DE2537197A1 - Zahnradpumpe oder motor - Google Patents

Description

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Mishawaka. Indiana 46->WuSA ™^ΒβΗ· ^KEeBDiMTiIiT München

HAMBURG, 19. AugUSt 1975

Zahnradpumpe oder Motor

Bei den üblichen Zahnradpumpen und Motoren bilden die im Eingriff stehenden Zähne der Zahnräder in der Mitte des Pumpenhohlraumes eine Schranke, die einen Rückfluß der Flüssigkeit zum Einlaßkanal der Pumpe oder einen Durchgang der Flüssigkeit unmittelbar vom Einlaß zum Auslaß des Motors verhindert. Die die Schranke bildenden im Eingriff stehenden Zähne bilden nicht eine vollständige Dichtung zwischen dem Ein- und Auslaßkanal, so daß Flüssigkeit zwischen den Zähnen der beiden Zahnräder durchleckt, was oft ausreicht, um den Wirkungsgrad der Pumpe oder des Motors wesentlich herabzusetzen» Weiterhin wird bei der Bewegung der Zähne die zwischen den Zahnrädern in der Eingriffszone eingeschlossene Flüssigkeit unter hohem Druck zwischen die Seiten der Zähne und die benachbarten Wände der Seitenplatten zum Ein- und/oder Auslaß gedrückt und entweicht so aus den sich schließenden Kammern zwischen den Zähnen. Hinzu kommt, daß auch ein Leckfluß zwischen den Zahnrädern und den Seitenplatten oder anderen Stellen auftritt, wie z. B. an der

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Hochdruckseite der Zatmradwellen, wobei jedoch der Leckfluß an diesen anderen Stellen im Vergleich zu dem, der zwischen den im Eingriff stehenden Zähnen auftritt, ziemlich unbedeutend ist. Um den Leckfluß auf ein Minimum zu beschränken, sind die üblichen Seitenplatten hydrostatisch in der Zahnradseite ausgeglichen, um diesen Leckfluß zu steuern. Jedoch müssen die Platten gegen die maximale Kraft ausgeglichen sein» die an der Zahnradseite der Platte auftritt« Bei einem Betrieb mit hohen Drücken, beispielsweise mit 14O kg/cm bei einem Zahnradaußendurchmesser von 50 °βπ würde diese übermäßige Kraft etwa 270 kg betragen. Dies bewirkt eine übermässige Abnutzung. Die Hauptquelle dieser Kraftvariation entsteht, wenn die Flüssigkeit zwischen den ZäHnen und dem Gehäuse mit dem Niederdruckhohlraum Verbindung hat«

Bei einigen Motoren und Pumpen wird eine Entlastung der eingefangenen Flüssigkeit zwischen den Zahnrädern durch die Vorsehung von Öffnungen gesteuert, die es der eingefangenen Flüssigkeit gestatten, zur Niederdruckseite zu entweichen. Während hierbei die normalerweise in der eingefangenen Flüssigkeit entwickelten Kräfte aufgehoben werden, wird der Wirkungsgrad der Vorrichtung wesentlich vermindert. Dieser Leckzustand zwischen dem Ein- und Auslaßkanal entlang den Seiten der Zähne nimmt normalerweise während der Lebensdauer der Vorrichtung infolge der Abnutzung der Zähne und der Stirnflächen der Platten durch ihre Berührung miteinander zu, so daß die Spalte zwischen den Zahnrädern und den Platten naturgemäß größer werden, was wiederum eine

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Abnahme des Wirkungsgrades der Vorrichtung bewirkt. Um die Abnutzung zwischen den Zahnrädern und den Seitenplatten auszugleichen, ist es üblich, die Rückseite der Seitenplatten mit Druck zu beaufschlagen, um sie ständig in Anlage gegen die Seiten der Zahnräder zu drücken. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Wirksamkeit der Anlage um die ganzen Seiten der Zahnräder herum erfolgt einschließlich von Stellen, wo normalerweise nur ein geringer Leckfluß auftritt.

