DE2816060A1

DE2816060A1 - Umlaufende stroemungsmittelenergie- uebertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2816060A1
Application number: DE19782816060
Authority: DE
Inventors: George A Schauer
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1977-05-19
Filing date: 1978-04-13
Publication date: 1978-11-30
Also published as: US4096786A; FR2391373A1; GB1586378A; FR2391373B1; CA1087454A; JPS53143006A

Description

SUNDSTRAND CORPORATION 4751 Harrison Avenue

Rockford, Illinois 6IIOI (V.St.A.)

Umlaufende Strömungsmittelenergie-Übertragungsvorrichtung

Die Erfindung "bezieht sich auf eine umlaufende Strömungsmittelenergie-Übertragungsvorrichtung, z. B. eine Pumpe oder einen Motor, wobei die Zylinder einer umlaufenden Zylindertrommel einen Übergang zwischen einer Einström- und einer Ausströmöffnung und damit zwischen hohen und niedrigen Strömungsmitteldrücken herstellen; dabei bezieht sich die Erfindung auf Mittel zum Verringern der Betriebsgeräusche der Vorrichtung durch Erzeugen eines Zwischendrucks in den Zylindern durch Nutzung von eingeschlossenen

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Strömungsmittelvolumina, die in Abhängigkeit von dem Strömungsmittelvolumen in den Zylindern in jedem Übergangsbereich verstellbar sind.

Pur die hier betroffenen Strömungsmittelenergie-Übertragungsvorrichtungen ist es charakteristisch, daß eine umlaufende Zylindertrommel mit einer Ventilplatte zusammenwirkt, die eine Ein- und eine Ausströmöffnung aufweist, um den Arbeitsmittelstrom zu und von den Zylindern der Zylindertrommel zu richten. Insbesondere sind bei einer Axialkolbeneinheit Kolben in den Zylindern der Zylindertrommel angeordnet, und der Hub der Kolben während einer Umdrehung der Zylindertrommel wird von einer Schrägscheibe gesteuert. In der Ventilplatte sind zwei Übergangsbereiche ausgebildet, die die Ein- und die Ausströmöffnung voneinander trennen und eine solche Bogenlänge haben, daß eine Querverbindung der Ein- und der Ausströmöffnung durch einen einzelnen Zylinder vermieden wird. Ferner ist bei einer solchen Vorrichtung vorgesehen, daß die in den Zylindern der Zylindertrommel angeordneten Kolben progressiv eine vollständig ausgefahrene Stellung am einen Übergangsbereich und eine vollständig zurückgezogene Stellung am anderen Übergangsbereich einnehmen. Der Maximalhub, der in einem maximalen Aus- und Einfahren resultieren würde, wird durch die Neigung der Schrägscheibe bestimmt, und wenn die Neigung der Schrägscheibe verstellbar ist, ändern sich entsprechend die maximalen Ausfahr- und Einfahrstellungen der Kolben in den Übergangsbereichen.

Bei einer als Pumpe arbeitenden Strömungsmittelenergie-Übertragungsvorrichtung vom Axialkolbentyp, bei der Kolben in einer Reihe von axial verlaufenden Zylindern in einer umlaufenden Zylindertrommel beweglich sind, ist das Volumen

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der Zylinder während des Übergangs von niedrigem zu hohem Druck maximal und während des Übergangs von hohem zu niedrigem Druck minimal aufgrund der eingefahrenen bzw. ausgefahrenen Stellungen der Kolben in den Zylindern. Wenn eine solche Vorrichtung als Motor benutzt wird, herrschen umgekehrte Verhältnisse. Dabei tritt das kleinste Zylindervolumen während des Übergangs von niedrigem zu hohem Druck und das größte Zylindervolumen während des Übergangs von hohem zu niedrigem Druck auf, wiederum bestimmt durch die Stellungen der Kolben in den Zylindern. Normalerweise läuft eine Pumpe in einer Richtung um, und in einer Vorrichtung mit verstellbarer Schrägscheibe kann die Pumpe in umgekehrter Förderrichtung arbeiten, indem die Schrägscheibenlage über die Neutrallage hinaus umgekehrt wird. Durch die Erfindung wird ein Aufbau angegeben, der ein Umlaufen der Pumpe in beiden Richtungen ermöglicht. Wenn die Vorrichtung ein Motor ist, kann es häufig erforderlich sein, im Vorwärts- oder im Rückwärtsbetrieb zu arbeiten. Z. B. bei einem Hydrogetriebe läuft die Pumpe normalerweise in einer Richtung um, wobei ihr Förderstrom durch die Positionierung der Schrägscheibe umsteuerbar ist, und der Hydromotor ist üblicherweise ein Konstantmotor, bei dem die Neigung der Schrägscheibe unveränderlich ist, und die UmIaufrichtung des Motors ist dadurch umschaltbar, daß der Forderstrom der Pumpe umgeschaltet wird. Diese verschiedenen Änderungen der Arbeitsbedingungen erfordern Umsteuerungen insofern, als in einem Zylinder an einem Übergangsbereich eine Druckänderung auf einen Zwischendruck in Näherung an den Druck erfolgen muß, der in der Strömungsöffnung herrscht, zu der sich die Zylindertrommel bewegt.

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Dabei ändert sich die Strömungsenergiemenge, die zur Druckänderung eines Strömungsmittelvolumens in einem Zylinder auf einen erwünschten Pegel und insbesondere auf einen Zivischenpegel, der dem Druck der Strömungsöffnung angenähert ist, zu der sich der Zylinder bewegt, erforderlich ISt₁ proportional zu dem jeweiligen Volumen. Die Druckänderungsrate hängt von dem betreffenden Strömungsmittelvolumen ab.

