DE2339957A1

DE2339957A1 - Maschine zum betreiben als verbrennungsmotor, verdichter, pumpe oder druckmittelbetaetigter motor

Info

Publication number: DE2339957A1
Application number: DE19732339957
Authority: DE
Inventors: Richard Franz Karl Ansdale
Original assignee: ANIDYNE CORP
Current assignee: ANIDYNE CORP
Priority date: 1972-08-12
Filing date: 1973-08-07
Publication date: 1974-02-28
Also published as: LU68207A1; JPS50106205A; NL7311085A; FR2196002A5; IT990142B; AU5912373A; ES417826A1

Description

-N^ Die Erfindung bezieht sich auf Maschinen unter Einschluß von als Kraftmaschinen arbeitenden Motoren, Verdichtern, Pumpen und mit Hilfe eines Druckmittels betreibbarer Motoren.

Es sind bereits Maschinen mit drehender Arbeitsbewegung vorgeschlagen worden, wobei zu einer solchen Maschine ein Läufer gehört, der sich in einem Gehäuse um eine erste Achse dreht, ferner eine sich durch den Läufer erstreckende Bohrung, ein in dieser Bohrung längs seiner Achse hin- und herbewegbarer Kolben, eine um eine zweite Achse drehbare Welle sowie eine Einrichtung zum Verbinden der Welle mit dem Kolben derart, daß ein Drehmoment zwischen der Welle und dem Kolben übertragen-werden kann. Hierbei ist die Bohrung an beiden Enden offen und mündet an der ümfangs- oder Außenfläche des Läufers, die der Innenfläche des Gehäuses zugewandt ist, und zwischen der Umfangsfläche des Läufers und der Innenfläche des Gehäuses ist mindestens ein Dichtungsring angeordnet.

Durch die Erfindung ist nunmehr eine Maschine der vorstehend geschilderten Art geschaffen worden, die ein Gehäuse aufweist, das mit einer inneren Umfangsfläche

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versehen ist, ferner einen in dem Gehäuse um eine Achse drehbaren Läufer mit; einer im wesentlichen diametral verlaufenden Bohrung, eine durch eine öffnung des Läufers ragende welle, deren Achse gegenüber der Drehachse des Läufers versetzt ist, jedoch parallel dazu verläuft, einen in der Bohrung hin- und herbewegbaren Kolben, -eine einrichtung zum Verbinden der "welle mit dem Kolben derart, daß ein Drehmoment zwischen dem Kolben und der Welle übertragen werden kann, wobei die innere ümfanpsflache des Gehäuses einen T'eil einer Kugelfläche bildet, sowie eine kreisrunde Dichtungsringeinrichtung, die in eine Hut eingebaut ist, welche ein Ende der Bohrung des Läufers umgibt, so daß die Dichtungsringeinrichtung eine Abdichtung zwischen dem Läufer und der allgemein kugelförmigen Fläche bewirkt.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen in Form von Verbrennungskraftmaschinen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors längs der Linie I-I in Fig. 2;

J¹Ig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie H-H in Fig. 1 j

Fig. 3 eine Seitenansicht des Motors nach Fig. Λ bei Betrachtung desselben in Richtung des Pfeils III in Fig. 1;

Fig. 4 eine Stirnansicht, in der allein der Läufer bei Betrachtung desselben parallel zur Achse der Welle dargestellt ist;

Fig. 5 cien Läufer nach Fig. 4 bei Betrachtung desselben in Kichtung des Pfeils V in Fig. 4;

Fig. 6 den Läufer nach Fig. 4 bei Betrachtung desselben in Richtung des Pfeils VI in Fig. 4;

Fig. -7 eine Ansicht, in der nur der Verdichterkolben dargestellt ist;

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Fig. 8 den Verdichterkolben nach Fig. 7 bei Betrachtung desselben in Richtung des Pfeils VIII in i'ig. 7;

Fig. 9 den Verdichterkolben nach Fig. 7 "bei Betrachtung desselben in dichtung des Pfeils IX in Fig. 7;

Fig. 10 unter Einschluß eines TeilSchnitts einen Schnitt durch das Motorgehäuse längs der Linie A-A in Fig. 2;

Fig. 11 einen Teilschnitt längs der Linie XI-XI in Fig. 10; .

Fig. 12 eine vereinfachte, auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Hauptteile des Motors;

Fig. 13 eine teilweise weggebrochen gezeichnete perspektivische Darstellung des Kotors;

Fig. 14 eine Fig. 10 ähnelnde Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform eines Gehäuses;

Fig. 15 die Abwicklung der Umfangsflache des Läufers, aus der Abänderungen bezüglich der Dichtungseinrichtung ersichtlich sind;

Fig. 16 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1;

Fig. 17 eine Fig. 16 ähnelnde Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform;

Fig. 18 eine ebenfalls Fig. 16 ähnelnde Darstellung einer weiteren abgeänderten Ausführungsform;

Fig, 19 einen Teil der Abdichtungseinrichtung nach' Fig. 18 bei Betrachtung derselben in Sichtung der Achse des Zylinders; und

Fig. 20 eine vereinfachte, auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Iviotors.

Gemäß Fig. 1 und 2 gehört zu dem dargestellten Motor ein doppelseitiger Arbeitskolben 11, der in einem Zylinder 12 hin- und herbewegbar ist, welcher sich längs eines Durchmessers eines auf seiner Außenseite teilweise

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kugelförmigen Läufers 13 erstreckt, welcher in einem Gehäuse 14- drehbar gelagert ist, das z.B. in ein anzutreibendes fahrzeug auf beliebige bekannte Yfeise eingebaut sein kann.

