdruck erreicht
werden, desto länger der
Druckbeaufschlagungsdurchlauf wird.
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In der herkömmlichen Pumpe ist zur Verringerung
der Änderung
der Kraftstoffströmungsrichtung,
wenn der Kraftstoff in einen Ausstoßdurchlass 6 von einem
Durchlauf 3a eintritt, ein Führungsdurchlauf 8 vorgesehen,
wie in 12 dargestellt.
Der Führungsdurchlauf 8 kann
nicht für
die Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs genutzt werden und entsprechend
muss der Druckbeaufschlagungsdurchlauf um die Länge des Führungsdurchlaufs 8 kürzer sein.
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Während
im Gegensatz hierzu, gemäß der vorliegenden
Erfindung, der Ausstoßdurchlass 36 außerhalb
des Durchlaufs 37 ausgebildet ist und der Führungsdurchlauf
wie der Durchlauf 8 der herkömmlichen Pumpe nicht notwendig
ist, weil der Ausstoßdurchlass 36 mit
einem Neigungswinkel ausgebildet ist, wie später erklärt wird. Deshalb kann der Druckbeaufschlagungsdurchlauf
entsprechend der vorliegenden Erfindung länger gemacht werden und die
kinetische Energie, die an die Flüssigkeit pro Umdrehung des
Laufrads abgegeben wird, kann größer gemacht
werden. Entsprechend kann die Flüssigkeit höher druckbeaufschlagt
werden, ohne die Drehgeschwindigkeit des Laufrads 26 zu
erhöhen.
Wie vorstehend erwähnt,
ist der Druckbeaufschlagungsdurchlauf nicht auf der ganzen Länge des
Durchlaufs 37, sondern auf einer Länge entsprechend des Winkels „β". Deshalb hat die
Einsparung der Länge
des Führungsdurchlaufs
eine relativ große
Auswirkung auf die Erhöhung
des Flüssigkeitsdrucks
in der Pumpe. Zusätzlich
ist ein Führungsabschnitt,
der im Wesentlichen den gleichen Querschnittsbereich wie der Druckbeaufschlagungsdurchlauf
hat am Ende des Druckbeaufschlagungsdurchlaufs ausgebildet, wobei er
dem Ausstoßdurchlass
zugewandt ist. Deshalb kann die druckbeaufschlagte Flüssigkeit
ruhig in den Ausstoßdurchlass
strömen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung,
da der Ausstoßdurchlass 36 außerhalb
des Durchlaufs 37 (nicht innerhalb des Durchlaufs) ausgebildet
ist und die durch den Durchlauf 37 strömende Flüssigkeit einen radialen Geschwindigkeitsanteil
aufgrund einer Zentrifugalkraft hat, ist der Druckverlust, welcher
auftritt, wenn die Flüssigkeit
ihre Strömungsrichtung beim
Eintritt in den Ausstoßdurchlass 36 ändert, sehr klein
und dementsprechend wird die Flüssigkeit
in die Kammer 20 ausgestoßen, ohne ihren Druck zu verlieren.
Darüber
hinaus, da der Ausstoßdurchlass 36 mit einem
Neigungswinkel ausgebildet ist, wie in 1 und 2 dargestellt,
trifft die Flüssigkeit,
welche durch den Durchlauf 37 strömt und einen Geschwindigkeitsanteil
entlang des Durchlaufs hat, auf die abgeschrägte Wand 36a und ändert dort
ihre Strömungsrichtung.
Mit anderen Worten ändert
die Flüssigkeit ihre
Strömungsrichtung
auf der abgeschrägten
Wand 36a, wie durch einen Pfeil „E" in 2 dargestellt
ist. Die Strömungsrichtungsänderung
hat einen Winkel „γ", der kleiner als
90 Grad ist, was in einem geringeren Druckverlust beim Ändern der
Strömungsrichtung
resultiert. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel ist der Winkel „γ" auf 45 Grad gesetzt.
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Obwohl die Flüssigkeit, welche in den Ausstoßdurchlass 36 eintritt,
auch auf die schmale Seitenwand 42 auftrifft, ist der Druckverlust
klein, weil die Oberfläche
der schmalen Seitenwand 42 klein ist.
