DE3410943A1

DE3410943A1 - Kolbenpumpe fuer fluessige medien, insbesondere fuer durch feststoffe verunreinigte medien

Info

Publication number: DE3410943A1
Application number: DE19843410943
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 4600 Dortmund Korthaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-04-06
Filing date: 1984-03-24
Publication date: 1984-10-18
Also published as: EP0138927B1; IT1175827B; US4664606A; EP0138927A1; DE3465761D1; WO1984003913A1; AU2810784A; IT8420404A0

Description

K 14 - 1 Beh/M0

Anmelder: Dipl.Ing.

Ernst Korthaus
Sonnenstr. 112
46oo Dortmund 1

Kolbenpumpe für flüssige Medien,

inbesondere für durch Feststoffe verunreinigte Medien

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe für flüssige

Medien, insbesondere für durch Feststoffe verunreinigte Medien, mit einem Pumpkolben, der in einem Pumpzylinder hin- und herverschiebbar ist, an dessen Innenraum unter _OK Zwischenschaltung von gegenläufig arbeitenden Rückschlagventilen eine den Ansaugstutzen der Kolbenpumpe aufweisende Ansaugkammer und eine den Druckstutzen der Kolbenpumpe aufweisende Druckkammer angeschlossen sind.

OQ Bei nach dem Stande der Technik bekannten Kolbenpumpen der genannten Art ist in der Regel die Druckkammer über den Pumpzylinder angeordnet. Insbesondere sind immer die der Druckkammer zugeordneten Rückschlagventile (Druckventile) an der höchsten Stelle des Innen-

raumes angeordnet. Außerdem mündet der Druckstutzen an der Druckkammer meistens oberhalb des Pumpzylinders

aus. Diese Bauweise wurde bisher fur zwingend angesehen, weil hierdurch der Verbleib von Luftblasen im Pumpeninnenraum vermieden werden kann. Die aus der angesaugten Flüssigkeit austretenden oder direkt angesaugten Luftblasen können sich nämlich nicht im Pumpengehäuse sammeln, sondern werden durch die höherliegenden Druckventile abgefördert. Auf diese Weise soll bei Gegendruck der Gefahr begegnet werden, daß die Kolbenpumpe die angesaugte Luft komprimiert ohne Pumparbeit zu leisten.

Ein Machteil der bekannten Kolbenpumpen der genannten Art liegt jedoch darin, daß sie verhältnismäßig leicht durch in der zu pumpenden Flüssigkeit mitgeführte Feststoffteile verstopfen. Dies hat besonders dann Nachteile, wenn verschmutzte Medien, wie z.B. Schmutzwasser auf Baustellen oder dergleichen gefördert werden sollen. Die Feststoffteile gelangen mit dem angesaugten Förderstrom verhältnismäßig leicht durch die Ansaugventile und verbleiben dann im Raum zwischen den Ansaugventilen und den Druckventilen, weil sie dem stark ansteigenden Förderstrom nicht folgen können. Dies gilt insbesondere für solche Feststoffteile, die spezifisch wesentlich schwerer als das Fördermedium sind, wie z.B.

im Schmutzwasser enthaltene Steine, Sand oder dergleichen. Aus diesem Grunde werden bei Kolbenpumpen der genannten

Art gewöhnlich in die Ansaugleitung Abscheider für Steine oder andere grobe Schmutzteile eingebaut. Derartige Steinabscheider verstopfen jedoch leicht, beispielsweise durch in dem Schmutzwasser schwimmendes Laub oder dergleichen, und vermögen kleine Steine oder Feststoffpartikel, die die Pumpe ebenfalls verstopfen können, nicht zurückzuhalten. Besser wäre es demgegenüber, die Kolbenpumpe selbstreinigend auszubilden, so daß Verstopfungen durch mitgeführte Feststoffteile nicht vorkommen können.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Kolbenpumpe der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß im Fördermedium mitgeführte Feststoffteile, die das Saugventil passiert haben, mit Sicherheit über die Druckventile, die Druckkammer und den Druckstutzen aus der Pumpe ausgetragen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einer Kolbenpumpe der eingangs genannten Art vor, daß die Ansaugkammer, der Pumpzylinder und die Druckkammer in horizontaler oder nur geringfügig geneigter Ebene nebeneinander angeordnet sind, daß die Rückschlagventile in derselben horizontalen oder geringfügig geneigten Ebene nebeneinander angeordnet sind und daß der Druckstutzen an der Unterseite der Druckkammer ausmündet.

