DE1812818A1

DE1812818A1 - Druckmittelenergieuebertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE1812818A1
Application number: DE19681812818
Authority: DE
Inventors: Yowell Gordon Hubert
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1968-02-26
Filing date: 1968-12-05
Publication date: 1969-10-23
Also published as: GB1261215A; DE1812818C3; US3491699A

Description

Sperry Rand Corporation 1 8 1 2 8 1 B

Troy, Michigan, V. St. A.

Druckmittelenergie übertragungseinrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf Druckmittelenergieübertragungseinrlchtungen und ist insbesondere bei Einrichtung der Art anwendbar, wo zwei oder mehr Druckmittelenergieübertragungseinrichtungen vorgesehen sind, von denen eine als Pumpe und die andere als Druckmitte 1-motor wirken können.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Druckmitteldrehpumpen und insbesondere auf solche, die mit Flügeln arbeiten.

Eines der Hauptprobleme, die bei der Konstruktion von Drehpumpen auftreten, besteht in dem Vorsehen eines geeigneten Abstands zwischen den Rotorflächen und den Flächen, gegen die sie sich drehen. Es soll ein geringer Zwischenraum vorgesehen sein, damit der Rotor sich frei drehen kann, aber dieser Zwischenraum soll wiederum nicht zu gross sein aufgrund der Abnahme des volumetrischen Wirkungsgrades der Pumpe. Wo die aufeinanderliegenden Flächen stationär sind, müssen die Teile auf sehr enge Toleranzen bearbeitet werden und trotz der Einhaltung von engen Herstellungstoleranzen steigt ein Leckverlust an, wenn die Betriebsdrücke erhöht werden und Änderungen in der Viskosität des Mediums auftreten.

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Bei Einrichtungen, die eine festgeklemmte Seite aufweisen, steigt die Leckage an, sogar wenn die Latifzwischenräume sehr gering sind auch wo es möglich ist, sehr geringe Laufzwischenräume fest unter Hochdruckbetriebsbedingungen aufrechtzuerhalten. Tatsächlich hat bei extremen Hochdruck-Betriebsbedingungen der längs der Aussenflächen des Rotors herrschende hohe Druck die Neigung, die Innenfläche der Anlaufscheibe nach aussei! von dem Rotor weg au biegen., wodurch der Laufzwischenraum zwischen dem Rotor und den Anlauf"» scheiben vergrössert wird und die Leckage sich erhöht.

Bei Derhpumpen oder Motoren der druckbelasteten Art, die nur eine einbiege Anlaufscheibe benutzen, kann die Leckage zwischen der Rotor fläche auf der einen Seite etwa konstant oder sogar bei ansteigendem Druck verringert werden durch die Verwendung einer biegbaren Anlaufplatte, wie es in der USA-Patentschrift 2 544 988 offenbart ist. Dadurch wird jedoch nicht der Leckagefaktor auf der gegenüberliegenden Seite der Rotorfläche verringert. Bei Einrichtungen, die eine einzige druckbelastete Anlaufplatte aufweisen, besteht bei extremen Hochdruckbedingungen, wenn die Einrichtung mehreren Tagen einer hydraulischen Beaufschlagung ausgesetzt ist, für die Innenfläche der festen Anlaufplatte auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors die Neigung sich nach aussen zu biegen, wodurch die Leckagebahn ver-

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grössert wird und somit das Problem vermehr wird mit dem Ergebnis, dass der volumetrische Wirkungsgrad sich wesentlich verringert.

Es ist daher bei hohen Drücken erforderlich die Leckagebahnen auf beiden Seiten des Rotors entsprechend zu steuern, sowie einen sachgemässen Zwischenraum zwischen den Rotorflächen und den Flächen vorzusehen, gegen die sie sich drehen.