Die durch den ikotor erzeugte Kraft wird von dem Ärbeitskolben 11 aus auf eine Kraftabgabe- oder Abtriebswelle 15 übertragen, die in Lagern 16 läuft, welche in Bestandteile des ^ehäuses 14- bildende Lagergehäuse 17 eingebaut sindj zum übertragen der Antriebskraft dient eine exzentrische Antriebseinrichtung, zu der ein zylindrischer Abschnitt 18 gehört, der einen festen bestandteil der Welle 15 bildet, jedoch gegenüber der Achse der Seile 15 exzentrisch angeordnet ist und als Lagerzapfen für ein Auge 19 wirkt, das einen festen Bestandteil des Arbeitskolbens 11 bildet. Das Amge 19 kann längs einer im rechten Winkel zur Achse 20 des Arbeitskolbens 11 verlaufenden Ebene in zwei Hälften unterteilt sein, die durch Schrauben fest miteinander verbunden sind«

Ferner gehört zu dem Motor ein doppeltwirkender Verdichtungskolben 21, der in dem Läufer 13 so gelagert ist, daß er sich längs einer Achse 22 hin- und herbewegen kann, die im rechten Winkel zur .achse 20 der Hin- und Herbewegung des Arbeitskolbens 11 verläuft. Der Verdichtungskolben 21 wird weiter unten mit weiteren Einzelheiten beschrieben.

Die beiden Enden 23 des doppeltwirkenden Arbeitskolbens 11 sind gleichartig oder ähnlich ausgebildet« Jedes der Kolbenenden 23 hat einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt und kann gemmäß Fig. 1 auf bekannte weise mit Kolbenringen versehen sein, die mit der Bohrungswand des Zylinders 12 zusammenarbeiten. Der Boden 24- des Kolbens 11 ist an jedem Ende 23 mit einer durch einen Teil einer Kugelfläche abgegrenzten, zentral angeordneten Vertiefung 25 versehen, die im wesentlichen den Verdichtungsraum bildet. Gemäß SIg. 2 ist die Innenseite jedes Kolbenendes 23 nicht nur mit einer dicken, zentralen Rippe 26 versehen,

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die den Kolbenboden mit dem schon beschriebenen Auge 19 verbindet, sondern auch mit weiteren Rippen 27 zum Abführen von Wärme.

Unter dem Ausdruck "Gehäuse" sind im folgenden die ortsfesten Teile des Motors zu verstehen. Hierzu gehört ein Hauptgehäuse 28, das allgemein ringförmig ist und eine einen Teil ei&er Kugelfläche bildende Innenfläche 29 aufweist, mit der der Läufer 13 mit abdichtender Wirkung zusammenarbeitete Gemäß Pig. 3 ist das Hauptgehäuse 28 aus zwei Hälften zusammengesetzt$ die in einer diametralen Ebene miteinander verschraubt sind. Das Gehäuse ist mit Gaszufügrungskanälen und Kühlkanälen versehen, die weiter unten beschrieben werden, und es enthält außerdem eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 30 und eine Zündkerze 31« In Pig* 3 sind jedoch nur die öffnungen für diese Teile dargestellt.Es sei bemerkt, daß die Innenfläche 29 des Hauptgehäuses 28 einen Teil der Begrenzung des Verbrennungsraums bildet.

Zu dem Gehäuse gehören ferner zwei,runde Lagergehäuseabschnitte 17, welche die beiden Enden des ringförmigen Hauptgehäuses 28 abschließen, und in denen die Abtriebswelle 15 in Lagern 16 gelagert ist. Das eine Lagergehäuse

17 ist einstückig ausgebildet, während das andere Lagergehäuse, das im rechten Teil von Pig. 2 zu erkennen ist, längs einer diametralen Ebene in zwei Hälften unterteilt ist. Die beiden Lagergehäuseabschnitte 17 ragen in Form runder Ansätze in das ^-auptgehäuse 28 hinein, sie sind mit dem Hauptgehäuse durch Schrauben verbunden und sie sind gegenüber dem Hauptgehäuse jeweils durch einen Dichtungsring 32 abgedichtet.

Der Läufer 13 dreht sich in dem Gehäuse 14· um eine Achse 33j die gegenüber der Achse 34- zur Welle 15 versetzt ist, und er umschließt die Welle 15 nri-t einem Spielraum. Die Drehbewegung des Läufers wird durch diese Versetzung der beiden Achsen sowie dadurch herbeigeführt, daß die durch den Arbeitskolben 11 aufgebrachte Kraft über den Exzenter

18 auf die Welle 15 übertragen wird_o

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Der Läufer 13 hat allgemein die Form eines symmetrischen, sich, diametral erstreckenden '^xeils einer Kugel, der gemäß ]?ig. 4, 5 und 6 durch zwei parallele ebene Flächen 35 abgegrenzt ist. Der Zylinder 12 für den Arbeitskolben 11 erstreckt sich längs der Achse 20 (Fig. 1), die parallel zünden beschriebenen Flächen 35 verläuft, und er endet an Seile von Kugelflächen bildenden Abschnitten 36 des Läufers.

Der Zylinder 37 für den Verdichtungskolben 21 erstreckt sich längs der Achse 22, die im rechten Winkel zu der Achse 20 des Arbeitszylinders, jedoch ebenfalls parallel zu den ebenen Flächen 35 verläuft. Tatsächlich hat der Zylinder 37 längs der Abschnitte, mit denen die Teile des doppelseitigen Verdichtungskolbens 21 zusammenarbeiten, eine rechteckige Querschnittsform, und der Zylinder 37 erstreckt sich von der Umfangsflache des Läufers 13 aus nur längs einer begrenzten Strecke entlang der Achse 22 nach innen«

Gemäß Fig. 1 bilden die Wände des ArbeiteZylinders 12, die Wände des Verdichtungszylinders 37 und ein großer Teil der einen Teil einer Kugelfläche bildenden Umfangsfläche 36 des Läufers ein zusammenhängendes Bauteil. Die am Umfang liegenden äußeren Enden des Verdichterzylinders werden vor der endgültigen Bearbeitung des Läufers 13 durch Einschweißen gekrümmter Platten oder Stirnwände 39 verschlossen·

Gemäß Pig. 2 und 4 gehören zu dem Läufer 13 außerdem zwei ringförmige Platten 40, die an den parallelen ebenen Flächen 35 cLes Läufers anliegen und an dem Läufer befestigt sind. Die äußeren Händer der Platten 40 haben eine zylindrische Form und bewirken eine Abdichtung gegenüber dem Hauptgehäuse 29. Die Bohrungen, mit denen die verdickten inneren Ränder der Platten 40 versehen sind, arbeiten mit ringförmigen Lagerflächen zusammen, die an den nach innen vorspringenden Abschnitten der Lagergehäuse 17 ausgebildet sind, um so den Läufer 13 gegenüber dem Gehäuse

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in seiner Lage zu halten. Die Platten 40 sind mit dem eigentlichen Läufer 13 jeweils durch sechs Senkschrauben 42 verbunden, und die Lage der Platten wird durch Paßstifte 43 (Pig. 4) bestimmt.

