DE3490264T

DE3490264T - Vorrichtung zum Tragen einer Drehhülse eines Rotationskompressors mittels Fluid

Info

Publication number: DE3490264T
Application number: DE19843490264
Authority: DE
Inventors: Sakamaki Utsunomiya Tochigi Hiroshi; Yanagihashi Yono Saitama Kikuji; Horikoshi Kazo Saitama Yukio
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1984-05-19
Publication date: 1985-05-15
Also published as: US4595348A; WO1984004783A1; GB8500164D0; GB2154663B; GB2154663A; DE3490264C2

Description

Tokyo, Japan » K 5989

Beschreibung

Vorrichtung zum Tragen einer Drehhülse eines Rotationskompressors mittels Fluid

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Tragen einer Drehhülse mittels Fluid, welche drehbar in einem Kompressorgehäuse zwecks Rotation mit einer Vielzahl von Flügeln angeordnet ist, die bewegbar in einem Rotor eingepaßt sind, welcher in einer exzentrischen Lage in der Drehhülse drehbar ist und insbesondere eine eine Drehhülse tragende Vorrichtung der Art, welche einen filmartigen Luftlagerraum aufweist, der zwischen dem Innenumfang des Mittelgehäuses des Rotationskompressors und dem Aussenumfang der Drehhülse begrenzt ist.

In der Japanischen Patentanmeldung 56-162025 (JP, A 58-65988) ist ein Rotationskompressor mit Flügeln mit einer Drehhülse versehen, welche zwischen einem Mittelgehäuse und einem Rotor angeordnet ist. Der Kompressor ist insbesondere für die Verwendung mit einem Kraftfahrzeugmotor geeignet, welcher über einen weiten Geschwindigkeitsbereich arbeiten soll, weil er im wesentlichen frei von Reibungswärme als auch Verschleiß an der Spitze eines jeden Flügels ist. Jedoch besteht die Möglichkeit eines Festfressens und eines Belegens, wenn Luft in dem Kompressionsarbeitsraum innerhalb des Kompressors hoch ver-

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dichtet wird, um die Drehhülse von innen zum Innenumfang des Mittelgehäuses zu drücken.

Aus einer Studie der Bewegung der Drehhülse wurde festgestellt, daß ein Kontakt zwischen der Drehhülse und dem Mittelgehäuse möglicherweise nicht an einer besonderen Linie, sondern einer relativ breiten Zone stattfindet. In der Japanischen Patentanmeldung 58-28608 (JP, A 59-155 589) ist der Lufteinlaß an der Startlinie der Kontaktzone vorgesehen, in welcher der Kontakt höchstwahrscheinlich auftritt,und er ist innen mit der Umgebung, der Entladungskammer bzw. dem Kompressionsarbeitsraum unter dem maximalen Druck verbunden, um die Menge an über die Kontaktzone strömenden Luft zu erhöhen und den Lagereffekt des Luftlagerraumes zu verbessern. Jedoch bleibt ein Problem bestehen, weil der Lagereffekt nicht gleichmäßig angehoben ist, d.h. in der Mitte hoch, in den gegenüberliegenden Enden jedoch gering ist mit dem Ergebnis, daß die Drehhülse in dem Luftlagerraum nicht ausgeglichene gegenüberliegende Enden aufweist.

Es ist ein Gegenstand der Erfindung, eine eine Drehhülse lagernde Vorrichtung zu schaffen, bei welcher die Drehhülse mit ihren gegenüberliegenden Enden ausgeglichen ist, wenn Luft in den Luftlagerraum geführt wird, um eine Luftmenge zu erhöhen, die um die Drehhülse strömt.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgeschlagen, welche zwei Führungsausnehmungen aufweist, die in den gegenüberliegenden Endabschnitten des Außenumfanges der Drehhülse und/oder dem Innenumfang des Mittelgehäuses ausgebildet sind. Die Führungsnuten gestatten, daß zugeführte Luft sich schnell ausbreitet und um den Innenumfang des Mittelgehäuses strömt.

Wenn die Umfangsausnehmungen in der Kontaktzone des Mittelgehäuses ausgebildet sind, strömt Luft schnell längs

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der Kontaktzone, um sich zu den gegenüberliegenden Enden mit dem Ergebnis auszubreiten, daß die entgegengesetzten Enden der Drehhülse getragen sind, ohne den Innenumfang des Mittelumfanges zu berühren.
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Wenn durch eine plötzliche Geschwindigkeitsänderung des Motors eine abnormale Bewegung der Drehhülse verursacht wird, wobei der Motor den Rotationskompressor antreibt, berührt die Drehhülse manchmal den saugseitigen Innenumfang des Mittelgehäuses. Demzufolge sind die Führungsausnehmungen wünschenswert in dem saugseitigen Innenumfang des Mittelgehäuses vorgesehen, um durch die Kontaktzone geströmter* Luft zu gestatten, schnell zu der
Saugseite zu strömen, in welcher der Lagereffekt erhöht wird, um zu verhindern, daß die Drehhülse den saugseitigen Innenumfang des Mittelgehäuses berührt.

