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Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur gesteuerten Entlüftung
eines Kurbelgehäuses
einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bei Brennkraftmaschinen mit geschlossenem
Kurbelgehäuse,
insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, ist eine Kurbelgehäuseentlüftung vorgesehen, über die
sogenannte "Blowby-Gase" aus dem Kurbelgehäuse abgeleitet
werden. Dabei führt
ein entsprechender Lüftungskanal
zu einem Ansaugkanal für
Verbrennungsluft, wodurch die abgeleiteten Blowby-Gase der Verbrennungsluft
beigemischt werden.
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Im Vollastbereich ist eine Rückführung der Blowby-Gase
in den Verbrennungsluftstrom nicht immer erwünscht. Dazu ist im Entlüftungskanal
ein Steuerventil in Form eines federbelasteten Rückschlagventils angeordnet.
Beim Überschreiten
eines vorgegebenen Grenzdruckes im Bereich des Vollastbetriebes
wird die Federkraft des Rückschlagventils überwunden
und der Entlüftungskanal
verschlossen. Derartige Anordnungen können unerwünschte Rückwirkungen auf das Laufverhalten
des Verbrennungsmotors haben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
gattungsgemäße Anordnung
derart weiterzubilden, daß ein
verbesserter Motorlauf erzielbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zur
gesteuerten Entlüftung
eines Kurbelgehäuses
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung
ist vorgesehen, daß der
Entlüftungskanal
mittels des Steuerventils bei Leerlauf und im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine
zumindest teilweise verschließbar
und in einem mittleren Lastbereich freigebbar ist. Es hat sich überraschend
gezeigt, daß dadurch
eine nachteilige Beeinflussung der Luftmengenmessung im Ansaugkanal
in kritischen Betriebsbereichen unterbleibt. Die Brennkraftmaschine
kann präziser
eingestellt werden, was zu einem verbesserten Motorlauf führt. In
einfacher und zweckmäßiger Ausgestaltung
ist dabei das Steuerventil als ein zwischen einer geschlossenen
und einer geöffneten
Schaltstellung umschaltbares Schaltventil ausgeführt. Die Vermeidung von Zwischenpositionen
des Ventils führt
zu klar definierten Betriebszuständen
und zu einer einfachen Bauweise des Steuerventils.
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In vorteilhafter Weiterbildung ist
das Steuerventil durch den im Entlüftungskanal anliegenden Gasdruck
in die geschlossene und auch in die geöffnete Ventilstellung verfahrbar.
Die Nutzung des Gasdruckes als Betätigungsenergie vermeidet die
Anordnung zusätzlicher
Stellglieder. Die Verfahrbarkeit unter Nutzung des Gasdruckes in
beide Ventilstellungen hat gegenüber
einem federbelasteten Ventil den Vorteil, daß insgesamt nur geringe Betätigungskräfte erforderlich
sind, ohne daß die
Kraft einer entsprechend vorgespannten Feder überwunden werden muß. Dazu
ist das Schaltventil zweckmäßig als
ein Flügelradventil
mit einem drehbaren Flügelrad
und mindestens vier daran im wesentlichen radial verlaufend und
in einem Winkel zueinander angeordneten, in den Entlüftungskanal
hineinragenden Drehflügeln ausgebildet.
Dabei weist in Drehrichtung des Flügelrades jeder zweite Drehflügel eine
Durchlaßöffnung auf.
Den Drehflügeln
ist dabei eine Doppelfunktion zugeordnet. Zum einen wirken die Drehflügel durch den
anliegenden, aus dem Gasstrom resultierenden Staudruck als Betätigungselemente
für das
Flügelradventil.
Zum anderen wirken sie als Ventilelemente, die sequentiell jeweils
den Entlüftungskanal
verschließen
bzw. mittels der Durchlaßöffnung freigeben.
Der Aufbau eines derartigen Ventiles ist konstruktiv einfach und
zuverlässig
im Betrieb. Durch Anpassung der Geometrie der Flügelräder kann auch in der geschlossenen
Schaltstellung ggf. eine gezielte Undichtigkeit und damit eine Restdurchlässigkeit
erzielt werden. Durch Anpassung der Durchlaßöffnung kann in der geöffneten
Schaltstellung ggf. eine gezielte Drosselwirkung herbeigeführt werden.
