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Kraftübertragungseinrichtung mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler
und mit einer Reibungskupplung Die Erfindung bezieht sich auf Kraftübertragungseinrichtungen
mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einer Reibungskupplung und betrifft
insbesondere eine derartige Einrichtung, die zwei Scheiben umfaßt, wobei die eine
als Anlagescheibe ausgebildet ist und axial festliegt und die andere eine Andrückscheibe
bildet und axial bewegbar ist und beide Scheiben drehfest mit dem Antriebsrad und
einem Turbinenrad des Drehmomentwandlers verbunden sind und eine Reibscheibe zwischen
sich festklemmen können, mit einem Paar durch die Andrückscheibe voneinander getrennten
Strömungsmittelkammern und mit einer Pumpe zum Einleiten eines Strömungsmittels
in die Kammern.
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Kraftübertragungseinrichtungen dieser Bauart arbeiten richtig, wenn
die Geschwindigkeiten des Turbinenrades und der Reibscheibe annähernd gleich groß
sind, wobei dieser Geschwindigkeitsunterschied um so größer sein kann, je höher
der Speisedruck ist, über den man verfügt. Bei wachsender Geschwindigkeit, wenn
die Geschwindigkeiten zwischen dem Turbinenrad und der Reibscheibe demzufolge ein
gewisses Maß überschreiten, wird die Reibkupplung eingerückt, selbst wenn die Einrichtung
sich in der Stellung »Auskuppeln« befindet.
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Die Gründe für dieses Betriebsverhalten scheinen darauf zurückzuführen
sein, daß die Gehäuse für die Bauelemente der Kupplung und des Drehmomentwandlers
mit Motorgeschwindigkeit umlaufen, während bestimmte Bauelemente selbst mit verschiedenen
Geschwindigkeiten umlaufen und dem Öl in den Gehäusen in einem gewissen Ausmaß ihre
Umfangsgeschwindigkeit vermitteln. Die resultierenden dynamischen Drücke sind demgemäß
auf der Seite des Drehmomentwandlers größer als auf der Reibseite. Diese Unterschiede
der dynamischen Drücke können zu einem unzeitgemäßen Einkuppeln von einer bestimmten
Drehzahl an führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen,
die diesen Nachteil nicht aufweist und deren Arbeitsweise während beider Steuerungsphasen
unabhängig von der Drehzahl des Motors ist.
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Es sind bereits Kraftübertragungseinrichtungen ähnlich der eingangs
genannten Art bekannt, bei der ein Drehmomentwandler mit einer Reibungskupplung
kombiniert ist, welche mittels eines üblichen Pedalgestänges oder durch Fliehkraft
gesteuert wird. Diese Vorrichtungen lassen sich nicht direkt hydraulisch betätigen
bzw. überhaupt nicht willkürlich beeinflussen.
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Bei einer anderen bekannten Ausführungsform sind der Drehmomentwandler
und die Reibungskupplung strömungsmäßig voneinander getrennt.
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Bei den bekannten Vorrichtungen muß der Regelmechanismus innerhalb
des Kupplungsgehäuses angeordnet sein, so daß die gesamte Kupplung bei einem Defekt
des Regelmechanismus auseinandergenommen werden muß. Außerdem ist bei den meisten
bekannten Einrichtungen eine Beeinflussung der Kupplung nur durch Fliehkraftwirkung
bzw. in Abhängigkeit von der Drehzahl möglich.
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Die eingangs genannte Bauart hat daher gegenüber diesen bekannten
Vorrichtungen praktische Vorteile.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im wesentlichen darin zu sehen,
daß eine ständige Verbindung der Ölpumpe mit der äußeren Kammer durch enge Öffnungen
zwischen beiden Kammern und durch ein in Strömungsrichtung hinter der inneren Kammer
liegendes Ventil zum Verändern der Strömungsstärke und damit des Druckverlustes
an den engen Öffnungen vorgesehen ist, um das Einkuppeln oder Auskuppeln der Reibkupplung
zu veranlassen.
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Vorzugsweise sind die Anlagescheibe und die Andrückscheibe drehfest
mit dem Antriebsrad (Pumpenrad) verbunden.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform können die Anlagescheibe und die
Andrückscheibe drehfest mit dem Turbinenrad verbunden sein.
Bei
Verwendung in Kraftübertragungseinrichtungen, bei denen sich die Reibscheibe im
ausgekuppelten Zustand langsamer als das Turbinenrad drehen kann, ist der enge Durchtritt
vorzugsweise in Umfangsnähe der Einrichtung vorgesehen.
