EP2479434A2 - Regelung für eine Aussenzahnradpumpe - Google Patents

Regelung für eine Aussenzahnradpumpe Download PDF

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EP2479434A2
EP2479434A2 EP11009016A EP11009016A EP2479434A2 EP 2479434 A2 EP2479434 A2 EP 2479434A2 EP 11009016 A EP11009016 A EP 11009016A EP 11009016 A EP11009016 A EP 11009016A EP 2479434 A2 EP2479434 A2 EP 2479434A2
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EP
European Patent Office
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gear pump
control
control chamber
control piston
pump
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Withdrawn
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EP11009016A
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English (en)
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EP2479434A3 (de
Inventor
Andreas Gitt-Gehrke
Michael Lüer
Björn Kramer
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/18—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber
    • F04C14/185—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by varying the useful pumping length of the cooperating members in the axial direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/24—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
    • F04C14/26—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/20—Fluid liquid, i.e. incompressible
    • F04C2210/206—Oil

Definitions

  • the invention relates to a gear pump, in particular oil pump, in particular for an internal combustion engine, with a displacement-changing displacement unit, which is arranged displaceably between a first control chamber and a second control chamber, wherein in the first control chamber, a return spring is arranged and designed such that it has a force in Direction of the second control chamber exerts on the displacement unit, wherein the displacement unit comprises a first control piston, which faces the first control chamber, and a second control piston, which faces the second control chamber, according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention has for its object to improve a gear pump of the type mentioned above to the effect that it automatically adjusts in all operating situations and unwanted interference to the control are avoided.
  • the second control piston has a circumferentially extending over at least a portion of the circumference annular groove, wherein the second control piston in addition a fluid-conducting channel is arranged and designed such that this channel fluidly connects the annular groove with a suction side of the gear pump ,
  • the gear pump according to the invention is suitable as an oil pump, for example, for an internal combustion engine, for example for a motor vehicle, in which case the funded by the gear pump fluid is oil.
  • exemplary embodiment of a gear pump according to the invention is designed as external gear pump.
  • the gear pump has a housing 10 which carries a cover 12.
  • a drive shaft 14 is rotatably mounted.
  • the drive shaft 14 is rotatably connected to a drive gear or Antriebs termerad 16, which is in mesh with an output gear or feed wheel 18.
  • the gear pump is provided with a displacement-changing displacement unit 20, which is arranged displaceably between a first pressure chamber or control chamber 22 and a second pressure chamber or control chamber 24.
  • a force acting on the displacement unit 20 compression spring 26 is arranged in the first control chamber 22. This exerts a restoring force in the direction of the second control chamber 24 on the displacement unit 20.
  • the displacement unit 20 is axially displaceable according to double arrow 28 and comprises an output shaft 30 and arranged coaxially therewith the feed wheel 18, a first control chamber 22 limiting first control piston or spring piston 32 and a second control chamber 24 limiting second control piston 34. This is the Feed wheel 18 is rotatably mounted on the output shaft 30, while the second control piston 34 and the spring piston 32 are pressed onto the output shaft 30.
  • the displacement unit 20 is in response to a possibly adjusting pressure difference between the first control chamber 22 and the second control chamber 24 with respect to the non-axially displaceable Antriebswashrad 16 according to double arrow 28 displaced.
  • the feed wheel 18, the drive wheel 16 and the housing 10 form a delivery chamber 36 as well as a pressure side 38 and a suction side 40.
  • annular groove 42 extending over a part of the circumference in the circumferential direction is provided on the second control piston 34 on its circumference.
  • fluid collects, which passes between the second control piston 32 and the housing 10 from the delivery chamber 36 in the direction of the second control chamber 24.
  • a longitudinal groove 44 is formed and arranged on the circumference of the second control piston 32 such that this longitudinal groove 44, the annular groove 42 fluidly connected to the suction side 40. In this way, fluid possibly accumulating in the annular groove 42 is actively sucked off via the longitudinal groove 44. A passage of fluid into the second control chamber 24 is thereby effectively prevented.