Bei der Kolbenpumpe gemäß der Erfindung durchströmt das Fördermedium auf den Wegen durch die Ansaugkammer zum Ansaugventil, vom Ansaugventil zum Förderzylinder, vom Förderzylinder zum Druckventil und durch die Druckkammer zum Druckstutzen im wesentlichen horizontale oder nur flach ansteigende Förderwege, so daß sichergestellt ist, daß die Feststoffteile auf dem Boden der horizontalen Förderwege rollend oder gleitend weitergefördert werden. Selbst wenn sich Feststoffteile mit besonders hohen spezifischen Gewicht am Boden des Förderweges ablagern sollten, werden hierdurch die Förderfähigkeit und die Selbstreinigungsfähigkeit der Kolbenpumpe gemäß der Erfindung nicht beeinträchtigt, weil sich infolge der durch die Ablagerung bedingten Verengung der Förderwege die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, so daß zumindest die nachfolgend in die Pumpe gelangenden Feststoffteile auf den horizontalen Förderwegen mitgerissen werden und somit eine vollständige Verstopfung der Pumpe unmöglich ist. Luftblasen können

sich im Pumpzylinder der Kolbenpumpe gemäß der Erfindung nur oberhalb der Oberkante des Druckventiles ausbilden. Durch geeignete konstruktive Maßnahmen kann deshalb die sich ausbildende Luftblase in Abhängigkeit vom maximal möglichen Gegendruck so klein gehalten werden, daß ein Aussetzen der Flüssigkeitsförderung durch Komprimieren und Expandieren der Luftblase im Pumpzylinder nicht möglich ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Kolbenpumpe gemäß der Erfindung sieht vor, daß der Druckstutzen von der Unterseite der Druckkammer bis an deren Oberseite ansteigend verläuft und im Bereich der Oberseite mit einer in die Druckkammer ausmündenden Entlüftungsöffnung kleinen Querschnittes versehen ist. Bei dieser Ausführungsform der Kolbenpumpe verhindert die Entlüftungsöffnung an der Oberseite der Druckkammer, daß sich in der Druckkammer Luft ansammelt, die durch Undichtigkeiten in den Druckventilen in den Pumpzylinder gelangen könnten. Der Druckstutzen hat dabei natürlich einen Querschnitt, der kleiner oder zumindest nicht größer ist als der des Saugstutzens, damit trotz des ansteigenden Förderweges ein einwandfreier Abtransport von angesaugten und durch die Pumpe geförderten Feststoffen gewährleistet ist.

Eine alternative Ausführungsform sieht vor, daß der Druckstutzen von der Unterseite der Druckkammer fallend, horizontal oder geringfügig ansteigend verläuft und die Druckkammer an der Oberseite mit einem Entlüftungsventil versehen ist. Bei dieser Ausführungsform der Kolbenpumpe sorgt das Entlüftungsventil für die Luftabfuhr aus der Druckkammer. Dadurch, daß der Druckstutzen horizontal, fallend oder zumindest nur geringfügig ansteigend verläuft, werden die im Fördermedium enthaltenen Feststoffe noch besser abgefördert.