Gemäß Fig. 1, 2, 7, 8 und 9 hat der Verdichterkolben 21 die Form eines rechteckigen Rahmens, wie es insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich ist; Die beiden Endabschnitte 47 dieses Kahmens bilden ,die eigentlichen Kolbenteile, und die beiden seitlichen Abschnitte 48 verbinden die stirn-^ seitigen Abschnitte oder Kolbenboden 47 mit in der Mitte angeordneten Augen 49. Die Endabschnitte 47 sind gemäß Fig. 1, 7 und 8 durch Teile von Kugelflächen bildende Flächen abgegrenzt, und sie haben gemäß Fig. 8 einen rechteckigen Querschnitt, um mit dem Verdichtungszylinder 37 zusammenarbeiten zu können. Der Verdichtungsraum liegt jeweils zwischen dem betreffenden Endabschnitt und dem in der Durchmesserrichtung weiter außen liegenden Ende des Verdichtungszylinders 37· Analog zu Kolbenringen kann man Abdichtungen vorsehen; gemäß Fig. 9 sind die Dichtungen an der kürzeren Seite des rechteckigen Querschnitts gerade, während die Dichtungen 51 auf der längeren Seite gekrümmt sind, um sie der teilweise kugelförmigen Gestalt des ^verdichtungskolbens anzupassen, wie es insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich ist.

Der Verdichterkolben 21 wird durch zwei Exzenter angetrieben, bei denen es sich gemäß Fig. 2 um zylindri-. sehe Abschnitte 52 der l/velle 15 handelt, auf denen die beiden zentralen .äugen 49 des Verdichterkolbens gelagert sind. Die Mittelachsen der beiden Exzenter 52 zum Antreiben des ^verdichterkolbens 21 sind um etwa 1fJ0° um die Achse der v.-elle 15 gegenüber der Achse des Exzenters 18 versetzt, welcher durch den Arbeitskolben 11 angetrieben wird. Der Verdichterkolben 21 umschließt somit praktisch den Arbeitskolben 11 und dessen Zylinder 12, und die Achse 20 des Arbeitskolbens 11 kreuzt die Achse 22 des Verdichterkolbens 21 an der Drehachse 35 des Läufers im rechten V:ie im folgenden erläutert, üben die Innenflächen

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der .tiLdabsclinitte 47 des Verdicliterkolbens 21 zusätzlich eine Kühlwirkung aus.

Gemäß Fig. 1, 3, 10 und 11 kann Luft aus der Umgebung über zwei Einlasse 54- angesaugt werden, von denen auf jeder Seite der Mittelebene des Hauptgehäuses 28 einer vorhanden ist, wenn der betreffende Endabschnitt 47 des Verdichterkolbens 21 einen Ansaughub ausführt, d.h. sich radial nach innen bewegt. Aus Fig. 10 und 11 ist ersichtlich, daß die Einlasse 5^- an ihren inneren Enden 55 öffnungen bilden, die sich in -Beziehung zur Achse 33 des Läufers jeweils über einen Winkelbereich von etwa 135° erstrecken. Die Luft tritt in seitlicher Richtung in den Verdichterzylinder 37 über an dem Läufer ausgebildete Einlasse 45A und 45B ein. Sobald der betreffende Endabschnitt 47 des Verdichterkolbens 21 seinen unteren Totpunkt durchläuft und sich danach wieder radial nach außen bewegt, wird die angesaugte Luft verdichtet, um dann in Überströmkanäle 56 einzutreten, die um die Läuferachse herum über einen Winkelbereich von etwa 100° erstrecken. Von den beiden Überströmkanälen 56 aus strömt die Luft gemäß Fig. 1 durch zwei Kanäle 57 zu einem gemeinsamen Kanal 58» um dann in den Verbrennungsraum 59 einzuströmen, sobaiid der Kanal 58 durch den Läufer I3 freigegeben wird. Gemäß Fig. 1 dreht sich der Läufer 13 im Uhrzeigersinne. Die dem Arbeitszylinder zugeführte Ladung wird während einer Drehung des Läufers um etwa 180° verdichtet, Sann wird Kraftstoff mit Hilfe der Einspritzeinrichtung 30 eingespritzt und die Zündkerze 31 wird betätigt; diese Vorgänge werden jeweils bei dem erforderlichen Drehwinkel des Läufers durchgeführt, bevor der betreffende Boden 23 des Kolbens 11 seinen oberen Totpunkt erreicht«, Bei der Verbrennung der zugeführten Ladung wird auf diesen Kolbenboden 23 des Arbeitskolbens 11 eine Kraft ausgeübt, während sich der Läufer 13 weiter um etwa 180° dreht, woraufhin
(Pig. 1) entweichen können.

etwa 180° dreht, woraufhin die Abgase über einen Auslaß

Anstelle von Kanälen 57 > die in dem Gehäuse ausgebildet sind, kann man gemäß Fig. 14 auch auf der Außenseite

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des Gehäuses angeordnete Rohrleitungen 157 vorsehen.

