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Rotationskolbenmaschine Es sind Rotationskolbenmaschinen bekannt, die zwei gleichsinnig um feste Achsen rotierende Läufer aufweisen, von denen einer innerhalb des andern angeordnet ist und wobei volumenveränderliche Arbeiträume von der Innenkontur des Aussenläufers und der Aussenkontur des Innenläufers begrenzt werden. Wenn derartige Maschinen als Verbrennungsmotoren betrieben werden, ist eine Kühlung sowohl des Aussen-als auch des Innenläufers erforderlich. Die Kühlung des Innenläufers erfolgt dabei mittels den Läufer durchströmender Kühlflüssigkeit, deren Zu- und Abführung durch die Welle des Innenläufers erfolgt, was keine Schwierigkeiten bereitet, da diese Welle nach aussen geführt werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist eine Rotationskolbenmaschine, die ein feststehendes Gehäuse mit einem , durch Seitenscheiben und einen im Querschnitt mehrbogigen Mantel begrenzten Innenraum aufweist, in welchem ein Läufer umläuft, der auf einem Exzenter gelagert ist und dessen Stirnwände mit Durchbrüchen zur Durchführung der Exzenterwelle versehen sind, wobei ein Getriebe vorgesehen ist, das aus einem am Läufer befestigten Innenzahnrad und einem mit dem Gehäuse feststehenden Aussenzahnrad besteht und ein festes Drehzahlverhältnis zwischen der Exzenterwelle und dem Läufer erzwingt.
Bei derartigen Maschinen bereitet die KUhlung des Läufers erhebliche Schwierigkeiten, da der Läufer eine planetenartig kreisende Bewegung gegenüber dem Gehäuse ausführt und keine Teile besitzt, die sich nach aussen erstrecken und für die direkte Zu-und Abführung von KühlflUssigkeit zum bzw. vom Läufer verwendbar sind. Abgesehen von der Kahlmittelzu-und-Abfuhiung tritt bei Maschinen dieser Art das Problem auf, den Übertritt von Kühlf11lssigkeit in die Arbeitskammem durch die Durchbrüche in den Seitenwänden des Läufers zu verhindern und trotzdem eine ausreichende Schmierung des Lagers des Läufers auf dem Exzenter und des Getriebes zwischen Läufer und Gehäuse zu ermöglichen.
Diese Probleme, die in besonderem Masse bei Verwendung der Maschine als Verbrennungsmotor auftreten, werden erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Läufer, der in ansich bekannter Weise von Kühlflüssigkeit mit Schmiereigenschaften durchströmte Hohlräume aufweist, an seinen Stirnseiten mitringförmigen Flüssigkeitsdichtungen versehen ist, welche das Läuferlager und das Getriebe sowie die Zu. und Abtlussöffnungen für die Kühlflüssigkeit umschliessen und dass von dem Kühlmittelstrom ein Tei1strom für die Schmierung des Läuferlagers abgezweigt wird.
Die zwischen den Seitenscheiben des Gehäuses und den Stirnseiten des Läufers vorgesehenen Flüssigkeitsdichtungen sind vorzugsweise als dünnwandige, elastisch vorgespannte Ringe ausgebildet, die unter Wirkung des KühlfMssigkeitsdruckes stehen können und durch diesen gegen die Seitenscheiben des Gehäuses gedrückt werden.
Die Zu-und Abführung der Kühlflüssigkeit zum bzw. vom Läufer erfolgt am einfachsten über Ringräume, die innerhalb der genannten ringförmigen Flüssigkeitsdichtung an mindestens einer Stirnseite des Läu-
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ger erfolgen, wobei in letzterem Falle dieses Lager gleichzeitig geschmiert sind.