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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Kolbenpumpe gemäß der Erfindung sieht vor, daß der Saugstutzen in die Saugkammer von unten vertikal oder zumindest steil ansteigend einmündet. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß schon vor der Ansaugkammer solche Feststoffteile zurückgehalten werden, deren Sinkgeschwindigkeit aufgrund eines besonders hohen spezifischen Gewichtes größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit des Fördermediums. Bei Feststoffteilen, die den vertikal oder steil ansteigenden Ansaugstutzen passiert haben, kann man davon ausgehen, daß sie anschließend problemlos die horizontalen oder nur flach ansteigenden Förderwege in der Kolbenpumpe passieren.

Um zu vermeiden, daß sich in dem Fördermedium schwimmende Feststoffe, wie z.B. mitgeführte Blätter, Fäden oder dergleichen, im Bereich der Rückschlagventile der Pumpe festsetzen, ist weiterhin vorgesehen, daß die Rückschlagventile als Membranventile mit einem ununterbrochenen kreisförmigen Druchtrittsquerschnitt ausgebildet sind, deren Membrane am äußeren Umfang eine steife, sich an den Ventilsitz anlegende Wulst aufweist, in Druckrichtung ringförmig ausgewölbt ist und mittig an einem feststehenden Halteschaft befestigt ist. Derart ausgebildete Membranventile haben einen besonders großen Hub und geben demgemäß große Druchtrittsquerschnitte frei, ohne das der Ventilkörper irgendwelche den Druchtrittsquerschnitt verengende Stützstege öder Stützgitter benötigt. Durch die in Druckrichtung ringförmig ausgewölbte Membran in Verbindung mit der steifen Wulst ist Membranventil auch für verhältnismäßig große Drücke geeignet. Die mittig vom Halteschaft gehaltene und außen mit der steifen Wulst verbundene, in Druckrichtung ringförmig vorge-

wölbte Membrane bewirkt, daß die Drucklast auf dem Ventil nach der Membrantheorie, d. h. also durch Zugspannungen, nicht aber durch Biegespannungen aufgenommen wird. Da elastische Materialien wesentlich stärkere Zugspannungen als Biegespannungen aufnehmen können, ist es möglich, die Membran verhältnismäßig dünn auszuführen, so daß sie sich beim Öffnen des Ventiles leicht zurückbiegen läßt und einen großen Öffnungsquerschnitt freigibt, und dennoch in der Schließstellung hohe Flüssigkeitsdrücke aufzunehmen vermag.

Die Membrane und die Wulst der Rückschlagventile bestehen zweckmäßig aus gummielastischem Material, wobei bei höheren Flüssigkeitsdrücken in die Wulst ein Stahlring eingearbeitet ist. Hierdurch kann die Wulst bei großer Steifigkeit einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt erhalten, so daß bei der Betätigung des Ventiles nur kleine Massenkräfte auftreten. Durch den eingearbeiteten Stahlring wird verhindert, daß sich die Wulst unter dem Einfluß der Zugkräfte der an sie angreifenden Membrane an einer Stelle des Umfanges einfaltet und auf diese Weise das Ventil undicht macht.

Um das Pumpengehäuse und die Rückschlagventile erforderlichenfalls leicht reinigen zu können, sind die Rückschlagventile an Gehäusedeckeln des Pumpengehäuses befestigt, die lösbar mit dem Pumpengehäuse verbunden sind. Zur lösbaren Befestigung der Gehäusedeckel können gegebenenfalls geeignete Schnellverschlüsse verwendet werden, so daß die Ventile und das Innere der Pumpe mit wenigen Handgriffen zugänglich sind.

