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Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Pumpen,
Kompressoren, Motoren oder ähnlichen Maschinen, umfassend
ein Maschinengehäuse mit einem ersten Gehäusebauteil, das
zusammen mit einem Paar einander gegenüberliegender
Endelemente und mit einem oder mehreren Paaren einander
diameteral gegenüberliegender, radial nach innen
vorspringender Trennwände einen ersten Hohlraum definiert, der
ein Schwingkolbenelement mit einem zugehörigen
Nabenbereich und von diesem radial nach außen vorspringende
Kolbenflügel umschließt, und mit einem zweiten
Gehäusebauteil, das zusammen mit einem Paar von Endelementen einen
zweiten Hohlraum definiert, der einen
Kurbelarmmechanismus umschließt, durch welchen das Schwingkolbenelement
einer Schwingbewegung unterzogen wird, wobei ein an dem
Nabenbereich angeordneter Dichtungsring die Hohlräume
relativ zueinander abdichtet.
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Das Ziel vorliegender Erfindung ist eine konstruktiv
besonders einfache Lösung, bei der relativ wenig
Einzelteile verwendet und die Teile auf einfache Weise leicht
zusammgebaut werden können. Das Ziel ist eine Lösung, die
speziell für mit hoher Geschwindigkeit arbeitende
Maschinen geeignet ist, das heißt mit einer Geschwindigkeit von
beispielsweise 10-20.000 Schwingungen pro Minute. Darüber
hinaus zielt die Erfindung auf eine Lösung, die in ihrer
Anwendung zuverlässig ist.
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In der DE-A-2 613 472 ist ein Kompressor der vorgenannten
Art vorgeschlagen. Das Kompressorgehäuse ist in ein
separates Schwingkolben-Gehäusebauteil und in ein separates
Kurbel-Gehäusebauteil unterteilt, die gegenseitig
verbunden sind. Das Nabenelement des Kolbens ist in separaten
Lagern in beiden Gehäusebauteilen gehalten, und es ist
ein hoher Grad an Genauigkeit erforderlich, um das
Nabenelements
des Kolbens in beide Gehäusebauteile
einzupassen.
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Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Gehäusebauteile mit den zugehörigen Endelementen und das
Schwingkolbenelement mit den zugehörigen Kolbenflügeln
und dem Nabenbereich relativ zueinander axial versetzbar
angeordnet sind, wobei die Gehäusebauteile mit zumindest
dem einen zugehörigen Endelement über den Nabenbereich
des Schwingkolbenelements, das den ersten und den zweiten
Hohlraum einstückig überspannt, in einfacher Weise lösbar
miteinander verbunden sind, und daß die Hohlräume des
ersten Gehäusebauteils und des zweiten Gehäusebauteils
relativ zu dem Nabenbereich des Schwingkolbenelements auf
beiden Seiten des zwischen dem einen Endelement des
ersten Gehäusebauteils und dem zugehörigen Endelement des
zweiten Gehäusebauteils und/oder zwischen dem genannten
einen Endelement des ersten Gehäusebauteils und einem
Lager in dem genannten zugehörigen Endelement des zweiten
Gehäusebauteils angeordneten Dichtungsrings separat
gebildet sind.
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Mit Hilfe eines einstückigen Schwingkolbenelements kann
man erfindungsgemäß eine Verbindung verschiedener, einen
Teil der Maschine bildender Bauteile miteinander auf
besonders leichte und einfache Weise mit nur einer geringen
Anzahl von Verbindungselementen und mit Hilfe von einfach
durchzuführenden Montage- und Demontagevorgängen
erreichen. Ferner wird eine Lösung erzielt, die durch ihre
einfache Bauweise und mit ihrer relativ geringen Anzahl
von Teilen große Vorteile hinsichtlich des Betriebs und
der Zweckdienlichkeit bietet, so zum Beispiel eine
geringe Baugröße und ein geringes Gewicht. Besondere
Vorteile werden durch die Begrenzung und vollständige
Trennung
der beiden Hohlräume, das heißt des die
Arbeitskammer bildenden Hohlraums und des das Schmiermittel
aufnehmenden Hohlraums, in flüssigkeits- und gasdichter
Relation zueinander auf besonders einfache und effektive
Weise erreicht, so daß das Eindringen von Schmiermittel
in die Arbeitskammern vermieden und gleichzeitig eine
wirksame Schmierung der Teile sichergestellt werden kann,
die in dem das Schmiermittel enthaltenden Hohlraum
aufgenommen werden.