  • FIG. 4 is the result of an experiment with a gear pump without annular groove 42 and longitudinal groove 44 shown graphically.
  • a volume flow through the gear pump in ccm / U is specified on a horizontal axis 46 and on a vertical axis 48.
  • a first graph 50 illustrates the dependence of the volume flow 48 of the pump pressure 46 for a gear pump without annular groove 42 and longitudinal groove 44.
  • the volume flow 48 starts at a value of about 8 ccm / U and decreases with increasing pump pressure 46. At 1 bar pump pressure 46, the volume flow 48 is still about 6.8 ccm / rev.
  • FIG. 5 is the result of an experiment with a gear pump according to the invention with annular groove 42 and longitudinal groove 44 under otherwise identical conditions shown graphically.
  • a second graph 52 illustrates the dependence of the volume flow 48 of the pump pressure 46 for the gear pump according to the invention with annular groove 42 and longitudinal groove 44.
  • the volume flow 48 starts at a value of about 8 ccm / U and decreases with increasing pump pressure 46. At 1 bar pump pressure 46, the volume flow 48 is about 7.0 cc / rev.

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  • Rotary Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit einer fördermengenverändernden Verschiebeeinheit (20), die zwischen einer ersten Steuerkammer (22) und einer zweiten Steuerkammer(24) verschiebbar angeordnet ist, wobei in der ersten Steuerkammer (22) eine Rückstellfeder (26) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass diese eine Kraft in Richtung der zweiten Steuerkammer (24) auf die Verschiebeeinheit (20) ausübt, wobei die Verschiebeeinheit (20) einen ersten Steuerkolben (32), welcher der ersten Steuerkammer (22) zugewandt ist, und einen zweiten Steuerkolben (34), welcher der zweiten Steuerkammer (24) zugewandt ist, aufweist. Hierbei weist der zweite Steuerkolben (34) an seinem Umfang eine über wenigstens einen Teil des Umfangs in Umfangsrichtung verlaufende Ringnut (42) auf, wobei am zweiten Steuerkolben (34) zusätzlich ein fluidleitender Kanal (44) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass dieser Kanal (44) die Ringnut (42) fluidleitend mit einer Saugseite (40) der Zahnradpumpe verbindet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, insbesondere Ölpumpe, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer fördermengenverändernden Verschiebeeinheit, die zwischen einer ersten Steuerkammer und einer zweiten Steuerkammer verschiebbar angeordnet ist, wobei in der ersten Steuerkammer eine Rückstellfeder derart angeordnet und ausgebildet ist, dass diese eine Kraft in Richtung der zweiten Steuerkammer auf die Verschiebeeinheit ausübt, wobei die Verschiebeeinheit einen ersten Steuerkolben, welcher der ersten Steuerkammer zugewandt ist, und einen zweiten Steuerkolben, welcher der zweiten Steuerkammer zugewandt ist, aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei der Regelung von Ölpumpen, werden hauptsächlich Verschiebeeinheiten verwendet, welche entweder axial oder radial das Fördervolumen eines Verdrängers reduzieren. Dabei wird ein Raum geschaffen, der mit Steueröl befüllt bzw. belüftet werden muss. Erfolgt die Belüftung nicht schnell genug bzw. gibt es Schaltstellungen der Steuereinheit, bei welcher das Öl nicht entweichen kann, kommt es im dynamischen Betrieb zum Zusammenbruch des Öldruckes. Gegebenenfalls tritt Rohöl aus der Förderkammer der Zahnradpumpe in eine Steuerkammer ein. Die hierdurch entstehenden Druckdifferenzen beeinträchtigen das Regelverhalten zusätzlich.
