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Die
Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe mit einer Pumpenkammer,
welche radial nach außen durch
eine Statorumfangswand und radial nach innen durch einen Statorkern
begrenzt ist und bei der in der Pumpenkammer ein von einem die Pumpenkammer
axial nach einer Seite hin begrenzenden Seitenteil gehaltener, c-förmiger Ringdrehkolben
angeordnet ist, welcher mittels einer Antriebswelle der Drehkolbenpumpe
und eines von dieser angetriebenen Exzenters innerhalb der Pumpenkammer
eine exzentrisch kreisende Drehbewegung ausführt, ohne sich dabei um sich
selbst zu drehen und dabei durch Anlage in einem Teilbereich gegen
die Innenmantelfläche
der Statorumfangswand und der Außenmantelfläche des Statorkerns umlaufende,
sichelförmige, sich
im Volumen verändernde
Arbeitskammern bildet.
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Drehkolbenpumpen
der vorstehenden Art sind zwar seit Jahrzehnten in der Technik bekannt, wurden
jedoch bislang in der Praxis nicht oder kaum eingesetzt. Sie sind
aufgrund geringer Leckverluste in der Lage, hohe Drücke zu erzeugen.
Hierzu ist es jedoch erforderlich, dass ihre Bauteile, insbesondere der
c-förmige
Ringdrehkolben und die Pumpenkammer, mit hoher Präzision gefertigt
werden, damit sich die sichelförmigen
Arbeitskammern bei der Umlaufbewegung des c-förmigen Ringdrehkolbens durch ständige Anlage
des Ringdrehkolbens an der die ringartig ausgebildete Pumpenkammer
radial begrenzenden Mantelfläche
der Statorumfangswand und der Mantelfläche des Statorkerns stets abgedichtet
bleiben.
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Aus
der CH 262 067 ist eine solche Drehkolbenpumpe bekannt, bei der
ein c-förmiger
Kolben an einem Schwenkarm geführt
und von einer Welle angetrieben ist. Gegenüber der Welle ist der Kolben
exzentrisch gelagert und radial vorgespannt. Über eine Führung des Kolbens wird sichergestellt,
dass die Enden des Kolbens entlang des Steges gleiten. Durch diese
radiale Verschieblichkeit des c-förmigen Ringdrehkolbens und
seine Vorspannung nach außen
liegt der Ringdrehkolben zwangsläufig
in der Pumpenkammer gegen die Innenmantelfläche der Statorumfangswand an.
Auch bei einem Verschleiß der
aufeinander reibenden Flächen
kommt es dank der Erfindung nicht zu Undichtigkeiten, weil die Feder den
Ringdrehkolben stets nach außen
vorspannt. Durch diese Vorspannung ist schon eine Dichtheit in radialer
Richtung gegeben, bevor die Drehkolbenpumpe Druck erzeugt hat und
der Systemdruck für eine
Abdichtung sorgt.
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Nachteilig
bei der bekannten Drehkolbenpumpe ist jedoch, dass sie sehr enge
Toleranzen zur axialen Abdichtung der Pumpenkammer benötigt, damit
auch bei einem Verschleiß der
erzeugbare Pumpendruck möglichst
wenig abnimmt. Hierdurch gestaltet sich die bekannte Drehkolbenpumpe
in der Fertigung sehr aufwändig.
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Weiterhin
ist aus der FR 659 578 eine Pumpe mit einem Kolben bekannt. Der
Kolben gleitet an einer Trennwand entlang und erfordert eine aufwändige Abdichtung
an der Trennwand und an seinen axial an dem Gehäuse entlang gleitenden Bereichen. Bei
einem Verschleiß des
Kolbens oder von an ihn angrenzenden Bereichen sinkt der Pumpendruck.
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Aus
der
US 1,780,109 ist
eine Pumpe mit einem spiralförmigen
Kolben bekannt geworden. Diese Pumpe ist jedoch sehr aufwändig in
der Fertigung und erfordert ebenfalls eine aufwändige Abdichtung.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Drehkolbenpumpe der eingangs
genannten Art so auszubilden, dass bei ihrer Herstellung keine unerwünscht engen
Toleranzen eingehalten werden müssen
und auch bei Verschleiß der
erzeugbare Pumpendruck möglichst
wenig abnimmt.