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Besondere Vorteile werden darüber hinaus dadurch
erreicht, daß der Nabenbereich des Schwingkolbenelements
drehbar in Lagern in einander gegenüberliegenden
Endelementen des zweiten Gehäusebauteils montiert ist, wobei
sich der Kolbenbereich durch die Verbindungszone des
Nabenbereichs und des Kurbelarmmechanismus von dem
genannten Lager in dem zugehörigen Endelement des zweiten
Gehäusebauteils zu einem zweiten Lager in dem anderen
Endelement des zweiten Gehäusebauteils erstreckt, während
der Nabenbereich an dem gegenüberliegenden Ende an den
zugehörigen Kolbenflügeln frei endend nach innen in den
Hohlraum des ersten Gehäusebauteils vorspringt.
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Auf diese Weise kann das Schwingkolbenelement
ausschließlich oder fast ausschließlich in den Endelementen des
zweiten Gehäusebauteils montiert werden. Im Falle eines
Kompressors oder einer Pumpe kann eine Drehbewegung von
einer Antriebswelle über den Kurbelarmmechanismus in dem
zweiten Hohlraum in eine Schwingbewegung für das
Schwingkolbenelement umgesetzt werden, und im Falle eines Motors
kann eine Schwingbewegung für das Schwingkolbenelement in
eine Drehbewegung für eine angetriebene Welle umgesetzt
werden - in einer Zone zwischen zwei gegenüberliegenden
Lagern des Kolbenbereichs - wobei gleichzeitig die
Kolbenflügel
des Schwingkolbenelements in dem zugehörigen
ersten Hohlraum in dem ersten Gehäusebauteil auffreie
und bewußt genaue Weise bewegt werden können.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist ferner dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Gehäusebauteil mit den
zugehörigen Trennwänden und den zugehörigen Endelementen zwischen
einem Abdeckungselement und dem einen Endelement des
zweiten Gehäusebauteils befestigt und mit radial
außerhalb des ersten Gehäusebauteils angeordneten
Schraubmitteln an dem einen Endelement festgelegt ist, wobei das
erste Gehäusebauteil mit den zugehörigen Trennwänden und
die Endelemente des ersten Gehäusebauteils in einander
abdichtender Anlage axial miteinander verschraubt sind,
während der Nabenbereich des Schwingkolbenelements und
die Kolbenflügel frei schwenkbar in dem Hohlraum zwischen
dem ersten Gehäusebauteil und dessen Endelementen
angeordnet sind.
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Mit einer derartigen Lösung wird eine einfache und
präzise Montage derjenigen Elemente erreicht, die in
Verbindung mit dem ersten Gehäusebauteil treten. Zum Beispiel
kann speziell der Hohlraum des ersten Gehäusebauteils
über radiale Mediumeinlaßöffnungen in dem Nabenbereich
des Schwingkolbenelements problemlos in kommunizierende
Verbindung mit einem Mediumeinlaß, der zentral in dem
axial angrenzenden Abdeckungselement des
Maschinengehäuses angeordnet ist, und über axiale Mediumauslaßöffnungen
in dem einen Endelement des ersten Gehäusebauteils in
kommunizierende Verbindung mit einem Mediumauslaß in dem
Abdeckungselement radial außerhalb des Mediumeinlasses
gebracht werden.
