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Vakuumanlage
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Die Erfindung betrifft eine Vakuumanlage mit einer Vakuumpumpe, einem
elektrischen AntriebsmotoF für die Vakuumpumpe und einem an den Vakuumkreis angeschlossenen
Druckschalter, der mit einer federbelasteten Membrane ausgerüstet ist, die bei einem
bestimmten Druckunterschied zwischen atmosphärischem Druck und dem im Vakuumkreis
herrschenden Druck eine Bewegung ausführt, die zum Ein- und Ausschalten des elektrischen
Antriebsmotors für die Vakuumpumpe genutzt wird.
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Derartige Vakuumanlagen haben den Zweck, einen definierten Unterdruck
für vakuumbetriebene Einrichtungen zu erzeugen.
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Es sind Vakuumanlagen dieser Art bekannt, die vorzugsweise für stationäre
vakuumbetriebene Einrichtungen eingesetzt sind. Ein wesentliches Merkmal dieser
Vakuumanlagen ist, daß die Vakuumpumpe, der Antriebsmotor für die Vakuumpumpe und
der Druckschalter als voneinander getrennte Anlagenteile ausgeführt sind. Dies ist
insbesondere dann von Nachteil, wenn solche Vakuumanlagen f dr vakuumbetriebene
Einrichtungen verwendet werden, bei denen es auf Raumbedarf und Gewicht ankommt,
wie zum Beispiel in Kraftfahrzeugen. Von Nachteil ist bei den bekannten Vakuumanlagen
dieser Art auch der große Installationsaufwand, der erforderlich ist, um die voneinander
getrennt ausgeführten Anlagenteile durch luftführende Rohrleitungen und elektrische
Kabel miteinander zu verbinden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumanlage
der eingangs genannten Art zu schaffen, die wenig Einbauraum benötigt, ein geringes
Gewicht hat, an bestehende vakuumbetriebene Einrichtungen, ohne Veränderungen derselben,
angebaut werden kann und sich durch funktionsmäßige und fertigungstechnische Einfachheit
auszeichnet, so daß sie in der Massenfertigung zu minimalen Kosten herzustellen
ist.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vakuumpumpe
zwischen dem Druckschalter und dem elektrischen Antriebsmotor formschlüssig angeordnet
ist, daß das Druckschaltergehäuse des Druckschalters mit einem Anschluß für eine
weitere vakuumerzeugende Anlage und einem Anschluß für eine vakuumbetriebene Einrichtung
versehen ist.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein kompaktes Gerät geschaffen
wird, das wenig Einbauraum benötigt, ein geringes Gewicht hat und das an bestehende
vakuumbetriebene Einrichtungen mit geringem Installationsaufwand angebracht werden
kann, ohne daß an den bestehenden Einrichtungen Veränderungen vorgenommen werden
müssen. Die Erfindung bietet die Voraussetzung zur kostengünstigen Herstellung,
da zusätzliche luftführende Leitungen zwischen Druckschalter und Vakuumpumpe entfallen
und die erforderlichen elektrischen.
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Leitungen zwischen Drückschalter und elektrischem Antriebsmotor sehr
kurz sind.
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Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die
Vakuumpumpe eine Radialkolbenpumpe mit außenliegenden, sternförmig angeordneten
Zylinderbohrungen ist, daß die Anzahl der Zylinderbohrungen eine gerade Zahl ist
und jeweils zwei davon achsgleich einander gegenüberliegen, daß in den Zylinderbohrungen
mindestens ein aus einem Stück
bestehender Kolben eine Hin- und
Herbewegung ausführt, daß der Kolben symetrisch zu seinen Kolbenenden mit zwei quer
zur Längsachse verlaufenden Aussparungen versehen ist, an denen eine runde Schwingscheibe
anliegt, die von einem auf der Welle des elektrischen.Antriebsmotors befestigten-Exzenter
im Zentrum angetrieben ist.
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Der Vorteil dieser Ausbildung der Erfindung liegt darin, daß die
geometrischen Abmessungen der Vakuumpumpe besonders klein sind. Dies ist im wesentlichen
darin begründet, daß durch den durchgehenden, aus einem Stück bestehenden Kolben
eine gute Längsführung des Kolbens erreicht wird, die wiederum Voraussetzung für
eine hohe Kolbengeschwindigkeit und damit hohe Drehzahl des elektrischen Antriebsmotors
ist.