Es ist bereits eine Strömungsmittelenergie-Übertragungsvorrichtung entwickelt worden, bei der ein Zylinder einer umlaufenden Zylindertrommel beim Vorbeibewegen an einem Übergangsbereich zwischen einer Ein- und einer Ausströmöffnung mit einer geschlossenen Kammer mit bestimmtem Volumen verbunden wird zwecks Ableitung eines Zwischendrucks, bevor der Zylinder mit einer der Strömungsöffnungen, auf die er sich zu bewegt, verbunden wird. Dabei ist das Volumen der Einschlußkammer unveränderlich, und es v/erden nicht die bei der Erfindung erzielten verbesserten Ergebnisse erhalten, die aus einer Änderung des Volumens des eingeschlossenen Arbeitsmittels in Abhängigkeit von dem in einem Zylinder während des Umlaufens der Zylindertrommel vorhandenen Arbeitsmittelvolumen resultieren. Dieses Volumen kann zwischen den beiden Übergangsbereichen stark variieren, wobei die Kolben am einen Übergangsbereich ausgefahren sind und ein kleinstes Arbeitsmittelvolumen in den Zylindern haben und im anderen Übergangsbereich zurückgezogen sind und ein größeres Arbeitsmittelvolumen in den Zylindern haben.

Bei den nach der Erfindung angegebenen eingeschlossenen Volumina ist das mit einem Zylinder im Übergangsbereich in Verbindung stehende eingeschlossene Volumen zu diesem

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proportional, und das ganze Volumen des eingeschlossenen Arbeitsmittels wird für eine gesteuerte Druckänderungsrate genutzt, wenn ein großes Zylindervolumen damit verbunden ist, und ein kleineres eingeschlossenes Volumen wird genutzt, wenn ein kleineres Zylindervolumen damit verbunden ist, um sicherzustellen, daß der Druckübergang nicht zu schnell erfolgt, so daß Probleme, die sich aus einem Absinken des Drucks auf Null oder der Bildung eines Unterdrucks ergeben könnten, vermieden werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Strömungsmittelenergie-Übertragungsvorrichtung, z. B. einer Axialkolbenpumpe, die mit vermindertem Geräuschpegel arbeitet, indem die Zylinder der Zylindertrommel der Pumpe in jedem Übergangsbereich von Strömungsmittel-Einschlußkammern beaufschlagbar sind, um den Druck im Zylinder auf einen Zwischenwert zu bringen, der dem Druck angenähert ist, der in der Strömungsöffnung herrscht, zu der sich der Zylinder während der Umlaufbewegung der Zylindertrommel bewegt; dabei sind die Einschlußkammer-Volumina in jedem Übergangsbereich veränderbar in Abhängigkeit von dem Volumen in einem mit der Einschlußkammer verbundenen Zylinder, so daß ein Druckübergang infolge einer Expansionsrate in Abhängigkeit von dem Strömungsmittelvolumen in einem Zylinder stattfindet.

Dabei soll die Axialkolbenpumpe auch in beiden Umlaufrichtungen der Zylindertrommel betreibbar sein, wobei der gleiche Druckübergang in jeder Umlaufrichtung dadurch stattfindet, daß in jedem Übergangsbereich zwei Einschlußkammern ausgebildet sind, so daß jeweils eine Einschlußkammer einen Druckübergang des Arbeitsmittels in einem

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Zylinder auf einen Zwischendruck bewirkt, der dem Druck angenähert ist, der in der Strömungsöffnung herrscht, zu der sich der Zylinder bewegt. Ferner soll die Erfindung analog auf einen Axialkolbenmotor anwendbar sein.

Die Erfindung sieht die Schaffung einer Strömungsmittelenergie-Übertragungsvorrichtung, z. ß. einer Pumpe oder eines Motors, mit solchem Aufbau vor, daß der Geräuschpegel der Vorrichtung im Betrieb durch eine Drucksteuerung in der Vorrichtung während des Übergangs zwischen Hoch- und Niederdruckströmungsöffnungen verringert wird. Dies wird insbesondere durch die Anwendung von Arbeitsmittel-Einschlußkammern erreicht, so daß Zwischendrücke während des Übergangs erzeugt werden, sowie durch Ändern der Volumina der Einschlußkammern zum Erzielen einer gesteuerten Druckänderungsrate in Abhängigkeit von dem Strömungsmittelvolumen in der eine Druckänderung erfahrenden Vorrichtung.

Die Erfindung sieht eine solche Vorrichtung in Form einer Axialkolbenpumpe vor, die eine bewegliche Schrägscheibe aufweist, so daß die Förderrichtung der Pumpe umsteuerbar ist, wobei die der Zylindertrommel zugeordnete Ventilplatte zwei Übergangsbereiche aufweist, deren jeder eine Strömungsmittel-Einschlußkammer mit einem beweglichen Kolben zum Ändern der Größe der Kammer aufweist. Von jeder Einschlußkammer verläuft eine Steuerleitung zu der einen bzw. der anderen Strömungsöffnung, so daß die Stellung eines die Größe der Einschlußkammer bestimmenden Kolbens durch den in einer Strömungsöffnung herrschenden Druck im Vergleich mit dem in einem Zylinder der Zylindertrommel der Pumpe, der mit der Einschlußkammer über einen Strömungskanal verbunden ist, bestimmt wird. Die Drücke in

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den Strömungsöffnungen stehen zu dem Druck des Arbeitsmittels in den Zylindern in Beziehung, so daß die Einschlußkammer relativ klein ist, wenn ein relativ kleinvolumiger Zylinder damit verbunden ist, was beim Ausfahren eines Pumpenkolbens der Fall ist, und die Einschlußkammer ein größeres Volumen hat, wenn ein ein größeres Arbeitsmittelvolumen aufweisender Zylinder damit verbunden ist, was in der eingefahrenen Stellung eines Pumpenkolbens der Fall ist.