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Vorzugsweise bildet der Nabenbereich des
Schwingkolbenelements einen relativ dünnwandigen Hohlkörper.
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Basierend auf einer mit besonders hoher Geschwindigkeit
arbeitenden Maschine kann hierdurch mit relativ wenig
Material und mit relativ hoher Festigkeit eine besonders
schnelle Schwingbewegung mit relativ großer
Kraftübertragung in der Maschine erreicht werden.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus deren nachfolgender Beschreibung im Zusammenhang mit
den anliegenden Zeichnungen. Darin zeigt:
Figur 1
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einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Maschine;
Figur 2
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eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Schwingkolbenelements;
Figur 3
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eine perspektivische Darstellung gewisser
Maschinenelemente, die in axialer Richtung außer Eingriff gezogen
sind;
Figur 4
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ein Detail der Einlaßöffnungen der Anordnung.
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In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Maschine in Form
eines Kompressors gezeigt. Die Maschine kann auch als
Hydraulikpumpe oder Hydraulikmotor verwendet werden. Mit
gewissen Modifikationen läßt sich die Maschine auch als
eine weitere Kraftübertragungsmaschine verwenden.
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Die Maschine ist mit einem Schwingkolbenelement 10
dargestellt, dessen länglicher Nabenbereich 11 zwei Paaren von
einander entgegengesetzt gerichteten Kolbenflügeln 12, 13
zugeordnet ist, die an einem Ende 11a des Nabenbereichs
radial nach außen vorspringen. Der Nabenbereich 11 (siehe
Figur 2) ist in Form einer leichtgewichtigen rohrförmigen
Konstruktion mit schwacher Wanddicke an dem genannten
einen Ende 11a des Nabenbereichs 11 und an einem ersten
Teil eines mittleren Bereichs 11b und mit minimaler
Wanddicke an einem zweiten Teil des mittleren Bereichs 11b
und an dem anderen Ende 11c des Nabenbereichs 11 gezeigt.
In einem Ende 11a des Nabenbereichs 11 ist eine Reihe von
Bohrungen 14 quer durch den rohrförmigen Nabenbereich
zwischen jedem Kolbenflügelpaar 12, 13 ausgebildet. Jede
Reihe von Bohrungen 14 (oder alternativ eine Reihe von
Schlitzen oder zusammenhängenden Schlitzen) bildet
Mediumeinlässe für deren jeweilige Arbeitskammerpaare (die
an späterer Stelle beschrieben werden). Unmittelbar
hinter den Kolbenflügeln 12, 13 ist an dem Nabenbereich 11
eine erste zylindrische Lagerfläche 15 definiert. Danach
folgt eine radial gestufte zweite zylindrische Fläche 16
für den über eine Keilnut 17a und einen Keil 17b (siehe
Figur 1) erfolgenden Eingriff mit einem Antriebselement
18 eines mit Gelenken versehenen Antriebsarmmechanismus
19. Unmittelbar hinter der Fläche 16 ist der Nabenbereich
11 weiter radial gestuft, mit einer zylindrischen dritten
Fläche 20, die an dem Ende 11c eine zweite Lagerfläche 21
für den Nabenbereich 11 bildet. Der Nabenbereich 11 ist
von dem einen Ende 11a zu dem anderen Ende 11c graduell
gestuft, so daß das Schwingkolbenelement 10 axial
nacheinander mit verschiedenen zusammenwirkenden Elementen in
seine Eingriffslage geschoben werden kann, wie das weiter
unten noch beschrieben wird.
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Das Schwingkolbenelement 10 tritt durch einen ersten
Hohlraum 22 hindurch, der zwischen einem ersten
zylindrischen Gehäusebauteil 23 und zwei einander
gegenüberliegenden getrennten scheibenförmigen Endelementen 24, 25
definiert ist, und tritt durch einen zweiten Hohlraum 26
hindurch, der zwischen einem zweiten zylindrischen
Gehäusebauteil 27 mit einem permanenten Endelement oder
Bodenelement 28 und einem abnehmbaren scheibenförmigen
Endelement oder Abdeckungselement 29 definiert ist.
