DE3046973A1

DE3046973A1 - Schaufel-verdichter

Info

Publication number: DE3046973A1
Application number: DE19803046973
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Utsunomiya Tochigi Sakamaki; Yukio Kitakatsushika Saitama Suzuki
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1979-12-14
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1981-09-17
Also published as: US4498853A; JPS5690489U

Description

P 15 752

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Schaufelverdichter zur Verwendung in einer Luft-Klimaanlage und einer Kühleinrichtung in einem Kraftfahrzeug. Ein Schaufel-Verdichter dieses allgemeinen Typs ist kompakt und erzeugt nicht übermäßige Schwingung und Lärmentwicklung.

Fig. 1 bis 3 zeigen einen herkömmlichen Schaufel-Verdichter, der in Anbetracht e^viner Verbesserung des Verdichtungs-Wirkungsgrades konstruiert wurde. Bei diesem Verdichter ist eine bogenförmige Nut 8 in der Innenoberfläche eines seitlichen Gehäuses 6 ausgebildet. Die bogenförmige Nut 8 steht in Strömungsmittelverbindung mit einem Raum 211, der durch Schaufelnuten 21 begrenzt wird, die in einem Lauf er. 2 gebildet ist, sowie durch Unterseiten 31 von Schaufeln 3 , welche verschieblich hierin angeordnet sind. Diese Strömungsmittelverbindung wird während des Ansaugtaktes der Pumpe bewirkt, wobei zu dieser Zeit ein Strömungsmitteldruck auf die Unterseite 31 der Schaufel 3 durch eine Einlaßöffnung 4, einen Strömungsmittelkanal 7, der im Seitengehäuse 6 ausgebildet ist, ein Rückschlagventil 11 und die bogenförmige Nut 8 aufgebracht wird, um somit den Raum 211 daran zu hindern, einen negativen Druck aufzuweisen. Als Ergebnis wird die Gleitwirkung der Schaufeln verbessert, um somit den Verdichtungswirkungsgrad zu steigern, und eine außergewöhnliche Abnutzung der Innenoberfläche eines Läufergehäuses wird vermieden.

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Eine derartige Konstruktion hat allerdings die folgenden Nachteile:

Während des Ansaugtaktes sind die Unterseiten 31 der Schaufeln dem Einlaß-Strömungsmitteldruck aus der Einlaßöffnung 4 durch den Strömungsmittelkanal 7, das Rückschlagventil 11 und die bogenförmige Nut 8 ausgesetzt. Wenn in diesem Falle die Schaufeln durch die Drehung des Läufers 2 nach einem Ansaugtakt in einen· Verdichtungstakt eintreten, dann ist der Ansaug-Strömungsmitteldruck, der in den Raum 211 der Schaufelnut eingeleitet wird, bis zum Auslaßtakt außerordentlich hoch. Dementsprechend ist der Druck, der auf die Unterseiten 31 der Schaufeln aufgebracht wird, groß, wobei verursacht wird, daß die Schaufeln außergewöhnlich abgenutzt werden oder sogar brechen.

Insbesondere wird der oben beschriebene

Nachteil bei einem Schaufelverdichter des Schmierungstyps

TM

bezeichnend, da öl mit Freon-Gas (Freon gas) (Kältemittel) zur Schmierung vermischt wird, und dieses Gemisch ist dem Ansaug-, Verdichtungs- und Auslaßtakt unterzogen. Ein derartiges Schmieröl wird innerhalb einer Arbeitskammer während des Verdichtungstaktes verdichtet. Da das öl eine nichtkompressible Flüssigkeit ist, ist die Schaufel 3 nicht ausreichend radial nach Innen innerhalb der Schaufelnut verlagerbar, und zwar infolge einer ölanhäufung an der Schaufelunterseite während des Verdichtungstaktes. Als Ergebnis kann eine Drehung des Läufers verhindert werden und die Schaufeln können abbrechen.

Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden und einen verbesserten Schaufel-Verdichter zu liefern.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen derartigen Schaufel-Verdichter zu liefern, bei welchem eine außergewöhnliche Abnutzung der Schaufeln verhindert ist.

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Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen derartigen Verdichter des Schmierungstyps vorzusehen, bei welchem ein Schaufelbruch infolge außergewöhnlich hohen Drucks in der Arbeitskammer während des Verdichtungstaktes unterbunden ist, welche durch die Druckbeaufschlagung des Schmieröls verursacht wird.

Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist es, den Volumens-Wirkungsgrad des Schaufel-Verdichters zu verbessern, der außerdem noch eine hinlängliche Gleitbewegung der Schaufeln bezüglich den Schaufelnuten aufweist.