Es ist daher eines der Hauptziele der Erfindung, eine hydraulische Zahnradpumpe oder -motor zu schaffen, die so konstruiert sind, daß der Leckfluß an den miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern wirksam auf ein Minimum reduziert wird, wobei eine maximale Wirksamkeit entlang den Seiten der Zahnräder erzielt wird, wo die größten Drücke und daher der größte Leckfluß normalerweise auftritt, ohne eine ubermässige Abnutzung der Seitenplatten und der Seiten der Zahnräder zu bewirken.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Motors oder einer Pumpe der zuvor erwähnten Art, bei denen eine verhältnismäßig einfache und verläßliche Vorrichtung zur Steuerung des auf die Seitenplatte nahe der Eingriffszone der Zahnräder ausgeübten Druck zu steuern, und zwar entsprechend der Höhe des Druckes auf beiden Seiten der Zone, wobei die Vorrichtung ohne wesentliche

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Änderungen der Größe oder der Ausbildung der ursprünglichen Vorrichtung eingebaut werden kann.

Ein weiteres Ziel bestehen der Schaffung einer hydraulischen Zahnradpumpe bzw. eines Motors, bei der eine Seitenplatte vorgesehen ist, die den Druck auf die Platte in der Zone zwischen den Zahnradwellen und an der Hoch- und Niederdruckseite der miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder steuert, und zwar unabhängig von dem auf die Platten in anderen Zonen des Pumpenhohlraumes wirkenden Druck, wobei auch bei normaler Abnutzung der Teile der Vorrichtung die Wirksamkeit erhalten bleibt, so daß die Vorrichtung über längere Betriebszeiten unter nahezu optimalen Betriebsbedingungen arbeitet.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor. Es zeigen:

Fig. 1 eine Endansicht einer Pumpe oder eines Motors gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt der Pumpe oder des Motors nach Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung nach Linie 3-3 der Fig. 2;

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Figo 4 einen Querschnitt der in den vorstehenden Figuren gezeigten Vorrichtung nach Linie 4-4 der Fig. 2;

Fig. 5 einen Längsschnitt der Vorrichtung nach Linie 5-5 der Fig. 3» und zwar im rechten Winkel zu dem in Fig. 2 gezeigten Längsschnitt; und

Fig. 6 eine Draufsicht einer Einsetzplatte für eine Seitenplatte gemäß der Erfindung in Blickrichtung der Pfeile 6-6 in Fig. 5.

In den Zeichnungen ist eine Hydraulikpumpe gemäß der Erfindung im ganzen mit 10 bezeichnet, die einen Stator 12 und Endplaften i4 und i6 aufweist, die zusammen durch mehrere Schrauben 18, die sich durch die drei Abschnitte erstrecken, verbunden sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stator einteilig mit der Endplatte 14 hergestellt. Ein Befestigungsflansch 20 mit Schraubenlöchern 21 ist einteilig mit der Endplatte 14 verbunden und kann an einem Elektromotor oder einer anderen Kraftquelle angebracht sein. Während das Ausführungsbeispiel eine Hydraulikpumpe betrifft, kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung ebenso gut als ein Hydraulikmotor verwendet werden.

Der Stator 12 weist zwei im wesentlichen kreisförmige Pumpenhohlräume 30 und 32 für die Zahnräder 34 bzw. 36 auf. Das Zahnrad 34 ist auf einer Leerlauf welle 37 angeordnet,