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Die Anlagescheibe und die Andrückscheibe können im Sinne einer Auskupplung
der Reibscheibe vorgespannt sein.
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Das hinter der inneren Kammer liegende Ventil zum Verändern der Strömungsstärke
ist vorzugsweise so ausgebildet, daß es während des Auskuppelns nicht nur den Rücklauf
der inneren Kammer unterbricht, sondern an diese Kammer auch den Druck der Ölpumpe
über ein Rückschlagventil anschaltet.
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Die Erfindung ist an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
ergänzend beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt eines hydraulischen
Drehmomentumwandlers mit einer Hilfskupplungssteuerung nach der Erfindung, F i g.
2 ein Schaubild des hydraulischen Kreislaufs dieser Steuerung, F i g. 3 eine abgewandelte
Ausführungsform in schematischer Darstellung mit einem Verteiler für die Steuerung
im vergrößerten Maßstab, F i g. 4 und 5 in ausgekuppelter und eingekuppelter Stellung
eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines Verteilers in Form eines Drosselschiebers,
F i g. 6 eine Ansicht einer teilweisen Abwandlung der Vorrichtung nach F i g. 1,
wobei die Reibscheibe in der Lage ist, sich schneller als die Anlagescheibe und
die Andrückscheibe zu drehen, und die Verbindungsöffnungen der Andrückplatte in
der Nähe von deren Achse angeordnet sind, und F i g. 7 eine Ansicht einer anderen
Abwandlung der Vorrichtung nach F i g. 1, wobei die Anlagescheibe und die Andrücksehcibe
nicht mit der Pumpe, sondern mit der Turbine des Drehmomentwandlers verbunden sind.
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In F i g. 1 sind das Pumpenrad P, das Turbinenrad T und das Leitrad
R gezeigt.
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Das Pumpenrad P, das auf dem festen Gehäuse 10 durch einen Ring 12
zentriert ist, besteht mit einer Glocke 13 aus einem Stück. Diese Glocke bildet
mit dem Pumpenrad P einen öldichten Behälter 14, welcher die anderen Elemente, nämlich
das Turbinenrad T und das Leitrad R des Drehmomentwandlers sowie andere zugeordnete
Vorrichtungen, wie etwa die Reibscheibe 22, die nachstehend im einzelnen beschrieben
sind, umgibt.
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Die mit dem Pumpenrad P verbundene Glocke 13 ist kraftschlüssig mit
der Antriebswelle M der Übertragungsvorrichtung verbunden. Das Turbinenrad T wird
von einer durch Nuten 16 auf einer ersten angetriebenen Welle ml, der Übertragungsvorrichtung
montierten Nabe 15 getragen. Das Leitrad R ist über ein frei umlaufendes Rad 17
mit einem rohrförmigen Körper 18 verbunden, der die Welle ml umgibt und ein Teil
des festen Gehäuses 10 bildet.
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Die erste angetriebene Welle ml ist hohl und umgibt eine zweite angetriebene
Welle m z, die am Ende durch einen Ring 19 in einer Bohrung der Motorwelle M zentriert
ist. Die angetriebene Welle m. nimmt, durch Nuten 20 verbunden, eine Nabe
21
auf, welche an eine Reibscheibe 22 über Torsionsdämpfungsfedern 23 gekuppelt
ist. Die Reibscheibe 22 weist am Umfang Reibbeläge 24 auf, in denen Nuten 25 angeordnet
sind, und ist einerseits zwischen der Glocke 13, die eine Anlegescheibe 26 bildet,
und andererseits einer Andrückscheibe 27 eingeklemmt. Diese ist mit der Glocke 13
durch Zapfen und Ausnehmungen 13a drehsteif verbunden, wobei eine Gleitdichtung
28 für die Abdichtung vorgesehen ist, und umgibt die Nabe 15, die das Turbinenrad
T trägt. Die Andrückscheibe 27 mit der Dichtung 28 unterteilt den Ölbehälter
14 in eine Kammer 14a, die auf der Einlaßseite des Umwandlers liegt, d. h.
die Elemente P, T, R enthält, und in eine Kammer 14 b, die die Reibscheibe
22 enthält.