Diese und andere Ziele werden in Übereinstimmung der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß man eine zusätzliche, bogenförmige Nut an der inneren Seitenwand des Seitengehäuses vorsieht. Die zusätzliche bogenförmige Nut ist derart angeordnet, daß sie eine Stromungsmittelverbindung mit den Schaufelnuträumen herstellt, wenn diese Räume sich im Verdichtungstakt befinden. Die bogenförmige Nut steht durch einen Strömungsmittel-Abgabekanal in Stromungsmittelverbindung mit einer Auslaßöffnung, wobei der Kanal ein Rückschlagventil aufweist, welches betrieblich hierin angeordnet ist.

Gemäß einem besonderen Aspekt betrifft die Erfindung einen Schaufel-Verdichter des Schmierungstyps, wobei der auf die Unterseiten der Schaufeln aufgebrachte Druck kontrolliert wird, um Bruch und übermäßige Abnutzung der Schaufeln zu verhindern. Ein Läufer ist zwischen einem Läufergehäuse und ein paar Seitengehäusen bzw. Gehäuse-Seitenteilen angeordnet, wobei die Schaufeln verschieblich in entsprechenden Schaufelnuten angeordnet sind, welche radial im Läufer ausgebildet sind. Der Einlaß^Strömungsmitteldruck wird in Räume eingebracht, die zwischen jeder der Nuten und der Unterseite der entsprechenden Schaufeln begrenzt sind, und zwar während der Ansaugtakte und durch eine erste, bogenförmige Nut. Eine zweite, bogenförmige Nut

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ist an einer Innenoberfläche der Seitengehäuse an einer Lage ausgebildet, welche den Räumen während der Verdichtungstakte entsprechen. Ein Druckabgabekanal, der mit der bogenförmigen Nut und einer Auslaßöffnung verbunden ist, ist vorgesehen, und ein Rückschlagventil ist im Druckabgabekanal vorgesehen.

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine Darstellung der Ansicht eines
Querschnittes eines herkömmlichen
Schaufel-Verdichters,

Fig. 2 die Darstellung der Ansicht eines

Querschnitts, der längs Linie II-II
in Fig. 1 vorgenommen wurde,

Fig. 3 eine erläuternde Darstellung, welche die Strömungsmittelverbindung in dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Verdichter zeigt,

Fig. 4 die Ansicht eines Querschnitts, der

einen Schaufel-Verdichter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 5 eine erläuternde Ansicht, welche die

Strömungsmittelverbindung im Verdichter des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt, und

Fig. 6 die Ansicht eines Schnitts mit einem Strömungsmittel-Verbindungsdiagramm, wobei ein Schaufel-Verdichter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 und 5 gezeigt. In diesem Verdichter steht

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eine bogenförmige Nut 8 während de.s Ansaugtaktes durch einen Strömungsmittelkanal 7 mit einer Ansaugöffnung 4 in Strömungsmittelverbindung. Soweit ist der Aufbau gleich jenem des in Fig. 1 bis 3 gezeigten, herkömmlichen Verdichters. Ein Läufer 2 ist drehbar innerhalb einer Läuferkammer angeordnet, welche zwischen ein Läufergehäuse 5 und ein Paar Gehäuse-Seitenteilen 6 gebildet ist. Der Läufer 2 ist radial mit Schaufelnuten versehen. Die Drehung des Läufers und der Schaufeln 3 führt die Tätigkeit des Ansaugens, Verdichtens und der Abgabe des Strömungsmittels durch.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist eine zusätzliche, bogenförmige Nut 81 an einer Innenfläche eines Gehäuse-Seitenteils ausgebildet. Die bogenförmige Nut 81 befindet sich in einer Lage, welche einen Schaufelnutraum 211 während des Verdichtungstaktes entspricht. Ferner ist ein Druckabgabekanal 71 zwischen der bogenförmigen Nut 81 und einer Auslaßöffnung 9 vorgesehen. Der Abgabekanal 71 ist mit einem Rückschlagventil 11' versehen, um die Rückwärtsströmung des Abgabedrucks zu vermeiden. Der Abgabekanal 71 weist vorzugsweise einen verhältnismäßig großen Querschnitt auf, um das Schmieröl störungsfrei abzuführen.