Ferner sieht die Erfindung einen Axialkolbenmotor mit einer umlaufenden Zylindertrommel vor, in der mehrere Zylinder bewegliche Kolben enthalten, die von einer Schrägscheibe gesteuert sind, wobei die Zylindertrommel mit einer Ventilplatte zusammenwirkt, die eine Ein- und eine Ausströmöffnung sowie zwei Übergangsbereiche umfaßt, die die beiden Strömungsöffnungen trennen, wobei in jedem Übergangsbereich wenigstens eine Einschlußkammer ausgebildet ist, die nacheinander mit Zylindern während des Umlaufens der Zylindertrommel verbindbar ist und ein Glied zum Ändern der Größe der Einschlußkammer in jedem Übergangsbereich in Abhängigkeit von dem Arbeitsmittelvolumen in dem mit der Einschlußkammer verbundenen Zylinder, bestimmt durch die Lage des Kolbens im Zylinder am Übergangsbereich, aufweist.

Durch die Erfindung wird also eine umlaufende Strömungsmittelenergie-Übertragungsvorrichtung mit verringertem Geräuschpegel angegeben, die eine umlaufende Zylindertrommel mit mehreren Zylindern aufweist, in denen je ein Kolben beweglich ist, mit einer Ventileinheit mit einer Ein- und einer Ausströmöffnung zum aufeinanderfolgenden Verbinden mit den Zylindern und mit zwei Über-

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gangsbereichen, die so angeordnet sind, daß eine gleichzeitige Verbindung eines Zylinders mit der Ein- und der Ausströmöffnung vermieden ist, wobei die Kolben in den Zylindern an dem einen iJbergangsbereich so positioniert sind, daß in den zugeordneten Zylindern ein kleines Arbeitsmittel-Volumen vorhanden ist, und die Kolben in den Zylindern am anderen Übergangsbereich so positioniert sind, daß die zugeordneten Zylinder ein großes Arbeitsmittelvolumen haben. Jeder Übergangsbereich weist wenigstens eine Arbeitsmittel-Einschlußkammer mit einem Drossel-Strömungskanal auf, der zur Verbindung mit einem Zylinder angeordnet ist, und in jeder Einschlußkammer ist ein Kolben vorgesehen und in Stellungen beweglich, durch die das Volumen der Einschlußkammer änderbar ist. Steuerleitungen verlaufen zu den Strömungsöffnungen in der Ventileinheit und sind jeweils einer Einschlußkammer zugeordnet zum Steuern der Lage der Kolben in den Einschlußkammern, so daß die Einschlußkammer ein kleines Volumen hat, wenn ein benachbarter Zylinder der Zylindertrommel ein kleines Arbeitsmittelvolumen hat, und ein großes Volumen hat, wenn ein benachbarter Zylinder der Zylindertrommel ein großes Arbeitsmittelvolumen hat.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

eine Teil-Seitenansicht einer als Pumpe wirksamen umlaufenden Strömungsmittelenergie-Übertragungsvorrichtung;

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Pig. 1A eine Ansicht der Zylindertrommel

der "Vorrichtung, wobei zum besseren Verständnis der Fig. 2 und 3 die Umlaufrichtung angegeben ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht 2-2 nach Fig. 1A; Fig. 3 eine Schnittansicht 3-3 nach Fig. 1A;

Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, wobei die Schrägscheibe im Vergleich zu Fig. in umgekehrter Lage dargestellt ist;

Fig. 4A eine der Fig. 1A ähnliche Ansicht,

die die Umlaufrichtung der Zylindertrommel zum besseren Verständnis der Fig. 5 und 6 angibt;

Fig. 5 eine der Fig. 3 ähnliche Schnittansicht, wobei der Aufbau nach den Fig. 4 iind 4A verdeutlicht ist;

Fig. 6 eine der Fig. 3 ähnliche Schnittansicht, wobei die Beziehung der einzelnen Teile nach den Fig. 4 und 4A verdeutlicht ist;

Fig. 7 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, in

der die Lage der Schrägscheibe für eine entgegengesetzt umlaufende Pumpe und zur Verdeutlichung der Fig. 8 und 9 angegeben ist;

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-H-

Fig. 7A eine der Fig. 1A ähnliche Ansicht, die die Umlaufrichtung der Zylindertrommel zur Verdeutlichung der Pig. 8 und 9 angibt;

Fig. 8 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, wobei die Beziehung der Teile nach den Fig. 7 und 7A verdeutlicht ist;

Fig. 9 eine der Fig. 3 ähnliche Schnittansicht, die die Beziehungen der Teile nach den Fig. 7 und 7A verdeutlicht;

Fig. 10 eine der Fig. 2 ähnliche Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Axialkolbenpumpe, die in beiden Umlaufrichtungen der Zylindertrommel betreibbar ist;

Fig. 11 eine der Fig. 3 ähnliche Schnittansicht der Zv/eirichtungspumpe nach Fig. 10;

Fig. 12 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht einer

anderen Ausführungsform der Vorrichtung, die als Motor arbeitet;

Fig. 13 eine der Fig. 2 ähnliche Schnittansicht des Hotors nach Fig. 12;

Fig. H eine der Fig. 3 ähnliche Schnittansicht des Motors nach Fig. 12;

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Fig. 15 eine der Fig. 13 ähnliche Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Motors, der in beiden Umlaufrichtungen der Zylindertrommel betreibbar ist; und

Fig. 16 eine der Fig. 14 ähnliche Ansicht der

Zweirichtungsausführungsform des Motors,

Die Fig. 1-3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der umlaufenden Strömungsmittelenergie-Übertragungsvorrichtung, die eine Axialkolbenpumpe ist und mit einer neigungsumkehrbaren Schrägscheibe nach den Fig. 4-6 betrieben werden kann.