Gemäß B¹Xg. 2 und 3 ist die Welle 15 an einem Ende mit einem Flansch 61 versehen, mit der eine Vorrichtung gekuppelt werden kann, die durch den Motor angetrieben werden soll· Das andere Ende der Welle 15 kann über ein Zahnrad 62 verschiedene Hilfseinrichtungen antreiben, z.B. eine Ölpumpe, eine Kühlmittelpumpe und den Unterbrecher der Zündanlage, und diesem Zahnrad kann nach Bedarf auch durch einen Anlasser angetrieben werden; die Hilfseinrichtungen, deren Antriebe nicht im einzelnen dargestellt sind, werden zweckmäßig auf dem Gehäuse des Motors angeordnet.

Der Motor wird teiiweise durch zirkulierendes Wasser, teilweise durch das Schmieröl und'teilweise durch zwangsläufig umgewälzte Luft gekühlt.

Das Hauptgehäuse 28 ist gemäß Fig. 1 und 3 mit einem Kühlwasserkanal 63 versehen, der sich von dem Kühlmitteleinlaß 64 aus innerhalb eines Winkelbereichs von etwa 270° längs des Gehäuseumfangs erstreckt, und zwar von einem Punkt aus, der kurz vor dem Kraftstoffeinspritzpunkt beim Verdichtungshub liegt, über den oberen+Totpunkt und den gesamten Arbeitshub bis zu einem Punkt Jenseits des unteren Totpunktes, von dem ab die Teile durch die frische Ladung gekühlt werden, die über den Einlaß 58 zugeführt wird. Außerdem erstreckt sich gemäß Fig. 1 der Kühlmittelkanal 63 längs eines weiteren Abschnitts in der entgegengesetzten Richtung an dem Auslaß 60 vorbei, so daß das Kühlmittel gemäß Fig. 1 einen äußeren Kanal 65 durchströmt, bevor es zu dem Kühlmittelauslaß 66 gelangt. Es sei bemerkt, daß sich der Kühlmittelkanal 63 um beide Seiten der Ansätze für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 30, die Zündkerze 31 und den Auslaß 60 herum erstreckt.

Das benötipte Schmieröl wird über B_ohrungen oder ähnliche Kanäle zugeführt, um die Wellenlager 16 und die Exzenter zu schmieren, und ein Teil des zugeführten Öls dient zum Kühlen und Schmieren des Arbeitskolbens 11.

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Kühlluft wird' in der nachstehend beschriebenen Weise durch den zentralen Hohlraum des Arbeitskolbens 11 gefördert. Hierbei dienen die inneren Stirnflächen 55 der Böden 47 des Verdichtungskolbens 21 als Pumpeinrichtungen<, Die Lagergehäuse 17 und die ringförmigen Platten 40 sind mit gekrümmten Schlitzen versehen, die so angeordnet sind, daß sie während der Drehung des Läufers 15 in Deckung miteinander kommen, wenn sich der benachbarte Boden 47 des Verdichterkolbens radial nach außen bewegt. Auf diese Weise wird Luft über die sich deckenden Schlitze angesaugt und zu den "beiden Hohlräumen 67 zwischen den ringförmigen Platten 40, dem Umfangsteil 56 des Läufers und die Zylinderwände 57 auf der Außenseite des Verdichterzylinders hinwegge— fördert» Gemäß Fig. 1, 2 und 4 umgeben die Hohlräume 67 die beiden Enden des Arbeitszylinders 12.

Die zugeführte Luft strömt dann durch öffnungen 68 in den Zylinderwänden 57» um in den zylindrischen Kaum zwischen den Wänden 57 und den Platten 40 radial innerhalb des Verdichterkolbenbodens 47 einfcutreten, während sich dieser Kolbenboden nach außen bewegt. Der Motor arbeitet derart, daß gleichzeitig ein Durchlaß 70 von zwei solchen Durchlässen zwischen dem Baum 69 und der Bohrung des Arbeitszylinders 12 durch den Mantel am einen Ende 25 des Arbeitskolbens 11 verschlossen wird; der Arbeitskolben soll vorzugsweise auch noch einen zentralen Mantelabschnitt aufweisen, der in der Mitte zwischen den Enden oder Böden 25 angeordnet ist und gleichzeitig den anderen der beiden Durchlässe 70 verschließt, um so zu verhindern, daß Luft aus der Bohrung des Zylinders 12 abgesaugt und in den Zylinderraum 69 gefördert wird.

Nachdem der betreffende B den 47 des Verdichterkolbens 21 seinen oberen Totpunkt durchlaufen hat, bewirkt die Bewegung des Arbeitskolbens 11, daß die beiden Durchlässe 70 geöffnet werden, so daß Luft aus dem Zylinderraum 69 bei der radialen Einwärtsbewegung des Kolbenbodens in die Zylinderbohrung 12 hineingepumt wird, um den Arbeitskolben 11 zu kühlen. Die Kühlluft wird zur Atmosphäre über

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öffnungen in den Exzentern 52 sowie über Kanäle in den Lagergehäusen 17 abgeführt, wie es im linken unteren T'eil von Fig. 2 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 1 ist jedes Ende des Arbeitszylinders mit einem runden Dichtungsring 44 versehen, der mit abdichtender Wirkung mit der einen Teil einer Kugelfläche bildenden Innenfläche 29 des Gehäuses 14 zusammenarbeitete «Jeder der Dichtungsringe 44 ist gemäß Fig. 6 in eine Eingnut 145 eingebaut, die an dem Läufer 13 zwischen einem ringförmigen Flansch 7OA und dem benachbarten Endd des Zylinders 12 ausgebildet ist.