Bei diesem Aufbau kann selbst dann, wenn der Ansaug-Strömungsmitteldruck, der auf den Schaufelnutraum 211 während des Ansaugtaktes aufgebracht wird, im nachfolgenden Verdichtungstakt übermäßig groß wird, der zunehmende Druck im Raum 211 in die Auslaßöffnung 9 durch die bogenförmige Nut 81, das Rückschlagventil 11' und den Abgabekanal 71 abgelassen werden,da das Rückschlagventil 11" geöffnet werden kann, bevor ein Strömungsmitteldruck auftritt, bei welchem ein Schaden für die Schaufeln verursacht wird. In diesem Fall wird der Druck, der auf die Schaufelunterseite 31 aufgebracht wird, viel höher als

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der Auslaßdruck, und zwar insbesondere in einem Verdichter des Schmierungstyps, da der Verdichter des Schmierungs-

TM typs ein Schmieröl zusammen mit einem Freon -Gas als Kältemittel verwendet/ und da dieses Gemisch derart dem Einlaß-, Verdichtungs- und Auslaßtakt unterzogen wird, daß das öl in den Schaufelnutraum 211 eintreten und im Raum eine unerwünschte Druckzunahme verursachen kann. Der hohe Druck kann aus dem Raum infolge des Erreichens eines bestimmten Drucks durch automatisches öffnen des Rückschlagventils 11' abgegeben werden. Als Ergebnis wird Schaufelbruch vermieden, da eine außergewöhnlich hohe Druckzunahme im Schaufelnutraum 211 verhindert werden kann und da das Schmieröl prompt hiervon abgegeben werden kann. Das Rückschlagventil 11' hindert den Auslaßdruck an der Auslaßöffnung 9 daran, auf den Raum 211 durch den Strömungsmittelabgabekanal 71 und die bogenförmige Nut 81 aufgebracht zu werden.

Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaufel-Verdichters, wobei ein paar unterteilter bogenförmiger Nuten 81' an Stellen gebildet sind, welche dem Verdichtungshub entsprechen, um eine Strömungsmittelverdichtung mit den Schaufelnuträumen herzustellen. In diesem Fall ist eine der bogenförmigen Nuten 81' mit dem Druckabgabekanal 71 verbunden, und die andere mit dem Rückschlagventil 11', um somit einen zulässigen Druck auf die Schaufelunterseiten aufzubringen.

Ferner liegt der Abstand zwischen benachbarten, bogenförmigen Nuten 81' in Umfangsrichtung und der Umfangsabstand zwischen der bogenförmigen Nut 81 für den Verdichtungstakt und der bogenförmigen Nut 8 für den Ansaugtakt über einem Bereich von 5° bis 35°.

Der Winkel θ ist in Fig. 5 und 6 eingezeichnet, wobei eine radiale Linie, die die Mitte der Welle und das stromabwärtsgelegene Ende der einen Nut verbindet, und eine radiale

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Linie, welche die Mitte der Welle und das stromaufwärts gelegene Ende der anderen Nut verbinden, don Winkel θ definieren. Wenn der Winkel θ kleiner ist als 5°, dann sind die benachbarten, bogenförmigen Nuten zu nahe angeordnet, so daß der Druck, der in den Schaufelnutraum eingebracht wird, für den Ansaug- und Verdichtungstakt gleich ist. Als Ergebnis kann kein ordnungsgemäßer Druck auf die Schaufelunterseite 31 aufgebracht werden, und ferner kann die Schaufeltätigkeit in Abhängigkeit von dem im Schaufelnutraum 211 aufgebrachten Druck nicht ordnungsgemäß durchgeführt werden. Wenn andererseits der Winkel θ 35° überschreitet, dann wird der Umfangsabstand zwischen den benachbarten Nut zu groß. Deshalb wird der Strömungsmitteldruck im Schaufelnutraum 211 während des Zeitraumes zwischen Ansaug- und Verdichtungstakt übermäßig groß (zwischen der Lage, bei welcher die Schaufel über die bogenförmige Nut 8 hinwegläuft, und der Lage, bei welcher die Schaufel unmittelbar vor dem Erreichen der bogenförmigen Nut 81 steht). Als Ergebnis kann ein ordnungsgemäßer Druck, der auf die Schaufelunterseite aufgebracht wird, nicht erzielt werden.