Eine Axialkolbenpumpe ist bekannt; sie weist eine drehbare Zylindertrommel 10 mit mehreren axial liegenden Zylindern auf, deren jeder einen geradlinig beweglichen Kolben 12 enthält, wobei die Kolbenhübe während des Umlaufens der Zylindertrommel in Axialrichtung der Zylinder durch eine Schrägscheibe 15 bestimmt sind. In bekannter Weise ist ferner eine Yentilplatte 20 nahe einem Ende der Zylindertrommel angeordnet und weist Ein- und Ausströmöffnungen und 22 auf, die aufeinanderfolgend während des Umlaufens der Zylindertrommel mit den Zylindern 11 verbindbar sind zur Steuerung des Arbeitsmittelstroms zu und von den Zylindern. Die Yentilplatte 20 weist zwei Übergangs-

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bereiche auf, die die Ein- und Ausströmöffnungen 21 und 22 voneinander trennen, wobei ein oberer Übergangsbereich 25 in Fig. 2 und ein unterer Übergangsbereich 26 in Fig. 3 gezeigt sind. Jeder Übergangsbereich hat eine Bogenlänge, die größer als der Durchmesser eines Zylinders 11 der Zylindertrommel ist, um eine Querverbindung zwischen den Öffnungen durch einen Zylinder im Übergangsbereich zu verhindern.

'.Venn die Zylindertrommel 10 in Richtung der Pfeile 30 bzw. 31 bzw. 32 nach den Fig. 1A bzw. 2 bzw. 3 umläuft und die Schrägscheibe 15 eine Neigung nach Fig. 1 hat, ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß die Kolben 12 eine Ausfahrstellung haben, durch die sich ein relativ kleines Strömungsmittelvolumen in den mit den Ein- und Ausströmöffnungen verbundenen Abschnitten der Zylinder 11 ergibt. Der mittlere Kolben 12 in Fig. 2 ist beinahe vollständig ausgefahren und bewegt sich noch ein kleines Stück nach links bei seiner Annäherung an den oberen Totpunkt, der gering nach der Stellung von Fig. 2 liegt.

In der in Fig. 3 gezeigten Stellung ist der mittlere Kolben 12 beinahe vollständig zurückgezogen, da er fast seinen unteren Totpunkt erreicht hat, und die ihm benachbarten Kolben 12 liegen in einer gering vorgeschobenen Stellung und erstrecken sich über den mittleren Kolben 12 hinaus.

Wenn die Vorrichtung nach den Fig. 1-3 als Pumpe arbeitet, bildet die Öffnung 21 die Strömungsmittel-Ausströmöffnung, wobei das Strömungsmittel einen relativ hohen Druck hat, und die Öffnung 22 bildet eine Einströmöffnung, wobei das Strömungsmittel einen relativ niedrigen Druck hat; in

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allen Figuren sind die Druckverhältnisse in den Aus- und Einströmöffnungen jeweils mit HD = hoher Druck und WD = niedriger Druck "bezeichnet.

Von den drei Zylindern 11 nach Pig. 2 ist der unterste Zylinder vollständig mit der Ausströmöffnung 21 verbunden, der mittlere Zylinder 11, der dem Übergangsbereich 25 gegenüberliegt, ist mit keiner der beiden Öffnungen verbunden, und der oberste Zylinder 11 ist mit der Einströmöffnung 22 verbunden. Der mittlere Zylinder 11 hat sich soeben aus seiner Verbindung mit der Ausströmöffnung 21 bewegt und ist so positioniert, daß er mit einer Strömungsmittel-Einschlußkammer 40 (im folgenden kurz als Einschlußkammer bezeichnet) verbunden ist, in der ein becherförmiger Kolben 41 beweglich ist und die einen Strömungskanal 42 aufweist, der so bemessen ist, daß er eine zwischen der Einschlußkammer 40 und der Fläche der Ventilplatte verlaufende Drosselmündung bildet, durch die die Kammer mit einem Zylinder 11 verbindbar ist. Aufgrund der Anordnung des Strömungskanals 42 steht die Einschlußkammer 40 niemals mit dem mit der Ausströmöffnung 21 verbundenen Strömungsmittel in Verbindung, so daß der Strömungsmitteldruck in der Einschlußkammer niemals den Pumpenauslaßdruck hat_o Die Einschlußkammer 40 steht nicht nur mit einem Zylinder 11, sondern auch mit der Einströmöffnung 22 in Verbindung, wenn die Zylindertrommel 10 weiter in Richtung des Pfeils 31 in Fig. 2 umläuft, so daß sich der Strömungsmitteldruck in der Einschlußkammer demjenigen des Strömungsmittels in der Einströmöffnung 22 nähern kann. Das Volumen der Einschlußkammer ist relativ klein (vgl. Fig. 2) und hauptsächlich durch das Innere des becherförmigen Kolbens 41 bestimmt, so daß es einem relativ kleinen Strömungsmittelvolumen in den Zylindern

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11 aufgrund des durch die ileigung der Schrägscheibe 15 ■bestimmten Ausfahrens der Kolben 12 entspricht. Bei der vorstehend angegebenen Beziehung schließt ein die Ausströmöffnung 21 verlassender Zylinder 11 die Verbindung mit dieser, und dann gelangt der vordere Rand des Zylinders mit dem Strömungskanal 42 in Verbindung, so daß der im Zylinderendabschnitt vorhandene hohe Druck durch die mit dem Pfeil 43 bezeichnete Strömung auf einen Zwischendruck vermindert wird und sich ein Druckübergang ergibt, bevor sich der Zylinder 11 zur Einströmöffnung 22 öffnet. Dieser Zwischendruck herrscht nicht nur im Endabschnitt des Zylinders 11, sondern auch in der kleinvolumigen Einschlußkammer 40, und wenn die Zylindertrommel 10 weiter umläuft, verbindet der Zylinder 11 die Einschlußkammer mit der Einströmöffnung 22, so daß sich der Druck in der Einschlußkammer vor deren Verbindung mit dem nächstfolgenden Zylinder weiter vermindern kann.