  • Aus der DE 100 43 842 A1 ist eine gattungsgemäße Zahnradpumpe mit einer fördermengenverändemden Verschiebeeinheit bekannt. Zur Lösung der o. g. Probleme wird vorgeschlagen, die beiden Steuerkammern über eine Druckleitung, in der eine Drossel angeordnet ist, miteinander fluidleitend zu verbinden. Weiterhin ist eine der Druckkammern mit einer Maximaldruckbegrenzung versehen. Dies erzielt eine betriebsoptimierte Fördermengenregelung bei gleichzeitiger Reduzierung der zum Betreiben der Zahnradpumpe notwendigen Antriebsleistung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe der o. g. Art dahingehend zu verbessern, dass diese in allen Betriebssituationen selbsttätig einregelt und unerwünschte Störeinflüsse auf die Regelung vermieden sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zahnradpumpe der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
  • Dazu ist es bei einer Zahnradpumpe der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zweite Steuerkolben an seinem Umfang eine über wenigstens einen Teil des Umfangs in Umfangsrichtung verlaufende Ringnut aufweist, wobei am zweiten Steuerkolben zusätzlich ein fluidleitender Kanal derart angeordnet und ausgebildet ist, dass dieser Kanal die Ringnut fluidleitend mit einer Saugseite der Zahnradpumpe verbindet.
  • Dies hat den Vorteil, dass ein von einer Förderkammer der Zahnradpumpe zu der zweiten Steuerkammer g. durchtretender Volumenstrom eines von der Zahnradpumpe geförderten gegebenenfalls Fluids in der Ringnut gesammelt und aktiv über den Kanal abgesaugt wird. Hierdurch wird ein Gesamtwirkungsgrad der Zahnradpumpe verbessert, da eine unerwünschte, das Regelverhalten negativ beeinflussende Druckdifferenz aufgrund von Fluiddurchtritt zwischen einem Förderraum und der zweiten Steuerkammer wirksam vermieden ist. Mit dem effektiv verbesserten Reglerverhalten wird der effektiv nutzbare Volumenstrom der Zahnradpumpe und damit auch der Wirkungsgrad erhöht.
  • Eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Zahnradpumpe bei gleichzeitig hoher Funktionssicherheit erzielt man dadurch, dass der Kanal auf dem Umfang des zweiten Steuerkolbens als eine Längsnut ausgebildet ist.
  • Besonders bevorzugt eignet sich die erfindungsgemäße Zahnradpumpe als Ölpumpe, beispielsweise für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, wobei in diesem Fall das von der Zahnradpumpe geförderte Fluid Öl ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
    • Fig. 1
    eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe in Schnittansicht,
    Fig. 2
    die Zahnradpumpe gemäß Fig. 1 in einer Schnittansicht gemäß Linie 1-1 von Fig. 1,
    Fig. 3
    die Zahnradpumpe gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen, teilweise aufgebrochenen Ansicht,
    Fig. 4
    eine graphische Darstellung eines Volumenstromes über einen Pumpendruck für eine herkömmliche Zahnradpumpe nach dem Stand der Technik und
    Fig. 5
    eine graphische Darstellung eines Volumenstromes über einen Pumpendruck für eine erfindungsgemäß ausgebildete Zahnradpumpe.
  • Die in Fig. 1 bis 4 dargestellte, beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe ist als Außenzahnradpumpe ausgebildet. Die Zahnradpumpe weist ein Gehäuse 10 auf, welches einen Deckel 12 trägt. Im Deckel 12 ist eine Antriebswelle 14 drehbar gelagert. Die Antriebswelle 14 ist mit einem Antriebszahnrad bzw. Antriebsförderrad 16 drehfest verbunden, welches mit einem Abtriebszahnrad bzw. Förderrad 18 in kämmender Verbindung steht. Die Zahnradpumpe ist mit einer fördermengenverändernden Verschiebeeinheit 20 versehen, die zwischen einer ersten Druckkammer bzw. Steuerkammer 22 und einer zweiten Druckkammer bzw. Steuerkammer 24 verschiebbar angeordnet ist. In der ersten Steuerkammer 22 ist eine auf die Verschiebeeinheit 20 wirkende Druckfeder 26 angeordnet. Diese übt auf die Verschiebeeinheit 20 eine rückstellende Kraft in Richtung der zweiten Steuerkammer 24 aus.