Ferner liegt bei einem Schaufelverdichter des Schmierungstyps zusätzlich zum Problem der Druckzunahme im Inneren des Schaufelnutraumes ein anderes Problem vor, und zwar eine außergewöhnliche Druckzunahme in der Arbeitskammer. Das heißt, die Arbeitskammer weist während des Verdichtungstaktes einen außergewöhnlich hohen Innendruck infolge der Verdichtung des Schmieröls auf, und deshalb können Schaufeln brechen. Somit muß auch das Problem der außergewöhnlichen Druckzunahme in der Arbeitskammer während des Verdichtungstaktes in einem Schaufelverdichter des Schmierungstpys gelöst werden.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem dadurch ausgeräumt, daß man einen zusätzlichen

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Druckabgabekanal 72 vorsieht. Der Druckabgabekanal 72 ist mit dem einen Ende zur Arbeitskammer während des Verdichtungstaktes offen. Die öffnung des Kanals 72 ist in dem Gehäuse-Seitenteil an einer Stelle ausgebildet, welche der Arbeitskammer während des Verdichtungstaktes zugewandt ist. Das andere Ende ist mit der Auslaßöffnung 9 verbunden. Die Abgabeöffnung 72 ist mit einem Rückschlagventil 11 " versehen. Infolge einer abrupten Zunahme im Innendruck in der Arbeitskammer infolge der Verdichtung des Schmieröles zwingt der erhöhte Druck das Rückschlagventil 11'' sich zu öffnen, um es dem Druck zu gestatten, in die Auslaßöffnung 9 durch den Abgabekanal 72 abgegeben zu werden. Somit wird die plötzliche Druckzunahme in der Arbeitskammer während des Verdichtungstaktes in bemerkenswerter Weise ausgeräumt, und ein Schaufelbruch ist vermieden.

Das Rückschlagventil 11·' ist vorgesehen, um die Rückwärtsströmung des Auslaßdrucks in die Arbeitskammer durch den Abgabekanal 72 zu vermeiden, um hierbei den Schaufelbruch zu unterbinden und die Verringerung der Pumpwirkungsgrade zu unterbinden". Das Rückschlagventil 11 ' ' kann ein Blattfederventil bzw. Klappenventil bzw. Rohrblattventil (reed valve) sein, welches mühelos herstellbar ist. Es kann allerdings auch ein Kugelventil oder ein irgendein äquivalentes Ventil verwendet werden.

Im übrigen sind gemäß der vorliegenden Erfindung die bogenförmigen Nuten 8 und 81 an jener Stelle vorgesehen, welche dem Ansaug- bzw. Verdichtungshub entspricht, wie oben geoffenbart. Ferner ist es bevorzugt, in Bereichen des Schaufel-Auslaßtaktes eine noch weitere, bogenförmige Nut 82 vorzusehen, die in Strömungsmittelverbindung mit der Auslaßöffnung 9 steht, wie dies in Fig. 2 bis 6 gezeigt ist. Die Nut 82 ist an der Innenoberfläche des Gehäuseseitenteils an einer Lage entsprechend den Räumen

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während der Auslaßtakte ausgebildet. Deshalb kann irgendeine Flüssigkeit, die in den Schaufelnutraum 211 während des Ansaugtaktbereiches eingeleitet wird, in die Auslaßöffnung 9 durch das Rückschlagventil 11' im Bereich des Verdichtungstaktes abgegeben werden, wenn bei diesem Takt ein außergewöhnlich hoher Druck erzeugt wird. Wenn andererseits innerhalb der Schaufelnut im Verdichtungstakt kein außergewöhnlich hoher Druck erzeugt wird, wird die Flüssigkeit der Verdichtung innerhalb der bogenförmigen Nut 81 während des Verdichtungstaktes unterzogen, und nachfolgend kann die Flüssigkeit zur Auslaßöffnung 9 durch die bogenförmige Nut 82 während des Auslaßtaktes abgegeben werden. Deshalb ist der Volumens-Wirkungsgrad des Schaufelverdichters noch weiter verbessert, und zwar wegen der Pumpfunktion am Schaufelnut unterteil bzw. dem Schaufelnutraum 211,

Wie aus dem vorangehenden ersichtlich ist, ist eine außergewöhnliche Druckzunahme innerhalb des Schaufelnutraumes gemäß dem Schaufelverdichter der Erfindung verhindert, und zwar weil eine Bpgennut an der Innenseite des Gehäuseseitenteils an einer Lage gebildet ist, welche dem bei der Drehung zurückgelegten, geometrischen Ort des Ventilnutraumes im Bereich des Verdichtungstaktes entspricht, und weil die Bogennut in Strömungsmittelverbindung mit der Auslaßöffnung steht, und zwar durch den Abgabekanal und das Rückschlagventil. Dies räumt Nachteile wie etwa Schaufelbruch aus und liefert verbesserte Ergebnisse bei einem Schaufel-Verdichter.