Die lage des Kolbens 41 wird durch eine Druckdifferenz gesteuert, und die Steuermittel umfassen eine Steuerleitung 50 in der Ventilplatte 20, die die Ausströmöffnung 21 mit einem Ende der Einschlußkammer 40 verbindet und den Kolben 41 mit Auslaßdruck beaufschlagt, wobei diesem Druck ein geringerer Druck entgegenwirkt, der immer im Strömungskanal 42 und im Inneren des becherförmigen Kolbens 41 herrscht.

Nach Pig. 3 läuft die Zylindertrommel 10 in Richtung des Pfeils 32 um, so daß aufeinanderfolgende Zylinder 11 die Einströmöffnung 22 verlassen, im Übergangsbereich blockiert sind und sich dann zur Ausströmöffnung 21 öffnen. V/ährend dieser aufeinanderfolgenden Bewegungen

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"bewegt sich ein Kolben 12 in die vollständige Einfahrst ellung und dann im Pumpbetrieb in seine Ausfahrstellung. Eine Einschlußkammer 60 ist in der Ventilplatte 20 ausgebildet und weist einen beweglichen Kolben 61 und einen als Drossel wirksamen Strömungskanal 62 auf, der zur Fläche der Ventilplatte verläuft und die Kammer mit dem Zylinder verbindet. Entsprechend dem Kolben 41 ist die Stellung des Kolbens 61 durch eine Druckdifferenz gesteuert, die von einer Steuerleitung 63 in der Ventilplatte erzeugt wird, die die Einströmöffnung 22 mit einem Ende der Einschlußkammer 60 verbindet, so daß eine Fläche des Kolbens mit dem an der Einströmöffnung herrschenden Druck beaufschlagt wird, während das becherförmige Innere des Kolbens 61 mit dem relativ hohen Druck in den Zylindern 11 beaufschlagt wird. Dadurch wird der Kolben 61 (vgl. Fig. 3) so positioniert, daß eine relativ große Einschlußkammer gebildet wird. Wenn sich die Zylindertrommel 10 gering über die Stellung von Fig. 3 hinausbewegt, ist die Einschlußkammer 60 mit der Hochdruck-Ausströmöffnung 21 verbunden, so daß der Druck in der Einschlußkammer steigen kann. Wenn sich ein Zylinder 11 in der Zwischenstellung nach Fig. 3 befindet, strömt etwas Arbeitsmittel aus der Einschlußkammer 60 durch den Strömungskanal in den Zylinder 11, so daß der Druck im Zylinder über den vorher herrschenden Druck, der aus der Verbindung des Zylinders mit der Einströmöffnung 22 resultiert, steigt, wobei die Strömung durch einen Pfeil 65 angedeutet ist.

Bei dem erläuterten Pumpenaufbau ist ersichtlich, daß der Druck in einem Zylinder auf einen Zwischendruck entweder erhöht oder vermindert wird durch Verbindung mit einem

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abgeschlossenen Volumen, das den Druck hat, zu dem sich der Zylinder 11 jeweils bewegt, wobei die Einschlußkammer ein Volumen hat, das mit der Größe des Zylinderendabschnitts, der das Strömungsmittel mit der Zylindertrommel befördert, in Beziehung steht. Es wurde vorher auf die maximalen Aus- und Einfahrstellungen der Kolben 12 Bezug genommen, und es ist zu beachten, daß Änderungen der neigung der Schrägscheibe 15 andere maximale Ein- und Ausfahrstellungen der Kolben 12 zur Folge haben.

Die Pig. 4-6 zeigen die Pumpe nach den Pig. 1-3_f die mit umgekehrter Neigung der Schrägscheibe 15 arbeitet, so daß ein Förderstrom der Pumpe in die entgegengesetzte Richtung erhalten wird. Es ist zu beachten, daß die Umlaufrichtung der Zylindertrommel wieder den Pfeilen 30, 31 und 32 entspricht.

Aufgrund der umgekehrten Neigung der Schrägscheibe 15 ist das Verhältnis der Ein- und Ausströmöffnungen umgekehrt, so daß die Öffnung 22 die Ausströmöffnung und die Öffnung 21 die Einströmöffnung ist. Ein zusätzlicher Unterschied in der Arbeitsweise ergibt sich durch die Lage der Kolben 12 an den Übergangsbereichen. Am oberen Übergangsbereich 25 ist der mittlere Kolben 12 ungefähr •vollständig eingefahren, während er an dem unteren Übergangsbereich 26 nahezu vollständig ausgefahren ist. Dies resultiert darin, daß die größeren Zylindervolumina am oberen Übergangsbereich 25 auftreten, und infolgedessen ist der becherförmige Kolben 41 eingefahren, so daß sich eine relativ großvolumige Einschlußkammer 40 ergibt, und zwar, weil die Steuerleitung 50 zur Niederdruck-Öffnung verläuft und im Strömungskanal 42, der intermittierend mit der Hochdrucköffnung 22 verbindbar ist, ein höherer Druck herrscht.

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Am unteren "üb er gangster eich 26 hat der becherförmige Kolben 61 eine solche Lage, daß eine kleinvoiumige Einschlußkammer erhalten wird, da der hohe Druck durch die Steuerleitung 63 eine Fläche des Kolbens beaufschlagt und ein niedrigerer Druck den Kolben in Gegenrichtung beaufschlagt, da der Strömungskanal 62 mit der rJiederdrucköffnung 21 während eines bestimmten Umlaufintervalls der Zylindertrommel 10 verbindbar ist. Die Gtrömungsbeziehung zwischen der Einström- und der Ausströmöffnung und relativ zu den Einschlußkaminern ist durch die Pfeile in den Fig. 5 und 6 bezeichnet.

Die Fig. 7-9 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenpumpe, die für eine Umlaufbewegung der Zylindertrommel in einer zur Umlaufrichtung nach den Fig. 1-6 entgegengesetzten Richtung ausgebildet ist.