Gemäß Fig. 5 sind zwei Paare von Dichtungsstreifen 71 vorhanden, die in Nuten 72 am Umfang des Läufers 13 angeordnet sind, wobei auf jeder Seite der Mittellinie des Läufers ein Streifen jedes Paars liegt, und wobei sich die beiden Streifen eines Paars längs der Unfangsflache über einen Winkelbereich von etwa 140° erstrecken. Die beiden Dichtungsstreifen jedes Paars haben zwei einander nahe benachbarte und zwei weiter voneinander .entfernte Enden, wie es aus Fig. 5 ersichtlich ist« Sowohl an den einander nahe benachbarten Enden als auch an den weiter voneinander entfernten Enden verlaufen die Nuten 72 weiter von dem Läuferkörper 13 aus bis in den Flansch bzw. Klemmring 7OA hinein, so daß dann, wenn sich der Iviotor auf seiner Betriebstemperatur befindet, ein Ende jedes der Dichtungsschleifen 71 eng mit dem runden Dichtungsring 44 an dem betreffenden Ende des ArbeitsZylinders 12 zusammenarbeitet, während das andere Ende des gleichen Dichtungsstreifens 71 eng mit dßm Dichtungsring am anderen Ende des Arbeitszylinders zusammenarbeitet. Die Dichtungsstreifen 71 überstreichen zwei Zonen der Innenfläche 29 des Gehäuses 14.

Jede der beiden seitlichen Platten 40 des Läufers ist mit einer in der Umfangsrichtunfr verlaufenden Nut (ii^o 6) versehen, in die ein Dichtungsring 75 eingebaut ist, welcher mit einer in der U^fangsrichtung verlaufenden

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Bahn 76 einem zylindrischen Teil der Innenfläche des Gehäuses zusammenarbeitet, wie es aus Pig. 13 ersichtlich ist*

Ferner sind insgesamt acht Dichtungsstreifen 77 vorhanden, die in zugehörige Nuten 78 am Umfang des Läufers eingebaut sind und die Zonen der Gehäuseinnenfläche überstreichen, von welchen sich der Einlaß 55 und der Auslaß 56 des Verdichterzylinders 37 befinden. Bei einem zweistufigen Verdichter in dem gleichen Läufer dieser Konstruktion würden diese Kanäle zu dem Verdichterzylinder der ersten Stufe führen bzw« von ihm ausgehen. Man kann die Dichtungsstreifen 77 paarweise betrachten; zu jedem dieser Paare gehören gemäß Fig. 5 ein längerer Dichtungsstreifen 77A und ein kürzerer Dichtungsstreifen 77B, und die, beiden Dichtungsstreifen eines Paars arbeiten jeweils mit einem der schräg dazu verlaufenden Dichtungsstreifen 71 zusammenο

Somit sind innerhalb einer Umfangszone des Läufers 13 zwei Paare von Dichtungsstreifen 77 vorhanden, wobei je ein Paar auf jeder Seite der Mittellinie des Läufers 13 angeordnet ist, und die beiden weiteren Paare von Dichtungsstreifen befinden sich in der Umfangszone des Läufers auf der Seite, die von der in iig. 5 dargestellten Seite abgewandt ist»

Die beiden Dichtungsstreifen eines Paars sind in der Strömungsrichtung vor dem zugehörigen Einlaß 55 des Verdichterzylinders und die beiden Dichtungsstreifen des anderen Paars in der Strömungsrichtung hinter diesem Einlaß angeordnet. Die Kuten 7S des Läufers für die beiden Dichtungsstreifen eines Faars gehen an einem Ende in die Hut 72 für den zugehörigen Dichtungsstreifen 71 und am anderen Lnde in die Lut 74- der seitlichen Platte 4-C über, und die Dichtungsstreifen 77 sind so bemessen, daß sie bei der ■^Ljetriebstemperatur des iviotors eng mit dem zugehörigen Dichtungsstreifen 71 und dem Dichtungsring 75 zusammenarbeiten.

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Ein Dichtungsstreifen 77 eines Paars kann längs des Umfangs um etwa 40° gegenüber dem anderen Dichtungsstreifen versetzt sein, und der kürzere Dichtungsstreifen 77B eines Paars ist auf den längeren Dichtungsstreifen 77A des gegenüberliegenden Paars innerhalb der gleichen Umfangszone des Läufers ausgerichtet, so daß diese beiden Dichtungsstreifen in einer gemeinsamen Ebene liegen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Diese Ebene enthält den Mittelpunkt des Läufers, d.h. den Punkt, an dem die Drehachse 33 des Läufers die Symmetrieebene des Läufers schneidet.

Während des Betriebs bewirken die runden Dichtungsringe 44 eine Abdichtung zwischen dem Arbeitszylinder 12 und dem Einlaß 54 bzw. dem Auslaß 56 des Verdichterzylinders. Die Dichtungsstreifen 71 bewirken eine Abdichtung gegenüber dem Auslaß 60 und dem Spalt zwischen der Umfangsflache des Läufers und dem Gehäuse, der in Verbindung mit den heißen Abgasen steht, einerseits und den Verdichterkanälen 54 und 56 und insbesondere dem Einlaßkanal 54-andererseits. Die Tatsache, daß die Dichtungsstreifen 71 an beiden Enden mit den Dichtungsringen 44 zusammenarbeiten, gewährleistet, daß längs des Läuferumfangs eine im wesentlichen lückenlose Abdichtung vorhanden ist»

Die Dichtungsstreifen 77 verhindern nicht nur Undichtigkeiten am Umfang zwischen dem Förderkanal 56 des ^verdichters und dem Motoreinlaßkanal 54, sondern auch währened eines Teils des Arbeitsspiels eine zweite Abdichtung, die mit dem Dichtungsring 44 zwischen dem Arbeitszylinder 12 und dem Motoreinlaßkanal 54 in Reihe geschaltet ist. Es sei bemerkt, daß der Abstand zwischen dem vorauseilenden Verdichtungsstreifen 77 eines Paars und dem nachlaufenden Dichtungsstreifen 77 des anderen Paars, das auf der gleichen Seite der Mittellinie des Läufers liegt, größer ist als die in der Umfangsrichtung gemessene Länge des Einlaßkanals 54 in dem Gehäuse, so daß eine Verbindung zwischen dem Ende des ^erdichterZylinders 37> das einem hohen Innendruck ausgesetzt ist, und dem entgegengesetzten Lnde, in dem ein niedriger Druck herrscht, vermieden wird.