Vorzugsweise ist die vollständig runde Führungsausnehmung in jeder Seitenendposition des Außenumfanges der Dreh-

hülse und/oder des Innenumfanges des Mittelgehäuses ausgebildet, um einen stabilen Lagereffekt im gesamten Luftlagerraum zu schaffen. Die vollständig runde Führungsausnehmung kann einfacher als eine partielle Ausnehmung ausgebildet werden. Die Führungsausnehmung ist vorzugsweise mit der Entladekammer oder dem Arbeitsraum unter
dem maximalen Druck verbunden und mit Hochdruckluft gespeist, um den Lagereffekt des Luftlagerraumes zu erhöhen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Rotationskompressors, wobei zwecks Darstellung

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der Seitenfläche des Rotors das rückwär

tige Seitengehäuse fortgelassen ist,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 1I-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine andere

Ausführungsform, wobei die Führungsausnehmung gezeigt ist,
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Fig. 4 einen Axialschnitt längs des Einlaßdurchganges der Ausführungsform nach Fig. 3,

Fig. 5 bis 7 Ansichten ähnlich Fig. 1 weiterer Ausführungsformen,

Fig. 8 und 9 ähnlich Fig. 3 unterschiedliche Ausführungsformen ,

Fig. 10 bis 13 Teilabwicklungen des Innenumfangs des

Mittelgehäuses, wobei die Luftsammelausnehmung in verschiedenen Ausführungsformen gezeigt ist,

Fig. 14 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform, wobei die Führungsausnehmung mit Hochdruckluft gespeist wird,

Fig. 15 einen Axialschnitt längs des Einlaßdurchganges der Ausführungsform nach Fig. 14 und

Fig. 16 bis 18 ähnlich Fig. 14 Ansichten weiterer Ausführungsformen.

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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 weist der Kompressor einen Rotor 10 auf, der exzentrisch in einer Drehhülse 30 angeordnet ist. Der Rotor dreht sich in der durch einen Pfeil angezeigten Richtung und weist eine Vielzahl von Flügeln 16 auf, die bewegbar in entsprechenden Aussparungen 15 eingepaßt sind. Die Spitze des Flügels 16 ist in Kontakt mit dem Innenumfang der Drehhülse 30. Die Drehhülse 30 ist schwimmend in dem Luftlagerraum 40 gelagert, der zwischen dem Innenumfang des Mittelgehäuses 22 und dem Aussenumfang der Drehhülse 30 begrenzt ist. Die Radialbreite des Luftlagerraumes 40 ist übertrieben dargestellt, in Wirklichkeit recht dünn und kleiner als 0,1 mm.

Der Arbeitsraum 43 ist von zwei benachbarten Flügeln begrenzt, die, sich innerhalb der Drehhülse drehen. Der Druck in dem Arbeitsraum 43 ist in der Saugseite gering und in der Kompressionsseite hoch und weist ein Maximum auf, wenn sich der Arbeitsraum gerade vor einer Position befindet, in welcher er mit der Entladekammer 41 über den Entladedurchgang 42 verbunden ist. Ein Einlaßdurchgang 71 ist in dem kompressionsseitigen Innenumfang des Mittelgehäuses 22 vorgesehen und axial mit der Startlinie einer Zone ausgerichtet, welche die Drehhülse 30 wahrscheinlich berührt. Ein Austrittsdurchgang 44 wird dem Arbeitsraum 43 unter Maximaldruck dargeboten und anfänglich mit dem Einlaßdurchgang 71 in dem kompressionsseitigen Innenumfang des Mittelgehäuses 72 über einen Einlaßkanal 45 verbunden. Obwohl der Durchgang 45 so dargestellt ist, als wenn er außerhalb des Mittelgehäuses 22 wäre, erstreckt er sich tatsächlich innerhalb des Mittelgehäuses. Bei dem Rotationskompressor, der mit hohen Geschwindigkeiten arbeitet, kann der Einlaßdurchgang mit der Atmosphäre oder der Umgebung verbunden werden, weil die Drehhülse eine Pumpwirkung ausübt. Die Führungsausnehmungen 74 sind in den gegenüberliegenden Enden des kompressionsseitigen Innenumfanges des Mittelgehäuses 22 vorgesehen und er-