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Das Endelement 29 ist mittels Befestigungsbolzen 30
(wovon nur einer in Figur 1 gezeigt ist) leicht abnehmbar
an dem Gehäusebauteil 27 befestigt und mit Hilfe einer
Zwischendichtung 31 dem Gehäusebauteil 27 gegenüber so
abgedichtet, daß in dem Hohlraum 26 eine Ölkammer
gebildet wird. Die Ölkammer kann zum Beispiel über einen
Ölnippel (nicht weiter dargestellt) an dem Gehäusebauteil
27 wiederaufgefüllt werden. Mittels des Ölmediums in dem
Hohlraum 26 können die Lagerflächen 15 und 21 des
Nabenbereichs und äquivalente Lagerflächen einer
Lagergleitfläche 32 in dem Endelement 28 und einer Lagergleitfläche
33 in dem Endelement 29 geschmiert werden.
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In der genannten Ölkammer in dem Hohlraum 26 wird der
Antriebsarmmechanismus 10 des Schwingkolbenelements
aufgenommen. In dem Endelement 28 ist in den Lagern 34 und 35
eine Rotationswelle 36 montiert, die einen exzentrisch
angeordneten, axial gerichteten Mitnehmerbolzen 37 und
ein seitlich gerichtetes Gegengewicht 38 hat, das
diametral gegenüberliegend angeordnet ist. Der Mitnehmerbolzen
37 ist drehbar in einer Bohrung 39 in einem Ende eines
ersten Kurbelelements 40 montiert. Das andere Ende des
Kurbelelements 40 ist mit einem axial gerichteten
Kurbelzapfen 41 versehen, der axial nach innen in eine Bohrung
in dem einen Ende eines zweiten Kurbelelements, welches
das Antriebselement 18 des Schwingkolbenelements bildet,
vorspringt und drehbar in dieser Bohrung montiert ist.
Das gegenüberliegende Ende des Antriebselements 18 steht
über die zweite Fläche 16 in Eingriff mit dem
Nabenbereich 11 des Schwingkolbenelements 10 und befindet sich
über die Keilnut 17a und den Keil 17b in antriebsmäßiger
Verbindung mit der Fläche 16.
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Das Schwingkolbenelement 10 kann zusammen mit dem einen
Endelement 25 des ersten Gehäusebauteils 23 axial in
seine Lage an dem Endelement 29 des zweiten
Gehäusebauteils 27 geschoben werden, wobei zwischen dem Endelement
25 und dem Endelement 29 ein einziger Dichtungsring 43
zusammen mit der zugehörigen Lagergleitfläche 33
angeordnet ist. Dadurch können die Elemente in einfacher Weise
leicht in ihre relative Lage zueinander gebracht und mit
einfachen Mitteln auf zuverlässige Weise relativ
zueinander abgedichtet werden. Danach kann der
Antriebsarmmechanismus 19 in seiner Lage an dem Schwingkolbenelement 10
montiert und die Rotationswelle 36 schließlich in ihre
Position in den Lagern 34, 35 des unteren Elements 28 des
Gehäusebauteils 27 geschoben werden. Mit Hilfe einer
Lippendichtung 44 läßt sich die Rotationswelle 36 gegenüber
dem Gehäusebauteil 27 abdichten, wobei ein Längsbereich
36a der Rotationswelle 36 endwärts aus dem Gehäusbauteil
27 vorspringt und an ein Antriebselement angeschlossen
werden kann, wie beispielsweise an einen nicht
dargestellten Antriebsmotor, wenn die Maschine eine Pumpe oder
ein Kompressor ist, oder an ein angetriebenes Element,
wenn die Maschine ein Motor ist. Mittels der
Befestigungsbolzen 30 und des Dichtungsrings 31 kann der
Hohlraum 26 in dem Durchlaß zwischen dem Endelement 29 und
dem Gehäusebauteil 27 einfach und leicht abgedichtet
werden.
