DE2355117A1

DE2355117A1 - Verdraengungspumpe bzw. -motor

Info

Publication number: DE2355117A1
Application number: DE19732355117
Authority: DE
Inventors: Cahrles Stanfield Charron
Original assignee: APLITEC Ltd
Current assignee: APLITEC Ltd
Priority date: 1972-11-03
Filing date: 1973-11-03
Publication date: 1974-05-16
Also published as: FR2205944A5; US3805526A; JPS4995205A

Description

2. November 1973 L/K

Aplitec Limited
Mississauga, Ontario, Kanada

" Verdrängungspumpe bzw. -motor "

Die Erfindung betrifft eine veränderliche, nach dem Verdränguhgsprinzip arbeitende, rotierende Hydraulikmaschine, d.h. eine veränderliche Verdrärigungspumpe bzw. einen veränderlichen Verdrängungsmotor. ■

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf veränderliche Verdrängungspumpen und -motoren zur Verwendung von hydrostatischen

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Transmissionen bzw. Übertragungssystemen. Ein Übertragungssystem umfaßt eine Pumpe und einen hydraulischen Motor, wobei die Pumpe und der Motor entweder direkt miteinander verbunden sind oder an unterschiedlichen Orten angeordnet und über Rohre oder Schläuche, die einen Hydraulikstrom fördern, miteinander verbunden sind. Derartige Maschinen enthalten Pumpen und Motoren, die nach dem Axial-Kolben-Prinzip, dem Radial-Kolben-Prinzip, dem Flügelprinzip bzw. dem Zahnradprinzip arbeiten. Die Kolben- und Flügelmaschinen der genannten Gattung weisen den Nachteil auf, daß sie-sehr teuer sind, im Hinblick auf den engen Sitz zwischen den Gleitflächen empfindlich gegen Verschleiß sind und eine gut gefilterte Arbeitsflüssigkeit benötigen. Die nach dem Zahnradprinzip arbeitenden Maschinen sind zwar relativ billig und im Hinblick auf die ziemlich großen Toleranzen weniger empfindlich gegen Verschleiß als die anderen Typen und arbeiten auch dann einwandfrei, wenn die Arbeitsflüssigkeit eine hohe Konzentration von Verunreinigungen enthält. Im Gegensatz zu den Kolben- und Flügelmaschinen können jedoch die nach dem Zahnrad-Prinzip arbeitenden Maschinen nicht als veränderliche Verdrängungspumpen und -motoren gebaut werden, so daß sie nicht zur Verwendung in hydrostatischen Übertragungssystemen geeignet sind.

Die Erfindung fußt auf der Anwendung des "Gerotor-Prinzips'^r und schafft eine veränderliche Verdrängungspumpe bzw. einen ver-

* veränderlichen

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änderlichen Verdrängungsmotor, die bzw. der die Hauptvorteile der nach dem Zahnrad-Prinzip arbeitenden Maschinen aufweist.

Das Gerotor-Prinzip ist seit vielen Jahren bekannt und wurde um 193o durch W.H. Nichols vervollkommnet. Eine Gerotor-Anordnung umfaßt insbesondere ein Paar im Eingriff stehender, innerer und äußerer zahnradähnlicher Elemente, deren Drehachsen derart zueinander versetzt sind, daß eine Achse um die andere umläuft, wobei das äußere Element mit Innenzähnen versehen ist, die die Form von teilkreisförmigen Vorsprüngen aufweisen, während das innere Element Außenzähne aufweist, deren Anzahl um eins geringer ist als die Anzahl der Vorsprünge des äußeren Elements und die der Gestalt der Vorsprünge derart angepaßt sind, daß ein rollender Kontakt entsteht. Die Elemente sind in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet, welches einen Fixierring, der die Rotationsachsen der Zahnräder definiert, sowie zwei Endwände bzw. Absperrglieder aufweist. Der Fixierring und die Endwände bzw. Absperrglieder bilden eine Kammer (im folgenden als "Gerotor-Kammer" bezeichnet), in der die .zahnradähnlichen Elemente arbeiten, wobei das innere Element drehbar auf einer Drehachse sitzt, die in einer Endwand gelagert ist, und wobei ein hydraulisches Arbeitsmedium durch Dürchgangsöffnungen, die gewöhnlich in der anderen Endwand vorgesehen sind, zu dem Gerotor hin und von diesem weg befördert wird.