Um tote Räume im Förderweg zum Druckraum zu vermeiden, sind zweckmäßig die den Rückschlagventilen der Druckkammer zugeordneten Gehäusedeckel mit Füllstücken ver-

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sehen, die vor diesen Rückschlagventilen die toten Ecken in den Zuführungskanälen der Druckkammer ausfüllen und Auflauframpen bilden, die bis in die Höhe der Unterkante des Ventildurchlasces reichen. Diese

Füllstücke füllen die toten Räume, in denen sich Feststoff partikel ansammeln könnten, aus und leiten darüber hinaus die am Boden des Förderweges rollenden oder gleitenden Feststoffteile zum Druckventil, so daß sie das Druckventil ohne Behinderung passieren können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden

an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

■je Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine

Kolbenpumpe gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform entlang der Linie A - B in Fig. 2, Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch

die in Fig. 1 dargestellte Kolbenpumpe entlang der Linie C - D in Fig. 1

Fig. 3 einen horizontalen Schnitt durch

ein der Saugkammer zugeordnetes Rückschlagventil,

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch eine Kolbenpumpe gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform entlang der

2g Linie E - F in Fig. 5,

Fig. 5 einen horizontalen Schnitt durch

die in Fig. 4 dargestellte Kolbenpumpe entlang der Linie G - H in Fig. 4.

In der Zeichnung ist das Pumpengehäuse in seiner

Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. In dem Pumpengehäuse 1 ist ein Pumpzylinder 2 angeorndet, in dessen Innenraum ein doppeltwirkender Pumpkolben 3 hin- und herverschiebbar angeordnet ist. Der Pumpkolben 3 35

ist mit einer Kolbenstange 4 verbunden, die mit einem

nicht näher dargestellten Pumpenantrieb, beispielweise

* einem antreibenden Hydraulikzylinder oder einem Kurbeltrieb verbunden ist. An den Innenraum des Pumpzylinders 2 sind über schmale Verbindungskanäle 5 und 6 eine Ansaugkammer 7 und fine Druckkammer 8 angeschlossen, die sich ebenso wie der Pumpzylinder 2 in horizontaler Ebene nebeneinander in dem Pumpengehäuse 1 befinden. Der Verbindungskanal 5 steht mit dem der Vollfläche des Pumpkolbens 3 zugewandten Teil des Innenraumes des Pumpzylinders 2 in Verbindung, während der Verbindungskanal 6 mit dem der Ringfläche des Pumpkolbens 3 zugewandten Teil des Innenraumes des Pumpzylinders 2 in Verbindung steht. In den Verbindungskanälen 5 und 6 befinden sich der Ansaugkammer 7 zugeordnete Rückschlagventile 9 und Io, die den Durchfluß des Fördermediums aus der Ansaugkammer 7 in die Verbindungskanäle 5 bzw. 6 zulassen, einen Rückfluß des Fördermediums aus den Verbindungskanälen 5 bzw. 6 in die Ansaugkammer 7 jedoch verhindern. In gleicher Weise sind der Druckkammer 8 Rückschlagventile 11 und 12 zugeordnet, die den Durchfluß des Fördermediums aus den Verbindungskanälen 5 und 6 in die Druckkammer 8 zulassen, einen Rückfluß des Fördermediums aus der Druckkammer 8 in die Verbindungskanäle 5 bzw. 6 jedoch unterbinden.

Die Rückschlagventile 9, lo, 11 und 12 sitzen jeweils an Gehäusedeckeln 13, 14, 15 und 16, die lösbar mit dem Pumpengehäuse 1 verbunden sind. Die Verbindung zwischen den Gehäusedeckeln 13, 14, 15, 16 und dem Gehäuse 1 erfolgt jeweils durch Schrauben oder durch geeignete Schnellverschlüsse. Die der Druckkammer 8 zugeordneten Gehäusedeckel 15 und 16 sind jeweils mit Füllstücken und 18 versehen, die die toten Ecken in den Verbindungskanälen 5 bzw. 6 zu der Druckkammer 8 ausfüllen und Aufgleitrampen bilden, die bis in die Höhe der Unterkanten des Ventildurchlasses der Rückschlagventile 12 bzw. 13 reichen.