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Für
eine einfache und zuverlässige
Steuerung bzw. Betätigung
des Flügelradventiles
ist vorteilhaft ein axial in eine Nabe des Flügelrades eingreifender, längsbeweglicher
Schaltstift vorgesehen, wobei ein radial hervorstehender Haltezapfen
in eine umlaufende Steuernut unter axialer Relativbeweglichkeit
zur Halterung bzw. Freigabe des Flügelrades eingreift. Dabei kann
mit geringem Kraftaufwand der Schaltstift axial in eine gewünschte Position
verschoben werden. Die Steuernut ist dabei mit entsprechend in axialer
Richtung angeordneten An schlagflächen
für den
Haltezapfen vorgesehen. Abhängig
von der axialen Relativposition des Haltezapfens zu den Anschlagflächen in
der Steuernut erfolgt eine Halterung bzw. Freigabe des Flügelrades.
Die Anschlagflächen
sind dabei derart angeordnet, daß bei Freigabe des Flügelrades
dieses unter Einfluß der
anliegenden Gasströmung
um 90° dreht.
Der Haltezapfen gerät
dabei in Anschlag an die nächstfolgende
Anschlagfläche.
Dabei wird das Flügelrad
in der nächsten
Schaltstellung gehalten und erst bei weiterer axialer Relativverschiebung
wieder freigegeben, in dessen Folge eine weitere 90°-Drehung
erfolgt. Neben den geringen erforderlichen Steuerkräften ist
bei einfachem konstruktivem Aufbau die Möglichkeit präzise definierter
Schaltstellungen gegeben.
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Zweckmäßig ist bei der vorgenannten
Anordnung der Haltezapfen am Schaltstift festgelegt und dabei gemeinsam
mit diesem axial beweglich, während
die Steuernut innenseitig der in axialer Richtung festliegenden
Nabe angeordnet ist. Die Anordnung der Steuernut in der Nabe des
Flügelrades
erlaubt eine Ausführung
des längsbeweglichen
Schaltstiftes mit geringem Durchmesser. Insgesamt ist ein geringes
Bauvolumen erzielbar.
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Zur axialen Verschiebung des Schaltstiftes ist
vorteilhaft eine mit dem Schaltstift verbundene, mit Gasdruck beaufschlagbare
Steuermembran vorgesehen. Eine derartige Anordnung ist zuverlässig und langlebig
und kann mit beliebigem geeignetem Druck zur Steuerung des Flügelradventiles
beaufschlagt werden, wobei bereits geringe anliegende Drücke für eine Steuerbewegung
ausreichen. Zweckmäßig ist die
Steuermembran auf einer Seite mit dem stromauf des Flügelradventiles
in der Steuerdruckleitung herrschenden Druck beaufschlagt. Dazu
ist eine in den Entlüftungskanal
mündenden
Steuerdruckleitung vorgesehen. Der sich daraus ergebende Steuerdruck hat
sich als geeignete und zuverlässige
Schaltgröße für die Betätigung des
Flügelradventiles
herausgestellt.
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Die Steuermembran weist in vorteilhafter Weiterbildung
eine gerundet konische Form auf. Die genannte Form ermöglicht einerseits
einen relativ großen,
freien Hubweg des Schaltstiftes. Andererseits vermeidet die gerundet
konische Form ein Durchschlagen der Membran bei auf der konvexen Seite
anliegendem Überdruck.
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Für
eine zuverlässige
Rückführung des Schaltstiftes
in eine Ruheposition ist zweckmäßig eine
axial schiebende Druckfeder vorgesehen. Die Steuermembran kann dabei
sehr dünn
ohne eigene elastische Federeigenschaften ausgeführt sein. Die Steuermembran
arbeitet dadurch auch bei geringen Druckdifferenzen präzise. Es
ist ein nahezu lineares, präzise
definiertes Kraft-Weg-Verhalten des Schaltstiftes sichergestellt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 in
schematischer Schnittdarstellung eine Draufsicht einer Entlüftungsanordnung
mit einem Flügelradventil,
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2 eine
Längsschnittdarstellung
der Anordnung nach
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1 mit
dem Flügelrad
in einer geöffneten, einem
mittleren Lastbereich einer Brennkraftmaschine entsprechenden Schaltstellung,
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3 die
Anordnung nach 2 in
einer geschlossenen Schaltstellung entsprechend dem Leerlaufbetrieb,
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4 die
Anordnung nach den 2 und 3 in einer geschlossenen
Schaltstellung entsprechend dem Volllastbetrieb,
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5 in
schematischer Darstellung eine Abwicklung der Steuernut entsprechend
der Anordnung nach den 1 bis 4 mit einem in verschiedenen
Relativpositionen dazu gezeigten Haltezapfen.