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Dieses
Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Ausbildung
ermöglicht
eine Drehkolbenpumpe geringer axialer Baulänge. Durch diese Gestaltung
wird der Ringdrehkolben axial gegen die Wandung der Pumpenkammer
gedrückt.
Hierdurch wird ein Spalt zwischen dem Ringdrehkolben und der Pumpenkammer
in axialer Richtung besonders gering gehalten. Da in der Wandung, gegen
die der Ringdrehkolben gedrückt
wird, zudem der Einlass und der Auslass angeordnet sind, werden diese
Kanäle
von den Bewegungen des Ringdrehkolbens gesteuert. Eine weiter Abdichtung
der Enden des Kolbens gegen den Steg ist damit nicht erforderlich.
Daher müssen
bei der Fertigung der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe keine unerwünscht engen
Toleranzen eingehalten werden. Bei einem Verschleiß der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe nimmt
zudem der erzeugbare Pumpendruck nicht oder nur sehr geringfügig ab.
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Das
Seitenteil mit dem c-förmigen
Ringdrehkolben könnte
radial verschieblich auf dem Exzenter gehalten und die ihn vorspannende
Feder in dem Seitenteil angeordnet sein. Konstruktiv besonders einfach
ist eine Ausführungsform,
bei der der Exzenter radial verschieblich in einem radial ausgerichteten Langloch
des Mitnehmers und die Feder innerhalb des Mitnehmers angeordnet
ist und den Exzenter in dem Langloch radial nach außen vorspannt.
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Beim
Arbeiten der Drehkolbenpumpe dreht sich der Mitnehmer um seine Längsachse,
während das
Seitenteil nur eine durch ihre exzentrische Anordnung bedingte,
kreisende Bewegung ausführt, sich
dabei jedoch nicht um seine Längsachse
dreht. Das kann dadurch verwirklicht werden, dass das Seitenteil
drehbar auf dem Exzenter angeordnet ist und dieser Exzenter unverdrehbar
im Mitnehmer sitzt.. Einfacher ist es jedoch, wenn gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung der Exzenter mit dem Ringdrehkolben
als ein einstückiges
Bauteil ausgebildet und drehbar in dem Langloch des Mitnehmers gehalten
ist.
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Ebenfalls
der weiteren Vereinfachung der Drehkolbenpumpe dient eine Ausführungsform.
gemäß der der
Mitnehmer eine radiale Bohrung hat, welche in das Langloch führt, und
in der ein gegen den Exzenter anliegender Gleitkörper angeordnet ist, auf den
sich die Feder abstützt.
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Die
radiale Vorspannkraft kann leicht verändert und den jeweiligen Erfordernissen
angepasst werden, wenn die Feder an ihrem dem Gleitkörper gegenüberliegenden
Ende gegen einen in die radiale Bohrung eingeschraubten Schraubstopfen
anliegt.
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Die
axiale Baugröße der Pumpe
lässt sich verringern,
wenn gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung die Feder als wellenförmig gebogener
Federblechstreifen ausgebildet ist. Ein derartig geformter Federblechstreifen
hat gegenüber
einer runden Feder den Vorteil, dass sich in Bezug auf seine räumliche
Gestaltung mehrere Freiheitsgrade ergeben. Ein weiterer Vorteil
gegenüber
einer runden wendelförmigen
Feder besteht darin, dass der wellenförmig gebogene Federblechstreifen
nur in einer Ebene geführt werden
muss, so dass sich dessen Montage vereinfacht.
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Eine
weitere Möglichkeit,
die kreisende Bewegung des Ringdrehkolbens zu verwirklichen, besteht
darin, dass der Mitnehmer eine drehfest mit der Antriebswelle des
Motors verbundene Exzenterscheibe hat, welche über einen Rollkörper mit
einer Lagerschale in dem Seitenteil Verbindung hat, wobei der Rollkörper über eine
Feder auf die Lagerschale vorgespannt ist. Bei dieser Gestaltung
ist anstatt Gleitreibung die Rollreibung realisiert. Der Rollkörper kann
sich in die Lagerschale einarbeiten und so mögliche Bearbeitungs- und Montagefehler ausgleichen. Dieser
Antrieb ist selbstnachstellend und verschleißarm. Zusätzlich wird die Bauhöhe der Drehkolbenpumpe
verbindet, weil sich der Exzenter näher an der Pumpenkammer anordnen
lässt.