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Bekannte Gerotor-Vorrichtungen arbeiten nach dem konstanten Verdrängungsprinzip. Gemäß der Erfindung wird jedoch eine veränderliche, nach dem Verdrängungsprinzip arbeitende hydraulische Rotationsmaschine mit einer Gerotor-Anordnung versehen, wobei Mittel zur Bewirkung einer relativen axialen Verschiebung des Gerotor-Elements vorgesehen sind, um das Fassungsvermögen der Gerotor-Kammer zu verändern.

Zur Erläuterung der Erfindung sind im nachfolgenden zwei Ausführungsformen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt,

eines hydrostatischen Übertragungssystems mit einer veränderlichen Verdrängungspumpe, und zwar als Schnitt entlang der Linie 1-1 aus Fig. 2;

Fig. 1a in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 1 zur Veranschaulichung der Lage der Gerοtor-

Zahnräder bei verkleinertem Fassungsvermögen der Gerotor-Kammer;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 aus Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3- 3 aus Fig. 1

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Detail aus Fig. 3;

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Fig. 5 in auseinandergezogener, perspektivischer Darstellung die wesentlichen Elemente der Gerotor-Anordnung;

Fig* 6 eine schematische Darstellung der hydrostatischen Übertragungseinrichtung;

Fig. 7 einen Längsschnitt einer modifizierten veränderlichen Verdrängungspumpe, wobei der Schnitt entlang der Linie 7 - 7 aus Fig. 8 gewählt ist, und

Fig. 8 einen Schnitt entlang der 8-8 aus Fig. 7.

Bevor auf die Konstruktionsdetails der hydraulischen Drehmaschine, auf die sich die Erfindung bezieht, eingegangen wird, soll zunächst das in Fig. 6 dargestellte Diagramm mit der hydrostatischen Übertragungsanlage betrachtet werden, die ein Anwendungsgebiet der Erfindung darstellt. Die hydrostatische Überträgungsanlage umfaßt zwei Maschinen 1ο und 11, die in einem gemeinsamen Gehäuse 12 enthalten sind. Die Maschine 1o arbeitet als veränderliche Verdrängungspumpe, während die Maschine 11 als Motor arbeitet, der sein Arbeitsmedium von der Pumpe bezieht. Ein Reservoir 13 bildet die Quelle für das hydraulische Arbeitsmedium, wobei eine Zufuhrungsleitung 14 von dem Reservoir zu dem Pumpeneinlaß 15 führt. Der Pumpenauslaß 16 ist über eine. Leitung 17 mit dem Motoreinläß 18 verbunden und der Auslaß 19

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.₆.

des Motors ist seinerseits mit einer Rücklaufleitüng 2o verbunden, über die das Arbeitsmedium in den Aufnahmebehälter zurückgeleitet wird. Am Einlaßende der Zuführungsleitung 14 ist ein Filter 21 vorgesehen, um für die Zuführung eines sauberen Arbeitsmediums zur Pumpe zu sorgen. Über ein Rohr kann Leckflüssigkeit von der Pumpe in den Aufnahmebehälter zurückgeführt werden.

Der Arbeitsdruck des hydraulischen Arbeitsmediums am Einlaß des Motors wird durch ein Druckminderungsventil 23 begrenzt, welches in einem zwischen der Leitung 16 und dem Aufnahmebehälter 13 vorgesehenen Strömungskanal 24 vorgesehen ist.