Die Zylindertrommel 10¹ läuft in Richtung eines Pfeils 30' um, und wenn die Schrägscheibe 15¹ nach Fig. 7 angeordnet ist, sind die Kolben 12' im wesentlichen ausgefahren (vgl. Fig. 8) bzw. im wesentlichen eingefahren (vgl. Fig. 9); dabei ist die Umlaufrichtung der Zylindertrommel durch die Pfeile 31' und 32' in den Fig, 8 und 9 bezeichnet.

Die Einschlußkammer 40' hat einen niedrigeren Druck als der Druck des Förderstroms in der Ausströmöffnung 22· und bewirkt daher eine Druckverminderung in einem Zylinder 11', bevor sich der Zylinder zur Einströmöffnung 21' öffnet. Nach Fig. 8 ist das Zylindervolumen relativ klein, und somit ist auch die Einschlußkammer relativ klein aufgrund der Lage des Kolbens 41' ent-

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sprechend den durch die οteuerleitung 50' zugeführten Förderdruck, iiach Fig. 9 iat die .Oinschlußkammer 60' relativ gro^rj, da die oteuerleitung 63' zur ^inströmöffnung 21 ' verläuft und der Kolben 61 ' eingefahren ist. Der Druck in der üinschlu.'./kammer 60' ist höher als der jOinströmdruck, so daü der Druck in einem sich der Ausströmöffnung 22' nähernden Zylinder 11' einen Zwischenwert erreicht, bevor der Zylinder sich zur Ausströmöffnung öffnet, woh^i die gro.3volumige iiinschlui3-kammer mit den relativ groi3volumigen Abschnitten der Zylinder 11' zusammenwirkt. ^:./ie beim ersten Ausführungsbeispiel ist au beachten, da.G der Druck in den Zylindern auf einen Zwischenwert erhöht oder vermindert wird durch Verbinden mit einem geschlossenen Volumen, das einen Druck hat, auf den sich der Zylinder au bewegt, wobei die Zylindervolumina mit den Einschluiikammervolumina in Beziehung stehen.

Der Aufbau nach den Pig. 7-9 arbeitet auch ordnungsgemäi'3, wenn die schrägscheibe 15' über ihre Neutralstellung hinaus in eine entgegengesetzte lieigungslage gebracht wird, wobei die umgekehrte V/irkung derjenigen entspricht, die unter Bezugnahme auf die Pig. 4-6 erläutert wurde.

Das Ausführungsbeispiel nach den Pig. 10 und 11 ist eine Axialkolbeneinheit mit Geräuschdämpfung, die eine Kombination der Ausführungsform nach den Pig. 1-6 und 7-9 ist, so daß ein ordnungsgemäi3er i3etrieb in beiden Umlaufrichtungen der Zylindertrommel und ein Umschalten der Neigung der Schrägscheibe möglich ist. Dabei weist eine Zylindertrommel 1üü eine Reihe Zylinder 101 auf, die je einen geradlinig bewegbaren Kolben 102 enthalten,

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wobei der Zylindertrommel eine Ventilplatte 110 zugeordnet ist, die Strömungsöff nungen 111 und 112 hat, die durch einen oberen Übergangsbereich 115 und einen unteren Übergangsbereich 116 voneinander getrennt sind. Jeder Übergangsbereich weist zwei Einschluiikammern auf, wobei der Übergangsbereich 115 zwei Kammern 120 und 121 und der untere Übergangsbereich 116 zwei Kammern 122 und 123 aufweist. Jede Einschlußkammer enthält einen verschiebbaren becherförmigen Kolben 124-127, der so positionierbar ist, daß er die Größe der Kammer bestimmt; jede Einschlußkammer enthält einen Drossel-Strömungskanal, der sich in Verbindung mit einem Zylinder erstreckt. Die Strömungskanäle sind mit 128-131 bezeichnet. Ferner verläuft eine Steuerleitung zu jeder Einschlußkammer; dabei verläuft eine Steuerleitung HO zwischen der Öffnung 112 und einem Ende der Einschlußkammer 120, eine Steuerleitung 141 zwischen der Öffnung 111 und einem Ende der Einschlußkammer 121, eine Steuerleitung 142 zwischen der Öffnung 112 und der Einschlußkammer und eine Steuerleitung 143 zwischen der Öffnung 111 und einem Ende der Einschlußkammer 123. Wenn die Zylindertrommel entsprechend den Pfeilen 150 und 151 umläuft, ist ersichtlich, daß ein sich zur Niederdruck-Einströmöffnung 111 (vgl. Fig. 10) bewegender Zylinder 101 ein relativ kleines Volumen hat und durch den Strömungskanal 128 mit der kleinvolumigen Einschlußkammer 120, deren kleines Volumen aus der Stellung des Kolbens 124 resultiert, zusammenwirkt. Ebenso (vgl. Fig. 11) wirkt ein sich zur Hochdruck-Öffnung 112 bewegender Zylinder 101 mit der Einschlußkammer 123 zusammen, die ebenso wie der Zylinder 101 ein relativ großes Volumen aufweist, so daß der vorher erläuterte Druckübergang erfolgt. Falls

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die neigung der Schrägscheibe so geändert wird, daß sie Pig. 4 entspricht, entspricht die Arbeitsweise in bezug auf die Einschlußkammern 120 und 123 derjenigen nach den Fig. 4-6. ,/enn die Umlauf richtung der Zylindertrommel von den durch die Pfeile 150 und 151 angegebenen Richtungen umgekehrt wird, wird die Einschlußkammer 121 sowie die Binschlußkarnmer 122 wirksam, wobei die Drücke in den Strömungsöffnungen 111 und 112 die Stellungen der verschiebbaren Kolben in den EinschluCkammern steuern in Abhängigkeit von der UmIaufrichtung und davon, welche Öffnung den Förderdruck führt und welche den Einströmdruck führt, so daß die Volumina der Einschlußkammern im wesentlichen denen der Zylinder entsprechen.