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die in Lagern 38 und 4o gelagert ist, die in den Innenwänden der Endplatten 14 bzw. 16 angeordnet sind. Die Welle weist eine axiale Bohrung 42 auf, die den Druck mit beiden Seiten des Zahnrades und der Welle sowie mit der anderen Seite verbindet, so daß das Zahnrad und die Welle während des Betriebes der Pumpe hydraulisch ausgewogen sind. Das Zahnrad 36 ist drehfest mit einer Antriebswelle 48 verbunden, die in einem Lager 50 in einer Bohrung der Endplatte 14 und einem Lager 52 in einer Bohrung der Endplatte 16 gelagert ist, Die Welle JS erstreckt sich durch die Endplatte 14 nach außen und hat ein Ende 54 zur Vefoindung mit einem Motor, um die Welle anzutreiben und dabei das darauf angeordnete Zahnrad zu drehen, das im dargestellten Ausführungsbeispiel einteilig mit der Welle ausgebildet ist. Am äußeren Ende der Bohrung in der Endplatte i4 ist die Welle 36 durch eine Dichtung 62 abgedichtet, wobei Leckflüssigkeit entlang der Welle 48 durch einen axialen Durchgangskanal 64 abgeführt wird, der sich über den größten Teil der Länge der Welle erstreckt und mit der Bohrung in der Endplatte 14 über einen radialen Durchgangskanal 66 verbunden ist. Eine sich durch die Endplatte 16 erstreckende Öffnung 70 dient zur Verbindung des Durchgangskanals 64 mit einem Äblaufrohr (nicht dargestellt).

Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Pumpe ist so ausgebildet, daß sie in. beiden Drehrichtungen arbeiten kann. Zum Zwecke der Beschreibung soll jedoch ein Kanal 80 als

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Flüssigkeitseinlaß oder als Niederdruckseite der Pumpe betrachtet werden, während ein Kanal 82 der Auslaß bzw. die Hochdruckseite der Pumpe ist. Beide Kanäle stehen unmittelbar mit den Pumpenhohlräumen und dsn Umfangen der Zahnräder nahe den entsprechenden Kanälen in Verbindung. Weiterhin ist der Einlaßkanal 80 mit den Seiten der Zahnräder im Stator durch eine Ausnehmung 84 und der Auslaßkanal 82 durch eine Ausnehmung 88 verbunden. Venn das Zahnrad 36 durch die Welle 48 angetrieben wird, wird Flüssigkeit durch den Einlaßkanal 80 und die Ausnehmung 84 einwärts gesogen und durch die Zähne um den Umfang der Pumpenhohlräume 30 und 32 herum bewegt, um dann durch die Ausnehmung 88 in den Auslaßkanal 82 ausgetragen zu werden. Die Zähne stehen in der Zone zwischen den Zahnrädern 34 und 36 miteinander in Eingriff und verhindern so einen Rückstrom der meisten Flüssigkeit zur Einlaßseite der Pumpe. Die miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder bilden jedoch natürlicherweise einen geschlossenen Hohlraum zwischen den Zahnrädern beim Rücklauf derselben. Der Druck dieser eingefangenen Flüssigkeit nimmt mit der Abnahme des Raumes zwischen den Zahnrädern zu, was einen wesentlichen Leckfluß entlang beiden Seiten der Zahnradzähne zur Folge hat, es sei denn, daß irgendeine Vorrichtung in der Pumpe vorgesehen wird, die ständig die Überschußflüssigkeit abführt. Derartige Vorkehrungen sowie irgendein wesentlicher naturgemäßer Leckfluß vermindern den Wirkungsgrad der Pumpe wesentlich.

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INSPECTED

Die Erfindung überwindet den Wirkungsgradverlust,der normalerweise durch Leckströme um und entlang den Seiten der Zahnräder von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite der Pumpe und zwischen den miteinander in Eingriff stehenden Zähnen entsteht, dadurch, daß ein enger Sitz zwischen den Seiten der Zahnräder und den benachbarten Seitenplatten oder Wänden des Pumpenhohlraumes aufrechterhalten bleibt.