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Entsprechend ist auch die Mündung des Überströmkanals bzw« des "Verdichterauslaßkanals 56 in dem Gehäuse kürzer als der in der Umfangsrichtung gemessene Abstand zwischen den einander am nächsten benachbarten Dichtungsstreifen 77 der einander gegenüberliegenden Paare.

Zwar wurde die Erfindung für den Pail beschrieben, daß Einlaßkanäle 54 auf beiden Seiten der Mittellinie des Läufers vorhanden sind, und daß auch Überströmt— bzw. "Verdichterauslaßkanäle 56 auf beiden Seiten dieser Mittellinie angeordnet sind, doch läßt sich die Erfindung ebenso gut in dem EaIl anwenden, daß nur ein Einlaßkanal des Gehäuses auf der einen Seite der Littellinie und nur ein überströmkanal auf der anderen Seite der Linie vorhanden ist ο

Ferner sei bemerkt, daß bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Einlaßkanal 58 für den Arbeitszylinder und der Auslaßkanal 60 des Arbeitszxlinders beide symmetrisch auf der Mttellinie des Gehäuses angeordnet sind.

Fig. 15 zeigt Weiterbildungen der Abdichtungseinrichtung einer Abwicklung, in welcher die einen Teil einer Kugelfläche bildende Umfangsfläche 36 des Läufers 13 um die Läuferachse 33 "abgerollt" ist, um eine Darstellung in einer Ebene zu ermögliche.

Je nach den Erfordernissen bezüglich der Abdichtung kann man einen einzigen Dichtungsring 44 vorsehen, wie es im linken Teil von Pig. 15 gezeigt ist; gemäß dem rechten Teil von Pig. 15 ist es jedoch auch möglich, zwei konzentrische Dichtungsringe 44 zu verwenden. Bei dieser Abwandlung sind zum Zusammenarbeiten mit den Dichtungsringen 44 zum Zweck des Abdichtens der Umfangsfläche 36 des Läufers 13 gegenüber der Innenfläche 29 des Gehäuses 14 zwischen den benachbarten Enden der Zylinderbohrung 12 Abdichtungsstreifen 71 in Nuten 72 angeordnet, die sich an der Umfangsfläche 36 von dem Dichtungsring 44 auf der

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Bückseite der Bohrung 12 zu den Dichtungsringen 75 Ende der nächsten Bohrung oder bis in die Nähe der nächsten Bohrung erstrecken. Die Nuten 72 verlaufen längs Großkreisen auf der Umfangsf lache 36, und die V/ände dieser Nuten verlaufen im wesentlichen radial in Richtung auf die Mittelachse der teilweise kugelförmigen Fläche 36.

Eine weitere Abdichtung wird durch kurze Dichtungsstreifen 177 in Schlitzen 178 bewirkt 4 die Dichtungsstreifen 177 erstrecken sich von den Dichtungsstreifen 71 aus zu den Dichtungsringen 75> und die zugehörigen Schlitze 178 weisen einen "Auslauf" auf, d.h. einen Abschnitt von geringer werdender Tiefe, um die maschinelle Herstellung der Schlitze zwischen den Dichtungsstreifen 71 zu erleichtern.

Gemäß Fig. 16, 17 und 18 ist die einen Teil einer Kugelfläche bildende Umfangsflache 36 des Läufers 13 gegen die Wand der Bohrung 12 geneigt; diese Neigung ist hier in einem etwas übertriebenen Maßstab dargestellt. Ferner zeigen diese Figuren einen Teil eines. Kanals 58 bzw. 69, der sich durch das Gehäuse 28 erstreckt, um das Zuführen des Fludes zu der Bohrung 12 bzw. das Abführen des Fludes aus dieser Bohrung zu ermöglichen.

Gemäß .Fig. 16 wird die Abdichtung des Arbeitsspaltes 1?7 zwischen der ümfangsflache 36 des Läufers 13 und der innenfläche 29 des Gehäuses 28 durch einen Dichtungsring 144 bewirkt, der in einer Hinernut 129 liegt, welche die Bohrung; 12 vorzugsweise konzentrisch umgibt. Die Fläche 130 des Dichtungsrings 114, die sich mit abdichtender nirkunr an der Innenfläche 2P> abstützt, ist leicht gekrümmt oder abgerundet, um ein hängenbleiben an den Händern der h. ans Ie f*ö und 60 zu verhindern.

.Vährend des betriebs kommt der Druck des t-tses in dem Zylinder 12 in den opalten I3I und 13? auf der Irmei-seite und der Unterseite des Dichtungsrings 14^- zur «.i x'Kurir, so daß der .Dichtung srinp· pecen die äußere λ and

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BAD ORfQtNAL

der Ringnut 129 gedruckt wird, um die Ringnut abzudichten, und daß die Fläche 150 ebenfalls an die Umfangsflöche 29 des Gehäuses 28 angedrückt wird. Gemäß Fig. 16 ist eine gewellte Ringförmige Feder 136 vorhanden, die sich an der Unterseite des Dichtungsrings 144 und dem Boden 132 der Nut 129 abstützt, um den Dichtungsring nach oben an die Innenfläche 29 anzudrücken.

Die Wahl des Werkstoffs führt den Dichtungsring 144 und richtet sich nach den Betriebsbedingungen bei dem betreffenden Motor oder Verdichter; der Dichtungsring kann z.B. aus Guß- oder Sintereisen oder einer Eisenlegierung bestehen. Der Dichtungsring kann so ausgebildet sein, daß er infolge seiner Eigenelastizität nach außen gegen die äußere Wand der Ringnut 129 federt.

Fig. 17 zeigt eine Anordnung, die allgemein derjenigen nach Fig. 16 ähnelt, abgesehen davon, daß der Dichtungsring -244 einen kreisrunden Querschnitt hat und die Ringnut 229 einen entsprechenden abgerundeten inneren Teil,aufweist, an den sich ein nach außen geneigter Teil 233 anschließt. Dieses letztere Merkmal gewährleistet, daß der Druck des ^uases in der Bohrung 12 und/oder die Eigenelastizität des Dichtungsrings 244 den Dichtungsring veranlaßt, sich in der Nut 229 nach oben zu bewegen und mit abdichtender Wirkung mit der Innenfläche 29 und dem Läufer 13 zusammenzuarbeiten.