Bei der Ausführungsform nach den Pig. 10 und 11 sind die entsprechenden Paare von Strömungskanälen 128, 129 und 130, 131 ausreichend weit voneinander beabstandet, daß eine Querverbindung durch einen Zylinder 101 vermieden v/ird. 'Jewa die Einschlußkammern 120 und 123 wirksam sind, sind die beiden anderen Einschlußkammern 121 und 122 relativ unwirksam, da das Strömungsmittel in diesen Kammern im wesentlichen den gleichen Druck wie das Strömungsmittel im verbindenden Zylinder 101 hat. Bei einer Umschaltung der Umlaufrichtung der Zylindertrommel werden die Einschlußkammern 121 und 122 wirksam und die Einschlußkammern 120 und 123 unwirksam.

Die Pig. 12-14 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Axialkolbeneinheit in Porm eines Motors mit einer Zylindertrommel 200 mit Zylindern 201, deren jeder einen linear beweglichen Kolben 202 enthält, dessen Hub von einer Schrägscheibe 203 gesteuert v/ird. Eine Ventilplatte wirkt mit der Zylindertrommel zusammen und umfaßt eine

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öffnung 206 und eine öffnung 207, die durch Übergangsbereiche, nämlich einen oberen i.bergangabereich 21ü und einen unteren Übergangsbereich 211, voneinander getrennt sind, i/enn die ßewegung der Zylindertrommel 200 entsprechend den Pfeilen 22ü, 221 und 222 ist und die Schrägscheibe entsprechend Fig. 12 positioniert ist, bewegen sich die Zylinder 2ü1 (vgl. Jj'ig. 13) zu der Einströmöffnung 206, die einen hohen Druck führt, wobei die Kolben 202 im wesentlichen ausgefahren sind und ein im Totpunktbereich befindlicher Zylinder in Verbindung mit der Einschlußkammer 22!.) tritt, die einen beweglichen becherförmigen Kolben 226 und einen Drossel-Strömungskanal 227 aufweist. Kine Steuerleitung 228 verläuft zwischen der Ilochdrucküffnung 206 und der Einschlußkammer 225, so daß der Kolben 226 entsprechend Fig. 13 positioniert ist und die Einschlußkammer ein relativ kleines Volumen hat, das mit dem relativ kleinvolumigen Abschnitt eines Zylinders zusammenwirkt. Der Strömungsmitteldruck in einem sich der Einströmöffnung 206 nähernden Zylinder wird vor Herstellen der Verbindung mit der Einströmöffnung 206 auf einen Zwischendruck erhöht. Am Übergangsbereich 211 (vgl. Fig. 14·) weist eine Einschlußkammer 230 einen beweglichen Kolben 231 und einen Drossel-Strömungskanal 232, der zur Zylindertrommel führt, auf. Eine Steuerleitung 233 verläuft zwischen der Ausströmöffnung 207 des Motors, die einen niedrigen Druck führt, und der Einschlußkammer 230, so daß der Kolben 231 eine Lage einnimmt, in der die Einschlußkammer 230 ein Grüßtvolumen hat entsprechend der Situation in den benachbarten Zylindern 201, in denen die Kolben 202 zurückgezogen sind. Uenn sich also ein Zylinder 201 der niedrigen Druck führenden

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Ausntrömüffnun»; 207 nOiert, wird der in ihn herrschende Hruck durch /erbindung mit dor .iLriüchLul-k^mncr 230 vermindert.

v)s ist, obwohl nicht dargeij i,¹; LL t, ersichtlich, daß dieser Aufbau auch bei einc-u I.ο toi· :uiwendbar itst, der entgegengesetzt ζ·χ der Π.α Laufrichtung au^h den L-¹Lf-:. 12-14 umlaufen solL. ;ei einem uotoL' verläuft die zu einer /linsen Lui.'canuer führende .'Jleuerlei lung δ\χ der Öffnung, auf die sich ein .-iylLiider 2o1 zu bewegt, und somit sind bei einem in 'Iegenrichtung zu den j^lig. 12-14 umlaufenden i.o tor die ,'JLeuerloi tungen und Jtrümungykanüle umgekehrt, so da.'.; die .itcuerieitungen zu den öffnungen, verlaufen, denen üicii el i<i liyiinder nahem, und die ku den Kinschlußkamriern führenden Jtrömungckanüle sind der otrömungsüffmmg unmittelbar benachbart, zu der uLch die Zylinder bev/egen. Uierjer Aufbau ist aus den 1'¹Lg. 15 und 16 ersichtlich, die einen ['weirichtungsmotor aeigen. Den Fig. 12-14 entsprechende Teile haben gleiche, jedoch einfach gestrichene Hoaugszeichen.

V/enn die Umlauf richtung den !-feilen 221' und 222' entspricht, ist ersichtlich, daß iOinschluI.!kamr>iern 225' und 230' in gleicher V/eise wie bei dem Aunführungsbeispiel nach den Fig. 12 und 14 wirken. Für die den i^Jfeilen 221' und 222' entgegengesetzte Umlaufrichtung weist jeder Übergangsbereich eine zusätzliche Kinschlußkammer auf, wobei die KLncjchluUkammer iOO in der Ventilplatte 20b' am oberen übergangsbereich und die üJinschluükamiaer 301 am unteren übergangsbereich ausgebildet ist. Me iOinschlußkammern vyeisen becherförmige KoLben 302 und 303 auf, die jeweiLa durch eine Δteuerleitung 304 und 305 steuerbar sind. Die Kinschlußkammer 300 weist einen

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Drossel-Strömungskanal 310 zurr. Anschluß eines Zylinders an die Einschlußkammer 300 auf, und ein Drossel-Strömungskanal 311 verbindet einen Zylinder mit der iiinschlußkammer 301. Bei diesem Aufbau bewirkt eine Einschlußkammer, daß der Strömungsmitteldruck in einem Zylinder einen Zwischenwert annimmt, der demjenigen in der öffnung, zu der sich der Zylinder bewegt, angenähert ist, wobei der Kolben in der Einschlußkammer so positioniert ist, daß das Einschlußkammer-Volumen dem Strömungsmittelvolumen in einem Zylinder entspricht, indem die Kolben weg von der Strömungsöffnung, zu der sich der Zylinder bewegt, gesteuert werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 15 und 16 sind die entsprechenden Paare von Strömungskanälen 227', 310 und 232', 311 ausreichend weit beabstandet, so daß eine Querverbindung durch einen Zylinder 201' vermieden wird. Bei zwei wirksamen Einschlußkammern sind die beiden anderen Einschlußkammern entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den Pig. 10 und 11 unwirksam.