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1 zeigt
eine Querschnittdarstellung durch eine Anordnung zur gesteuerten
Entlüftung
eines nicht näher
dargestellten Kurbelgehäuses
einer Brennkraftmaschine am Beispiel eines Kraftfahrzeuges. Die
Anordnung umfaßt
einen Entlüftungskanal 1,
der vom Kurbelgehäuse
zu einem Ansaugkanal für Verbrennungsluft
führt sowie
ein im Entlüftungskanal 1 angeordnetes
Steuerventil 2. Das Steuerventil 2 ist im gezeigten
Ausführungsbeispiel
ein Schaltventil 3, welches zwischen einer geschlossenen
und einer geöffneten
Schaltstellung umschaltbar ist. Je nach Anwendungsfall kann es auch
als in geeignete Zwischenpositionen verfahrbares Regelventil ausgeführt sein.
Das Schaltventil 3 ist als Flügelradventil 4 mit
einem drehbaren Flügelrad 5 und
vier daran radial und in gleichem Winkelabstand angeordneten Drehflügeln 6, 7 ausgeführt. Dazu
sind die Drehflügel 6, 7 an einer
Nabe 10 festgelegt. Die Nabe 10 mit den Drehflügeln 6, 7 ist
auf einer Hülse 23 gleitend
um eine Drehachse 20 drehbar gelagert. Es kann dabei auch ein
Wälzlager
oder dgl. vorgesehen sein. Achsgleich zur Drehachse 20 ist
in der Hülse 23 ein
weiter unten näher
beschriebener Schaltstift 11 angeordnet.
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Das Flügelrad 5 mit der Nabe 10 und
den Drehflügeln 6, 7 ist
sequentiell schaltend in einer durch einen Pfeil 8 angedeuteten
Drehrichtung schaltbar. In der gezeigten Schaltstellung ragt ein Drehflügel 7 mit
einer Durchlaßöffnung 9 in
den durch Kanalwände 18 begrenzten
Entlüftungskanal 1.
Dabei ist der Entlüftungskanal 1 mittels
der Durchlaßöffnung 9 freigegeben,
in dessen Folge ein Gasstrom in einer durch Pfeile 17 dargestellten
Strömungsrichtung
durch den Entlüftungskanal 1 durchströmen kann.
Zwei weitere Drehflügel 6 ohne
eine Durchlaßöffnung liegen
in der gezeigten Schaltstellung parallel zur Kanalwand 18.
Ein weiterer offener Drehflügel 7 mit
einer Durchlaßöffnung 9 befindet
sich auf der dem Entlüftungskanal 1 abgewandten
Seite der Nabe 10 in einem durch ein Gehäuse 22 abgedeckten
Bereich.
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Die insgesamt vier Drehflügel 6, 7 sind
bezogen auf die Drehrichtung 8 um jeweils 90° zueinander versetzt
angeordnet, wobei in Drehrichtung 8 auf einen Drehflügel 7 mit
einer Durchlaßöffnung 9 ein Drehflügel 6 ohne
eine solche und darauf wiederum ein Drehflügel 7 mit einer Durchlaßöffnung 9 folgt.
Es sind demnach abwechselnd ein geschlossener Drehflügel 6 und
ein offener Drehflügel 7 nacheinander angeordnet.
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Ein durch den Entlüftungskanal 1 in
Strömungsrichtung 17 strömender Gasstrom
ist im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine ohne Auswirkung auf
das Ventil. Ein darüber
hinausgehender Lastanstieg führt
zu einem Staudruck am gezeigten, in den Entlüftungskanal 1 hineinragenden
Drehflügel 7.
Bei einer Freigabe der Drehbeweglichkeit des Flügelrades 5 führt der
anliegende Staudruck zu einer Drehung des Flügelrades 5, bis der
nächstfolgende, im
vorliegenden Beispiel geschlossene Drehflügel 6 quer in den
Entlüftungskanal 1 einragt
und diesen zumindest teilweise verschließt. Bei weiterer Freigabe des
Flügelrades 5 führt der
dann am geschlossenen Drehflügel 6 anliegende
Staudruck zu einer weiteren Drehung des Flügelrades 5 um 90°. Das Flügelradventil 4 ist
demnach mittels des im Entlüftungskanal 1 anliegenden
Gasdruck in eine geschlossenen und auch in eine geöffnete Ventilstellung
verfahrbar.
