DE1728451A1

DE1728451A1 - Pumpenanordnung

Info

Publication number: DE1728451A1
Application number: DE19671728451
Authority: DE
Inventors: Hetz Heinz Karl
Original assignee: Yarway Corp
Current assignee: Yarway Corp
Priority date: 1966-07-28
Filing date: 1967-02-16
Publication date: 1972-07-27
Also published as: ES337017A1; DE1653662B2; DE1728451B2; FI46884C; US3374750A; NL7306278A; DE1728451C3; NL6704972A; GB1167122A; DE1653662A1; DE1653662C3; GB1167121A; FI46884B

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-Ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen ,

zur Eingabe vom 29 β MärZ 1971 VA, Name d. Anm. YarWay CorpO T(XXl O H

Pumpenanordnung

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung, bestehend aus einer Membranpumpe mit einer über Einwegventile an eine Zuleitung und an eine Ableitung angeschlossenen Arbeitskammer und mit einer Pumpkammer, die zur Einleitung einer pulsierenden Flüssigkeit an eine Rotationspumpe angeschlossen ist₀

Bei den bekannten Pumpenanordnungen dieser Art muß zur Veränderung der DurchsatzMstung der Membranpumpe entweder die ganze Pumpenanordnung stillgesetzt werden, um den Stellmechanismus neu einzuregulieren, oder es sind innerhalb der Pumpe komplizierte Stellmechanismen vorhanden, durch die die Genauigkeit der Einstellung beeinträchtigt wird und die viele bewegte Teile aufweisen, so daß wegen der auftretenden Reibung der Wirkungsgrad der Pumpe vermindert wird und regelmäßige Betriebsunterbrechungen zur Wartung erforderlich sind«.

Bei einer Pumpenanordnung dieser Art soll die Erfindung die Aufgabe lösen, den Hub des Pumpelementes sehr genau einzustellen, ohne daß die Pumpe hierzu stillgesetzt werden muß. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Pumpenanordnung der eingangs genannten Gattung vor, daß das Gehäuse der Rotationspumpe unmittelbar neben der Pumpkammer der Membranpumpe angeordnet und mit Pumpflüssigkeit gefüllt ist, daß ein mit einer im wesentlichen radialen Ausnehmung versehener und an einen Antriebsmotor angeschlossener Rotor in diesem Gehäuse drehbar gelagert ist, daß in dieser Radialausnehmung ein Kolben hin und her beweglich gelagert ist, daß um den Rotor ein Exzenti»erring drehfest angeordnet ist, mit dem das herausragende Ende des Kolbens in Eingriff steht, daß das innere Ende der Radialausnehmung über einen Verbindungskanal mit der Pumpkammer der Membran-

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pumpe verbunden ist und daß die Einrichtung zur Einführung von Pumpflüssigkeit in den oberen Teil des Kanals ein diesen oberen Teil mit dem Rotationspumpengehäuse verbindender Kanal ist.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß auf der Innenseite des Exzenterringes ein Gleitring vorzugsweise auf Rollen angeordnet ist, mit dem das herausragende Ende des Kolbens in Eingriff steht. :

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Stellvorrichtung zur Veränderung der Exzentrizität des Exzenterringes zur Achse des Rotors, die von der Gehäuseaußenseite her bei laufender Rotationspumpe betätigbar ist und eine Stellschraube aufweist, welche mit dem Gehäuse in Gewindeeingriff und außerdem mit dem Exzenterring in Eingriff steht.

In einer weiteren Abwandlung sieht die Erfindung vor, daß die Stellschraube auch mit dem Exzenterring in Gewindeeingriff steht, wobei die Ganghöhen der beiden Stellschraubengewinde verschieden sind.

Schließlich sieht die Erfindung noch vor, daß die Stellvorrichtung einen um den Exzenterring angeordneten Steuerring mit zwei Stummelwellen aufweist, deren Drehachse rechtwinklig zur Drehachse des Rotors verläuft, und daß die Stellschraube mit einer der Stummelwellen in Eingriff steht.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Pumpenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht zu Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Teilstirnansicht der Pumpenanordnung.