Die Pumpe 1o und der Motor 11 sind mit in Fig. 6 nicht dargestellten Rotationsachsen versehen, die den Eingang und Ausgang des Übertragungssystems bilden. Da die Pumpe von einer äußeren Kraftquelle angetrieben wird, erzeugt sie einen Zustrom von mit Druck beaufschlagtem Arbeitsmedium für den Motor, wodurch der. Motor angetrieben wird, während das Arbeitsmedium in Richtung der dargestellten Pfeile umläuft. Das Übersetzungsverhältnis wird bestimmt durch die relativen Abstimmungen der veränderlichen Verdrängungsmaschinen 1ο und 11.

Veränderliche Verdrängung:

Die Merkmale der veränderlichen Verdrängung der beiden Maschinen 1o und 11 wird durch eine Gerotor-Anordnung erreicht deren

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wesentliche Elemente in Fig. 5 dargestellt sind. Die Gerotor-Anordnung umfaßt ein inneres Gerotor-Element 25, das auf einer Drehachse 26 sitzt. Bei einer Pumpe ist die Achse 26 die Krafteingangswelle, bei einem Motor die Kraftausgangswelle. Das innere Element 25 ist so angeordnet, daß es mit einem äußeren Gerotor-Element J>k kämmt, wobei letzteres so eingerichtet ist, daß bei der dargestellten Ausführungsform die Rotationsachse des äußeren Elements um die Rotationsachse des inneren Elements umläuft. Ferner gehört zu der Anordnung ein erstes Absperrglied 27 mit einer inneren peripheren Kante 28, die der Gestalt des inneren Elements entspricht, wodurch es an dem inneren Element

25 festgekeilt ist,um mit diesem umzulaufen. Entsprechend ist ein zweites Absperrglied 29 vorgesehen, das eine äußere periphere Kante aufweist, die der Gestalt des äußeren Elementes

26 entspricht, wodurch es an dem äußeren Element festgekeilt wird und mit diesem umläuft. Das Absperrglied 29 ist beispielsweise mit sieben Durchgangsöffnungen 3o versehen, die zyklisch mit einer Einlaßleitung 31 und einer Auslaßleitung 32 eines Ventilkbrpers 33 zusammenwirken. Der Ventilkörper ist mit Hilfe von Schrauben 34 gegen Drehung sowie axiale Verschiebung gesichert. ·

Ein erstes Ringelement 35 und ein zweites Ringelement 36 sind unter Zwischenlage eines Dichtrings 37 zusammengeschraubt und bilden einen zusammengesetzten Haltering. Der Haltering ist, wie im folgenden beschrieben wird, derart gelagert, daß er axial

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verschieblich ist. Der Haltering umgibt das äußere Gerotor-Element 24 sowie die Abdichtglieder 27 und 29;so daß die Abdichtglieder und das äußere Gerotor-Element relativ zu dem inneren Gerotor-Element 25 festgehalten werden. Der Haltering sowie die Ab sperrglieder bilden eine Gerotor-Kammer, in welcher die Gerotor-Elemente arbeiten. Das Absperrglied 27 ist in axialer Richtung dadurch festgelegt, daß es zwischen die Ringfeder 35 und 36 eingeklemmt ist,und das äußere Element 34 wird dadurch axial festgelegt, daß es zwischen das Absperrglied 27 und eine in dem Ringteil 35 vorgesehene ringförmige Fläche 38 eingesetzt ist. Wenn daher der Haltering axial verschoben wird, verschieben sich das äußere Gerotor-Element 34 und das Abdeckglied 27 relativ zu dem inneren Element 25 und dem Abdeckglied 29. Die Gerotor-Kammer weist dadurch ein veränderliches Fassungsvermögen auf.

Zum Ausführen der axialen Verschiebung des Halteringes weist das Ringglied 36 ein äußeres Schraubgewinde 39 auf, welches in einen mit Innengewinde versehenen Kragen 4o eingreift. Der Kragen ist mit äußeren, quer verlaufenden Gewindegängen 41 versehen, die in eine Gewindeschnecke 42 eingreifen. Die Gewindeschnecke ist, wie in Fig. la dargestellt, in dem Maschinengehäuse gelagert und ist drehebar. Auf diese Weise ist eine sehr feine Steuerung der relativen axialen Stellungen der Gerotor-Elemente gesichert.