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2 zeigt
in einer Längsschnittdarstellung die
Anordnung nach 1 bei
einem Betrieb der Brennkraftmaschine im mittleren Lastbereich. Am oberen
Ende des Gehäuses 22 ist
eine gerundet konische Steuermembran 14 mittels eines Deckels 21 dichtend
festgelegt. Von einer Druckseite 19 der Steuermembran 14 führt eine
Steuerdruckleitung 15, die bezogen auf die Strömungsrichtung 17 stromauf des
Flügelradventils 4 in
den Entlüftungskanal 1 mündet.
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Die Steuermembran 14 ist
mutig an einem Bund 25 des Schaltstiftes 11 festgelegt.
Der Schaltstift 11 ist bezogen auf die Drehachse 20 axial
beweglich und in der einteilig mit dem Gehäuse 22 ausgebildeten
Hülse 23 geführt. Die
Hülse 23 weist
einseitig einen Schlitz 24 auf, durch den ein am Schaltstift 11 festgelegter
Haltezapfen 12 radial nach außen geführt ist. Damit ist der Schaltstift 11 axial
beweglich und drehfest geführt.
Der Haltezapfen 12 ragt in eine innenseitig der Nabe 10 umlaufende
Steuernut 13.
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Zwischen der Hülse 23 und dem Bund 25 ist eine
vorgespannte Druckfeder 16 angeordnet, die den Schaltstift 11 in
Richtung des Deckels 21 drückt. Der auf der Druckseite 19 herrschende
Gasdruck entsprechend dem mittleren Lastbereich der Brennkraftmaschine
führt zu
einer Auslenkung des Schaltstiftes 11 gegen die Kraft der
Druckfeder 16 in die gezeigte Axialposition. Dabei liegt
der Haltezapfen 12 an einer in 5 gezeigten Anschlagfläche 29 an,
in dessen Folge eine Drehung des Flügelrades 5 verhindert
ist; das Flügelrad 5 ist
,in der in 1 näher gezeigten
geöffneten
Schaltstellung gehalten.
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3 zeigt
die Anordnung nach 2 beim Leerlaufbetrieb
des Verbrennungsmotors. Der entsprechend geringe Gasdruck im Entlüftungskanal 1 führt mittels
der Steuerdruckleitung 15 zu einem geringen Gasdruck auf
der Druckseite 19 der Steuermembran 14. Der Schaltstift 11 ist
in axialer Richtung mittels der Vorspannkraft der Druckfeder 16 gegen die
geringe Druckkraft der Steuermembran 14 in eine Ruheposition
verfahren. In dieser Position ist das Flügelrad 5 gegenüber der
in den 1 und 2 gezeigten Position um 90° weitergeschaltet.
Die Drehflügel 7 mit
den Durchlaßöffnungen 9 liegen
parallel zur Strömungsrichtung 17,
während
ein in 1 gezeigter geschlossener
Drehflügel 6 quer
im Entlüftungskanal 1 liegend
diesen zumindest teilweise verschließt. In der gezeigten Schaltstellung
ist die umlaufende Steuernut 13 zweigeteilt und weist in
diesem Bereich ebenfalls eine im Zusammenhang mit 5 näher beschriebene
und dort gezeigte Anschlagfläche 29 für den Haltezapfen 12 auf.
Dadurch ist entsprechend dem Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine
das Flügelrad 5 in
einer geschlossenen Position gehalten.
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4 zeigt
die Anordnung nach 3 im Vollastbetrieb
der Brennkraftmaschine. Ein entsprechend hoher Gasdruck im Entlüftungskanal 1 führt zu einer
Auslenkung der Steuermembran 14 und zu einer entsprechenden
axialen Verschiebung des Schaltstiftes 11 gegen die Kraft
der Druckfeder 16, wobei der mitgeführte Haltezapfen 12 im
Bereich der unteren Steuernut 13 liegt. Dort ist ebenfalls
eine in 5 gezeigte Anschlagfläche 29 vorgesehen,
mittels derer das Flügelrad 5 in
der gezeigten geschlossenen Ventilstellung gehalten ist.