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Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie 4 - 4 in Fig. 2.

Fig. 5, 6 und 7 zeigen Schnitte nach den Linien 5-5, 6-6 und 7 - 7 in Fig. 4.

Die in den Zeichnungen dargestellte Pumpenanordnung weist ein Gehäuse 10 auf, das an einem Ende mit einem Einlaß 11 und einem Auslaß 12 für ein Arbeitsfluidum versehen ist. Am anderen Ende des Gehäuses 10 ist ein Getriebegehäuse 14 vorgesehen, in dem eine Rotorwelle 15 gelagert ist, die über ein Zahnradgetriebe 16 mit einem Antriebsmotor 17 verbunden ist. An der Vorderseite des Gehäuses 10 ist ein Stellrad 18 vorgesehen.

Im Inneren des Gehäuses 10 ist eine Trennwand 21 angeordnet, die das Gehäuse in ein Membranpumpengehäuse 22 und ein Rotorgehäuse oder eine Rotorkammer 23 unterteilt. Zwischen zwei Membranplatten 26 und 27 ist eine Membran 25 im Membrangehäuse angeordnet, die das Membrangehäuse in eine Pumpkammer 28 und eine Arbeitskammer 29 unterteilt. Der Einlaß 11 ist über ein Ehwegventil 31 an die Arbeitskammer 29 angeschlossen und der Auslaß 12 ist über ein Einwegventil 32 an die Arbeitskammer 29 angeschlossen. Die Ventile 31 und 32 sind derart ausgebildet, daß sie eine Strömung des Arbeitsfluidums bei entsprechender Beaufschlagung und Auslenkung der Membran 25 nur von unten nach oben durch die Arbeitskammer 29 zulassen.

Zur Beaufschlagung und Auslenkung der Membran 25 wird Pumpflüssigkeit im Wechsel in die Pumpkammer 28 eingetrieben und aus dieser abgezogen. Zu diesem Zweck ist ein Rotor 41 im Rotorgehäuse 23 beispielsweise mittels Kegelrollenlagern 42 und 43 auf dem inneren Rotorwellenteil 44 und dem äußeren Rotorwellenteil -15 gelagert. Der Rotor 41 weist eine radiale Ausnehmung 45 auf, in der ein Kolben 46 verschieblich angeordnet ist. Der Kolben 46 wird durch eine gegen den Boden 48 der Ausnehmung 45 anliegende Feder 47 nach außen gedreht. Das untere Ende 48 der Ausnehmung 45 steht über eine öffnung 51 und ein hohles übertragungsglied 52 mit der Pumpkammer 28 in Verbindung. Zwischen dem Inneren des

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Übertragungsgliedes 52 und der Mitte der Rotorausnehraung 45 ist eine mittlere Entlüftungsöffnung 53 vorgesehen, durch die Luft aus der Mitte der Ausnehmung 45 austreten kann.

Ein Exzenterring 55 ist um den Rotor 41 angeordnet und das herausragende Ende des Kolbens 46 liegt gegen diesen Exzenterring an, so daß, wenn der Rotor 41 vom Antriebsmotor 17 in Drehung versetzt wird, eine Pumpwirkung erzielt wird. Zur Einstellung der Hubhöhe des Kolbens 46 ist der Exzenterring 55 einstellbar im Gehäuse 10 montiert; hierzu weist der Exzenterring 55 einen äußeren Steuerring 56 auf, der mit nach außen ragenden Stummelwellen 57 und 58 versehen ist; diese Stummelwellen sitzen in Bohrungen 59 und 60 des Gehäuses 10.