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Die Andrückscheibe 27 ist axial in geringem, jedoch ausreichendem
Ausmaß beweglich, um das Freigeben und das Festklemmen der Reibscheibe 22 zwischen
den Scheiben 26 und 27 zu gestatten. Zwischen diesen können kleine Auskupplungsfedern
14c vorgesehen sein, um zusätzlich zum Druck der Kammer 14b zu wirken.
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Wenn die Reibscheibe 22 zwischen den Scheiben 26 und 27 entkuppelt
wird, wird die übertragungsvorrichtung über den Drehmomentwandler angetrieben, d.
h. durch das Turbinenrad T und die Welle ml, während die ständig mit den Ausgang
der Übertragungsvorrichtung verbundene Welle m2 sich frei mit der Reibscheibe 22
dreht, z. B. mit einer Geschwindigkeit, die geringer ist als die der Welle ml und
des Turbinenrades T. Diese Arbeitsphase entspricht dem Anlaufen mit Untersetzung.
Wenn die Reibscheibe 22 zwischen den Scheiben 26 und 27 verklemmt ist, dreht sich
die vom Ausgang der Transmission getrennte Welle ml mit der Geschwindigkeit des
Turbinenrades T. Dabei ist lediglich die Welle m= wirksam, indem sie die
Antriebswelle M direkt mit diesem Ausgang kuppelt. Dies Phase entspricht dem maximalen
Übersetzungsverhältnis.
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Um den Übergang von einer Phase zur anderen sicherzustellen, ist eine
Steuerung vorgesehen mit einem Ölkreislauf, der durch den Behälter 14 hindurchführe.
Dieser Kreislauf ist derart beschaffen, daß das öl im allgemeinen in den
Rädern P, T, R
erneuert wird, um eine Erhitzung zu vermeiden, und zwar ständig
oder in jedem Fall dann, wenn der Drehmomentwandler P, T, R arbeitet, und
daß die Druckbedingungen in bezug auf die Kammern 14a und 14b nach Belieben gewählt
werden können, damit die Andrückscheibe 27, welche auf diese Bedingungen anspricht,
die Reibscheibe 22 in der Anlaßphase freigibt und in der Eingriffsphase in
der weiter oben beschriebenen Art und Weise festklemmt.
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Der hydraulische Steuerkreislauf enthält (F i g. 1 und 2) eine Speiseleitung
30 für unter Druck stehendes Öl, welches beispielsweise von der Verdrängung
durch die Ölpumpe 31 des Motors stammt, wobei die Leitung 30 den Drehmomentwandler
durch den zwischen dem Leitrad R und dem Pumpenrad P angeordneten Zwischenraum 32
speist. Das. bei 32 in den Drehmomentwandler eingeleitete Öl hat zwei parallele
Wege, um daraus wieder herauszufließen, den einen bei 33, welcher dem Raum entspricht,
der sich zwischen dem Turbinenrad T und dem Leitrad R befindet, und den anderen
bei 34, der dem Raum entspricht, der sich zwischen dem Pumpenrad P und dem
Turbinenrad T befindet. Der Ausgang 33 speist einen Durchlaß 35, der zwischen der
Welle ml und dem Körper 18 angeordnet ist und bei 36 durch einen durch die Membran
36a dargestellten beträchtlichen Druckverlust mit dem Behälter 37 des Kreislaufes
verbunden
ist, in welchen die Pumpe 31 ansaugt. Der andere Ausgang 34 gestattet ein Einführen
von Öl in den Teil der Kammer 14 a zwischen dem Turbinenrad T und der Andrückscheibe
27 und von dort durch eine oder mehrere kleine Öffnungen 38, welche vorteilhafterweise
am Rand der Andrückscheibe 27 angeordnet sind, in die Kammer 14 b, die von den Scheiben
26 und 27 begrenzt ist. Von der Kammer 14 b fließt das Öl durch Nuten 25 zu einem
Kanal 39, der zwischen den Wellen ml und m. angeordnet und bei 40 mit dem Behälter
37 durch einen Hahn 42 verbunden ist, der das Antriebssteuerorgan bildet.
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Wenn der Hahn 41 geschlossen ist, weist der Ausgang bei 14 b-39-40
für das bei 30-32 zugeleitete Öl einen wesentlich höheren Druckverlust auf als der,
der sich auf dem anderen Ausgangsweg bei 33-35-36 ergibt. Nur eine sehr geringe
Menge Öl, die auf Leckstellen zurückzuführen ist, läuft durch die öffnungen 38.