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Mit dem sich in dem Gehäusebauteil 27 in seiner Lage
befindenden Schwingkolbenelement 10 kann das Ölmedium in
der Ölkammer verbleiben, während das Endelement 24 und
das Gehäusebauteil 23 von dem Schwingkolbenelement
abgenommen werden, um Zugang zu den wichtigen Bereichen 11,
12, 13 und zu den Bohrungen 14 des Schwingkolbenelements
zu haben.
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An dem ersten Gehäusebauteil 23 sind zwei Paare von
einander diametral gegenüberliegenden Trennwänden 23a und
23b befestigt, die radial nach innen vorspringen und die
zwischen sich zwei Paare äquivalenter Hohlraumsektionen
definieren. Jede Hohlraumsektion ist durch ein
betreffendes Paar der beiden Kolbenflügelpaare 12 und 13 des
Schwingkolbenelements 10 wiederum in ein Paar
äquivalenter Arbeitskammern (insgesamt acht Arbeitskammern)
unterteilt. Jede Arbeitskammer ist folglich jeweils zwischen
dem Gehäusebauteil 23 und einer Trennwand 23a bzw. 23b
und den beiden gegenüberliegenden Endelementen 24, 25 auf
der einen Seite und dem Nabenbereich 11 des
Schwingkolbenelements 10 und einem betreffenden Kolbenflügel 12 und
13 auf der anderen Seite definiert. In der einen Endwand
24 sind vier Paare von sich axial erstreckenden Öffnungen
45, 46 ausgeschnitten, das heißt eine Öffnung in jeder
der acht Arbeitskammern oder eine Öffnung 45 auf der
einen Seite eines betreffenden Kolbenflügels und eine
Öffnung 46 auf der anderen Seite des Kolbenflügels.
Während des Schwingens des Schwingkolbenelements 10 wird das
Öffnen und Schließen der Bohrungen 14 in dem Nabenbereich
11 des Schwingkolbenelements 10 durch die Schwingbewegung
des Nabenbereichs 11 relativ zu einer jeweiligen
Trennwand
23a, 23b gesteuert, wobei gemeinsame Bohrungen 14
(Schlitze 14' in Figur 3) für zwei Arbeitskammern auf
gegenüberliegenden Seiten der jeweiligen Trennwand 23a, 23b
verwendet werden.
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Axial außerhalb des einen Endelements 24 des
Gehäusebauteils 23 ist ein Abdeckungselement 47 angeordnet, und
zwischen dem Endelement 29 des zweiten Gehäusebauteils 27
und dem Abdeckungselement 47 ist ein abstandbildendes
Halterelement 48 angeordnet, welches das Gehäusebauteil
23 und dessen Endelemente 24, 25 umschließt. Mittels sich
axial erstreckender Befestigungsbolzen 49 (wovon nur
einer in Figur 1 gezeigt ist) sind das Abdeckungselement 47
und das Halterelement 48 in fluchtender Lage zueinander
befestigt und an dem Endelement 29 dauerhaft verankert,
wobei das Gehäusebauteil 23 und die Trennwände 23a
zusammen mit den Endwänden 24, 25 in sich gegenseitig
abdichtender Verbindung zwischen dem Abdeckungselement 47
und dem Endelement 29 festgeklemmt sind.