Fig. 19 zeigt einen Dichtungsring 334- mit zwei Stegen 334, die sich an der geneigten Fläche 333 des Läufers 13 abstützen, sowie mit zwei weiteren Stegen 335» die mit der Innenfläche 29 des Gehäuses 28 zusammenarbeiten. Ferner ist gemäß Fig. 18 eine endlose, vorgespannte Schraubenfeder 336 vorhanden, die den Dichtungsring 344 radial nach außen vorspannt.

Im allgemeinen wird es erforderlich sein, den Dichtungsring 44 bzw. 144 bzw. 244 bzw. 344 mit einem Spalt zu versehen, damit er sich elastisch aufspreizen kann.

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Um diesen Spalt abzudichten, sind gemäß Fig. 19» die einen Teil eines Dichtungsrings 344 zeigt, die Enden 357 des Dichtungsrings so geformt, daß sie radial nach außen sowie in Eichtung auf die Innenfläche 29 des Gehäuses 28 konvergieren. In der so geschaffenen Lücke ist ein im wesentlichen dreieckiges Beilegstück 338 angeordnet, dessen Querschnitt dem Querschnitt des Dichtungsrings 344 ähnelt ο Das Beilegstück 338 hat Flächen, die parallel zu den Enden 337 des Dichtungsrings 344 verlaufen, so daß die Enden oder Stirnflächen 337 an den ihnen zugewandten Flächen des Beilegstücks 338 anliegen.

Das Beilegstück 338 ist am hinteren Eand der Bohrung

12 oder in seiner Nähe angeordnet, wenn sich der Läufer

13 dreht, so daß die durch das Beilegstück erzeugte Reibungskraft bestrebt ist, es mit abdichtender Wirkung an die Enden 337 des Dichtungsrings anzudrücken und die Enden des Dichtungsrings auseinanderzudrücken. Das Beilegstück 338 hat vorzugsweise eine geringere Verschleißfestigkeit als der Dichtungsring 344, so daß es sich schnell abnutzt, bis es mit der Oberfläche des Dichtungsrings fluchtet.

Fig. 20 zeigt schematisch eine angeänderte Ausführungsform der vorstehend beschriebenen Maschine, die der beschriebenen Maschine ähnelt, abgesehen davon, daß der Läufer 113 anstelle des beschriebenen rechteckigen "Zylinders" 37 einen Verdichterzylinder 137 ^m^ einem kreisrunden Querschnitt aufweist. Natürlich erstrecken sich die Zylinderwände bei dem Läufer 113 nicht über den ganzen Durchmesser, damit sich der erste Kolben im rechten Winkel zu der zweiten Zylinderbohrung und der zweite Kolben im rechten Winkel zur ersten Zylinderbohrung hin- und herbewegten kann.

Der doppelseitige Verdichterkolben 121 bewegt sich in dem Zylinder 137 hin und her, und die Enden 147 dieses Kolbens arbeiten mit der Zylinderbohrung zusammen und sind durch seitliche Abschnitte 148 miteinander verbunden, die

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zu beiden Seiten der zentralen Rippe 26 des Arbeitskolbens 11 angeordnet sind. Die seitlichen Abschnitte 148 sind in ihrer Mitte mit Augen 149 versehen, die mit den exzentrisch angeordneten zylindrischen Abschnitten 52 der Welle 15 zusammenarbeiten.

An den Enden des Arbeitszylinders 12 sind gemäß Fig. 20 Dichtungsringe 44 angeordnet, und ähnliche Dichtungsringe können an den Enden des ^verdichterzylinders 137 vorhanden sein» Die Einlaß- und Auslaßkanäle in dem Gehäuse für jeden Zylinder sind so ausgebildet, daß sie während der Drehung des Läufers 113 in Verbindung mit den Enden der Zylinder 12 und 137 gebracht werden.

Zwar würde die Erfindung bezüglich ihrer Anwendung bei einem Verbrennungsmotor als Ausführungsbeispiel beschrieben, doch ist zu bemerken, daß sich die Erfindung im wesentlichen in der gleichen Weise anwenden läßt, wenn die faschine als Verdichter betrieben werden soll, und zwar entweder als zweistufiger ^verdichter, bei dem die Zylinder hintereinandergeschaltet sind, oder als einstufiger Verdichter, bei dem die Zylinder parallelgeschaltet sind, oder als Pumpe.

Ansprüche 409809/0449

Claims

ANSPELCHE

V\.j Maschine, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (14) mit einer inneren Umfangsfläche (29), einen in dem Gehäuse um eine Achse (33) drehbaren Läufer (13) einer im wesentlichen diametral verlaufenden Bohrung (12), eine durch eine Öffnung des Läufers ragende Welle (i'5)j deren Drehachse (34) gegenüber der Drehachse des Läufers versetzt ist, sich jedoch parallel dazu erstreckt, einen in der Bohrung hin- und herbewegtaren Kolben (11), eine Einrichtung, welche die Welle und den Kolben so miteinander verbindet, daß es möglich ist, ein Drehmoment zwischen dem Kolben und der "welle zu übertragen, wobei die innere Umfangsfläche des Gehäuses einen Teil einer Kugelfläche bildet, sowie durch kreisrunde Dichtungsringe (44), von denen je einer in einer Nut angeordnetbist, welche ein Ende der Bohrung umgibt, um eine Abdichtung zwischen dem · Läufer und der Innenf ILcchedes Gehäuses zu bewirken.
2. kaschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dß der Läufer (13) eine im wesentlichen diametral verlaufende, sich quer zu der ersten Bohrung (12) erstreckende zweite Bohrung (37) aufweist, daß in der zweiten Bohrung ein zweiter Kolben (21) hin- und herbwegbar ist, daß eine Einrichtung die Welle und den zweiten Kolben derart verbindet, daß zwischen diesen !'eilen die "Übertragung eines Drehmoments möglich ist, daß beide Kolben doppelseitig ausgebildet sind, daß in dem Gehäuse (14) ein erster Einlaßkanal (54) und ein erster Auslaßkanal (56) ausgebildet sind, die einer Drehung des Läufers in Verbindung mit der ersten Bohrung bringbar sind, daß kreisrunde Dichtungsringe (44) beide Enden der ersten Bohrung umgeben, d ß in dem Gehäuse ein zweiter Einlaßkanal (54) und ein zweiter Auslaßkanal (56) ausgebildet sind, die gegenüber dem ersten Einlaßkanal und dem ersten Auslafikanal seitlich versetzt und so angeordnet sind, daß sie bei