Daher gleichen sich die Drücke in den beiden Kammern am Umfang aus, und der sich
in der Kammer 14 b ergebende Druck ist stärker als der in der Kammer 14 a. Die Platte
27 wird nach rechts in F i g. 1 zurückgeschoben, und die Reibscheibe 22 wird ausgekuppelt.
Die erste Arbeitsphase mit Untersetzung wird eingeleitet. Solange der Hahn 41 geschlossen
bleibt, besteht keinerlei Gefahr eines zu frühen oder unzeitigen Einkuppelns, selbst
wenn die Geschwindigkeit der Antriebswelle M erhöht ist. Da die Reibscheibe 22 sich
langsamer dreht als das Turbinenrad T, ist der Druckabfall, wenn man sich der Achse
nähert, in der Kammer 14 b kleiner als in der Kammer 14 a, was eine günstige Wirkung
auf das Auskuppeln ausübt. Bei zunehmender Drehzahl des Motors wird der Druckabfall
stärker.
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Bei geöffnetem Hahn 41 ergibt sich ein starker Kreislauf durch die
Öffnungen 38, welche einen Druckabbau bewirken. Der Druck am Rand ist bei 14 a größer
als bei 14 b. Die Druckverbreitung bleibt bestehen, wenn man sich der Achse nähert,
und wird eher größer. Die Reibscheibe 22 wird demgemäß eingekuppelt.
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Nachstehend wird auf das Schema nach F i g. 3 Bezug genommen, welches
sich auf eine Abwandlung der Vorrichtung nach F i g. 2 bezieht, gemäß der Einrichtungen
vorgesehen sind, um zu verhüten, daß bei geringen Geschwindigkeiten des Motors bei
geschlossenem Hahn 41 die Abflüsse auf den Wegen 39 nicht bedeutend werden, denn
das würde zu einer unsichtbaren Betriebsweise führen. Die obengenannten Einrichtungen
dienen im Gegenteil dazu, sicherzustellen, daß die Drücke in den beiden Kammern
voneinander in der vorgesehenen Art und Weise mit einem solchen Sicherheitsspielraum
abweichen, daß die Reibscheibe 22 bei geschlossenem Hahn 41 gut ausgekuppelt bleibt,
und zwar unabhängig von der Geschwindigkeit des Motors selbst, wenn diese auch sehr
niedrig ist.
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In F i g. 3 sind die Kreisläufe 30-35 und 38-39 des Kupplungsdrehmomentwandlers
gezeigt. Der Hahn 41, der in diesem Fall aus einem Verteiler 41' besteht, weist
einen Kolben 42 auf, welcher zwischen einer ausgefahrenen Stellung (in vollen Strichen
dargestellt) zum Auskuppeln der Reibscheibe 22 und einer eingefahrenen Stellung
(gestrichelt dargestellt) für das Einkuppeln der Reibscheibe 22 beweglich angeordnet
ist. Diese beiden Stellungen werden durch eine unter Federdruck stehende Kugel 52
und durch Nuten 53 genau festgelegt. Der Kolben 42 weist einen länglichen Ausschnitt
43 auf, so daß die Leitung 44, die vom Ausfluß der Pumpe 31 ausgeht, immer mit der
Leitung 45 in Verbindung steht, welche wiederum mit der Speiseleitung 30, jedoch
mit der Leitung 46 nur in der Auskuppelstellung verbunden ist, d. h. daß die Leitung
46 in der Einkuppelstellung von der Leitung 44 getrennt ist.
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Die Leitung 46 weist ein federbelastetes Rückschlagventil 47 auf,
welches bewirkt, daß das Öl die Leitung 46 in Richtung von der Leitung 44 her durchströmen
kann, aber nicht in umgekehrter Richtung. Die Leitung 46 steht unterhalb des Rückschlagventils
47 mit der Leitung 40 in Verbindung, die mit dem Kanal 39 verbunden ist. Wie gezeigt,
ist die Leitung 40 am Ende durch den Kolben 42 in der Auskuppelstellung geschlossen,
aber mit dem Auslaß 48 zum Behälter 37 durch eine Ausnehmung 49 und durch eine Bohrung
50 im Kolben 42 in eingekuppelter Stellung verbunden. Außerdem arbeitet die Aus->
nehmung 49 mit der Leitung 36 zusammen, welche mit dem Durchlaß 35 verbunden und
mit einer Membran 51 versehen ist. Die Leitung 36 steht mit dem Auslaß 48 in ausgekuppelter
Stellung in Verbindung und wird in der eingekuppelten Stellung verschlossen. In
der Leitung 45 kann eine Membran 45 a vorgesehen sein, um die Wirkung des Auskuppelns
bei den niedrigen Geschwindigkeiten zu verstärken.