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Damit ist der Einsatz preiswerter, mit hohen Drehzahlen laufenden
elektrischen Antriebsmotoren möglich, wie sie in Kraftfahrzeugen für Hilfsaggregate
eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine exakte Steuerung
der Hin- und Herbewegung des Kolben und damit eine genaue Begrenzung der oberen
Umkehrpunkte beider Kolbenenden erreicht wird, was die Begrenzung des schädlichen
Raumes auf ein Minimum zuläßt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin,
daß die als Radialkolbenpumpe ausgeführte Vakuumpumpe aus einem Pumpengehäuhe und
einem Pumpendeckel besteht, deren Trennlinie längs der Druchmessermitte der Zylinderbohrung
verläuft, daß die Zylinderbohrungen an der Außenseite der Vakuumpumpe offen und
mit Verschlüssen, in denen Auslaßventile eingebracht sind, verschlossen sind.
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Hierdurch ist die Voraussetzung geschaffen, die Zylinderbohrungen
präzise und wirtschaftlich herzustellen. Bei Radialkolbenpumpen mit mehreren Kolben
ist die Verwendung von Kolben möglich, die aus einem Stück bestehen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin,
daß an jeder Zylinderbohrung der Vakuumpumpe ein Ansaugventil angebracht ist, das
aus einer auf einem kegeligen Absatz der Ventilbohrung aufsitzenden Kugel und einem
Rückstellteil besteht, das die Kugel gegen den kegeligen Absatz drückt, daß das
Rückstellteil aus einem massiven, elastischen Kunststoff besteht, dessen runde Form
über den ganzen Umfang mit Ausnehmungen versehen ist, deren zwischen den Ausnehmungen
gebildeten Stege am Außendurchmesser schmäler als die Breite des LuftkanalS sind.
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Bei als Radialkolbenpumpen ausgeführten Vakuumpumpen kommt es darauf
an, den schädlichen Raum klein zu halten. Dies wurde beim Ansaugventil durch die
Verwendung einer Kugel als Dichtelement und einem die Kugel auf einen kegeligen
Absatz der Ventilbohrung drückendes massives, elastisches Rückstellteil erreicht,
das am Umfang mit luftdurchlässigen Ausnehmungen versehen ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin,
daß die Ansaugkanäle der Ansaugventile an einer Ringnut angeschlossen sind und im
Druckschaltergehäuse eine Bohrung eingebracht ist, die die Ringnut mit einem Vorraum
verbindet, der durch ein Rückschlagventil vom Unterdruckraum des Druckschalters
getrennt ist.
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Diese Ausbildung der Vakuumanlage hat den Zweck, beim Stillstand
der Vakuumanlage eine den vorhandenen vakuumbetriebenen Einrichtungen vergleichbare
Leckagequalität zu erzielen. Erreicht wird dies dadurch, daß zwischen der Vakuumpumpe
und der vakuumbetriebenen Einrichtung ein Rückschlagventil bekannter Konstruktion
angeordnet ist, so daß die kleindimensionierten Ansaugventeile, die erfahrungsgemäß
eine
relativ hohe Leckage haben, vakuummäßig von der vakuumbetriebenen
Einrichtung getrennt sind und damit die Leckagequalität der Vakuumanlage bei Stillstand
der Vakuumpumpe nicht negativ beeinflussen können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin,
daß der die Membrane bewegende Druckunterschied zwischen atmosphärischem Druck und
dem in dem Unterdruckraum des Druckschalters vorhandenen Druck mittels eines Einstellteils
veränderbar ist.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei derartigen Vakuumanlagen es von
Vorteil ist, wenn der Druckunterschied, der die Vakuumanlage in Betrieb setzt, veränderbar
ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin,
daß in dem Anschluß für eine weitere vakuumerzeugende Anlage ein Rückschlagventil
bekannter Bauart angeordnet ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Vakuumanlage in einem Kraftfahrzeug zwischen dem Bremskraftverstärker und dem
Ansaugrohr eines Otto-Motors oder eine von einem Diesel-Motor angetriebenen Vakuumpumpe
geschaltet ist.