Eine weitere Möglichkeit der Zuführung bzw. Abführung der Kühlflüssigkeit zum bzw. vom Läufer besteht darin, in der Exzenterwelle und im Exzenter Kanäle oder Auasparungen vorzusehen, die am Umfang des Exzenters enden, so dass die Kühlflüssigkeit durch das auf dem Exzenter angeordnete Läuferlager hindurch in den Läufer gelangen kann. Wenn dieses Lager als Wälzlager ausgebildet ist, ist es zweckmässig, die Anordnung so zu treffen, dass das Lager nur durch einen Flüssigkeitsnebel geschmiert wird und nicht im Ölbad läuft.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Lager aus mindestens zwei nebeneinander angeordneten Reihen von
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Wälzkörpem besteht und die Kühlmittelzu-oder-Abfühlung durch einen Zwischenraum zwischen benachbarten Reihen erfolgt, so dass nur ein sehr geringer Teil des gesamten Küh1fIüssigkeitsstromeszudemLa- ger gelangen kann.
Das Übertreten von Kühlflüssigkeit in die Arbeitsräume kann auch dadurch verhindert werden, dass im Hohlraum des Läufers eine feststehende Rohrleitung angeordnet wird, die mit ihrem radial äusseren Ende zumindest während eines Teiles einer Umdrehung des Läufers im Hohlraum radial ausserhalb der Durchbrüche in den Stirnwänden des Läufers mündet und mit ihrem radial inneren Ende in axialer Richtung über eine Stirnwand des Läufers und die angrenzende Stirnwand des Gehäuses heraus geführt ist. Wenn die Rohrleitung mit ihrem äusseren Ende in die im Hohlraum des Läufers befindliche Kühlflüssigkeit, die infolge der Zentrifugalwirkung einen Flüssigkeitsring bildet, eintaucht, so wird die Kühlflüssigkeit auf Grund des zentrifugalen Druckes durch die Rohrleitung nach innen zu abgeführt.
Die Rohrleitung begrenzt also den Flüssigkeitsstand im Läufer derart, dass ein Durchtritt von Flüssigkeit durch die Durchbrüche in den Seitenwänden des Läufers und entlang diesen Seitenwänden zu den Arbeitskammern verhindert wird. Sie wirkt gleichzeitig als eine Art Pumpe und verursacht eine Zirkulation der Kühlflüssigkeit durch den Läufer, so dass eine eigene Kühlmittelpumpe entfallen kann. In der praktischen Ausführung dieses Erfindungsgegenstandes ist die Rohrleitung in Form eines Kanals in einer feststehenden, im Hohlraum des Läufers angeordneten Scheibe vorgesehen. Selbstverständlich können auch mehrere Rohrleitungen bzw. Kanäle vorgesehen werden. Zur Begünstigung des Kühlmitte1eintritts können diese Kanäle spiralförmig verlaufen.
Insbesondere, wenn die Maschine als Verbrennungsmotor betrieben wird, ist es erforderlich, den Läufer mit einemDichtsystem auszustatten, das unter anderem aus radial und axial beweglichen Dichtleisten besteht, die in achsparallelen Nuten an den Scheite1kten des Läufers angeordnet sind. Um diese Dichtungen betriebsfähig zu halten, ist es notwendig, die Scheitelkanten, in denen diese Dichtungen angeordnet sind, gut zu kühlen und zu diesem Zweck die Hohlräume im Läufer bis in diese achsenfemen Zonen zu erstrecken.
Wenn bei bestimmten Maschinenbauarbeiten auf Grund konstruktiver Gegebenheiten eine Erstreckung des Kühlflüssigkeitsstromes in diese achsenfernen Zonen nicht möglich ist, so wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, diese Zonen mit dem durch das Kühlsystem erfassten Bereich des Läufers durch mit besonders gut wärmeleitfähigen bzw. wärmetransportierenden Mitteln gefüllte Räume in wärmeleitende Verbindung zu bringen. Auf diese Weise ist es dann möglich, die Wärme von den Randzonen über die Leitmittel, -welche beispielsweise durch Kupferstäbe, Natriumfüllung od. dgl. bekannte Mittel dargestellt werden können, nach innen zu führen und von dort über das Durchflusskühlsystem abzuführen.