Ein Verfahren zur Verringerung oder Steuerung der Leckagebahn auf jeder Seite des Rotors, während der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe verbessert wird, besteht darin, eine ausbalancierte bewegbare Hülseneinheit vorzusehen, die ein symmetrisches schwimmendes Doppeldruckplattensystem aufweist, das konstruiert ist, um einen gegebenen Ringrotorzwischenraum aufrechtzuerhalten, unabhängig von dem Belastungsdruck. Eine solche Anordnung ist in dem USA-Patent 3 187 678 beschrieben worden. Die Pumpen mit einer solchen schwimmenden Hülsenanordnung stellen eine grosse Verbesserung gegenüber den festen Arten und denen mit einer Platte dar.

Das Ausmass des Zwischenraums zwischen dem Rotor und der Anlaufplatte hängt ab von verschiedenen Faktoren, wie die Beziehung zwischen den wirksamen Druckbereichen, die wirken, um die Druckplatten in einer Abdichtungsberührung mit dem Ring und Rotor zu

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halten, die Gestaltung und das Material der Druckplatten, die den Betrag der Verbiegung der Platten bestimmen und der Anfangszwischenraum zwischen der Druckplatte und dem Rotor bevor Druck zugeführt wird. Durch Veränderungen eines oder aller dieser Faktoren kann ein sachgemässer Laufzwischenrauna erzielt werden.

Bei Einheiten dieser Art wird die Verbiegung der Druckplatte zu dem Rotor stärker als der Betriebsdruck der Einheit ansteigt. Mit diesem Anstieg der Druckplattenverbiegung ist ein entsprechender AnstMg der Möglichkeit einer Rotor-Druckplatten-Abnutzung und eines Fressens verbunden.

Wenn der Betriebsdruck erhöht wird, kann ein Minimum an Verbiegung aufrechterhalten werden durch die Verwendung eines Materials grösserer Festigkeit, durch die Vergrösserung der Dicke des Materials, durch die Veränderung der Konstruktion, wie Anbringung von Rippen an der Druckplatte, oder durch Verringerung des Bereichs der Druckplatte, die dem Druck ausgesetzt wird, Solche verbessernden Massnahmen sind unerwünscht, da sie entweder zu einer Verteuerung oder Vergrösserung der Einheit oder aber zu einer Abnahme des volumetrischen Wirkungsgrades führen.

Die Erfindung umfasst eine Druckmittelübertragungsdreheinrichtung

OWOtNA !HSPECTED

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mit einer auf Druck ansprechend verbiegbaren Anlaufplatte« die schwimmend gelagert ist und dazu bestimmt ist, an einem Nockenring anzuliegen, der einen Pumpmechanismus in sich trägt, bei dem die Biegung der Druckplatten nach innen zu dem Pumpenmechanismus den Zwischenraum zwischen denselben begrenzt, und die Druckplatte einen gewissen Unterschnitt zwischen den gegenüberliegenden Druckflächen der Druckplatte aufweist, um eine genauere Steuerung der Bie- M gung der Druckplattenfläche zu erreichen, die an dem Pumpmechanismus anliegt.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Druckmittelenergieübertragungseinrichtung verfügbar zu machen, die eine biegbare Druckplatte besitzt, wobei der Betrag der Verbiegung der Druckplatte kontrolliert ist.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Verfügbarmachung einer ä

Druckmittelenergieübertragungseinrichtung der beschriebenen Art, die bei sehr hohen Drucken arbeitet, ohne dass der Verschluss zwischen der Druckplatte und dem Pumpmechanismus ansteigt und ohne dass der volumetrische Wirkungsgrad abnimmt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Verfügbarmachung einer Druckmittelenergieübertragungseinrichtung mit den oben genannten

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Vorteilen, ohne dass grössere Einheiten dadurch beclagl werden oder teure Korrekturmassnahmen erforderlich sind.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieis unter Bezugnahme auf die beigefügten. Zeichnungen ergeben« In den Zeichtrangen zeigens

Fig. 1 einen Schnitt durch, eine bevorzugte Ausfiihrungsform der

Erfindung längs der Linie 1-1 in Pig, 2|
Fig, 2 eine Draufsicht* teilweise im Schnitt längs efeif Linie 2-2 in Fig, Ij