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An die Unterseite der Ansaugkammer 7 ist ein von unten vertikal einmündender Ansaugstutzen 19 angeschlossen. An der Druckkammer 8 befindet sich beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 unten seitlich ein horizontal ausmündender Druckstutzen 2o. Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel an der Oberseite der Druckkammer 8 ein Entlüftungsventil 21 vorgesehen.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind der Pumpzylinder 2, die Ansaugkammer 7, die Druckkammer 8, die Verbindungskanäle 5 und 6 sowie alle Rückschlagventile 9, lo, 11, 12 in derselben horizontalen Ebene angeordnet, so daß sich innerhalb des Pumpengehäuses hinter dem vertikal angeordneten Ansaugstutzen 19 im wesentliehen horizontale Förderwege ergeben, die in der geschilderten Art und Weise eine Selbstreinigung der Pumpe ermöglichen.

In Fig. 3 ist das Rückschlagventil 9 vergrößert im Detail dargestellt. Wie auch die anderen Rückschlagventile lo, 11 und 12 weist dieses Rückschlagventil 9 eine gewölbte Membran 3o aus gummielastischem Material auf, die mittig an einem Halteschaft 31 befestigt ist. Am äußeren Umfang ist die Membran 3o mit einer steifen Wulst 32 aus gummielastischem Material versehen, in die ein zur Versteifung dienender Stahlring 33 eingearbeitet ist. Die Wulst 32 liegt in der Schließstellung des Ventiles an einem ringförmigen Ventilsitz 34 des Pumpengehäuses 1 an und hebt in der Öffnungsstellung auf dem gesamten Umfang von diesem Ventilsitz 34 ab.

Die Membran 3o ist in Druckrichtung ringförmig ausgewölbt, derart, daß die einerseits an der Wulst 32 und andererseits an dem Halteschaft 31 festgelegte Membran

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*■ 3o die Druckbelantung nach der Membrantheorie nur durch Zugspannungen aufgenommen werden kann. Bei umgekehrter Beaufschlagung kann sich die Wulst 3? demgegen über unter Biegung der Membran 3o leicht vom Ventilsitz 34 abheben und gibt einen großen Durchtrittsquerschnitt frei, der durch keinerlei Stützstege oder dergleichen eingeengt ist.

Der Halteschaft 31 ist am Gehäusedeckel 13 befestigt der seinerseits mit dem Pumpengehäuse 1 verbunden ist. Wie ersichtlich ist, kann das gesamte Rückschlagventil 9 auf einfache Weise ausgebaut werden, indem einfach der Gehäusedeckel 13 abgenommen wird.

Das Rückschlagventil Io ist ebenso aufgebaut wie das Rückschlagventil 9. Die Rückschlagventile 11 und 12 sind im Prinzip so aufgebaut, wie das in Fig. 3 im Detail dargestellte Rückschlagventil 9, haben jedoch, weil sie dem Druckraum 8 zugeordnet sind, eine umgekehrte Wirkungsrichtung. Damit sich diese Rückschlagventile 11 und 12 ebenfalls leicht ausbauen lassen, sind dort die Ventilsitze 34 mit den Gehäusedeckeln 15 und 16 verbunden und werden zusammen mit diesen abgenommen, so daß die in der Druckkammer 8 liegende Wulst den Ausbau des Rückschlagventiles nicht behindern kann

In Fig. 1 ist schließlich noch angedeutet, daß die sich in dem Pumpengehäuse 1 ausbildende Luftblase nur bis an die Oberkante des Ventildurchlasses der der Druckkammer zugeordneten Rückschlagventile 11 und 12 reichen kann. Der sich dabei ausbildende luftgefüllte Raum in den Verbindungskanälen 5 und 6 sowie im Pumpen zylinder 2 ist ersichtlich so klein, daß er eine ordnungsgemäße Arbeitsweise der Pumpe nicht stören kann.