Die Erfindung ist in erster Linie auf die Verwendung einer Einsetzplatte 90 gerichtet, die im einzelnen in Fig. 6 gezeigt ist. Beim Ausführungsbeispiel sitzt die Einsetzplatte 90 in einer Ausnehmung 92 der inneren Stirnfläche der Endplatte 14 und ist im wesentlichen kreisförmig mit Ausnahme von Aussparungen 9h und 96, die zur Ausnahme der Wellen 37 und k8 dienen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die in der Ausnehmung 92 aufgenommene Einsetzplatte 90 zwischen den beiden Wellen und in der Mitte des Pumpenhohlraumes angeordnet. Hierbei umgreifen die beiden Aussparungen etwa die Hälfte der entsprechenden Wellen. Die Einsetzplatte 90 weist Ein- und Auslaßausnehmungen 8k bzw. 88 auf, die mit den Ein- und Auslaßkanälen 80 bzw. 82 in Verbindung stehen. Mittelteile 97 und 98, die in der Eingriffszone der Zahnräder angeordnet sind, beschränken den Flüssigkeitsstrom von der Hoch- zur Niederdruckseite auf ein Minimum, indem sie Stirnflächen an der Einsetzplatte bilden, die an den Seiten der Zahnräder anliegen_o

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Die Einsetzplatte 90 wird durch. Druck der Rückseite derselben über Löcher 99 und 100, die sich durch die Einsetzplatte in die Ausnehmung erstrecken, von den Hochdruck- und Niederdruckausnehmungen 84 und 88 beaufschlagt und in Flächenberührung mit den Seiten der Zahnräder gedrückt. Die durch die Fände der Ausnehmung und der Einsetzplatte begrenzte Kammer ist in zwei gesonderte Flüssigkeitskammern 102 und 104 durch eine Dichtung 106 unterteilt, die in einer Nut 108 angeordnet ist, die sich um den Umfang der Einsetzplatte und eine Verbindungsnut 110 erstreckt. Die Ausnehmung 92 hat die gleiche Form und im wesentlichen die gleiche Größe wie die Einsetzplatte 90, die darin durch die Dichtung 106 abgedichtet ist» Die in den Nuten 108 und 110 aufgenommene Dichtung 106 dichtet die beiden Kammern in der Ausnehmung ab und verhindert einen Leckfluß aus denselben, wenn sie mit Druck durch die Löcher 99 und. 100 beaufschlagt wird. Beim Betrieb der Pumpe bewirkt die durch die Löcher 99 und 100 auf der Hoch- und der Niederdruckseite der Pumpe zugeführte Flüssigkeit auf der Rückseite der Einsetzplatte 90 Hoch- und Niederdrücke, so daß die Einsetzplatte eine Kraft auf die entsprechenden Zahnradzonen ausübt, die in der Größe den Drücken auf der Hoch- und Niederdrückseite der Zahnräder entspricht. Auf diese ¥eise wird eine wirksame Abdichtung durch die Einsetzplatte an den Seiten der Zahnräder erzielt, ohne die Zahnräder und die benachbarten Flächen der Einsetzplatte übermässigen Drücken

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- 10 lind infolgedessen übermäßiger Abnutzung auszusetzen.

Beim Betrieb der Pumpe wird die ¥elle k8 von einem Motor oder einer geeigneten Kraftquelle angetrieben, um eine Drehung des Zahnrades 36 zu bewirken, das seinerseits das Zahnrad 34 und die Welle 37 dreht, wobei das Zahnrad 36 durch die Welle k8 im Gegenuhrzeigersinne und das Zahnrad 34 auf der Welle 37 im Uhrzeigersinne in Fig. k gesehen gedreht wird, so daß hydraulische Flüssigkeit durch den Kanal 80 und die Ausnehmung 8k einwärts gesaugt wird. Die Flüssigkeit wird dann in den Zahnlücken um den Umfang der Pumpenhohlräume 30 und 32 zur Ausnehmung 88 bewegt und durch den Auslaßkanal 82 ausgetragen. Die Zähne stehen miteinander im Eingriff und drücken beim Eingriff derselben die Flüssigkeit aus den Zahnrädern durch den sich einwärts erstreckenden Teil,der Ausnehmung 88. Ein kleiner Teil der Flüssigkeit neigt dazu, zwischen den beiden im Eingriff stehenden Zähnen eingefangen zu werden, so daß der Flüssigkeitsdruck in diesem Bereich zunimmt, wobei der Druck auf die Seitenplatten i4 und 16 auf jeder Seite der Zahnräder wirkt und einen Leckstrom bewirkt. Die Einsetzplatte 90 dient zur Aufrechterhaltung einer engen Toleranz zwischen der Wand der Seitenplatte und den Seiten der Zahnräder in der Eingriffszone, so daß die Flüssigkeitsmenge,die entweder ztrHoch- oder Niederdruckseite der Zahnräder abströmt, reduziert wird. Dieser