Pig. 3 eine Schnittansicht Jaiigg d^v L:^;.sie ?^:-V .1·;- Fif- %
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INSPECTEO

Wie Fig. 2 zeigt, ist der Körper 12 mit einem Einlasszuführanschluss 18 versehen, der Betriebsdurchgänge aufweist« die von diesem ausgehen und sich in zwei Zweigdurchgänge 22 bzw. 24 teilen und die sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, wobei jeder Zweig in einer Vielzahl von Einlassöffnungen 25, die in einem Ring 26 angeordnet sind und in einem Paar Einlassöffnungen 27 endet, die in einem Druckplattenpaar 32, 33 vorgesehen sind. Das Gehäuse 11 besitzt J

eine zylindrische Bohrung 28, die schwimmend in einer symmetrisch angeordneten Hülseneinheit 30 montiert ist.

Einrichtungen, die axial schwimmende Pumpenhülsen der Dreh-Gleitflügelart benutzen, gehören zum Stand der Technik und es soll zum Zwecke der Beschreibung und Erläuterung des Betriebs und der Anordnung einer solchen Einrichtung auf die USA-Patentschrift 3 187 678 Bezug genommen werden.

Bei einer solchen Einrichtung umfasst die Hülse 30 einen Nockenring 26, einen Pumpenmechanismus oder Rotor 34, der in dem Nockenring 26 drehbar ist und ein Paar identischer und auswechselbarer elastisch verbiegbarer Druckanlaufplatten 32 und 33, von denen eine an jeder Seite des Rotors 34 und des Ringes 36 angeordnet ist. Eine Vielzahl von Flügeln 38 sind in und aus Schlitzen 40 bewegbar, die in dem Rotor 34 angeordnet sind, wenn der Rotor um den Nockenring 26 sich

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dreht. Jede Druckplatte 32 und 33 besitzt übereinstimmende Innenflächen 42 und 43, sowie identische Aussenf lachen 44 und 45, wobei die Innenfläche 42 direkt gegenüber der Rotorfläche 46 und die Innenfläche 43 direkt gegenüber der Rotorfläche 48 angeordnet ist, um einen kleinen Laufzwischenraum zwischen den Platten 32 und 33 und den Seitenflächen auf den Flächen des Rotors 34 zu bilden. Jede Druckplatte 32 und 33 besitzt ringförmige Ausnehmungen 35 bzw. 36, die sich von dem Umfang der Innenbohrungen 51 durch jede Platte erstrecken. Der Zweck dieser Ausnehmungen soll nachfolgend noch erläutert werden. Ein Paar Bolzen 50 erstreckt sich durch die Platte und 33 und den Ring 26. Muttern 52 halten die Hülseneinheit 30 zusammen. Die Muttern- und Bolzenanordnungen halten den Ring 26, den Rotor 34 und die Platte 32 und 33 als Hülseneinheit 30 zusammen, um den Einbau zu erleichtern, sowie eine radiale Drehung der Platte 32 und 33 in der Bohrung 28 zu verhindern. Die Muttern 52 sitzen gewöhnlich lose auf den Bolzen 50 und üben keine mechanische Spannung auf die Bolzen 50 aus, so dass die Anlaufplatten als schwimmend montiert angesehen werden können.

Der Rotor 34 wird durch eine Welle 54 angetrieben, die sich durch die Bohrungen 51 erstreckt und allein in dem Körper 12 durch ein Lager 56 getragen wird, das nahe dem einen Ende der Bohrung 28 im Körper 12 angeordnet ist, und durch ein Lager 58, das sich in der

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Abdeckung 14 am anderen Ende der Bohrung 28 befindet. Die Welle ist mit dem Rotor 34 durch eine Keilverbindung verbunden, die mit 60 bezeichnet ist und weiterhin ist eine Wellendichtung 55 vorgesehen, die eine Leckage an der Verbindungsstelle der Welle 54 von dem Pumpenkörper 12 verhindert.

Ein abgestuftes Teil 62 an jeder Aussenfläche 44 und 45 der Druckplatte bildet ein inneres ringförmiges Nabenteil 64.