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Bei Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen werden in.der
Regel unterdruckbetriebene Bremskraftverstärkerverwendet. Der für die Funktion des
Bramskraftverstärkers erforderliche Unterdruck wird bei Otto-Motoren von dem im
Ansaugrohr der Verqasereinrichtung Vprhandenen Unterdruck bereitgestellt, bei Dieselmotoren
von einer separaten Vakuumpumpe, die im allgemeinen vom Diesel-Motor direkt angetrieben
wird. Als wesentlicher Nachteil dieser Bremskraftverstärker
hat
sich gezeigt, daß bei nicht laufendem Motor die bremskraftverstärkende Wirkung des
Bremskraftverstärkers ausfällt, wodurch unter bestimmten Umständen lebensgefährliche
Situationen entstehen können.
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Durch das US-Patent 2844003 ist eine Vakuumanlage für Kraftfahrzeuge
bekannt, die bei stehendem Motor für.den Bremskraftverstärker den erforderlichen
Unterdruck erzeugt.
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Als Nachteil ist hierbei anzusehen, daß Vakuumpumpe, elektrischer
Antriebsmotor für die Vakuumpumpe und der Druckschalter als separate Bauteile ausgeführt
sind. Dies erfordert zusätzliche luftführende Rohrleitungen und einen hohen Installationsaufwand,
so daß insbesondere ein Nachrüsten in vorhandenen Kraftfahrzeugen nur sehr schwer
möglich ist.
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Durch die deutsche OS 2505 880 ist eine für Kraftfahrzeuge mit Otto-Motoren
vorgesehene Bremsanlage bekanntgeworden, die dazu dient, einen zu geringen Druckunterschied
zwischen atmosphärischem Druck und dem in Bremskraftverstärkern vorhandenen Druck
so zu erhöhen, daß unterdruckbetriebene Bremskraftverstärker auch bei Ausfall des
Otto-Motors verwendet werden können. Bei dieser Erfindung sind Vakuumpumpe und Druckschalter
als separate Bauteile ausgeführt und der Druckschalter ist am Bremskraftverstärker
angebracht, so daß ohne Veränderungen bestehender Bremskraftverstärker die vorgeschlagene
Bremsanlage nicht eingeführt werden kann, was als wesentlicher Nachteil anzusehen
ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin,
daß ein Schalter vorgesehen ist, durch den der Zündschloßkontakt überbrückt werden
kann.
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Durch diese Ausbildung der Erfindung ist der Betrieb der Vakuumanlage
auch dann möglich, wenn der Zündschloßkontakt
des Kraftfahrzeuges
nicht geschlossen ist. Um die Batterie zu schonen, kann dies beispielsweise beim
Abschleppen eines Kraftfahrzeuges notwendig werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin,
daß die Vakuumanlage direkt-an dem Unterdruckstutzen des Bremskraftverstärkers befestigt
ist.
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Dadurch ist es möglich, die Vakuumanlage auf einfachste Weise in
Kraftfahrzeuge einzubauen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin,
daß der Anschluß des Druckschalters, der für eine weitere vakuumerzeugende Anlage
vorgesehen ist, verschlossen ist und die Vakuumanlage an ein T-Stück angeschlossen
ist, das in die Unterdruckleitung eines Ott-Motors oder einer Vakuumpumpe eines
Diesel-Motors so da zwischengeschaltet ist, daß ein in der Unterdruckleitung angeordnetes
Rückschlagventil bekannter Bauart den Unterdruckraum des Druckschalters die Vakuumanlage
vom Ansaugrohr vakuummäßig trennt.
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Diese Ausbildung der Erfindung hat den Vorteil, daß die Vakuumanlage
an einer beliebigen Stelle im Motorraum eines Kraftfahrzeuges angebracht werden
kann, was insbesondere bei vorhandenen Kraftfahrzeugen von Bedeutung ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 Eine Darstellung der
Vakuumanlage mit einem axialen Längsschnitt durch die Radialkolbenpumpe und den
Druckschalter, Fig. 2 eine Draufsicht auf dfe Vakuumanlage nach Fig. 1 bei abgenommenem
Pumpendeckel und elektrischem Antriebsmotor, Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Ansaugventil,
Fig. 4 einen Längsschnitt des Ansaugventils nach Fig. 3, Fig. 5 eine schematische
Darstellung der elektrischen Schaltung der Vakuumanlage beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug,
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Einbaus der Vakuumanlage in einem Kraftfahrzeug
mit einem unterdruckbetriebenen Bremskraftverstärker.