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einer Drehung des Läufers über durch einen seitlichen Abstand getrennte Durchlässe (45A, 45B) des Läufers in Verbindung mit der zweiten B_ohrung bringbar sind, daß zwei Paare von Dichtungen (71) vorhanden sind, die sich allgemein in der Umfangsrichtung des Läufers zwischen den kreisrunden Dichtungsringen erstrecken, daß diese Dichtungen an jedem Ende mit einem der Dichtungsringe zusammenarbeiten, und daß die Dichtungen jedes Paars jeweils auf der einen bzw. der anderen Seite einer Zone des Läufers angeordnet sind, welche während der Drehung des Läufers mindestens von dem ersten Auslaßkanal überstrichen wird, sowie zwischen dieser Zone und den durch einen seitlichen Abstand getrennten Durchlässen des Läufers, die während der Drehung des Läufers durch den zweiten liinlaßkanal und den zweiten Auslaßkanal überstrichen wird, so daß die Leckverluste des Arbeitsmittels, das bestrebt ist, von dem ersten Auslaßkanal zu dem zweiten Einlaßkanal zu gelangen, verringert werden.
3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Einlaßkanal (54) up.d der erste AuslaßkanaJL (56) in der erwähnter! Zone liegen, und daß die beiden Paare von Dichtungen zwei Paare von Dichtungsstreifen (71) umfassen, die in Kuten (72) liegen, welche symmetrisch so angeordnet sind, daß eine dieser Nuten auf jeder beite der Mittelebene (73) des Läufers (13) lie^t, welche im rechten Winkel zur Dtehachse (33) des Läufers verläuft»
4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dichtungsvorrichtungen (75) vorhanden sind, die sich nahe den Ländern der Umfangsfläche (36) des einen Teils einer Kugel bildenden Läufers (13) erstrecken, daß diese Dichtungsvorrichtujigen mit dem Gehäuse (14) zusammenarbeiten, und daß weitere Lichtungsstreifen (77) vorhanden sind, die sich allgemein in der Querrichtung zwischen jeder der Dichtungsvorrichtungen und der ihr benachbarten, sich in der umfangsrichtung erstreckenden Dichtung (71) erstrecken.

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5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei der Mchtungsstreifenanordnung um zwei Dichtungsstreigen (77A-, 77B) handelt, die in Nuten des Läufers (13) so angeordnet sind, daß die eine in der Strömungsrichtung vor den durch einen Querabstand getrennten Durchlässen (4-5A, 4-5B) des Läufers und die andere in der Strömungsrichtung hinter diesen Durchlässen liegt.
6. Maschine nach Anspruch 5» dadurch g e k e η η ζ e i chne t, daß der eine Dichtungsstreifen (77A) eines Paars in Fluchtung mit einem anderen Dichtungsstreifen (77B) des anderen Paars in einer gemeinsamen Ebene mit letzterem sowie in der gleichen Umfangszone des Läufers (13)j jedoch auf der entgegengesetzten Seite der Mittellinie des Läufers angeordnet ist.
7· Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Dichtungsringanordnung zwei konzentrische Dichtungsringe (44) gehören, die dem betreffenden Ende der Bohrung (12) zugeordnet sind.
8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein Dichtungsring (14-4-) am Ende der Bohrung (12) eine allgemein rechteckige Querschnittsform hat, daß jedoch seine Fläche (130), die sich an der einen 'J-'eil einer Kugelfläche bildenden Innenfläche (29) des Gehäuses (14-) abstützt, abgerundet ist, um ein Hängenbleiben des Dichtungsrings am Sand eines mit dem Läufer (13) zusammenarbeitenden Kanals des Gehäuses zu verhindern.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisrunde Dichtungsring (244) einen kreisrunden Querschnitt hat, und daß die ihn aufnehmende Ringnut (229) eine nach außen geneigte äußere Wand (233) hat.
10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der kreisrunde Dichtungs-

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ring (544) zwei Stege (354) aufweist, die sich an der nach außen geneigten äußeren Wand" (333) der den Dichtungsring aufnehmenden Eingnut abstützen.
11 ο Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der kreisrunde Dichtungsring (344) zwei äußere Stege (335) aufweist, die sich an der einen Teil einer Kugelfläche bildenden Innenfläche (29) des Gehäuses (14) abstützen.
12. Maschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisrunde Lichtungsring (344) einen Spalt aufweist und durch eine i^reder (336) nach außen vorgespannt ist.

13o Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisrunde Dichtungsring (344-) einen Spalt aufweist, daß die Stirnflächen (337) an dem Spalt des Dichtungsrings radial nach außen und in !Richtung auf die Innenfläche (29) des ortsfesten Gehäuses (16) divergieren, daß in dem Spalt ein im wesentlichen dreieckiges Füllstück (338) angeordnet ist, daß dieses Füllstück zu den Stirnflächen des Dichtungsrings passende Flächen aufweist, und daß Maßnahmen getroffen sind, um das Füllstück während der Drehung des Läufers auf der Rückseite der Bohrung zu halten, damit die auftretenden Reibungskräfte bestrebt sind, daß Füllstück in Anlage an dem Dichtungsring zu halten.

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