Im Fall eines Schaufel-Verdichters des Schmierungstyps wird ferner eine außergewöhnliche Druckzunahme innerhalb der Arbeitskammer während des Verdichtungstaktes verhindert, da ein zusätzlicher Druckabgabekanal vorgesehen ist, der sich an der Innenoberfläche des Gehäuseseitenteil öffnet, welches der Arbeitskammer während des Verdichtungstaktes zugewandt ist. Der zusätzliche Druckabgabekanal ist mit der Auslaßöffnung derart verbunden, daß der erhöhte

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Druck hierhinein abgegeben wird. Deshalb wird der hohe Druck innerhalb des Schaufelnutraums und der Arbeitskammer in die Auslaßöffnung abgegeben, um hierbei Nachteile wie z.B. Schaufelbruch auszuräumen. Deshalb liefert der Schaufel-Verdichter der Erfindung einen hohen Wirkungsgrad und eine lange Betriebslebensdauer. Ferner kann der Volumens-Wirkungsgrad des Schaufel-Verdichters noch weiter dadurch gefördert werden, daß man die zusätzliche Nut 82 an einer Lage vorsieht, welche dem Schaufel-Auslaßtakt-Bereich entspricht.

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Claims

HEiI ¹KP SENT ATIVeS DEFORB THE EUHOPEAN PATENT OFFICE
DIPC-ING
H. KINKELDEY
_w. STOCKMAlR
OR -<NG - Α*ε !CALTECHJ
K. SCHUMANN
OfIASRSAT t>PL-PHYS
P. H. JAKOB G. E=JEZOLD
NIPPON PISTON RING CO., IiDD. No. 2-6, Kudan-Kita 4~chome Chiyoda-ku,Tokyo, Japan
8 MÜNCHEN 22
MAXIMILIANSTRASSE «3
12. Dezember

P 15 752-dg

SCHAUFEL-VERDICHTER

ANSPRÜCHE

1.J Schaufel-Verdichter, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

ein Läufergehäuse (5),
ein Paar Gehäuse-Seitenteile (6),

- ein Läufer (2), der innerhalb einer Läuferkammer drehbar angeordnet ist, welche zwischen dem Läufergehäuse
und dem genannten Paar Gehäuse-Seitenteilen gebildet
ist,

eine Mehrzahl von Schaufeln (3), welche verschieblich
innerhalb entsprechenden Schaufelnuten (21) angeordnet
sind, die im Läufer radial ausgebildet sind,
eine Einrichtung zum Aufbringen von Ansaug-Strömungsmitteldruck auf Räume (211), welche zwischen jeder

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Schaufelnut (21) und der Unterseite (31) der entsprechenden Schaufel (3) während des Ansaugtaktes gebildet sind, wobei der Druck durch eine erste Bogennut (8), eine zweite Bogennut (81), die an der Innenoberfläche des Gehäuse-Seitenteils an einer Lage ausgebildet ist, welche den Räumen während des Verdichtungstaktes entspricht, einen Druck-Abgabekanal (71), der die zweite Bogennut (81) und eine Auslaßöffnung (9) miteinander verbindet, aufgebracht wird, und

ein Rückschlagventil 11', welches in dem Druckabgabekanal (71) vorgesehen ist.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Druckabgabekanal (72) vorgesehen ist, der sich mit dem einen Ende in den inneren Oberflächenabschnitt des Gehäuse-Seitenteils (6) öffnet, wobei der Innenoberflächen-Abschnitt sich in einer Lage befindet, die einer Arbeitskammer während des Verdichtungstaktes entspricht, und ferner gekennzeichnet durch ein Rückschlagventil (11¹¹)/ welches in dem zusätzlichen Druckabgabekanal (72) vorgesehen ist, um die Rückströmung des Druckes zu verhindern, der von der Arbeitskammer aus abgegeben wird.

3. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bogennut (81) in eine Mehrzahl von Nuten (81') unterteilt ist, wobei jede dieser Mehrzahl von Nuten in entsprechender Weise mit einem der Druckabgabekanäle (71, 72) und Rückschlagventile (11', 11¹¹) verbunden ist.

4. Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Enden der genannten Vielzahl von Bogennuten (81¹)/ welche die zweite Bogonnut (81) bilden, in einem Bereich von 5° bis 35° liegt.

5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Enden der ersten

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und zweiten Bogennut (8, 81) in einem Bereich von 5° bis liegt.

6. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritten Bogennut <82) in der Innenoberfläche des Gehäuse-Seltenteils (6) in einer Lage ausgebildet ist, welche den Räumen (211) während der Auslaßtakte entspricht, wobei die dritte Bogennut (82) in Strömungsmittelverbindung mit der Auslaßöffnung (9) steht.

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