Während üblicherweise zur Rückkühlung der Kühlflüssigkeit ein besonderer Ölkühler vorgesehen ist, kann dieser Aufwand erfindungsgemäss dadurch vermieden werden, dass die erwärmte Kühlflüssigkeit nach Austritt aus dem Gehäuse gegen unabhängig gekühlte Flächen der Maschine geführt wird. Hiefür können beispielsweise Maschinendeckel mit Wasserkühlung, Schwung- oder Lüfterräder verwendet werden. Eine
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die unabhängig gekühlten Flächen geschleudert wird.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung im Prinzip dargestellt.. Es zeigen Fig. l eine Kreiskolbenmaschine im Längsschnitt gemäss Linie 1-1 in Fig. 2, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Kreiskolbenmascbine gemäss Linie 2-2 in Fig. l, Fig. 3 einen Querschnitt durch den Läufer der Kreiskolbenmaschine, Fig. 4 einen Querschnitt durch einen anders ausgeführten Läufer einer Kreiskolbenmaschine, Fig. 5,6 und 7 verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung an einer im Längsschnitt im Prinzip dargestellten Kreiskolbenmaschine, Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine Kreiskolbenmaschine mit KfIhlflUssigkeitsrückküb1ung, Fig. 9 eine andere Ausführungsform der Erfindung mit zwei getrennten Kühl-
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mit SchöpfscheibeFig. 11, Fig.
lla einen Querschnitt entlang Linie lla-lla in Fig. 10, Fig. l1b einen Schnitt gemäss Linie llb-llb in Fig. 1Q, Fig. 12 und 13 Einzelheiten der Fig. 10 in verschiedenen Ausführungen und Fig. 14 einen Längsschnitt durch eine Kreiskolbenmaschine mit geteiltem Exzenterlager.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 besteht die Maschine aus einem Gehäuse, das sich aus den Seitenscheiben 1, 2 und dem dazwischen angeordneten Mantel 3 zusammensetzt. Das Gehäuse umschliesst Arbeitsräume 4. In dem Gehäuse ist eine Exzenterwelle 5 bei 21 und 22 gelagert, auf deren Exzenter 6 ein Läufer 7 bei 14 drehbar angeordnet ist. Mit der Seitenscheibe 2 ist ein aussen verzahntes Rad 8 fest verbunden, in welches ein mit dem Läufer 7 fest verbundener'innenverzahnter Zahnkranz 9 eingreift.
Dieses Getriebe 8,9 erzwingt ein bestimmtes Drehzahlverhältnis zwischen Exzenterwelle 5 und Läufer 7,
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das imAusfilhrungsbeispie13 : 1 beträgt. Der Läufer 7 vollftlbrt bei seiner Drehung auf dem Exzenter 6 der sich ebenfalls drehenden Welle 5 eine planetenförmig kreisende Bewegung gegenüber dem Gehäuse. Auf der Welle 5 sind Ausgleichsgewichte 10 angeordnet.
Zur Kühlung des Läufers 7 ist ein Flüssigkeitskreislauf vorgesehen. Dabei strömt die KÜhlflüssigkeit durch eine Bohrung 11 in der Seitenscheibe 1 des Gehäuses zu einem Ringraum 12 und von da aus über eine Bohrung 13 zu der Lagerstelle 14 des Läufers 7 auf dem Exzenter 6. Von da aus strömt die Kühlflüssigkeit durch Bohrungen 15 im Läufer 7 und wird von der Lagerstelle 14 durchBohrungen 17,18 in der Exzenterwelle 5 abgeführt. Von der Bohrung 18 gelangt die Kühlflüssigkeit in einen Raum 19 und von da aus über den Absauganseblu. ss SO in einen nicht dargestellten Ölkühler. Der nötige Druck wird durch eine nicht dargestellte Pumpe erzeugt. In den Raum 19 kann auch der Anteil der Kühlflüssigkeit gelangen, der an dem äusseren Stimende der Lagerbüchse 21 austritt.
Ebenso wird das aus der Lagerstelle 22 nach aussen austretendeLeckölindemRaum23gesammeltundüberdieAbsaugöffnung24derPumpeunddemÖlkühlerzugeführt.