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Ein
Exzenter hat konstruktionsbedingt eine ungleiche Massenverteilung,
die sich in einem unruhigen Lauf und einem hohen Verschleiß bemerkbar macht.
Diese Nachteile lassen sich einfach dadurch ausgleiche, dass im
Mitnehmer Mittel zum Auswuchten der Antriebswelle des Elektromotors
vorhanden sind.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft,
wenn zur Vorspannung des Seitenteils axial in Richtung der Pumpenkammer
eine Feder zwischen dem Mitnehmer und dem Seitenteil angeordnet
ist.
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Alternativ
dazu kann dem in der Pumpenkammer herrschenden Druck in axialer
Richtung auf das Seitenteil auch entgegengewirkt werden, wenn zur
Vorspannung des Seitenteils axial in Richtung Pumpenkammer eine
Feder zwischen einem Führungsteil
im Gehäuse
und dem Seitenteil angeordnet ist. Das Führungsteil im Gehäuse und
das Seitenteil bilden damit zusammen mit der Feder eine an sich bekannte
Oldham-Kupplung. Da hier die Feder nicht mit drehbaren Teilen, wie
z. B. dem Mitnehmer, sondern nur mit einem sich kreisförmig bewegenden
Teil wie dem Seitenteil Kontakt hat, ist diese Ausführungsform
mit einer äußerst geringen
Reibung verwirklicht.
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Die
Erfindung lässt
zahlreiche Ausführungsformen
zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon
in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese
zeigt in
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1a–1f Querschnitte
durch die Ringdrehkolbenpumpe im Bereich ihrer Pumpenkammer mit
unterschiedlichen Stellungen ihres Ringdrehkolbens,
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2 einen Längsschnitt
durch die Drehkolbenpumpe nach der Erfindung,
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3 eine Ansicht von unten
auf einen Mitnehmer der Drehkolbenpumpe,
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4 einen Längsschnitt
durch den Mitnehmer,
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5 eine Ansicht von oben
auf den Mitnehmer nach 4,
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6 einen Längsschnitt
durch eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe,
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7–8 zwei
Mitnehmer mit einer Exzenterscheibe, sowie angren zende Bauteile
einer Drehkolbenpumpe,
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9 einen Querschnitt entlang
der Linie A–A
in 6,
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10 ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Mitnehmers der Drehkolbenpumpe nach 6,
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11 ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Mitnehmers.
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Die 1a zeigt von einer Drehkolbenpumpe
einen Stator 1, welcher eine Pumpenkammer 2 radial
nach außen
hin durch eine Statorumfangswand 3 und radial nach innen
durch einen Statorkern 4 begrenzt. Dieser Statorkern 4 ist
durch einen Steg 5 mit der Statorumfangswand 3 verbunden.
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In
der Pumpenkammer 2 befindet sich ein c-förmiger Ringdrehkolben 6,
zwischen dessen Enden der Steg 5 hindurchführt. Der
Ringdrehkolben 6 hat einen Mittelpunkt 7, der
um einen Drehpunkt 8 eine kreisende Bewegung ausführt, ohne
daß sich dabei
der Ringdrehkolben 6 dreht, was auch nicht möglich wäre, weil
der Steg 5 zwischen seine Enden greift.
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In 1a gesehen rechts vom Steg 5 ist
ein in die Pumpenkammer 2 führender Einlaß 9 und
links vom Steg 5 ein Auslaß 10 dargestellt.
Zu sehen ist in 1, daß der Einlaß 9 mit
einer sichelförmigen
Arbeitskammer 11 Verbindung hat. Der Ringdrehkolben 6 liegt
mit seinen beiden freien Enden zu beiden Seiten des Steges 5 gegen
die Innenmantelfläche
der Statorumfangswand 3 und zugleich im unteren Bereich
gegen die Außenmantelfläche des
Stator kerns 4 an. Durch die Bewegung des Ringdrehkolbens 6 nimmt
das Volumen der Arbeitskammer 11 zunächst zu. Aus der Arbeitskammer 11 in 1a wird dadurch die Arbeitskammer 11a in 1b, die Arbeitskammer 11b in 1c und die Arbeitskammer 11c in 1d usw.