  • Die Verschiebeeinheit 20 ist gemäß Doppelpfeil 28 axial verschiebbar und umfasst eine Abtriebswelle 30 und jeweils auf dieser koaxial angeordnet das Förderrad 18, einen die erste Steuerkammer 22 begrenzenden ersten Steuerkolben bzw. Federkolben 32 sowie einen die zweite Steuerkammer 24 begrenzenden zweiten Steuerkolben 34. Dabei ist das Förderrad 18 auf der Abtriebswelle 30 drehbar gelagert, während der zweite Steuerkolben 34 und der Federkolben 32 auf der Abtriebswelle 30 aufgepresst sind. Die Verschiebeeinheit 20 ist in Abhängigkeit einer eventuell sich einstellenden Druckdifferenz zwischen der ersten Steuerkammer 22 und der zweiten Steuerkammer 24 in Bezug auf das nicht axial verschiebbare Antriebsförderrad 16 gemäß Doppelpfeil 28 verschiebbar.
  • Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, bilden das Förderrad 18, das Antriebsförderrad 16 und das Gehäuse 10 eine Förderkammer 36 sowie eine Druckseite 38 und eine Saugseite 40 aus.
  • Bei einer entsprechenden Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Steuerkammer 22, 24 kommt es zu eine axialen Verschiebung der Verschiebeeinheit relativ zum Antriebsförderrad 16. Hierdurch verändert sich eine axiale Länge des Bereiches, in dem das Antriebsförderrad 16 und das Förderrad 18 miteinander in kämmendem Eingriff stehen. Je größer diese axiale Länge ist, desto mehr Fluid wird von der Saugseite zur Druckseite gefördert bzw. je kleiner diese axiale Länge ist, desto weniger Fluid wird von der Saugseite zur Druckseite gefördert.
  • Erfindungsgemäß ist an dem zweiten Steuerkolben 34 an dessen Umfang eine in Umfangsrichtung über einen Teil des Umfangs verlaufende Ringnut 42 vorgesehen. In dieser Ringnut 42 sammelt sich Fluid, welches zwischen dem zweiten Steuerkolben 32 und dem Gehäuse 10 von der Förderkammer 36 in Richtung der zweiten Steuerkammer 24 durchtritt. Weiterhin ist am Umfang des zweiten Steuerkolbens 32 eine Längsnut 44 derart ausgebildet und angeordnet, dass diese Längsnut 44 die Ringnut 42 fluidleitend mit der Saugseite 40 verbindet. Auf diese Weise wird sich ggf. in der Ringnut 42 ansammelndes Fluid aktiv über die Längsnut 44 abgesaugt. Ein Durchtritt von Fluid in die zweite Steuerkammer 24 ist dadurch wirksam verhindert.
  • Die Wirksamkeit wurde auf einem Komponentenprüfstand nachgewiesen. Dabei wurde bei verschiedenen Temperaturen der Gegendruck variiert und damit das real geförderte Fluid ermittelt. Durch das Einbringen der Längsnut 44 konnte die Fördermenge um 2,5 % gesteigert werden.
  • In Fig. 4 ist das Ergebnis eines Versuchs mit einer Zahnradpumpe ohne Ringnut 42 und Längsnut 44 graphisch dargestellt. Auf einer horizontalen Achse 46 ist ein Pumpendruck in bar und auf einer vertikalen Achse 48 ist ein Volumenstrom über die Zahnradpumpe in ccm/U angegeben. Ein erster Graph 50 veranschaulicht die Abhängigkeit des Volumenstroms 48 von dem Pumpendruck 46 für eine Zahnradpumpe ohne Ringnut 42 und Längsnut 44. Der Volumenstrom 48 beginnt bei einem Wert von ca. 8 ccm/U und nimmt mit zunehmendem Pumpendruck 46 ab. Bei 1 bar Pumpendruck 46 beträgt der Volumenstrom 48 noch etwa 6,8 ccm/U.