Gemäß der Darstellung in Fig. 5 sind Stellvorrichtungen vorgesehen, um die Stummelwellen 57 und 58 zur Veränderung der Exzentrizität des Steuerringes 56 gegenüber dem Rotor 41 in ihren Bohrungen 59 bzw. 60 zu verstellen. Zu diesem Zweck ist die Stum melwelle 58 mit einer Gewindebohrung 62 versehen, mit der ein Ende 63 einer Stellschraube 64 in Gewindeeingriff steht. Der Schaft 65 der Stellschraube 64 steht in Gewindeeingriff mit dem Gehäuse und kann mittels eines Sperrstiftes 66 festgeklemmt werden, der mit einem Sperr- oder Klemmkörper 67 im Stellschraubenschaft 65 zusammenwirkt. Die Ganghöhe des Gewindes auf dem Stellschraubenende 63 ist kleiner als die Ganghöhe des Gewindes auf dem Stellschraubenschaft 65» so daß die Axialbewegung der Stellschraube 64 größer ist als die Bewegungsgröße des Steuerringes 56; beispielsweise bewirkt eine Axialbewegung der Stellschraube 64 von 2,54 cm eine Verschiebung des Steuerringes 56 von 1,27 cm; auf diese Weise kann man die Hubeinstellung des Kolbens 46 sehr genau mittels einer Art Mikrometerskala vornehmen. Das Stellrad oder der Stellknopf 18 ist mit einer Klemmschraube 68 an der Stellschraube 64 befestigt und weist eine Skala 69 (siehe Fig. 2 und 3) zur Anzeige der Stellung des Steuerringes im Rotorgehäuse 23 auf. Zur Verhütung einer hydraulischen Verriegelung der Stummelwelle 57 in der Ausnehmung 59 ist auf der Stummelwelle 57 eine Abflachung 71 vorgesehen, durch die hin-

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durch das in der Bohrung 59 eingeschlossene Fluidum austreten kann. Die beschriebene Stellvorrichtung für den Steuerring 56 stellt eine lineare Beziehung zwischen der Stellbewegung des Einstellrades 18 und der Einstellung des Hubes des Kolbens 46 her, so daß eine überaus genaue lineare Regulierung des Membranpumpendurchsatzes möglich wird. Innerhalb der Stellvorrichtung ist äußerst wenig Bewegungsspiel vorhanden und die Einstellung des Membranpumpendurchsatzes kann bei laufender Pumpe vorgenommen werden.

Zur Verringerung der Reibung und des sich daraus ergebenden Verschleißes ist zwischen dem Ende des Kolbens 46 und dem Exzenterring 55 ein Rollenlager vorgesehen. Im einzelnen sieht die Erfindung vor, daß auf der Innenseite des Exzenterringes 55 ein Lagerring 73 angeordnet ist, der auf Rollen 74 drehbar im Inneren des Exzenterringes 33 gelagert ist. Der Lagerring 73 kann sich daher mit dem Rotor 41 drehen, um eine Reibung zwischen dem Kolben 46 und dem Exzenterring 55 auszuschließen. Der Steuerring 56 und der Lagerring 73 wirken mit den Rollen 74 wie ein Rollenlager.

Im Betrieb ist das Rotorgehäuse 23 beispielsweise bis zu dem in den Figuren 4 und 5 mit A bezeichneten Spiegel mit Pumpflüssigkeit gefüllt. Wenn der Rotor vom Motor 17 gedreht wird, wird der Kolben 46 in der radialen Ausnehmung 45 durch die Exzentrizität des Exzenterringes 33 sowie durch die Feder 47 hin und her bewegt. Bei der Einwärtsbewegung des Kolbens 46 wird Pumpflüssigkeit vom unteren Ende der Ausnehmung 45 durch die öffnung 51 und den Kanal 52 in die Pumpkammer 28 gefördert, so daß die Membran 25 zur äußeren Membranplatte 26 hin ausgebeult wird. Hierbei wird die Arbeitsflüssigkeit in der Arbeitskammer 29 durch das Ventil 32 hindurch in den Auslaß 12 getrieben. Bei weiterer Drehung des Rotors 41 schiebt die Feder 47 den Kolben 46 nach außen, so daß Pumpflüssigkeit aus der Kammer 28 durch den Kanal 52 und die öffnung 51 in den unteren Teil der Ausnehmung 45 gesaugt wird. Durch diesen Abzug der Pumpflüssigkeit aus der Kammer 28 wird die Membran 25 zur Membranplatte 27 hin ausgebeult,

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so daß Arbeitsflüssigkeit vom Einlaß 11 über das Ventil 31 in die Arbeitskammer 29 gesaugt wird.