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Beschreibung von Ausführungsbeispieren: Die Beschreibung erfolgt zunächst anhand der Figuren 1 bis 4, in denen Konstruktionsdetails des ersten Ausführungsbeispiels dargestellt sind. Das stationäre Gehäuse 42 ist mit zwei Endwänden versehen. Die eine Endwaid. ist als glockenförmiges Teil 43 ausgebildet _r das mit Hilfe von Schrauben 44 an dem Gehäuse befestigt ist, während andererseits ein Dichtungsgehäuse 45 an das glockenförmige Teil mit Hilfe von Schrauben 46 angeschraubt ist. Die Eingangswelle 4? der Übertragungseinrichtung erstreckt sich durch die Endwand hindurch, und ist mit Hilfe von Lagern 48 um seine Achse drehbar gelagert. Die Welle 26, an welcher das innere Gerotor-Element 25 festgekeilt ist, bildet einen Verlängerungsteil der Eingangswelle 4? und verläuft koaxial zu dieser. Die andere Endwand des Gehäuses 12 wird durch eine Zwischenwand 49 gebildet, die mit inneren Durchgängen versehen ist, welche die Leitungen 14 und 17 bilden. Zwischen den Ehdwänden des Gehäuses 12 ist der Haltering 35» 36 mit Hilfe eines an dem glockenförmigen Teil 43 vorgesehenen zapfenartigen Abschnitts 35 axial festgelegt. Es sei erwähnt, daß die beiden Ringteile mit Hilfe von Schrauben 51 axial befestigt sind. Der Haltering ist gegen Drehung mit Hilfe.eines Keils 52 gesichert, der von der Wand des Gehäuses 12 nach innen gerichtet ist und in eine an dem Haltering vorgesehene;sich axial erstreckende Nut 53 eingreift. Wie bereits beschrieben, kann der Haltering mit Hilfe des mit Gewinde versehenen Kragens

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4ο sowie der Gewindeschnecke 42 axial verschoben werden, um das Fassungsvermögen der Gerotor-Kammer und damit die Arbeitsleistung der Pumpe zu verändern.

Der Motor 11 umfaßt eine zweite Gerotor-Anordnung, deren inneres Element 54 auf eine Drehwelle 55 aufgekeilt ist, die die Ausgangswelle der Übertragungseinrichtung darstellt. Die Ausgangswelle 55 ist in Lagern 56 um ihre Achse drehbar gelagert, die koaxial zu der Eingangswelle 47 angeordnet ist und sich durch ein zweites, glockenförmiges Dichtungsgehäuse 57 erstreckt.

Das Dichtungsgehäüse 57 ist mit Hilfe von Schrauben 59 an einem Flanschteil 58 befestigt, welches seinerseits mit Hilfe von Schrauben 6o an.einem Ende des Gehäuses 12 befestigt ist. Das äußere Element 54a der zweiten Gerotor-Anordnung wird durch einen Haltering 61 fixiert, der zwischen Absperrgliedern bzw. Endplatten 62 und 63 angeordnet ist, wodurch die Kammer der zweiten Gerotor-Anordnung definiert ist. Die Platte 62 ist mit einem Einlaß 64 und einem Auslaß 65 versehen, deren Stellungen relativ zu der Orientierung des exzentrischen Halteringes 61 mit Hilfe einer Gewindeschnecke 66 verändert werden können, die mit an dem Haltering vorgesehenen äußeren querverlaufenden Gewindegängen im Eingriff steht. Durch Drehung des Halteringes können der Einlaß und Auslaß des Motors beliebig beaufschlagt werden, wodurch Mittel zum Reversieren des Motors geschaffen werden.