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Um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu
bestätigen,
wurden Computeranalysen gemacht, deren Ergebnisse nachfolgend unter
Bezugnahme auf 16 bis 19 erklärt werden.
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Die Analysen wurden unter Verwendung
einer Bewegungsgleichung gemäß einem
Dreh-Koordinatensystem gemacht, wobei eine Zentrifugalkraft und
eine Corioliskraft als externe Kräfte zur Gleichung addiert wurden.
Als Grenzzustände
werden eine Strömungsmenge
vom Ansaugdurchlass bei 140 Litern pro Stunde festgesetzt und eine
Drehgeschwindigkeit des Laufrads wird bei 7500 UpM festgesetzt.
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16 zeigt
ein Querschnitts-Strömungsanalysediagramm
entlang einer Linie XVI-XVI aus 14.
Unter Bezugnahme auf 16 wurde
folgendes ersichtlich. Da der Ausstoßdurchlass senkrecht zu den
Schaufelausbuchtungen angeordnet ist, wird eine starke Strömung „E" entlang der Trennwand 33 ausgebildet.
Eine Strömung „F", die einen Geschwindigkeitsanteil
in eine Drehrichtung des Laufrads und ein Geschwindigkeitselement
in einer Axialrichtung des Laufrads hat, wird von der Umgebung einer
Deckfläche 33b der
Trennwand ausgebildet. Die Strömung „F" ist an einer Außenwandseite des
Ausstoßdurchlasses
stärker
als an dessen Innenwandseite. An der Innenwandseite tritt ein Strömungsstau
auf. Mit anderen Worten, nur ein Teil des Querschnittbereichs des
Ausstoßdurchlasses
wird effektiv genutzt. Darüber
hinaus wurden auch einige Rückströmungen „Q" beobachtet. Dementsprechend tritt
ein großer
Betrag von Strömungsverlust
auf. Des weiteren ist die Strömung
entlang der Trennwand 33a nicht einheitlich, weil die Strömung „E" zu stark ist, was
auch einen Druckverlust verursacht.
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17 zeigt
ein anderes Querschnitt-Strömungsanalysediagramm
für die
Pumpe, die in 14 dargestellt
ist. Folgendes wurde aus diesem Diagramm ersichtlich. Die Flüssigkeit,
welche von den Schaufelausbuchtungen kommend strömt, fließt in der Drehrichtung und
trifft auf eine Innenfläche 6a der
Abdichtwand 7 und ändert
dort seine Strömungsrichtung
um 90 Grad. Deshalb ist der Druckverlust bei der Strömungsrichtungsänderung
groß.
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18 zeigt
ein Strömungsanalysediagramm
eines Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung, das einen Ausstoßdurchlass hat,
der außerhalb
des Durchlaufs 37 angeordnet ist und senkrecht dazu ausgebildet
ist. Außerdem
ist ein Führungsabschnitt,
der dem Ausstoßdurchlass
zugewandt und den gleichen Querschnittsbereich hat, am stromabwärts zugewandten
Ende des Durchlaufs 37 ausgebildet.
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Eine Strömung entlang der Trennwand 33a ist
einheitlich, weil die starke Strömung „E", die in 16 dargestellt ist, nicht
existiert. Die Flüssigkeit strömt spiralförmig und
entlang der vier Wände
des Auslassdurchlasses 36 weiter, der einen rechteckigen
Querschnitt hat und wird nach Außen ausgestoßen. Da
die Strömung
entlang der Trennwand 33a einheitlich ist, ist der Ausstoßdurchlass
außerhalb des
Durchlaufs, in Kontakt mit diesem, mit einem ausreichenden Querschnittsbereich
ausgebildet und die Strömungsdichte
im Ausstoßdurchlass
ist im Wesentlichen einheitlich; Die Flüssigkeitsströmung von den
Schaufelausbuchtungen des Laufrads zum Ausstoßdurchlass durch den Durchlaufabschnitt,
wo die Strömungsrichtung
geändert
wird, ist ruhig und deshalb tritt im Wesentlichen kein Druckverlust
auf. Zusätzlich
existiert keine Rückströmung, welche
in der herkömmlichen
Pumpe beobachtet wurde. Dementsprechend ist der Pumpenwirkungsgrad
in dem Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung erhöht.