  • In Fig. 5 ist das Ergebnis eines Versuchs mit einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe mit Ringnut 42 und Längsnut 44 unter ansonsten gleichen Bedingungen graphisch dargestellt. Auf der horizontalen Achse 46 ist wieder der Pumpendruck in bar und auf der vertikalen Achse 48 ist wieder der Volumenstrom über die Zahnradpumpe in ccm/U angegeben. Ein zweiter Graph 52 veranschaulicht die Abhängigkeit des Volumenstroms 48 von dem Pumpendruck 46 für die erfindungsgemäße Zahnradpumpe mit Ringnut 42 und Längsnut 44. Der Volumenstrom 48 beginnt bei einem Wert von ca. 8 ccm/U und nimmt mit zunehmendem Pumpendruck 46 ab. Bei 1 bar Pumpendruck 46 beträgt der Volumenstrom 48 etwa 7,0 ccm/U.
  • Bei 1 bar Pumpendruck bzw. Gegendruck erhöht sich somit bei ein und derselben Pumpe durch die erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehene Ringnut 42 mit Längsnut 44 der real geförderte Volumenstrom von 6,8 auf 7,0 ccm/U. Bei ca. 1000 Umdrehungen pro Minute entspricht dies einer Erhöhung des Volumenstromes von 6,8 l/min auf 7,0 l/min. Dies entspricht einer Verbesserung des Wirkungsgrades um 2,5% auf 76,5%.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Gehäuse
    12
    Deckel
    14
    Antriebswelle
    16
    Antriebszahnrad bzw. Antriebsförderrad
    18
    Abtriebszahnrad bzw. Förderrad
    20
    Verschiebeeinheit
    22
    erste Druckkammer bzw. Steuerkammer
    24
    zweite Druckkammer bzw. Steuerkammer
    26
    Druckfeder
    28
    Doppelpfeil
    30
    Abtriebswelle
    32
    erster Steuerkolben bzw. Federkolben
    34
    zweiten Steuerkolben
    36
    Förderkammer
    38
    Druckseite
    40
    Saugseite
    42
    Ringnut
    44
    Längsnut
    46
    horizontale Achse: Pumpendruck in bar
    48
    vertikale Achse: Volumenstrom über die Zahnradpumpe in ccm/U
    50
    erster Graph: Volumenstroms 48 über Pumpendruck 46 für eine Zahnradpumpe ohne Ringnut 42 und Längsnut 44
    52
    zweiter Graph:

Claims (3)

  1. Zahnradpumpe, insbesondere Ölpumpe, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer fördermengenverändemden Verschiebeeinheit (20), die zwischen einer ersten Steuerkammer (22) und einer zweiten Steuerkammer(24) verschiebbar angeordnet ist, wobei in der ersten Steuerkammer (22) eine Rückstellfeder (26) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass diese eine Kraft in Richtung der zweiten Steuerkammer (24) auf die Verschiebeeinheit (20) ausübt, wobei die Verschiebeeinheit (20) einen ersten Steuerkolben (32), welcher der ersten Steuerkammer (22) zugewandt ist, und einen zweiten Steuerkolben (34), welcher der zweiten Steuerkammer (24) zugewandt ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steuerkolben (34) an seinem Umfang eine über wenigstens einen Teil des Umfangs in Umfangsrichtung verlaufende Ringnut (42) aufweist, wobei am zweiten Steuerkolben (34) zusätzlich ein fluidleitender Kanal (44) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass dieser Kanal (44) die Ringnut (42) fluidleitend mit einer Saugseite (40) der Zahnradpumpe verbindet.
  2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (44) auf dem Umfang des zweiten Steuerkolbens (34) als eine Längsnut ausgebildet ist.
  3. Zahnradpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Zahnradpumpe geförderte Fluid Öl ist.
EP11009016.4A 2011-01-22 2011-11-14 Regelung für eine Aussenzahnradpumpe Withdrawn EP2479434A3 (de)

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