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In 1b hat sich der Mittelpunkt 7 des Ringdrehkolbens 6 um
45° im Uhrzeigersinn
um den Drehpunkt 8 gedreht. Dadurch haben sich die Berührungsbereiche
des Ringdrehkolbens 6 mit der Statorumfangswand 3 und
dem Statorkern 4 ebenfalls im Uhrzeigersinn verschoben.
Die sichelförmige
Arbeitskammer 11 hat an Volumen zugenommen und wurde in 1b mit 11a bezeichnet.
Durch die Volumenzunahme wird am Einlaß 9 angesaugt.
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Bei
weiterer Drehung nimmt das Volumen der Arbeitskammer 11 weiter
zu, was die 1c und 1d zeigen. In der in 1d gezeigten Darstellung liegt
der Ringdrehkolben 6 mit seinen Enden gegen die Außenmantelfläche des
Statorkerns 4 an, so daß die Arbeitskammer 11c keine
Verbindung mehr mit dem Einlaß 9 hat.
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Bei
weiterer Drehung des Ringdrehkolbens 6 im Uhrzeigersinn
bleibt die Verbindung der Arbeitskammer 11d zum Einlaß 9 jedoch
versperrt. Sie erhält
jedoch Verbindung mit dem Auslaß 10,
was die 1e zeigt. Verschwenkt
sich der Mittelpunkt 7 des Ringdrehkolbens 6 weiter
im Uhrzeigersinn, dann nimmt das Volumen der Arbeitskammer 11e ab,
was in Figur 1f zu sehen
ist. Betrachtet man nunmehr wieder die 1a, 1b und 1c, so erkennt man, daß diese
Arbeitskammer 11e zur kleineren Arbeitskammer 11f in 1a und Arbeitskammer 11g in 1b wird und in 1c ganz verschwunden ist.
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Zuvor
wurde eine Arbeitskammer 11 auf der Innenseite des Ringdrehkolbens 6 betrachtet.
Ausgehend von der 1c ist
zu erkennen, daß an
der Außenseite
des Ringdrehkolbens 6 eine entsprechende Arbeitskammer 12 entsteht,
die ebenfalls im Volumen zunächst
zunimmt, um aus dem Einlaß 9 ansaugen zu
können,
und dann im Volumen wieder abnimmt, um zum Auslaß 10 hin zu fördern.
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Der
Längsschnitt
gemäß 2 läßt den konstruktiven Aufbau
der Drehkolbenpumpe erkennen. Diese hat in einem zylindrischen Gehäuse 13 ein
gehäusefestes
Seitenteil 14, welches den Statorkern 4 und die
Statorumfangswand 3 bildet. Zwischen dem Statorkern 4 und
der Statorumfangswand 3 greift der Ringdrehkolben 6,
welcher durch einen vorspringenden Bund eines Seitenteils 15 gebildet
ist. Die Pumpenkammer 2 wird somit durch die beiden Seitenteile 14, 15,
den Statorkern 4 und die Statorumfangswand 3 begrenzt.
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Das
Seitenteil 15 ist einstückig
mit einem zapfenartigen Exzenter 16 ausgebildet, der in
ein Langloch 17 eines Mitnehmers 18 greift. Der
Mitnehmer 18 sitzt drehfest auf einer Antriebswelle 19,
welche von einem Elektromotor 20 angetrieben wird.
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Der
Mitnehmer 18 hat eine radiale Bohrung 21, in der
ein radial verschieblicher, gegen den Exzenter 16 anliegender
Gleitkörper 22 angeordnet
ist. Gegen diesen Gleitkörper 22 drückt eine
Feder 23, welche mit ihrem anderen Ende gegen einen Schraubstopfen 24 anliegt,
der in die Bohrung 21 eingeschraubt ist und mit dem die
Vorspannkraft der Feder 23 eingestellt werden kann. Zwischen
dem Seitenteil 15 und dem Mitnehmer 18 befindet
sich eine das Seitenteil 15 gegen das Seitenteil 14 vorspannende
Feder 25.