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wirksame Betrieb wird durch die Einsetzplatte 90 erzielt, die fest gegen die Seite der Zähne durch den Druck gedrückt wird, der in die Ausnehmung 92 durch die Löcher 99 und 100 hinter die Einsetzplatte 90 eingeführt wird. Da der Auslaßdruck im Kanal 82 und der Ausnehmung 88 wesentlich größer als der Druck auf der Einlaßseite der Pumpe im Kanal 80 und der Ausnehmung 84 ist, ist der der Kammer 104 zugeführte Druck wesentlich größer als der der Kammer 102 zugeführte Druck, so daß der auf die Seiten des Zahnrades durch die Einsetzplatte 90 ausgeübte Druck an der Auslaßseite der Zahnräder größer ist als an der Einlaßseite in der Zone der miteinander in Eingriff stehenden Zähne. Hierdurch wird der charakteristische Nachteil vermieden, daß die ganze Einsetzplatte gleichmäßig auf beiden Seiten der Zahnräder in der Eingriffszone der Zähne mit Druck beaufschlagt wird, wobei die unnötige Abnutzung und Bremswirkung auf die Zahnräder durch den übermäßig hohen Druck in der Zone vermieden wird, vo der Leckfluß zwischen den Zahnrädern und der Seitenplatte hindurch unbeachtlich ist.

Die Einsetzplatte begrenzt nicht nur die Zone des hohen Druckes der Seitenplatte gegen die Zahnradzähne, sondern verändert auch den Druck von einem Teil der Einsetzplatte zum anderen, um zusätzlich die unnötige Bremswirkung und Abnutzung auf die Zähne durch die Seitenplatte auf ein Minimum zu beschränken. Somit bewirkt die Einsetzplatte eine Reduzierung der Leckflüssigkeitsmenge auf beiden Seiten

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ORIGINAL INSPECTED

der Zähne in der Zone, wo der höchste Druck und der stärkste Leckfluß normalerweise in der Pumpe auftritt, ohne den befriedigenden Betrieb und zulässige Leckdurchlässe in anderen Zonen der Pumpe einschließlich der Niederdruckseite zu stören· Während der Druck den Kammern 102 und 104 über die Löcher 99 und 100 zugeführt wird, können stattdessen an den gegenüberliegenden Kanten der Einsetzplatte Schlitze verwendet werden, um die Drücke den beiden Kammern 102 und 104 zuzuführen.

Vorstehend ist nur ein Ausführungsbeispxel der Zahnradpumpe oder des Motors im einzelnen beschrieben worden, wobei jedoch verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

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Claims (6)

- 13 Patentansprüche

1.1 Hydraulikpurape oder -motor, bestehend aus einem Stator mit einem Hohlraum, in den miteinander in Eingriff stehende Zahnräder angeordnet sind, an denen beiderseits Endplatten anliegen, von denen wenigstens eine einen Flüssigkeitseinlaßkanal und wenigstens eine einen Flüssigkeitsauslaßkanal aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer der Endplatten (14, 16) eine Ausnehmung (92) in der Eingriffszone der Zahnräder vorgesehen ist, die sich in beiden Richtungen zur Flüssigkeitsein- und -auslaßseite der Zahnräder (3^ erstreckt, und die zur Aufnahme einer Einsetzplatte dient, die eine Flüssigkeitskammer (1O2, 104) darin bildet, und daß die Hochdruckseite der Zahnräder (3^, 36) über einen Flüssigkeitsdurchgang (99* lOO) mit der Kammer (1O2, 104) verbunden ist, um die Einsetzplatte (90) in Anlage an die entsprechende S_eite der Zahnräder zu drücken.