Die Stirnwände des Läufers 7 sind, wie ersichtlich, mit Durchbrüchen zur Durchführung der Exzenterwelle versehen. Um zu vermeiden, dass Kühlflüssigkeit durch diese Durchbrüche austreten und entlang den Stirnseiten des Läufers in die Arbeitsräume 4 gelangen kann, sind ringförmige Flüssigkeitsdichtungen 32 an den Stirnseiten des Läufers vorgesehen, die federnd vorgespannt sind und durch den Kühlflüssigkeitsdruck an die angrenzende Seitenwand des Gehäuses gedrückt werden. Die Flüssigkeitsdichtungen 32 umschliessen das Lager 14 des Läufers 7 auf dem Exzenter 6, das Getriebe 8,9 und die Zu- und Ablauföffnungen für die Kühlflüssigkeit.
Die Zirkulation der Kühlflüssigkeit kann durch die auftretenden Fliehkräfte unterstützt werden, wenn die Ausflussöffnungin ansieh bekannterWeise aufeinen grösseren Radius gelegt wird als die Einströmöffnung la dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch der Läufer 7 von Kühlflüssigkeit durchströmt. Unter bestimmten Voraussetzungen kann auf diese Durchströmung des Läufers verzichtet werden, besonders wenn die in Fig. 2 dargestellten achsenfemen Zonen 25 einen relativ geringen Abstand von dem Umfang des Umlaufzapfens 6 besitzen. Dabei kommen die Kanäle 15 in Fortfall und die Kühlflüssigkeit strömt unmittelbar von dem Kanal 13 über das Lager 14 zu dem Kanal 17.
Ferner können an Stelle der Bohrung 13 zum Transport des Kühlmittels an die Stirnseite des Läufers axiale Nuten in der entlasteten Zone des Lagers 22 dienen. Dabei tritt die Kühlflüssigkeit dann in einen Ringraum 31 und von dort aus wiederum zu der Lagestelle 14. Der Ringraum 31 ist gegenüber den Arbeitsräumen 4 durch die Dichtungen 32 abgedichtet.
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2elemente 26 zu erreichen, können nach dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 in der Nähe dieser Zonen Hohlräume 27 angeordnet werden, die über Kanäle 28 mit der Lagerfläche 14 des Exzenters 6 in Verbindung stehen.
Da es bei Läuferformen mit extrem vom Exzenter 6 entfernten Kantenzonen und dadurch bedingtem re- lativ geringem Querschnitt des Läufers schwierig Ist, Kühlflüssigkeitsbohrungen ausreichenden Durchmessers unterzubringen, können, wie aus Fig. 4 ersichtlich, Hohlräume 29 im Läufer 7 vorgesehen werden, die sich an die Querschnittikontur des Läufers annähern und sich von den achsenfernen Zonen 25 bis in die Nähe der Lagerfläche 14 des Exzenters 6 erstrecken. Diese Räume sind mit gut wärmeleitenden bzw. -transportierenden Medien, beispielsweise Natrium, gefüllt. Statt dessen können auch Kupferstäbe an diesen Stellen angeordnet sein.
Bei dieser Konstruktion ist zwischen dem Läufer 7 und dem Exzenter 6 ein Ringraum 30 vorgesehen, der von Kühlflüssigkeit durchströmt wird und die von der Natriumfüllung an die innere Randzone des Läufers gebrachte Wärme abführt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 erfolgt der Zu- und Ablauf der Kühlflüssigkeit nicht durch die Exzenterwelle, sondern durch die Seitenscheibe 1 des Gehäuses, wozu Kanäle 33 vorgesehen sind, durch die die KühlflUssigkeit in einen Ringraum 34 zwischen der Seitenscheibe 1 und der Stirnseite des Exzenters 6 und des Läufers 7 eintritt. Dieser Ringraum 34 ist wiederum durch die Dichtung 32 gegenüber dem Arbeitsraum 4 abgedichtet. Die Kühlflüssigkeit durchströmt den Exzenter durch die Kanäle 35,36 und den Läufer durch die Kanäle 37, und wird durch Kanäle 38 in der Seitenscheibe 2 des Gehäuses abgeführt.