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Die
Gestaltung des Mitnehmers 18 ist genauer den 3 bis 5 zu entnehmen. Die 4 und 5 zeigen,
daß das
Langloch 17 sich radial nach außen erstreckt. Die 3 und 4 lassen eine Nabe 26 des Mitnehmers 18 erkennen,
welche eine einseitig abgeflachte Bohrung 27 hat. In ihr
ragt die in 2 gezeigte
Antriebswelle 19, so daß der Mitnehmer 18 drehfest
mit der Antriebswelle 19 verbunden ist.
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Der
Mitnehmer 18 dreht sich beim Arbeiten der Drehkolbenpumpe,
während
der Exzenter 16 lediglich eine Orbitalbewegung ausführt, sich
auf einen festen Punkt bezogen jedoch nicht um seine Längsachse
dreht.
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In 6 ist ein Längsschnitt
und in 9 ein Querschnitt
durch eine weitere Ausführungsform
der Drehkolbenpumpe dargestellt. Hier ist der Exzenter 16 als
flanschförmige
Verlängerung
des Seitenteils 15 ausgebildet. In dem Exzenter 16 befindet
sich der von dem Mitnehmer 18 axial geführte Gleitkörper 22. Der Gleitkörper 22 wird
durch die Feder 23 von innen gegen den Exzenter 16 gedrückt. Die
Feder 23 ist hier als Zylinderfeder ausgebildet. Der Mitnehmer 18 hat
auf seiner dem Gleitkörper 22 abgewandten
Seite eine Verlängerung 28 zur
Auswuchtung der Antriebswelle 19 des Elektromotors 20.
Die Auswuchtung kann z.B. durch Materialauftrag bzw. -abtrag an
der Verlängerung 28 des
Mitnehmers 18 geschehen. Der Exzenter 16 ist von
einem Führungsteil 29 im
Gehäuse 13 axial
geführt.
Zwischen Exzenter 16 und Führungsteil 29 befindet
sich die Feder 25, die den Exzenter 16 in axialer
Richtung vorspannt und die Pumpenkammer 2 abdichtet, indem
sie die Seitenteile 14 und 15 gegeneinander drückt. Das
Führungsteil 29 wird
durch einen Absatz 30 im Gehäuse 13 gehalten.
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In 7 wird der in den 2–6 gezeigte Mitnehmer 18 durch
eine drehfest mit der Antriebswelle 19 des Elektromotors 20 verbundene
Exzenterscheibe 31 gebildet, die gegen eine Kugel 32 in
einer Lagerschale 33 des Sei tenteils 15 anliegt.
Die Lagerschale 33 übernimmt
dieselbe Funktion wie der Exzenter 16 aus den vorangegangenen
Ausführungsbeispielen.
Die Exzenterscheibe 31 ist in axialer Richtung von einer
Feder 34 vorgespannt. Die Feder 34 stützt sich
an einer mit der Antriebswelle 19 fest verbundenen Druckscheibe 35 ab.
Wichtig ist für
die Dichtheit der Pumpenkammer 2, daß an einer anderen Stelle für eine ausreichende
Pressung zwischen den beiden Seitenteilen 14 und 15 gesorgt
ist, da die Feder 34 einen von dem Seitenteil 14 weggerichteten Druck
auf das Seitenteil 15 ausübt. Dies erfolgt durch die
entsprechend dimensionierte Feder 25.
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8 zeigt eine weitere Möglichkeit
der Übertragung
der kreisförmig
schwingenden Bewegung des Seitenteils 15. Hier ist die
Exzenterscheibe 31 fest mit der Antriebswelle 19 verbunden.
Eine über die
Antriebswelle 19 axial bewegliche Spannscheibe 36,
die von der Feder 34 belastet ist, erzeugt den notwendigen
Anpressdruck der Kugel 32 auf die Lagerschale 33.
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Der
Mitnehmer 18, 28 in 10 ist
mit zylindrischem Querschnitt und einer zylindrischen Ausbildung
der Feder 23 ausgebildet. Alternativ kann entsprechend 11 der Mitnehmer 18, 28 rechteckfömig und
die Feder 23 aus einem wellenförmig gebogenen Federblechstreifen
bestehen.