2. Hydraulikpumpe oder -motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (92) zwei Kammern (iO2, 104) aufweist, die an den Ein- und Auslaßkanälen relativ zu den im Eingriff stehenden Zahnrädern (3^, 36) angeordnet sind, und daß die Ein- und Auslaßseiten der Zahnräder durch Kanäle (99 t IOO) mit den Kammern (102, verbunden sind.

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3. Hydraulikpumpe oder -motor nach. Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (34, 36) auf Wellen (37, 48} angeordnet sind, und daß die Ausnehmung (92) und die Einsetzplatte (90) sich zwischen den Wellen und teilweise um dieselben erstrecken.

4. Hydraulikpumpe oder -motor nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (1O2, 104) teilweise von einer Dichtung (106) begrenzt sind, die an der Innenwand der Ausnehmung (92) anliegt.

5. Hydraulikpumpe oder -motor nach Anspruch. 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (102, 104) durch eine Dichtung (106) voneinander getrennt sind, und daß die Kammer (i04) an der Hochdruckseite der Mittellinie zwischen den Wellen (37, 48) mit der Hochdruckseite der Pumpe oder des Motors verbunden ist, während die Kammer (102) an der Niederdruckseite der Mittellinie mit der Niederdruckseite der Pumpe oder des Motors verbunden ist»

6. Hydraulikpumpe oder -motor mit einem Stator, der zwei miteinander verbundene Hohlräume aufweist, in denen auf Wellen angebrachte Zahnräder angeordnet sind, die in der Zone zwischen den Hohlräumen miteinander in Eingriff

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stehen, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Seite der Zahnräder (34, 36) eine Endplatte (i4) vorgesehen ist, die eine Ausnehmung (92) aufweist, die zwischen den Wellen (37» 48) sich nach beiden Seiten von der durch die Achsen der ¥ellen gehenden Mittellinie erstreckt, und in der eine Einsetzplate (°-O) angeordnet ist, die eine Flussigkeitskammer (1O2, 1O4) bildet, und daß ein Durchgang (99> IOO) vorgeshen ist, der die Hochdruckseite der Zahnräder (34, 36) mit der Flüssigkeitskammer (1O2, 104) verbindet, so daß die Einsetzplatte (90) durch den Flüssigkeitsdruck in Anlage an die entsprechende Seite der Zahnräder (34, 36) drückbar ist.

7· Hydraulikpumpe oder -motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (92) zwei Kammern (102, 104) aufweist, die an den Ein- und Auslaßkanälen relativ zu den im Eingriff stehenden Zahnrädern (34, 36) angeordnet sind, und daß die Ein- und Auslaßseiten der Zahnräder durch Kanäle (99, IOO) mit den Kammern (102, 104) verbunden sind.

8. Hydraulikpumpe oder -motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (92) und die Einsetzplatte (90) sich zwischen den Wellen (37, 48) und teilweise um dieselben erstrecken.

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9. Hydraulikpumpe oder -motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (92) und die Einsetzplatten (90) sich zwischen den ¥ellen (37, 48) und teilweise um dieselben erstrecken.

Hydraulikpumpe oder -motor nach Anspruch 7» dadurch

gekennzeichnet, daß die Kammern (102, 104) teilweise von einer Dichtung (106) begrenzt sind, die an der Innenwand der Ausnehmung (92) anliegt.

11. Hydraulikpumpe oder -motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (102, 104) durch eine Dichtung (106) voneinander getrennt sind und die Kamer (1O4) an der Hochdruckseite der Mittellinie zwischen den Wellen (37» 48) mit der Hochdruckseite der Pumpe oder des Motors verbunden ist, während die Kammer (102) an der Niederdruckseite der Mittellinie mit der Niederdruckseite der Pumpe oder des Motors verbunden ist.

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