Die Hülseneinheit 30 begrenzt mit dem Gehäuse 11 und den Aussenenden der Bohrung 28 ein Paar Betriebsdruckkammern 66 und 68, die gegen den ringförmigen Zwischenraum an den Aussenrändern wirken, die an dem Aussenumfang einer jeden Anlaufplatte beginnen und sich nach innen zu den Naben 64 erstrecken, so dass die Druckplatte 32 und 33 in Abdichtungsberührung mit einem Teil der Aussenflächen des Rotors 34 und des Nockenringes 26 in einer weiter unten beschrie- ä

benen Weise gedrängt werden. Die Platten 32 bzw. 33 liegen an den Nockenringseitenflächen 67 und 69 in einem allgemein ringförmigen Bereich 65 an, der in der Nähe des Umfange einer jeden Plattenfläche 42 und 43 angeordnet ist.

Von einem Paar Nieder druckkammer η 70 und 72 sind ebenfalls eine an jedem Ende der Bohrung angeordnet und mit der Einlaßseite der

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Pumpe 10 verbunden. Die Kammern 70 und 72 stehen mit den Ausnehmungen 35 und 36 über einen ringförmigen Raum in Verbindung, der zwischen dem Aussen- und Innenumfang der Welle 54 bzw. der Bohrungen 51 ausgebildet ist. Die Niederdruckkammern 70 und 72 werden durch ein Nabenteil 64 und der unmittelbar gegenüberliegenden Gehäusefläche gebildet. Jede der Niederdruckkammern 70 udd besitzt eine Umfangsfläche 71 in dem Gehäuse 11, in das das abgestufte Teil 62 der schwimmenden Druckplatten 32 und 33 teleskopartig eingreift.

Ein rechteckiger Schlitz oder eine Kammerbohrung 73 ist in dem Ring 26 vorgesehen. Ein Festlegebolzen 75 ist verstellbar in dem Gehäuse 11 eingesetzt, um mit der Bohrung 73 in Eingriff zu kommen und dabei zu verhindern, dass sich der Ring 26 radial in der Bohrung dreht. Der Durchmesser der Bohrung 73 ist von einer solchen Grosse, dass er erlaubt, dass der Nockenring 26 und damit die Hülseneinheit 30 sich axial in der Bohrung 28 ansprechend auf die Summe der auf sie wirkenden hydraulischen Kräfte bewegen kann. Die Hülsenanordnung 30 ist als in der Bohrung 28 freischwimmend anzusehen.

Indem der Rotor 34 in dem Nockenring 26 montiert ist, sind zwei gegenüberliegende Arbeitskammern 74 und 76 ausgebildet, durch die die Flügel 38 gehen, wenn der Rotor 34 umläuft. Diese Kammern

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können in Druckmitteleinlasszonen und Druckmittelauslasszonen unterteilt werden, wobei die erstere das Teil der Kammern 74 und 76 umfasst, das mit der Vielzahl der Einlassdurchgänge 25 fluchtet, die im Ring 26 vorgesehen sind und mit dem Paar gegenüberliegender Druckmittelöffnungen 27, die in jeder Druckplatte 32 und 33 vorgesehen sind. Die Auslasszonen umfassen das Teil der Kammern, das mit dem Paar diametral gegenüberliegend angeordneter Flüssigkeits- λ

auslassöffnungen 80 und 82 in jeder Platte 32 und 33 fluchtet.

Die schwimmende Hülseneinheit 30 ist mit irgendeiner Art von Flügelkonstruktion verwendbar und zum Zweck der Veranschaulichung besitzt der Rotor 34 Innenflügel 38, deren Betrieb und Druckübertragungsanordnung bekannt und in der genannten Patentschrift beschrieben worden ist.

Bei dem in jeder Druckplatte 32 und 33 vorgesehenen Einlassöffnungs- Λ

paar 27 handelt es sich um Ausschnitte in jeder Platte 32 und 33, die an einem Punkt auf dem Aussenumfang des Flansches in der Nähe des Mittelab schnitte s beginnen und sich radial nach innen erstrecken und dann in radialer Richtung zu der nahen Fläche 42 und 43 einer jeden Platte. In jeder der Einlassöffnungen 27 sind Ansätze 84 angeordnet und fluchten mit den Innenflächen der Druckplatte 32 und 33, um mit dem Ring 26 in Berührung zu kommen.