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Je nach Wunsch kann man a) durch Lösen des
Befestigungsbolzens 30 das Schwingkolbenelement 10 zusammen mit dem
Abdeckungselement 47, dem Halterelement 48 und dem
Endelement 29 zusammen mit dem Gehäusebauteil 23 und den
Endelementen 24, 25 als zusammenhängende Einheit außer
Eingriff mit dem Gehäusebauteil 27 und dem
Kurbelarmmechanismus 19 ziehen oder b) durch Lösen des
Befestigungsbolzens 49 das Schwingkolbenelement 10 zusammen mit
dem Gehäusebauteil 23 und die Endelemente 24 und 25
zusammen mit dem Abdeckungselement 47 und dem Halterelement
48 außer Eingriff mit dem Endelement 29 und den an diesem
befestigten Elementen ziehen oder lediglich das
Gehäusebauteil 23 und das Endelement 24 zusammen mit dem
Abdeckungselement 47 und dem Halterelement 48 von dem
Schwingkolbenelement 10 und dem Endelement 25 wegziehen,
während die letztgenannten Elemente 10 und 25 noch mit
dem Endelement 29 und den dort befestigten Elementen
verbunden bleiben. Dadurch hat man mit Hilfe weniger
einfacher Mittel einfachen Zugriff auf die verschiedenen
Maschinenelemente in einer leicht steuerbaren Weise, indem
man die Elemente gegenseitig einfach axial relativ
zueinander verschiebt. Das Schwingkolbenelement 10 bildet
dadurch ein gemeinsames Verbindungs- und Steuermittel
zwischen den Elementen. Mit Hilfe eines einzigen
Dichtungsrings 43 an dem Nabenbereich 11 des Schwingkolbenelements
10 kann eine wirksame Abdichtung zwischen den Hohlräumen
22 und 26 entlang des Nabenbereichs 11 des
Schwinkolbenelements 10 sichergestellt werden.
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Zentral in dem Abdeckungselement 47 ist ein Mediumeinlaß
47a ausgebildet, der mit dem inneren Hohlraum in dem
Nabenbereich 11 des Schwingkolbenelements 10 an seinem
freien Ende 11a fluchtet und kommuniziert, und radial
außerhalb des Mediumeinlasses 47a ist ein Mediumauslaß
47b angeordnet, der mit einer Abzugskammer 47c
kommuniziert, die eine Verbindung zwischen dem Mediumauslaß 47b
und den Öffnungen 45, 46 bildet. In der Abzugskammer sind
ein sternförmiges Halteelement 49 und ein sternförmiges
Ventilelement 50 angeordnet. Das Halteelement und das
Ventilelement sind jeweils mit acht fingerförmigen
Bereichen 49a bzw. 50a versehen, die axial unmittelbar
außerhalb ihrer jeweiligen Öffnungen 45, 46 angeordnet sind.
Das Halteelement 49 des Ventilelements erlaubt ein
Schwenken der fingerförmigen Bereiche zwischen der in
Figur 1 dargstellten Schließlage und einer Öffnungslage
unter Abstützung an dem Halteelement 49, wobei
Überschußdruck in den jeweiligen Arbeitskammern relativ zur
Abzugskammer 47c vorherrscht. Mit dem Auftreten eines
verringerten
Drucks in den jeweiligen Arbeitskammern relativ
zu dem in der Abzugskammer 47c vorherrschenden Druck
können die fingerförmigen Bereiche des Ventilelements in der
entgegengesetzten Richtung herumgeschwenkt werden.
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Wie in Figur 3 angegeben, können die Elemente 25, 23, 10,
24, 50 und 49 axial voneinander weggezogen werden,
nachdem das Abdeckungselement 47 und das Halterelement 48
demontiert wurden (Figur 1).
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In Figur 4 ist ein sich um 22 öffnendes Ventil zwischen
der Einlaßöffnung 14a und der Auslaßöffnung 14b gezeigt.
Zusätzlich ist ein abgerundeter Übergangsbereich 14c an
der Auslaßöffnung gezeigt. Mittels der dargestellten
Placierung (Figuren 1 und 2) und der dargestellten
Konstruktion (Figur 4) der Einlaßöffnungen 14 werden verschiedene
Vorteile erreicht. Erstens können die Arbeitskammern
besser gefüllt werden und des weiteren erreicht man eine
Geräuschverringerung beim Füllen und ein Vereinfachung der
maschinellen Bearbeitung der Öffnungen.