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In den übrigen Merkmalen und Bezugszeichen
stimmen die Anordnungen nach den 3 und 4 mit den Anordnungen nach
den 1 und 2 überein. Dabei kann die Steuermembran 14 auch
beidseitig mit Druck beaufschlagt sein. Beispielsweise kann mittels
einer geeigneten Steuerdruckleitung der stromab des Steuerventiles 2 im
Entlüftungskanal 1 herrschende
Druck auf die der Druckseite 19 abgewandten Seite der Steuermembran 14 aufgebracht werden.
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5 zeigt
in schematischer Detailansicht die Steuernut 13 nach den 2 bis 4 in abgewickelter Darstellung. Die Steuernut 13 ist
im wesentlichen symmetrisch aufgebaut und ist nach oben und unten durch
je eine Nutwand 26 begrenzt. Von der Nutwand 26 aus
erstrecken sich in gleichmäßigen Abständen Absätze 27 nach
innen in die Nut, während
mittig zwischen den Absätzen 27 Vorsprünge 28 angeordnet sind.
Die Absätze 27 und
Vorsprünge 28 weisen
jeweils eine Anschlagfläche 29 für den Haltezapfen 12 auf,
wobei die Anschlagflächen 29 bezogen
auf die Drehrichtung 8 der Nabe 10 einen Winkelabstand
a zueinander von 90° aufweisen.
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Die Nabe 10 ist in Drehrichtung 8 beweglich und
in axialer Richtung festliegend gelagert. Die zuvor beschriebene
axiale Verschieblichkeit des Haltezapfens 12 in Verbindung
mit seiner drehfesten Lagerung führt
zu einer Relativbeweglichkeit des Haltezapfens 12 zur Nabe 10 entsprechend
der Pfeile 30. Der Haltezapfen 12 ist beispielhaft
in verschiedenen Relativpositionen gezeigt. Anliegend an einer mit
0° bezeichneten
Anschlagfläche 29 weist
der Haltezapfen 12 eine Axialposition entsprechend der
Darstellung nach 2 bei
mittlerem Lastbereich der Brennkraftmaschine auf. Ausgehend von
dieser Position führt
ein auftretender Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine zu einer
axialen Verschiebung des Haltezapfens 12 in die in 4 gezeigte untere Position. Die
Nabe 10 ist dabei in Drehrichtung 8 für einen Drehschritt
von a = 90° freigegeben,
bis die mit 90° bezeichnete
Anschlagfläche 29 am
Haltezapfen 12 zur Anlage kommt.
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Ausgehend von dieser Position führt eine Reduzierung
der Motorlast zu einer Aufwärtsbewegung
des Haltezapfens 12, bis dieser die Anschlagfläche 29 freigibt.
Der an den Drehflügeln 6, 7 entsprechend
der Beschreibung zu 1 anliegende Staudruck
führt zu
einer weiteren Drehung der Nabe 10 um einen Drehschritt
von a = 90° in
Drehrichtung 8, bis die mit 180° bezeichnete Anschlagfläche 29 des
Vorsprunges 28 am Haltezapfen 12 zur Anlage kommt.
Eine weitere Reduzierung der Motorlast in den Leerlaufbereich führt zu einem
weiteren Anheben des Haltezapfens 12 in die in 3 gezeigte Position. Dabei
gibt die mit 180° bezeichnete
Anschlagfläche 29 den
Haltezapfen 12 frei. Es erfolgt eine weitere Drehbewegung
der Nabe 10 in Drehrichtung 8 um einen Winkelschritt
von α =
90°, bis
eine mit 270° bezeichnete
Anschlagfläche 29 zur
Anlage am Haltezapfen 12 kommt. Beim Abstellen der Brennkraftmaschine
verbleibt die Anordnung unter Wirkung der Druckfeder 16 (3) in der hier gezeigten
Ruheposition.
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Ausgehend von dieser Position führt eine Leistungssteigerung
der Brennkraftmaschine zu einem Absinken des Haltezapfens 12,
in dessen Folge in vorgeschriebener Weise eine weitere 90°-Drehung der Nabe 10 erfolgt.
Die gezeigte sequentielle Anordnung der Anschlagflächen 29 in
Schritten von 90° ist für eine Ausbildung
des Flügelrades 5 mit
vier Drehflügeln 6, 7 entsprechend 1 vorgesehen. Es kann auch
eine Ausführung
mit insgesamt sechs oder acht Drehflügeln zweckmäßig sein, wobei die Winkelteilung
der Anschlagflächen
entsprechend auf α =
60° oder α = 45° anzupassen
ist.