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. Die Flüssigkeitsauslassöffnungen 80 und 82 stehen mit den Druckkammern 66 und 68 in Verbindung. Ein Paar auseinanderlaufender Hochdruckauslassdurchgänge 90 und 92 verbinden jede der Druckkammern mit der Auslassverbindung 94, die in dem Gehäuse 11 vorgesehen ist. An bestimmten Stellen ist eine Vielzahl von O-Ringen vorgesehen, um eine Leckage zu verhindern.

Wie bereits erwähnt wurde, wirkt der hydraulische Druck in den Kammern 66 bzw. 68 gegen einen Teil der Aussenflächen 44 und 45 einer jeden Druckplatte 32 bzw. 33, um die Druckplatten zu drängen und zu biegen in eine abdichtende Berührung und mechanische Auflage mit den gegenüberliegenden Seitenflächen 46 und 48 des Rotors 34 und mit den gegenüberliegenden Seitenflächen 67 bzw. 69 des Nockenrings. Wie in übertriebener Weise in Fig. 4 dargestellt ist, besitzt der Ring 26 eine etwas grössere Breite als der Rotor 34, um einen geeigneten Laufzwischenraum zwischen den Innenflächen der Druckplatten und der gegenüberliegenden Seitenflächen des Rotors herzustellen. Wenn die Druckplatten sich etwas verbiegen, wie übertrieben in Fig. 5 dargestellt, hängt das Ausmass des L auf Zwischenraumes von der Gestalt der Druckplatte und dem Material, aus dem es konstruiert ist, ab. Eine elastische biegbare Anlaufplatte aus geeignetem Material, wie Gusseisen, kann Verwendung finden. In der dargestellten Einrichtung liegt der Laufzwischenraum im Bereich eines Tausendstel eines Zolls.

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Es ist zu bemerken, dass das alleinige Lager gegen eine nach innen gerichtete Bewegung der Druckplatte das Teil des Nockenringes ist, gegen den die Umfangekante der Druckplatte durch das Druckmittel in den Kammern 66 und 68 gedrückt wird. Das übrige der Druckplatte innerhalb des Nockenringes ist vollständig ungelagert gegen eine nach innen gerichtete Axialbewegung aufgrund des Zwischenraums zwischen dem Rotor und der Druckplatte. Somit ist die Druckplatte gestaltet, eine vorbestimmte Biegung ihrer nichtgelagerten Fläche auszuführen als Funktion des Druckes, der über den Rotorflächen 46 und 48 und in den Kammern 66 und 68 herrscht. Wenn der Druck in den Kammern 66 und 68 ansteigt, biegen sich die Druckplatten zu dem Rotor und verringern den Rotor Zwischenraum.

Durch ringförmige Ausnehmungen 35 und 36 jeder Druckplatte kann das Ausmass der Verbiegung der Druckplatte begrenzt werden. Wie bereits erwähnt wurde, wird die Druckplatte in Richtung des Rotors gebogen, wenn zu den Aussenflächen der Platte Druck zugeführt wird, wobei jedoch das Ausmass der Biegung der Flächen 98 und 99, die den Ausnehmungen 35 und 36 zugeordnet sind, grosser ist als der Innenflächen 42 und 43.

Die durch den auf die Aussenfläche einer jeden Platte wirkenden Druck erzeugte Biegebewegung wird nicht vollständig zu dem Teil der Platte

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übertragen, die an dem Rotor anliegt sondern sie wird teilweise absorbiert durch die Abschnitte der Platte, die den Platten 98 und 99 zugeordnet sind. Somit können die Druckplatten, die eine ringförmige Ausnehmung haben, bei einem höheren Druckniveau arbeiten als die Platten, die nicht eine solche Ausnehmung aufweisen, während das Ausmass der Biegung der Innenflächen der Platte nicht erhöht wird.