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Die Betriebsweise geht aus F i g. 3 hervor und ist gleich derjenigen,
die vorstehend beschrieben ist. In der in vollen Strichen dargestellten Auskupplungsstellung
wird der von der Pumpe 31 abgegebene Druck durch das Rückschlagventil 47 und die
Leitung 40 zur Kammer 14b geführt, wobei ohne weiteres das Auskuppeln der Reibscheibe
22 auch bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten sichergestellt wird.
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Es steht fest, daß dann der Ölkreislauf im Drehmomentwandler verstärkt
und dadurch die Kühlung begünstigt wird. Das Rückschlagventil47 verhindert jeglichen
Ölrückfluß zur Pumpe 31, während der Druck bei 40 auf Grund einer Erhöhung
der Motorgeschwindigkeit das Bestreben hat, größer zu werden.
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In F i g. 4 und S ist ein Schieber dargestellt, dessen Buchse 81 mit
der Ausfräsung 82 in einem Sitz 83 drehbar ist, die dazu dient, den Flüssigkeitsstrom
in einer Richtung zu lenken; in den Sitz münden: eine Leitung 84, die den Schieber
mit einer Leitung 85 verbindet, welche vom Ausgang unter Druck der Ölpumpe zum Eingang
der Umwandlerkammer führt, eine Leitung 86, die ihn mit der Rücklaufleitung der
Einkupplungskammer verbindet, und eine Leitung 87, die das Abfließen des Öls zum
Sumpf gestattet. Um aus der Stellung »eingekuppelt« in die Stellung »ausgekuppelt«
überzugehen, wird die Buchse 81 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Sie sperrt die
Leitung 87 ab und bringt die Leitung 86, in der ein geringer Druck herrscht (notwendig
für die Einkupplungsphase), mit der Leitung 85 .in Verbindung, wo der Ausgangsdruck
der Pumpe herrscht, welcher so bis in die Kupplungskammer weiter vermittelt wird
und das Auskuppeln beschleunigt. Danach isoliert die Buchse die Leitung 86, in welcher
der Druck infolge der Wirkung der in der Flüssigkeit erzeugten Fliehkraft weiter
ansteigt. Um danach wieder in die »Einkupplungs«-Stellung überzugehen, wird die
Buchse im Uhrzeigersinn gedreht; die Buchse gibt zunächst die Leitung 86 frei, in
welcher ein höherer Druck herrscht, der sich dem Ausgangsdruck der
Pumpe
in der Leitung 85 hinzufügt, wodurch das Eingreifen der Kupplung beschleunigt wird;
danach verschließt die Buchse die Leitung 84 und gibt die Leitung 87 frei,
die so mit der Leitung 86 in Verbindung steht. Das in der Kupplungskammer enthaltene
Öl kann zum Sumpf abfließen. Der Druck in dieser Kammer wird geringer, und es entsteht
zwischen ihr und der Druckwandlerkammer ein Druckunterschied, der das Klemmen der
Kupplung gestattet.
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Die Vorrichtung nach F i g. 7 gleicht der gemäß F i g. 1., wobei gleiche
Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet sind. Bei der Vorrichtung nach F i g.
6 ist im Gegensatz zur in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung die Übertragung derart,
daß in ausgekuppelter Stellung der Reibscheibe 22 sich mit einer Geschwindigkeit
unterhalb der Turbinendrehzahl dreht. In diesem Fall sind die Öffnungen 38 nicht
am Rand der Platte 27 angebracht, wie in F i g. 1, sondern bei 38' in der Nähe der
Plattenmitte. Die Betriebsbedingungen sind so in einer Art und Weise wiederhergestellt,
die ähnlich derjenigen ist, die vorstehend unter Hinweis auf F i g. 1 beschrieben
wurde.
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Bei einer weiteren abgewandelten Ausführungsform (F i g. 7) ist die
Vorrichtung immer noch gleich der nach F i g. 1, aber die Scheiben 26 und
27 sind mit dem Turbinenrad T anstatt mit der Motorwelle
M
und dem Pumpenrad P verbunden. Diese Scheiben sind mit 26 a und
27 a in Fi g. 7 bezeichnet. Bei 26 b ist der Verbindungskopf des Pumpenrades
P mit der Welle M dargestellt.