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19 zeigt
ein anderes Strömungsanalysediagramm
für ein
anderes Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung, das einen Ausstoßdurchlass
hat, der außerhalb
des Durchlaufs 37 angeordnet ist und mit einem Neigungswinkel
ausgebildet ist, wie in 1 und 2 dargestellt ist. Der von
den Schaufelausbuchtungen 32 in der Drehrichtung kommende
Flüssigkeitsstrom,
trifft auf die abgeschrägte Wand 36a und ändert seine
Richtung um den Winkel „γ" (in 2 dargestellt) an der abgeschrägten Wand 36a.
In diesem speziellen Ausführungsbeispiel
wird der Winkel „γ" auf 45 Grad festgesetzt.
Es ist bestätigt,
dass die Flüssigkeit
ruhig entlang der abgeschrägten
Wand 36a strömt
und der Druckverlust bei der Strömungsrichtungsänderung
klein ist. Dementsprechend ist der Pumpenwirkungsgrad verbessert.
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20 zeigt
einen Gesamtwirkungsgrad der Kraftstoffpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung im
Vergleich mit einer herkömmlichen
Kraftstoffpumpe. Der Wirkungsgrad wird gemessen indem der Ausstoßdruck von
100 kP auf 600 kP bei einer konstanten Stromversorgung (12 Volt)
am Motor verändert
wird. Der Gesamtwirkungsgrad ist hier definiert als PQ/VI, wobei
P der Ausstoßdruck
ist, Q die Ausstoßmenge
ist, V die Versorgungsspannung ist und I der verbrauchte Strom ist.
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Wie im Diagramm zu sehen ist, ist
der maximale Gesamtwirkungsgrad der Kraftstoffpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung 19,2 und die der herkömmlichen
ist 17,6%. Der Wirkungsgrad wurde um 10% erhöht, was in einer Verringerung
des verbrauchten Stroms von 5,2 A auf 4,7 A resultiert. Die Abmessungen
der Kraftstoffpumpe des Ausführungsbeispiels
gemäß der Erfindung,
welches für
die Messung des Gesamtwirkungsgrads verwendet wurde, sind: der Durchmesser
des Laufrads ist 30 mm, der Neigungswinkel „γ" des Ausstoßdurchlasses ist 45 Grad und
die rechteckige Form des Ausstoßdurchlasses
in der Seitenwand 24b ist 3,8 mm × 2,0 mm (eine lange Seite
entlang der Drehrichtung ist 3,8 mm und eine kurze Seite in der
Radialrichtung ist 2,0 mm).
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Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel
ist eine einstufige Pumpe, die eine Gruppe des Laufrads und des
Durchlaufs hat. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch für eine mehrstufige
Pumpe übernommen
werden, die mehrere Gruppen des Laufrads und des Durchlaufs hat,
in denen die in einer Stufe druckbeaufschlagte Flüssigkeit
nacheinander an die nächste
Stufe befördert
wird. Außerdem kann
die vorliegende Erfindung für
eine Doppeldurchlaufpumpe übernommen
werden, in der zwei konzentrische Durchläufe, z. B. ein innerer Durchlauf und
ein äußerer Durchlauf
ausgebildet sind, wobei der Ausstoßdurchlass des inneren Durchlaufs
mit dem Ansaugdurchlass des äußeren Durchlaufs
verbunden ist und wobei zwei Gruppen Schaufeln und Schaufelausbuchtungen
auf dem Laufrad ausgebildet sind, wobei jede Gruppe in jedem Durchlauf
angeordnet ist.
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Darüber hinaus wird die vorliegende
Erfindung nicht nur für
Kraftstoffpumpen verwendet, sondern auch für andere Pumpen zum Druckbeaufschlagen
von Flüssigkeit
darin und zum Ausstoßen
der druckbeaufschlagten Flüssigkeit
nach Außen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
unter Bezugnahme auf die vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele
gezeigt und beschrieben wurde, wird es für jene, die mit der Technik
vertraut sind, naheliegend sein, dass Änderungen in dessen Form und
Detail gemacht werden können,
ohne den Rahmen der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist, zu verlassen.