Das Ausmass der flüssigkeitsabdichtenden Berührung zwischen der Anlauf platte und den Rotor flächen kann genauer gesteuert werden durch die Gestaltung der Grosse der ringförmigen Ausnehmungen in Beziehung auf die Gestalt, die Dicke, das Material und den Druck, dem sie ausgesetzt werden wird.

Es ist daraus zu ersehen, dass die vorliegende Erfindung eine Druckmittelenergieübertragungseinrichtung verfügbar macht, die bei hohen Drucken arbeiten kann, ohne dass die Abnutzung zwischen der Druckplatte und dem Rotor ansteigt und ohne dass der volumetrische Wirkungsgrad verringert wird oder teure Korrekturmassnahmen erforderlich sind.

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Claims

'■'■''■■'■ '■"■■ ■■".·■■■" 11S!!! -ι·: Patentansprüche

1. Druckmittelenergieübertragungseinrichtung mit einem Gehäuse, das Niederdruck- und Hochdruckbetriebsdurchgänge aufweist, von denen einer ein Einlassdurchgang und ein anderer ein Auslassdurchgang ist, mit einem im Gehäuse angeordneten Nockenring, mit einem

in dem Nockenring drehbar angeordneten Pumpenmechanismus, der a

Einlass- und Auslasszonen bildet und mit einer dem Druck ausgesetzten Anlaufplatte, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte durch den auf einer Seite zugeführten hydraulischen Druck biegbar ist, dass der Druck eine Kraft erzeugt, der die gegenüberliegende Seite der Platte drängt und in eine Abdichtungsberührung biegt, so dass ein entsprechendes Anliegen an den Seitenflächen des Pumpenmechanismus und des Nockenringes stattfindet, und dass eine ringförmige Ausnehmung von vorbestimmter Grosse in der Platte ausgebildet ist, wobei die Ausnehmung zwischen der einen Fläche und der gegenüberliegenden Fläche angeordnet ist zur Steuerung des Ausmasses der Biegung dieser gegenüberliegenden Fläche.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenmechanismus einen einen flügeltragenden Rotor umfasst, der von dem Nockenring umgeben wird, der eine grössere Weite als der

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Rotor aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenring axial verschiebbar ist und dass eine zweite axial verschiebbare auf das Druckmittel ansprechende Platte in Abdichtungsberührung bzw. mechanische Auflage mit der gegenüberliegenden Seite des Rotors und des Ringes gedrängt und gebogen wird.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufplatten Aussenflächen aufweisen, denen ein hydraulischer Druck zugeführt wird, der die Bewegungskräfte für die mechanische Auflage und Verbiegung erzeugt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine ringförmige Nut von vorbestimmter Grosse in beiden Platten vorgesehen ist, wobei die Ausnehmung zwischen der Innen- und Aussenfläche der entsprechenden Platte zur Steuerung der Biegung der Innenflächen vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar Niederdruckkammern und ein Paar Hochdruckkammern vorgesehen ist, von denen eine an den äusseren Enden der Bohrung angeordnet ist, dass ein Paar Nabenbereiche an den Aussen-

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flächen ausgebildet sind, die teleskopartig in die Niederdruckkammern hineinragen, ansprechend auf den Flüssigkeitsauslassdruck in den Hochdruckkammern, die gegen die übrigen Bereiche auf den Aussenflächen wirken, dass Verbindungen zwischen jeder Hochdruckkammer zu der Druckmittelzone bestehen, die mit Hochdruckbetriebsdurchgängen verbunden sind und dass jede Ausnehmung mit der Niederdruckkammer verbunden ist, die der entsprechenden Anlaufplatte einer jeden Ausnehmung zugeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Bohrung axial durch die Platten und den Ring erstreckt, um die Dreheinrichtungen für den Rotor aufzunehmen und dass eine ringförmige Ausnehmung sich von dem Umfang der Bohrung zwischen den Innen- und Aussenflächen einer jeden Anlaufplatte erstreckt.

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