strecken sich von der Startlinie der Kontaktzone umfangsmäßig zum Ende derselben.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Rotor 10 einstückig mit ein^!er Welle 12 ausgebildet, die von Lagern 18, 19 in den entsprechenden vorderen und rückwärtigen Gehäusen 21, 23 gelagert und an ihrem Vorderende mit einer Scheibe 14 verbunden ist, die von einem nicht gezeigten Motor gedreht wird. Eine Dichtungsscheibe ist zwischen dem rückwärtigen Gehäuse 23 und der rückwärtigen Abdeckung 24 vorgesehen, in welcher die Entladekammer 41 und das Saugglied51 vorgesehen sind. Der kompressionsseitige Innenumfang des Mittelgehäuses 22 weist gegenüberliegende Enden auf, die mit zwei Führungsausnehmungen 74 als Teil des Luftlagerraumes 40 versehen sind, welcher zwischen der Kontaktzone des Mittelgehäuses 22 und dem Außenumfang der Drehhülse 30 begrenzt ist. Die Führungsausnehmung 74 ist nicht auf die gegenüberliegenden Enden des Mittelgehäuses 22 begrenzt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, können die Führungsausnehmungen 74 in einer Position im Abstand von, jedoch in der Nähe der gegenüberliegenden Enden des Mittelgehäuses ausgebildet sein. Jedoch bildet im allgemeinen die Führungsausnehmung außenseitige Luftsammelausnehmungen, wie sie unten beschrieben sind.

Während sich der Kompressor dreht, tritt.Hochdruckluft durch den Einlaßdurchgang 71 an der Startlinie der Kontaktzone ein, um schnell längs der Führungsausnehmungen 74 zu strömen und sich zur Mitte hin auszuweiten, wodurch der Lagereffekt in der Kontaktzone des Luftlagerraumes 40 axial gleichmäßig erhöht wird. Somit wird die Drehhülse 30 mittels Fluid getragen und im Gleichgewicht gehalten, ohne die Kontaktzone zu berühren, selbst wenn komprimierte Luft die Drehhülse 30 zu der Kontaktzone hin drückt.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann die Führungsausnehmung 74

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zwischen einer Position P, in welcher der Luftlagerraum den maximalen Druck aufweist, und der Endlinie der Kontaktzone vorgesehen sein, wenn eine ausreichende Luftmenge, die von dem Einlaßdurchgang zu der Position P strömt, keine Wirkung aufgrund der Führungsausnehmung erfordert. Die Führüngsausnehmungen 74 sind wirksam, um die gegenüberliegenden Enden der Drehhülse 30 auszugleichen und die Rötationshülse daran zu hindern, daß sie die Kontaktzone in der gleichen Weise wie nach Fig. 1 berührt.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, sind die Führüngsausnehmungen 74 in der Saugseite gegenüberliegend der Kontaktzone vorgesehen, damit Luft, welche durch die Kontaktzone geströmt ist, schnell zu der Saugseite strömen kann, in welcher die Luft den Lagereffekt in der Saugseite des Luftlagerraumes 40 erhöht. Die Führüngsausnehmungen 74 halten die gegenüberliegenden Enden der Drehhülse 30 gleichmäßig im Gleichgewicht und verhindern, daß die Drehhülse den saugseitigen Innenumfang des Mittelgehäuses 22 berührt, selbst wenn eine plötzliche Änderung der Drehgeschwindigkeit des Motors eine irreguläre Bewegung der Drehhülse 30 verursacht.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, sind die vollständig umlaufenden Führüngsausnehmungen 74 in dem Innenumfang des Mittelgehäuses 22 vorgesehen, um den Lagereffekt des Luftlagerraumes 40 mit dem Ergebnis zu erhöhen, daß die Drehhülse 30 daran gehindert ist, nicht nur den kompressionsseitigen Innenumfang des Mittelgehäuses 22,wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, sondern auch den saugseitigen Innenumfang der Ausführungsform nach Fig. 5 zu berühren. Die Führungsausnehmung 74 ist nicht auf das Mittelgehäuse begrenzt. Die Führüngsausnehmungen 74 können in den gegenüberliegenden Enden der Drehhülse 30 oder in ihrer Nähe angeordnet sein, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.