Luft oder andere gasförmige Medien in der Pumpflüssigkeit, die sich normalerweise hinter dem Kolben 46 sammeln würden, können durch die Entlüftungsöffnung 53 in den Kanal 52 und von dort in die Pumpkammer 28 entweichen. Die Gasblasen in der Pumpkammer 28 steigen zum oberen Ende dieser Kammer 28 auf. Gemäß der Erfindung sind Einrichtungen zur Abführung der in der Pumpkammer angesammelten gasförmigen Medien vorgesehen, damit durch derartige Luft- oder Gastaschen in der Pumpkammer 28 die Pumpenleistung nicht beeinträchtigt wird. Zu diesem Zweck ist in der Trennwand 21 am oberen Ende der Pumpkammer 28 ein senkrechter Kanal 80 vorgesehen. Der Kanal 80 verläuft nach oben durch die Trennwand 21 hindurch und ist an seinem oberen Ende mit einem Stopfen 83 verschlossen. Ein Verbindungskanal 84 verbindet den Kanal 80 mit dem Rotorgehäuse 23, wobei dieser Verbindungskanal 84 nahe dem oberen Ende des Rotorgehäuses in dieses mündet.

Während des normalen Betriebes der Pumpe muß die Pumpkammer 28 dauernd geschlossen sein, damit keine Pumpflüssigkeit aus der Pumpkammer 28 austreten kann; ein solcher Austritt von Pumpflüssigkeit aus der Pumpkammer 28 würde nämlich zu einem Leistungsverlust der Pumpe führen. Daher ist der Kanal 80 mit einer Entlüftungswelle 85 verschlossen, die den Kanal 80 in einen oberen Teil 81 und einen unteren Teil 82 unterteilt. Die Entlüftungswelle 85 weist an ihrem Schnittpunkt mit dem senkrechten Kanal 80 Taschen 86 auf und es sind Einrichtungen vorgesehen, um die Welle 85 periodisch zu drehen und dabei die Taschen 86 wechselweise am unteren Ende des oberen Teils 81 und am oberen Ende des unteren Teils 82 des Kanals anzuordnen. Die am oberen Ende des

unteren Teils 82 des Kanals 80 befindliche Tasche 86 wird wänden
rend des Betriebs der Pumpe mit dem/Kanalteil 82 füllenden Fluidum gefüllt. Wenn sich Blasen in der Pumpkammer 28 gesammelt haben, so steigen diese im unteren Kanalteil 82 auf und gelangen in die dort befindliche Tasche 86, wobei sie die gegebenenfalls in dieser Tasche befindliche Pumpflüssigkeit verdrängen· Wird

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die Welle 85 gedreht, so wird das in der bisher unten liegenden Tasche 86 befindliche Fluidum - Pumpflüssigkeit oder Gasblasen mit der Tasche 86 in den oberen Kanalteil 81 gebracht. Gleichzeitig füllt die im oberen Kanalteil 81 enthaltene Pumpflüssigkeit die zunächst oben liegende Tasche 86, so daß die in dieser oben liegenden Tasche befindliche Pumpflüssigkeit bei der Drehung der Welle 85 zum unteren Kanal-feil 82 gelangt. Die in den oberen Kanalteil 81 geförderten Gase sammeln sich am oberen Ende des Kanals 80, und wenn der Flüssigkeitsspiegel im oberen Kanal 81 unter den Verbindungskanal 84 absinkt, so strömt durch diesen Verbindungskanal 84 neue Pumpflüssigkeit aus der Rotorkammer 23 in den oberen Kanalteil 81. Auf diese Weise wird dauernd neue Pumpflüssigkeit in den oberen Kanalteil 81 eingeführt, die die aus dem unteren Kanalteil 82 in den oberen Kanalteil 81 verbrachten gasförmigen Medien und/oder Pumpflüssigkeit ersetzt.