Gleichzeitig tritt selbstverständlich eine Schmierung der Lagerfläche 14 des Läufers 7 auf dem Exzenter 6, sowie der Lagerstellen 21,22 der Kurbelwelle 5 ein.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 unterscheidet sich von demjenigen gemäss Fig. 5 lediglich dadurch, dass der Ringraum 34 in der Stirnseite des Exzenters 6 angeordnet ist.
Ebenso ist eine Anordnung der Ringräume in den Stirnseiten des Läufers 7 möglich, wie in Fig. 7 dar-
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art ist die Rückfuhrungsleitung der Kühlflüssigkeit mit 38 bezeichnet. In der linken Hälfte der Fig. 8 ist der Kanal 38 mit einem Kanal 39 in einer Schwungscheibe 40 auf der Welle 5 verbunden. Die rückgeführte KiIh1f1i1ssigkeitwird bei 40a durch die Zentrifugalkraft ausgeschleudert und trifft auf eine Wand 41 des Gehäuses, die einen Hohlraum 42 aufweist, der von einem unabhängigen Kühlkreislauf durchströmt wird. Der Ablauf der rückgeküh1ten Kühlflüssigkeit erfolgt bei 43.
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verbunden, die ebenfalls mit der Welle 5 umläuft und mit Lüfterflügeln 46 versehen ist.
Bei dem Durchströmen der durch die erzeugteLnftströmung gekühlten Schwangscheibe 45 wird die erwärmte Ktihlflilssig-
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47 ineinerDurchflusskühlung versehen, wobei die Zuleitung der Kühlflüssigkeit bei 72 durch die Seitenscheibe 2 hindurch in einen Ringraum 73 des Läufers 7 und von da aus durch die Bohrungen 74 zu einem weiteren Ringraum 75 und durch die Auslassbohrung 76 strömt.
Zur zusätzlichen Abführung der von dem Läufer 7 aufgenommenen Wärme ist der Exzenter 6 mit einer separaten Durchflusskühlung ausgestattet, wobei das Kühlmittel dieses Kreislaufs durch ein in die Welle 5 eingesetztes Rohr 77 in die zentrische Bohrung 78 eintritt und von da aus in die Kanäle 79 in dem Exzenter 6 und durch eine Vielzahl nahe der Peripherie des Exzenters 6 angeordneter Kanäle 80 strömt, wodurch die Lagerfläche 14 intensiv gekühlt wird. Die Ableitung der Kühlflüssigkeit erfolgt durch Bohrungen 81 und den Ringraum 82 zwischen dem Rohr 77 und der Welle 5.
In Fig. 10-13 ist eine Rotationskolbenmaschine gezeigt, bei welcher Massnahmen zur Begrenzung des Flüssigkeitsstandes im Hohlraum des Läufers vorgesehen sind.
Der wiederum mit 7 bezeichnete Läufer ist mit einem Hohlraum 85 versehen, dem Kühlflüssigkeit durch eine zentrische Bohrung 86 in der Exzenterwelle 5 über einen radial zum Umfang des Exzenters 6 sich erstreckenden Kanal 87 und über das Exzenterlager 88 zugeführt wird. Zur Abführung der Kühlflüssigkeit aus dem Läufer und zur Erzielung einer Zirkulation ohne Zuhilfenahme einer Pumpe ist in dem Hohlraum 85 des Läufers 7 eine feststehende Scheibe 89 angeordnet, die sich in einem Rohrstück 90 fortsetzt, welches mit der Seitenwand 2 des Gehäuses fest verbunden ist. Die Scheibe 89 ist mit radial gerichteten Kanälen 91 (Fig. 1la) versehen, die am Umfang der Scheibe in den Hohlraum 85 münden und sich durch das Rohrstück 90 fortsetzen.
Wenn der Flüssigkeitsstand im Hohlraum 85 des Läufers 7 einen solchen Wert erreicht hat, dass die Mündungen der Kanäle 91 in den Kühlflüssigkeitsring eintauchen, so wird die Kühlflüssigkeit auf Grund des zentrifugalen Druckes durch die Kanäle 91 nach innen gefördert und über den Ringraum 92 in der Seitenwand 2 des Gehäuses, die Bohrung 93, den Raum 94 und den Ausflusskanal 95 nach aussen abgeführt.