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Mit 1 ist die komplette Vakuumanlage bezeichnet. An der als Radialkolbenpumpe
ausgebildeten Vakuumpumpe 2 ist auf der einen Stirnseite der elektrische Antriebsmotor
3 und auf der anderen mittels dichtenden Fügeflächen 19, 21 der Druckschalter 4
durch Paßschrauben 5 befestigt. Am Druckschalter ist ein Anschluß 35 mit einem Rückschlagventil
34 bekannter Bauart für eine weitere vakuumerzeugende Anlage und ein Anschluß 36
für eine vakuumbetriebene Einrichtung angebracht.
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Der Antrieb der Kolben 8, 9 der-Radialkolbenpumpe 2 erfolgt durch
die Schwingscheibe 7, in deren Zentrum ein auf der Welle des elektrischen Antriebsmotors
3 aufgenommener Exzenter 6 drehbar gelagert ist. Bei Drehung des Exzenters 6 kommt
die Schwingscheibe 7 abwechselnd zur Anlage an den Absätzen 59 der Kolben 8, 9,
so daß diese eine Hin- und Herbewegung in den Zylinderbohrungen 11 ausführen. Die
offenen Zylinderbohrungen 11 sind durch Verschlüsse 10, in denen je ein Auslaßventil
12 angeordnet ist, verschlossen. Um eine Montage der Kolben 8, 9 zu ermöglichen,
sind die Zylinderbohrungen 11 in zwei Hälften geteilt, wobei eine Hälfte im Pumpengehäuse
18 und eine Hälfte im Pumpendeckel 17 eingebracht ist.
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An jeder Zylinderbohrung 11 befindet sich im Pumpengehäuse 18 ein
Ansaugventil 13, das aus einer Kugel 57 und einem elastischen Rückstellteil 14 besteht,
das am Umfang zur Verkleineru.ng des schädlichen Raumes mit Ausnehmungen 53 versehen
ist. Die Verbindung von Ansaugventil 13 zur Zylinderbohrung 11 erfolgt durch einen
im Pumpengehäuse 18 befindlichen Luftkanal 52.
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Alle Ansaugventile 13 sind durch'Ansaugkanäle 15 über eine Ringnut
16 miteinander verbunden. Über eine im Druckschaltergehäuse 20 befindliche Bohrung
22 wird die Luft aus einem
pumpenseitigen Vorraum 33 angesaugt.
Die erforderliche Leckagequalität wird durch ein im pumpenseitigen Vorraum 33 angeordnetem
Rückschlagventil 34 bekannter Bauart erreicht, das bei Stillstand der Radialkolbenpumpe
2 eine dem Stand der Technik entsprechende Abdichtung gegenüber dem evakuierten.Unterdruckraum
23 sicherstellt.
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Im Druckschaltergehäuse 20 befindet sich der Druckschalter, der aus
einer Membrane 24, einem darauf befestigten Kontakt 28, einer Hülse 27 und einer
Druckfeder 26 besteht. Die Membrane 24 ist mit einem Flansch 25 befestigt. Teil
29 stellt einen Kontakt dar, der zur Ansteuerung des im Druckschaltergehäuseraum
32 mit einem Winkel 56 befestigten Relais 30 dient. Mit dem Einstellteil 55 ist
die Federkraft der Druckfeder 26 verstellbar und damit der Druckunterschied zwischen
atmosphärischem Druck und dem Vakuumkreis.
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Die Funktion der Vakuumanlage wird im folgenden anhand der Fig. 1
und Fig. 5 beschrieben. Dargestellt ist der Zustand, daß eine ausreichende Druckdifferenz
zwischen atmosphärischem Druck und einem Druck im Unterdruckraum 23 vorhanden ist,
der für eine vakuumbetriebene Einrichtung erforderlich ist. In diesem Zustand berühren
sich die beiden Kontakte 28 und 29 nicht. Wird die Druckdifferenz zu gering, d.
h. der Druck im Unterdruckraum 23 zu hoch, dann bewegt sich die Membrane 24 durch
die Druckfeder 23 in Richtung des Kontaktes 29 bis dieser den auf der Membrane 24
befestigten Kontakt 28 berührt. Dadurch wird das Relais 30 betätigt und der elektrische
Antriebsmotor 3 mit der Radialkolbenpumpe 2 so lange in Betrieb gesetzt, bis eine
ausreichende Druckdifferenz zwischen atmosphärischem Druck und dem vorhandenen Druck
im Unterdruckraum 23 erreicht ist.