Die Entlüftungswelle 85 wird durch die Drehung des Rotors 41 schrittweise gedreht. Hierzu ist am inneren Ende der Welle 85 eine abgekröpfte Welle 91 über eine nur in einer Richtung wirksame Kupplung 92 befestigt« Am freien Ende der abgekröpften Welle 91 ist eine Gleitrolle 93 angeordnet, die durch eine Feder 94 gegen einen Nockenring 95 geführt wird, der in fester Verbindung mit dem Rotor 41 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Nockenring 95 nur einen vorspringenden Teil, der bei jeder Umdrehung des Rotors die Gleitrolle 93 und folglich den Hebel 91 einmal um einen Winkel von etwa 15° hin und her verschwenkt, so daß die Welle 85 über die Einrichtungs-Kupplung 92 um einen entsprechenden Winkel gedreht wird. Während der Drehung des Rotors 41 dreht sich die Welle 85 also schrittweise. Im dargestellten Ausführungsbeispiel vollzieht die Welle 85 bei jeweils 24 Umdrehungen des Rotors 41 eine ganze Umdrehung.

Geeignete Überdrucksicherungen verhindern eine Überlastung der Pumpe. Zu diesem Zweck ist ein Entlastungskanal 75 in der Trennwand 21 vorgesehen, der im dargestellten Ausführungsbeispiel in Höhe des unteren Endes des senkrechten Kanals 80 liegt. Am Ende des Entlastungskanals 75 ist ein Überdruckventil 76 angeordnet,

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dessen Ventilöffnung 77 normalerweise durch einen federbelasteten Ventilkörper 78 verschlossen wird. Der Anpreßdruck des Ventilkörpers 78 kann gemäß der Darstellung in Fig. 6 durch eine Stellschraube 79 einreguliert werden. Das überdruckventil 76 ist in die Trennwand 21 eingeschraubt, so daß es zur schnellen Entlüftung der Pumpkammer beispielsweise während der Füllung der Pumpe mit PumpflUssigkeit ausgeschraubt werden kann.

Wenn aus irgendeinem Grunde PumpflUssigkeit aus der Pumpkammer 28 verlorengegangen ist, so wird diese automatisch aus der Rotorkammer 23 nachgefüllt. Hierzu ist im Boden der Pumpkaiamer ein Nachfülleinlaß 100 vorgesehen, der normalerweise durch ein Rückschlagventil 96 geschlossen gehalten wird. Das Rückschlagventil 96 weist einen Ventilkörper 97 auf, der normalerweise von einer Feder 98 in Schließstellung geführt wird. Wenn der Druck in der Pumpkammer 28 so weit absinkt, daß der Druck in der Roto rkammer 23 die Kraft der Feder 98 übersteigt, hebt sich der Ventilkörper 97 von seinem Sitz ab, so daß Peumpflüssigkeit durch einen Kanal 99 aus der Rotorkammer 23 in die Pumpkammer strömen kann. Mittels eines Betätigungeknopfes 101 kann man den Druck der Feder 98 auf den Ventilkörper 97 beseitigen, um das Ventil beispielsweise während der Füllung und Entleerung der Pumpenanordnung zu öffnen, so daß die PumpflUssigkeit schnell zwischen der Rotorkammer 23 und der Pumpkammer 28 strömen kann..

Zum Ablassen der PumpflUssigkeit aus der Pumpenanordnung ist ein Ablaßstopfen 103 am Boden der Rotorkammer 23 vorgesehen, den man herausschraubt, um die PumpflUseigkeit und den gegebenenfalls am Boden der Rotorkammer 23 angesammelten Schlamm herauszulassen. .Während des normalen Betriebszustandes der Pumpenanordnung wird die Kammer 23 durch Lösen eines EntlUftungsverschlusses 104 am oberen Ende der Kammer entlüftet, um eine Expansion und Kontraktion der PumpflUssigkeit zu ermöglichen. Der Luftstrom während der Expansion oder Kontraktion der PumpflUssigkeit tritt durch eine Belüftungsöffnung 102 im Boden des Getriebegehäuses 14 hindurch. Zum Transport der Pumpenanordnung wird der Verschluß zugedreht, damit keine Pumpflüssigkeit austritt. Ein SchnellfUll-

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stopfen 105 ist an der Oberseite der Rotorkammer 23 vorgesehen.