Um in der Druckkammer größere Ansammlungen von Luft zu vermeiden, die durch Undichtigkeiten in den Rückschlagventilen 11 und 12 über die Verbindungskanäle 5 und 6 in den Punktzylinder 2 gelangen könnte, ist bei Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 an der Oberseite der Durckkammer 8 das bereits oben erwähnte Entlüftungsventil 21 angeordnet, durch welches überschüssige Luftmengen ständig abgeführt werden.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 verläuft der dort mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnete Druckstutzen von der Unterseite der Druckkammer 8 ansteigend bis zu deren Oberseite und ist im Bereich der Oberseite mit einer in die Druckkammer 8 ausmündenden Entlüftungsöffnung 23 versehen. Auch diese Entlüftungsöffnung sorgt dafür, daß in die Druckkammer gelangte Luft ständig abgefördert wird. Der Druckstutzen 23 ist im Querschnitt kleiner oder höchstens ebenso groß, wie der Saugstutzen 19, so daß aufgrund der sich ausbildenden Strömungsgeschwindigkeiten im Druckstutzen die von der Pumpe angesaugten und durch die Pumpe weitergeförderten Feststoffteile über den Druckstutzen wieder abgefördert werden.

Claims

Patentansprüche

\1.\ Kolbenpumpe für flüssige Medien, insbesondere fjir durch Feststoffe verunreinigte Medien, mit einem Pumpkolben, der in einem Pumpzylinder hin- und herverschiebar ist, an dessen Inneraum unter Zwischenschaltung von gegenläufig arbeitenden Rückschlagventilen eine den Ansaugstutzen der Kolbenpumpe aufweisende Ansaugkammer und eine den Druckstutzen der Kolbenpumpe aufweisende Druckkammer angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugkammer (7), der Pumpzylinder (2) und die Druckkammer (8) in horizontaler oder nur geringfügig geneigter Ebene nebeneinander angeordnet sind, daß die Rückschlagventile (9,lo,11,12) in derselben horizontalen oder geringfügig geneigten Ebene nebeneinander angeordnet sind und daß der Druckstutzen (2o, 22) an der Unterseite der Druckkammer (8) ausmündet.
2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstutzen (23) von der Unterseite der Druckkammer (8) bis an deren Oberseite ansteigend verläuft und im Bereich der Oberseite mit einer in die Druckkammer (8) ausmündenden Entlüftungsöffnung (23) kleinen Querschnittes versehen ist.
3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstutzen (2o) von der Unterseite der Druckkammer (8) fallend, horizontal oder geringfügig ansteigend verläuft und die Druckkammer (8) an der Oberseite mit einem Entlüftungsventil (21) versehen ist.
4. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugstutzen (19) in die Ansaugkammer (7) von unten vertikal oder zumindest steil ansteigend einmündet.
5. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile (9,la,11,12) als Membranventile mit einem ununterbrochenen kreisringförmigen Druchtrittsquerschnitt ausgebildet sind, deren Membrane (3o) am äußeren Umfang eine steife, sich an den Ventilsitz (34) anlegende Wulst (32) aufweist, in Druckrichtung ringförmig ausgewölbt ist und mittig an einem feststehenden Halteschaft (31) befestigt ist.
6. Kolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (3o) und die Wulst (32) eines jeden Rückschlagventiles (9,lo,ll,12) aus gummielastischem Material bestehen, wobei in die Wulst (32) ein Stahlring (33) eingearbeitet ist.
7. Kolbenpumpe nach den

Ansprüchen 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile (9,lo,ll,12) an Gehäusedeckcln (13, 14,15,16) des Pumpengehäuses (1) befestigt sind, die lösbar mit dem Pumpengehäuse (1) verbunden sind.
8. Kolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rückschlagventilen (11,12) der Druckkammer (8) zugeordneten Gehäusedeckel (15, 16) mit Füllstücken (17,18) versehen sind, die vor diesen Rückschlagventilen (11, 12) die toten Ecken in den Verbindungskanälen (5,6) zu der Druckkammer (8) ausfüllen und Aufgleitrampen bilden, die bis in die Höhe der Unterkante des Ventildurchlasses der Rückschlagventile (11,12) reichen. 10