Die Führüngsausnehmungen 74 sind ebenfalls in den gegen-

überliegenden Endabschnitten des Mittelgehäuses 22 und der Drehhülse 30 ausgebildet, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Die Luftsaramelausnehmungen 73 nach Fig. 1 und 2 sind ebenfalls nützlich, um den Lagereffekt des Luftlagerraumes 40 zu erhöhen ,und sie sind in der Form eines Paares rechteckiger Ausnehmungen nach Fig. 10, einer einzigen rechteckigen Ausnehmung nach Fig. 11, einer Gruppe von grätenartigen Ausnehmungen nach Fig. 12 und einer Gruppe von engen Linearausnehmungen nach Fig. 13 ausgebildet.

Die Luftsammelausnehmungen mit Grätenform können in einem oder zwei Teilen des Innenumfangs, beispielsweise der Kontaktzone und/oder der gegenüberliegenden Zone des Mittelgehäuses oder in dem gesamten Innenumfang des Mittelgehäuses ausgebildet sein, um den Lagereffekt des Luftlagerraumes zu erhöhen.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 8 ist der Einlaßdurchgang 71 von der Führungsausnehmung 74 getrennt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Jedoch kann der Einlaßdurchgang 71 innerhalb der Führungsausnehmung 74 ausgebildet sein, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist. Der Einlaßdurchgang 71 ist innen mit der Entladekammer 41 oder dem Austrittsdurchgang 44 im Arbeitsraum 43 unter dem maximalen Druck in dem Einlaßdurchgang 45 verbunden. Der Einlaßdurchgang 45 ist so gezeigt, als wäre er außerhalb des Mittelgehäuses 22, ist jedoch tatsächlich innerhalb des Mittelgehäuses 22 vorgesehen. Die Führungsausnehmungen 74 nach Fig. 14 liegen zwischen den Start- und Endlinien der Kontaktzone in dem Innenumfang des Mittelgehäuses 22. Der Einlaßdurchgang 45 nach Fig. 15 erstreckt sich axial durch die Wand des Mittelgehäuses 22 zu dem Einlaßdurchgang 71 in dem Boden der Führungsausnehmung 74. Wenn die Führungsausnehmung lediglich in der Drehhülse angeordnet ist, öffnet sich der Einlaßdurchgang wünschenswert zu der Führungsausnehmung.

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Bei der Ausführungsform nach Fig. 16, bei welcher eine ausreichende Luftmenge in einen Teil der Kontaktzone vom Einlaßdurchgang zu einer Position P strömt, in welcher der Luftlagerraum maximalen Druck aufweist, sind die Führungsausnehmungen 74 zwischen der Position P und der Endlinie der Kontaktzone in dem Innenumfang des Mittelgehäuses ausgebildet. Der Einlaßdurchgang 71 ist in der Nähe der Startlinie der Kontaktzone vorgesehen und innen mit dem Austrittsdurchgang 44 in der Entladekammer ¹II über den Einlaßdurchgang 45 verbunden.

Bei Rotation des Rotationskompressors bzw. Drehverdichters, wie er in Fig. 14 bis 16 gezeigt ist, tritt Hochdruckluft ein und strömt längs den Führungsausnehmungen 74 von dem Einlaßdurchgang 71 schnell zu der Kontaktzone und breitet sich zum Mittelabschnitt des Innenumfangs des Mittelgehäuses aus, so daß der Luftlagereffekt gleichmäßig in der vollen Axiallänge der Kontaktzone erhöht wird. Die Drehhülse 30 ist von Fluid getragen und axial ausgeglichen, so daß sie gegen direkten Kontakt mit der Kontaktzone geschützt ist, selbst wenn sie von innen zu der Kontaktzone durch komprimierte Luft gedrückt wird.

Die Ausführungsform nach Fig. 17 weist Führungsnuten 74 auf, die in der Saugseite gegenüberliegend der Kontaktzone ausgebildet sind. Die Führungsnut weist einen Einlaßdurchgang 71 auf, der mit dem Austrittsdurchgang 44 der Entladekammer 41 über einen Einlaßdurchgang 45 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform erhöht die Hochdruckluft den Lagereffekt in der Saugseite des Luftlagerraumes 40, um das axiale Gleichgewicht der Drehhülse zu halten und um zu verhindern, daß die Drehhülse 30 den saugseitigen Innenumfang des Mittelgehäuses 22 berührt, selbst wenn eine plötzliche Änderung der Drehgeschwindigkeit des Motors eine abnormale Bewegung der Drehhülse verursacht.