In den Zeichnungen ist eine Rotationspumpe mit einer einzigen Radialausnehmung 45 und einem einzigen Kolben 46 im Rotor 41 dargestellt. Es liegt jedoch auf der Hand, daß der Rotor 41 auch langer ausgebildet werden kann, um mehrere Kolben aufzunehmen, die nach Belieben in gleicher oder entgegengesetzter Richtung arbeiten. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ferner eine axiale Auslaßleitung aus der Rotorausnehmung 45 vorgesehen. Nach Belieben kann man das Fluidum jedoch auch in radialer Richtung in eine Druckkammer führen, die mit der Pumpkammer in Verbindung steht, ohne damit die "Steifigkeit" der Pumpenanordnung nachteilig zu beeinflussen, die durch die unmittelbare Nebeneinanderanordnung des Rotors und der Pumpkammer erreicht wird.

Pate ntansprüche :

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Claims

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BE^KENFFlD, PatentdiÄJitft, K6ln Anlag· zur Eingab, «o« 29. März 1971 vA. Nam. d. Am^ Yarway Corporation PATENTANS P R ϋ C H E

1.) Pumpenanordnung, bestehend aus einer Membranpumpe mit einer über Einwegventile an eine Zuleitung und an eine Ableitung angeschlossenen Arbeitskammer und mit einer Pumpkammer, die zur Einleitung einer pulsierenden Flüssigkeit an eine Rotationspumpe angeschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Gehäuse (10) der Rotationspumpe (45, 46) unmittelbar neben der Pumpkammer (28) der Membranpumpe angeordnet und mit Pumpflüssigkeit gefüllt ist, daß ein alt einer im wesentlichen radialen Ausnehmung (45) versehener und an einen Antriebsmotor (17) angeschlossener Rotor (41) in diesem Gehäuse drehbar gelagert ist, daß in dieser Radialausnehmung (45) ein Kolben (46) hin und her beweglich gelagert ist, daß um den Rotor (41) ein Exzenterring (55) drehfest angeordnet ist, mit dem das herausragende Ende des Kolbens (46) in Eingriff steht, daß das innere Ende der Radialausnehmung (45) über einen Verbindungskanal (51» 52) mit der Pumpkammer (28) der Membranpumpe verbunden ist und daß die Einrichtung zur Einführung von Punpflüssigkeit in den oberen Teil (81) des Kanals (80) ein diesen oberen Teil mit dem Rotationspumpengehäuse (10) verbindender Kanal (84) ist.

2. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite des Exzenterringes (55) ein Gleitring (73) vorzugsweise auf Rollen (74) angeordnet 1st, mit dem das herausragende Ende des Kolbens (46) In Eingriff steht.

3. Pumpenanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Stellvorrichtung (18, 56, 64) zur Veränderung der Exzentrizität des Exzenterringes zur Achse des Rotors (41), die von

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der Gehäuseaußenseite her bei laufender Rotationspumpe (451 46) betätigbar ist und eine Stellschraube (64) aufweist, welche mit dem Gehäuse (10) in Gewindeeingriff und außerdem mit dem Exzenterring (55) in Eingriff steht.

4. Fugenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellschraube (64) auch mit dem Exzenterring (55) in Gewindeeingriff steht, wobei die Ganghöhen der beiden Stellschraubengewinde (62, 65) verschieden sind.

5. Fugenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung einen um den Exzenterring

(55) angeordneten Steuerring (56) mit zwei Stummelwellen (57» M 58) aufweist, deren Drehachse rechtwinklig zur Drehachse des Rotors (41) verläuft,und daß die Stellschraube (64) mit einer der Stunmelwellen (58) in Eingriff steht.

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