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Bei der in Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsform ist das äußere Gerotor-Element 67 koaxial zu der Treibwelle 68 angeordnet, während das innere Gerotor-Element 69 um eine Achse rotiert, die um die Achse der Treibwelle umläuft. Das innere Element 69 ist über Keile 71 mit einem Ende einer Universalbzw. Kardanwelle 7o verbunden, während das andere Ende der Kardanwelle über Keile mit der inneren Fläche eines hohlen Endes der Treibwelle 68 verbunden ist. Die Enden der Kardanwelle liegen an einem Anschlag 72, der einstückig mit der Endplatte 73 des Gehäuses lh ausgebildet ist,, und gegen einen federbelasteten Anschlag 75 an_?der innerhalb des hohlen Endes der Welle 68 angeordnet ist. Die Gerotor-Elemente 67 und 69 arbeiten innerhalb einer Gerotor-Kammer, die durch einen Haltering 76, ein erstes Endabdeckungsglied 77, das drehfest mit dem inneren Element 69 verkeilt ist, und ein zweites Endabdeckglied 78

ist ^

gebildet, das auf das äußere Element 69 drehfest mit diesem aufgekeilt ist. Eine zweite Endplatte 79. ist mit Hilfe von Schrauben 80 an das Gehäuse Ik angeschraubt. Diese Endplatte 79· ist glockenförmig ausgebildet, um eine ringförmige Erweiterung 81 der Treibweile 68 aufzunehmen, und weist einen Einlaß 82 für die Arbeitsflüssigkeit sowie einen Auslaß 83 auf. Die ringförmige Erweiterung 81 ist mit zwei umlaufenden Nuten84 und 85 versehen, die mit dem Einlaß 82 bzw. dem Einlaß 83 zusammenwirken. Von der Nut 84 erstreckt sich eine Einlaßleitung 86 zu einer in dem Endabdeckglied 78 vorgesehenen Einlaßöffnung

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87, während eine Auslaßleitung 88 von der Nut 85 zu einer in dem Endabdeckglied vorgesehenen Auslaßöffnung 89 verläuft.

Der Haltering 76 umfaßt zwei Ringglieder, die wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel axial befestigt sind. Zur Veränderung der Leistung der Pumpe (bzw. des Motors, wenn die Maschine so ausgelegt ist, daß sie als Motor arbeitet) kann, das Fassungsvermögen der Gerotor-Kammer durch axiale Verschiebung des Halteringes 76 verändert werden. Zu diesem Zweck ist ein Ende des Halteringes mit einer sich axial erstreckenden Einstellwelle 90 verbunden, die in eine an einem Ende des Gehäuses 74 vorgesehene Buchse 91 eingeschraubt ist. Ebenso wie bei dem vorangehend beschriebenen Beispiel wird eine Drehbewegung des Halterings 76 durch ein Keilglied 92 verhindert, welches in eine in dem Haltering vorgesehene, sich in Axialrichtung erstreckende Nut 93 eingreift.

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Claims

Patentansprüche

1. Veränderliche, hydraulisch arbeitende rotierende Verdrängungsmaschine, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h net, daß die Maschine" eine Ger ο tor-Anordnung umfaßt mit zwei miteinander kämmenden Gerotor-Elementen, einem inneren und einem äußeren, die in einer Gerotor-. Kammer angeordnet sind, wobei eine Einrichtung zur axialen Verschiebung der Elemente relativ zueinander zur Veränderung des Aufnahmevolumens der Gerotor-Kammer vorgesehen ist.

2. Verdrängungsmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein stationäres Gehäuse mit ' einer ersten Endwand und einer zweiten.Endwand, durch eine rotierende Welle, die in der ersten Endwand zur Rotation um eine vorbestimmte Achse gelagert ist, durch eine Gerotor-Anordnung, die in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Gerotor-Anordnung miteinander kämmende, innere und äußere Gerotor-Elemente umfaßt, von denen das innere Element auf der Welle rotationsfest befestigt ist, ein erstes Abdeckglied, das an dem inneren Element zur Drehung mit diesem angreift, ein mit Durchgangsöffnungen versehenes zweites Abdeckglied, das an dem äußeren Element'zur Drehung mit

, und
diesem angreift, einen axial verschiebliehen Haltering,

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der das äußere Element sowie die Abdeckglieder umgibt, um diese relativ zu dem inneren Element festzulegen, wobei das äußere Element und das erste Abdeckglied mit dem Haltering zur axialen Verschiebung mit diesem verbunden sind, und wobei die Abdeckglieder und der Haltering eine Gerotor-Kammer mit veränderlichem Aufnahmevolumen bilden, durch eine Ventileinrichtung, die an einer Endwand des Gehäuses befestigt ist, wobei die Ventileinrichtüng mit Einlaß und Auslaßleitungen versehen ist, die mit den Öffnungen des zweiten Abdeckglieds verbunden sind, um hydraulisches Arbeitsmedium in die Gerotor-Kammer hinein und aus dieser heraus zu führen, durch eine mit dem' Haltering zusammenwirkende Einrichtung zur Bewirkung einer axialen Verschiebung des Halterings, wodurch das effektive Aufnahmevolumen der Gerotor-Kammer verändert wird, und durch eine Einrichtung zur Sicherung des Halteringes in dem Gehäuse gegen eine Rotationsbewegung.

3. Verdrängungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chnet, daß das innere Element mit der Drehwelle verbunden ist und um die vorbestimmte Achse rotiert und daß das äußere Element durch den Haltering derart gelagert ist, daß es um eine Achse rotiert, welche um die genannte vorbestimmte Achse umläuft.

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4. Verdrängungsmaschine nach Anspruch 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das äußere Element durch den Haltering in koaxialer Anordnung zu der Drehwelle gehalten ist und daß das innere Element mit dieser Welle über eine Universal- bzw. Kadernkupplung verbunden und durch das erste Abdeckglied' derart gelagert ist, daß es um eine Achse rotiert, welche um die genannte vorbestimmte Achse umläuft.

5. Verdrängungsmaschine nach Anspruch 2,. wobei die Maschine als veränderliche Verdrängungspumpe arbeitet, gekennzeichnet durch eine Quelle für Arbeitsflüssigkeit, durch einen rotierenden, hydraulischen Motor, der an der zweiten Endwand des Gehäuses befestigt ist und einen Flüssigkeitseinlaß und einen Flüssigkeitsauslaß aufweist, durch eine Zuführungsleitung, die die Arbeitsflüssigkeitsquelie mit der Einlaßleitung der Pumpe verbindet, durch Mittel, die die Auslaßleitung der Pumpe mit dem Einlaß des Hydraulikmotors verbinden, und durch eine Rücklaufleitung, die den Auslaß des Hydraulikmotors mit der Arbeitsflüssigkeitsquelle verbindet.

6. Verdrängungsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gek enn ζ e i chn et, daß der Hydraulikmotor eine rotierende Motorwelle umfaßt, die um die genannte vorbe-

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stimmte Achse drehbar gelagert ist, sowie eine Gerotor-Anordnung, die mit einem inneren und einem äußeren Gerotor-Element versehen ist, wobei die beiden Elemente in einer in dem Motorgehäuse vorgesehenen Gerotor-Kammer arbeiten und das innere Element mit der Motorwelle zur Drehung mit dieser verbunden ist.

7. Verdrängungsmaschine nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Mittel zum Umsteuern der zum Motor führenden Anschlüsse für das Arbeitsmittel, um ' den Motor reversierend können.

8. Verdrängungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennz eichnet, daß der Haltering einen sich in axialer Richtung erstreckenden, mit Gewinde versehenen Flansch, aufweist und daß die Einrichtung zur Bewirkung einer axialen Verschiebung des Halterings eine Gewindeschnecke aufweist, die in dem Gehäuse gelagert ist und mit dem Flansch in Eingriff steht.

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