ja

Bei der Ausführungsform nach Fig. 18 sind die Führungsausnehmungen 74 im gesamten Umfang des Mittelgehäuses 22 vorgesehen. Diese Ausführungsform ist ähnlich denen nach Fig. 14 und 16, wobei der Einlaßdurchgang in oder in der Nähe der Kontaktzone vorgesehen und mit dem Austrittsdurchgang 44 der Entladekammer oder des Arbeitsraumes 4.3 unter dem maximalen Druck über den Einlaßdurchgang 45 verbunden ist, um den Lagereffekt in der Kompressionssei te des Luftlagerraumes 40 zu erhöhen und um zu verhindern, daß die Drehhülse 30 den kompressionsseitigen Innenumfang des Mittelgehäuses 22 berührt und ähnlich Fig. 17, wobei die Führungsausnehmungen in der Saugseite den Lagereffekt in der Saugseite des Luftlagerraumes erhöhen und die Drehhülse 30 daran hindern, daß sie den saugseitigen Innenumfang des Mittelgehäuses 22 berührt. Die Führungsausnehmungen 74 können in den gegenüberliegenden Endabschnitten der Drehhülse 30, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, oder der Drehhülse 30 und dem Mittel gehäuse 22 ausgebildet sein, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist.

Wie sich aus obiger Beschreibung ergibt, weist die Vorrichtung gemäß Erfindung ein Paar Führungsausnehmungen in den gegenüberliegenden Enden des Luftlagerraumes auf, um axial einen Lagereffekt des Luftlagerraumes zu schaffen und das axiale Gleichgewicht der Drehhülse zu halten. Das axiale Gleichgewicht wird insbesondere in dem Luftlagerraum benötigt, der mit Hochdruckluft gespeist ist, um den Lagereffekt zu erhöhen. Ohne die Führungsausnehmung gemäß Erfindung kann die Drehhülse außer Gleichgewicht gelangen und mit dem Rand den Innenumfang des Mittelgehäuses durch die Hochdruckluft berühren. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Schwierigkeiten beträchtlich reduziert, daß die Drehhülse sich am Innenumfang des Mittelgehäuses festfrißt und die .Drehhülse eine irreguläre Rotation ausführt, weil nämlich die Dreh-

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hülse ruhend ausgeglichen bzw. im Gleichgewicht und schwimmend gelagert ist.

Der Drehkompressor mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, um mittels Fluid eine Drehhülse zu lagern, welche mit Flügeln drehbar ist, wird zweckmäßig als überlader für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftfahrzeugmotor verwendet. Der Grund besteht darin, daß die Reibungshitze als auch der Verschleiß während der Rotation relativ gering sind und weniger Festfreßprobleme im Hochgeschwindigkeitslaufbetrieb oder bei plötzlicher Geschwindigkeitsänderung auftreten.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Lagern einer Drehhülse eines Rotationskompressors mittels Fluid, mit einem Mittelgehäuse, einer Drehhülse, die in dem Mittelgehäuse zwecks Rotation mit einer Vielzahl von Flügeln angeordnet ist, die bewegbar in einem Rotor eingepaßt sind, der exzentrisch in der Drehhülse angeordnet ist, mit einem Luftlagerraum, der zwischen dem Außenumfang der Drehhülse und dem Innenumfang des Mittelgehäuses begrenzt ist, wobei ein Einlaßdurchgang in dem Innenumfang des Mittelgehäuses vorgesehen ist und mit der Atmosphäre, einer Entladekammer oder einem Arbeitsraum verbunden ist, der von zwei benachbarten Flügeln begrenzt ist, wobei ein Einlaßkanal vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß entweder das Mittelgehäuse (22) oder die Drehhülse (30) oder beide Teile gegenüberliegende Endabschnitte aufweisen, die mit sich umfangsmässig erstreckenden Führungsausnehmungen (7*O ausgebildet sind.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsaüsnehmungen (7¹O in einer Kontaktzone in dem kompressionsseitigen Innenumfang des Mittelgehäuses (22) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsaüsnehmungen (7¹O zwischen einer Position der Kontaktzone, in welcher der Luftlagerraum (40) den maximalen Druck aufweist, und einer Endlinie dieser Kontaktzone ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsaüsnehmungen (74) in dem saugseitigen Innenumfang des Mittelgehäuses (22) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsaüsnehmungen (74) in dem gesamten Innenumfang des Mittelgehäuses (22) oder dem gesamten Außenumfang der Rotationshülse (30) oder in beiden ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßdurchgang (71) zu der Führungsausnehmung (74) geöffnet ist und über den Einlaßkanal (45) mit der Entladekammer (41) und dem Arbeitsraum (43) unmittelbar vor einer Position verbunden ist, in welcher der Arbeitsraum mit der Entladekammer (41) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßdurchgang (71) axial mit der Startlinie der Kontaktzone in dem Innenumfang des Mittelgehäuses (22) ausgerichtet ist, welches die Drehhülse (30) berühren möchte.