Wie ersichtlich, bedeckt die Scheibe 89 den Durchbruch 96 in der rechten Seitepwand des Läufers 7 in jeder Stellung des Läufers und münden die Kanäle 91 an einer Stelle im Hohlraum 85, die bei der Relativbewegung zwischen Läufer und Gehäuse stets radial ausserhalb des Durchbruches 96, des Exzenterlagers 88 und des Getriebes 8,9 liegt. Da, wie erwähnt, die Kanäle 91 ein Anwachsen des Flüssigkeitsrin- ges nach innen über die Mündungen dieser Kanäle verhindern, wird durch die Scheibe 89 gleichzeitig ein Übertreten von Kühlflüssigkeit durch die Durchbrüche 96,97 und entlang den Seitenflächen des Läufers 7 zu den Arbeitsräumen weitgehend verhindert und ausserdem vermieden, dass das Wälzlager 88 im Ölbad läuft und dass Quetschverluste im Getriebe 8,9 auftreten.
Fig. 12 zeigt eine Ausführung, bei der die Nabe 90 der Scheibe 89 gleichzeitig die Aussenverzahnung 8' trägt, die mitdeminnenverzahnten, am Läufer 7 befestigten Rad 9 in Eingriff ist. Dies ergibt eine bauliche Vereinfachung der Maschine.
In Fig. 13 ist ein Schöpfscheibe 89'im Schnitt dargestellt, bei welcher die Kanäle 91'spiralförmig verlaufen. Bei Drehung des Läufers in Pfeilrichtung wird die Kühlflüssigkeit, die ja mit dem Läufer umläuft, beim Eintauchen der Scheibe in die Flüssigkeit rascher abgeführt. Die Scheibe 89'wird aus zwei
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und der andere Teil diese Nuten abdeckt und damit zu geschlossenen Kanälen vervollständigt.
In Fig. 14 ist wiederum die Exzenterwelle mit 5, der Exzenter mit 6 und der Läufer mit 7 bezeichnet. Die Zuführung der Kühlflüssigkeit zum Läufer erfolgt durch eine konzentrische Bohrung 98 in der Ex-
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zenterwelle 5 und setzt sich ih einem radial gerichteten Kanal 99 fort, der am Umfang des Exzenters 6 mündet. Du Lager des Läufers 7 auf dem Exzenter 6 besteht aus zwei Reihen 100 und 101 von Wälzkörpem, die in einem Käfig 102 gehalten sind. Dieser Käfig ist in der Mitte geteilt und weist eine Lücke 103 auf, durch welche die KUh1f1üssigkeit vom Kanal 99 in die im Läufer 7 angeordneten Kanäle 104 strömen kann. Durcr diese Massnahme wird vermieden, dass das Exzenterlager 100,101 im Ölbad läuft. Dieses Lager wird vielmehr nur von einem sehr geringen Teilstrom geschmiert.
Die Rückführung der'Kühlflüssigkeit aus dem Läufer 7 erfolgt durch die Ringräume 105, die durch die Flüssigkeitsdichtungen 106 gegen- über den Arbeitsräumen der Maschine abgedichtet sind, und von dort aus durch die Kammern 107 in den Seitenscheiben 1 und 2 des Gehäuses und die Abflussbohrungen 108.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rotationskolbenmaschine bestehend aus einem feststehenden Gehäuse mit einem durch Seitenscheiben und einem im Querschnitt mehrbogigen Mantel begrenzten Innenraum, in. welchem ein Läufer umläuft, der auf einem Exzenter gelagert ist und dessen Stirnwände mit Durchbrüchen zur Durchführung der Exzenterwelle versehen sind, wobei ein Getriebe vorgesehen ist, das aus einem am Läufer befestigten Innenzahn- rad und einem mit dem Gehäuse feststehenden Aussenzahnrad besteht und ein festes Drehzahlverhältnis zwischen der Exzenterwelle und dem Läufer ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (7), der in an sich
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gers (14, 88, 100, 101) abgezweigt ist.