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Claims

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ PATENTANWÄLTE ?. R i 6 O 6

Steinsdorfstr. 10 · D-8000 München 22 Dipl.-Ing. R. BEETZ sen.

Telefon (089) 227201 - 227244 - 295910 Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT

Telex 522048 - Telegramm Allpatent München Dr.-Ing. R. BEETZ jr.

Rechtsanwalt Dipl.-Phys. Dr. jur. U. HEIDRICH Dr.-Ing. W. TIMPE Dipl.-Ing. J. SIEGFRIED 572-28.124P(28.125H) Priv.-Doz. Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. SCHMITT-FUMIAN

13. April 1978 Ansprüche

' 1.) Umlaufende Strömungsmittelenergie-übertragungsvorrichtung, mit einer umlaufenden Zylindertrommel, mit einer Ventileinheit mit Ein- und Ausströmöffnung zum Reihenanschluß an die Zylinder und zwei 'Übergangsbereichen, die so angeordnet sind, daß sie die gleichzeitige Verbindung eines Zylinders mit der Ein- und der Ausströmöffnung verhindern, wobei jeder Zylinder einen Kolben enthält und die Kolben der dem einen Übergangsbereich benachbarten Zylinder so positioniert sind, daß die zugeordneten Zylinder ein kleineres Strömungsmittelvolumen haben, und die Kolben der dem anderen Übergangsbereich benachbarten Zylinder so positioniert sind, daß die zugeordneten Zylinder ein großes Strömungsmittelvolumen haben, und mit einer Strömungsmittel-Einschlußkammer in jedem Übergangsbereich, wobei in der Einschlußkammer ein Strömungskanal so angeordnet ist, daß er mit einem Zylinder vor dessen Verbindung mit einer Strömungsöffnung verbindbar ist zur Verminderung der Druckänderungsrate, wenn ein Zylinder anschließend mit einer der Strömungsöffnungen verbunden wird,

gekennzeichnet durch

ein in jeder Einschlußkammer (40, 60; 40·, 60'; 120, 121, 122, 123; 225, 230; 225¹, 230', 300, 301) angeordnetes bewegliches Glied (41, 61; 41', 61«; 124, 125, 126, 127;

572-(B 00855)-schö

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7.8 1606Q

226, 231; 226·, 231', 302, 303) zum Ändern des Volumens der Einschlußkammer, und

Steuermittel (50, 63; 50·, 63'; HO, 141, 142, 143; 228, 233; 228·, 233', 304, 305), die die beweglichen Glieder so steuern, da:3 die Einschlußkammer ein kleines Volumen hat, wenn ein benachbarter Zylinder ein kleines Strömungsmittelvolumen hat, und ein großes Volumen hat, wenn ein benachbarter Zylinder ein großes Strömungsrnittelvolumen hat.

2. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuermittel zwei 3teuerleitungen (z. B. 50, 63) sind, die je zwischen jeder Strömungsöffnung (z. B. 21 , 22) und einem beweglichen Glied (z. B. 41, 61) verlaufen, das zugeordnete bewegliche Glied mit dem in der Strömungsöffnung herrschenden Strömungsmitteldruck beaufschlagen und das Volumen der Einschlußkammer (z. B. 40, 60) steuern.

3. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuerleitung (z. B. 50) des beweglichen Glieds (z. B. 41), das zur Bildung einer kleinvolumigen Einschlußkammer (z. B. 40) positioniert ist, mit der hohen Druck führenden Strömungsöffnung (z. B. Ausströmöffnung 21) verbunden ist.

4. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

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/816060

daß die Steuerleitung (z. B. 63) des beweglichen Glieds (z. B. 61), das zur Bildung einer groi3volumigen Einschlußkammer (z. B. 60) positioniert ist, mit der niedrigen Druck führenden Strömungsöffnung (z. B. Einströmöffnung 22) verbunden ist.

5. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung eine verstellbare Schrägscheibe aufweist, durch die der Pörderstrom umsteuerbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuerleitungen (140-143) mit den Strömungsöffnungen (111, 112) und den Einschlußkammern (120-123) in einem solchen Verhältnis verbindbar sind, daß in jeder Lage der Schrägscheibe das gleiche Verhältnis zwischen kleinvolumiger Einschlußkammer (z. B. 120, 122) und kleinvolumigen Zylindern (101) bzw. großvolumiger Einschlußkammer (z. B. 121, 123) und großvolumigen Zylindern (101) besteht.

6. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Zylindertrommel in zwei entgegengesetzten Umlaufrichtungen betreibbar ist,

gekennzeichnet durch

Glieder (124-127) zum Herstellen der genannten Volumenbeziehung zwischen den Einschlußkammern (120-123) und den Zylindern (101) in beiden Umlaufrichtungen der Zylindertrommel (100)c

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7. Übertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3, 4 oder 5, wobei die umlaufende Zylindertrommel abwechselnd in zwei entgegengesetzte Umlaufrichtungen drehbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Übergangsbereich (21O¹, 211 ') zwei Einschlußkammern (225·, 300, 301, 230") aufweist, die je einen gesonderten Strömungskanal (228¹, 304, 305, 233') zum wahlweisen Verbinden mit einem Zylinder (201'), der einem mit einer Strömungsöffnung (206', 207') in einer der beiden Umlaufrichtungen der Zylindertrommel (200·) verbundenen Zylinder (201') vorläuft, aufweisen.

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