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Die Verwendung der Vakuumanlage in einem Kraftfahrzeug mit Otto-Motor
und einem unterdruckbetriebenen Bremskraftverstärker wird im folgenden anhand der
Fig. 6 beschrieben.
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Die Vakuumanlage ist direkt am Unterdruckstutzen 51 des Bremskraftverstärkers
41 mit einem Verbindungsstück 57 befestigt. Bei laufendem Otto-Motor 39 wird im
Ansaugrohr 40 ein Unterdruck erzeugt, der über die Unterdruckleitung 43 und den
Unterdruckraum 23 des Druckschalters 4 in den Bremskraftverstärker 41 gelangt. Beim
Betätigen des Bremspedals 42 übt dieser Unterdruck eine bremskraftverstärkende Wirkung
aus.
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Die dadurch verstärkte Bremspedalkraft wird im Hauptzylinder 44 in
hydraulischen Druck umgewandelt, der über Bremsleitungen 45, 46 den Radbremszylindern
47, 48, 49, 50 zugeführt wird und dadurch das Kraftfahrzeug abbremsen. Die Vakuumanlage
1 tritt wie eingangs erläutert dann in Funktion, wenn im Ansaugrohr 40 des Otto-Motors
39 kein ausreichender Unterdruck erzeugt wird. Um bei abgestelltem Kraftfahrzeug
die Batterie zu schonen, ist die Vakuumanlage nur dann betriebsbereit, wenn der
Zündschloßkontakt 37 geschlossen ist, d. h. der Zündschlüssel auf entsprechender
Stellung steht.
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Wie aus Fig. 5 ersichtlich, kann der Zündschloßkontakt 37 durch den
Schalter 31 überbrückt werden. Die Vakuumanlage 1 ist über den Massekontakt 54 an
den Minus-Pol der Batterie 38 angeschlossen.
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Aus Fig. 6 oben rechts ist ersichtlich, wie die Vakuumanlage 1 an
einer beliebigen Stelle im Motorraum angebracht werden kann. Hierbei wird in die
Unterdruckleitung 43 ein T-Stück 61 zwischengeschaltet und das freie Ende mit dem
Anschluß 36 der Vakuumanlage 1 verbunden; der Anschluß 35 der Vakuumanlage 1 ist
bei dieser Lösung verschlossen.
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12 Ansprüche 3 Bl. Zeichnungen, 6 Fig.
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1 Bezugsziffernliste
Bezugsziffernliste 1 Vakuumanlage
2 Vakuumpumpe 3 Elektr. Antriebsmotor 4 Druckschalter 5 Paß schraube 6 Exzenter
7 Schwingscheibe 8 Kolben 9 Kolben 10 Verschluß 11 Zylinderbohrung 12 Auslaßventil
13 Ansaugventil 14 Rückstellteil 15 Ansaugkanal 16 Ringnut 17 Pumpendeckel 18 Pumpengehäuse
19 Fügefläche 20 Druckschaltergehäuse 21 Fügefläche 22 Bohrung 23 Unterdruckraum
24 Membrane 25 Flansch 26 Druckfeder 27 Hülse 28 Kontakt 29 Kontakt 30 Relais 31
Schalter 32 Druckschaltergehäuseraum 33 Vorraum 34 Rückschlagventil 35 Anschluß
36 Anschluß 37 Zündschloßkontakt 38 Batterie 39 Otto-Motor 40 Ansaugrohr 41 Bremskraftverstärker
42 Bremspedal 43 Unterdruck leitung 44 Hauptbremszylinder 45,46 Bremsleitung 47,48,49,50
Radbremszylinder 51 Unterdruckstutzen 52 Luftkanal 53 Ausnehmung 54 Massekontakt
55 Einstellteil 56 Winkel 57 Kugel 58 Aussparung 59 Absatz 60 Verbindungsstück 61
T-Stück