DE1921081A1

DE1921081A1 - Zahnradpumpe

Info

Publication number: DE1921081A1
Application number: DE19691921081
Authority: DE
Inventors: Sundberg Jack Gunnar
Original assignee: Chandler Evans Inc
Current assignee: Chandler Evans Inc
Priority date: 1968-04-26
Filing date: 1969-04-25
Publication date: 1969-11-27
Also published as: GB1226510A; US3498231A; FR2007056A1

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-Ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 2j5 . April 1969 Sch// Name d. Anm. CHANDLER EVANS INC.

Zahnradpumpe

Die Erfindung betrifft eine Krafteinstellungsvonichtung zur Verringerung der Bearbeitungs- und strukturellen Erfordernisse, die notwendig sind, um die Kräfte zu erzeugen, welche den Dichtungseingriff zwischen den entsprechenden Flächen der Seitenplatten,
Zahnräder und beweglichen Dichtungselemente in einer Zahnradpumpe bewirken, die ein Dichtungselement enthält, das in der Pumpenauslaßkammer verschiebbar angeordnet ist. Die Erfindung betrifft insbesondere Mittel^ die so ausgebildet und angeordnet sind, um die Seitenplatten, Zahnräder und Dichtungsblöcke zu einem zusammengesetzten Bauteil miteinander zu verbinden, in welchem die Vorbelastungskräfte zwischen den entsprechenden Diqhtungsflächen des
zusammengesetzten Bauteils genau überwacht werden.

In einer Zahnradpumpe, die einen als Dichtungsblock bekannten
Block (oder eine funktionell äquivalente Vielzahl von Blöcken)
aufweist, der in der Pumpenauslaßkammer in Dichtungseingriff mit den Spitzen der Zähne der Zahnräder verschiebbar angeordnet ist, ist das Lecken durch die öffnung aus der Auslaßkammer in die Einlaßkammer parallel zu den Endflächen der Zahnräder oder parallel zu den Dichtungsblöcken dadurch begrenzt, daß Seitenplatten vorgesehen sind,.die gegen die Endflächen der Zahnräder und der Dichtungsblöcke gedrückt werden, um eine Auslaßkammer zu bilden, die von den Zähnen der Zahnräder, den Dichtungsblöcken und den Seitenplatten begrenzt ist. Die Ausbildung von Seitenplatten ist bekannt, die Entlüftungsnuten für ein eingeschlossenes Volumen aufweisen, welche gegenüber der Eingriffsstelle eines Zahnradpaares angeordnet sind und welche sich überdeckende Abmessungen aufweisen, um

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den Dichtungseingriff zwischen den Seitenplatten und den Endflächen der Zahnräder und der Dichtungsblöcke zu bewirken. Sin wirksamer Dichtungseingriff kann nicht erzielt werden, wenn die Innenflächen der Seitenplatten und die Endflächen der Zahnräder und der Dichtungsblöcke nicht im wesentlichen eben und glatt sind. Wenigstens eine solche Seitenplatte ist erforderlieh und ein Paar ist wünschenswert, wenn es nicht zweckmäßig ist, den gewünschten Material- und Oberflächenzustand auf der Innenfläche der 3ndplatte des Pumpengehäuses angrenzend an eine Endfläche der Zahnräder und des Dichtungsblocks herzustellen. Ein anderes Hindernis für eine wirksame Abdichtung entsteht, wenn die Endfläche jedes Zahnrades mit der entsprechenden Endfläche des Dichtungsblocks nicht in eher gemeinsamen Ebene liegt.

Bisher wurde die Kraft, welche eine Seitenplatte in Dichtungseingriff mit einer Fläche des Zahnrades drückt, durch einen elastomeren Dichtungsring ausgeübt, welcher zwischen einer Außenfläche der Seitenplatte und einer Innenfläche des Pumpengehäuses mechanisch zusammengedrückt wurde zusammen mit einer Flüssigkeitskraft, die innerhalb einer Seitenplattenbelastungskammer ausgeübt wurde, welche von dem Dichtungsring sowie den zusammenwirkenden Flächen der Seitenplatten und des Pumpengehäuses begrenzt v/ird. Die Flüssigkeit sverbindung zwischen der Se itenplattenbelas tungskaininer und der Hochdruck-Pumpenauslaßkammer wurde mittels einer Ausnehmung in den Seitenplatten oder mittels Durchlässen innerhalb des Pümpengehäuses hergestellt. Diese Anordnung ergibt eine positive mechanische Kraft während des Anlassens der Pumpe unter Belastung, welche durch Flüssigkeitsdruckbelastung ergänzt wird, wenn der Auslaßdruck zunimmt.

Eine wirksame Abdichtung erfordert daher, daß der Flächenschwerpunkt der mechanischen und Flüssigkeitsdruek-Diehtungskräfte im wesentlichen mit dem Flächenschwerpunkt der entgegenwirkenden Anhebekräfte zusammenfällt, welche durch Flüssigkeitsdruck innerhalb der Pumpenauslaßkammer erzeugt werden und deren Gradient parallel zu den sich überdeckenden Dichtungsfläehen wirkt. Die Größe irgendeines Kippmoments, welches das Anheben einer Seitenplatte bewirkt, ist zur schlechten Ausrichtung der Resultierenden der entgegenwirkenden Kräfte direkt proportional. Der Fläjehen-

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schwerpunkt der Belastungskraft kann theoretisch berechnet, aber durch eine Veränderung der Zusammendrückung des Dichtungsringes längs seines Umfanges verschoben werden infolge einer Anzahl von Bedingungen, wie z.B. Uicht-Parallelität zwischen der Innenfläche und der Außenfläche der Dichtüngsplatten oder nicht senkrechte Einstellung des Stützlagers des Zahnrades relativ zur Ebene der · Fläche des Pumpengehäuses, mit welcher der Dichtungsring in Berührung steht.· Die genaue Einstellung der Lager- und Dichtungsbereiehe im Pumpengehäuse ist ein verhältnismäßig kostspieliger Vorgänge Ebenso ist das Einsetaieiden und Entgraten der Dichtungsringnuten in Seitenwänden oder Gehäusen ein kostspieliger Vorgang.

Obwoll die bekannte Dichtnngsringanordnung wirksam ist, ist Sorgfalt bei der Herstellung und Zusammensetzung erforderlich, was durch die nachstehend beschriebene Vorrichtung beseitigt oder vermindert ν;erden kann. Demzufolge können die Herstellungskosten verringert v/erden, da weniger Ausschuß an rohen und be arbeite tax Pumpengefaäusegußstücken und an beim Zusammensetzen beschädigten Dichtungsringen anfällt. Weitere Verbesserungen der Herstellung und des Zusammensetzen ergeben sich aus dec, nachstehenden Beschreibung der verbesserten Vorrichtung.

Zusätzlich zu den oben erörteten Problemen der Ausrichtung und der Fertigbearbeitung ist sofort erkennbar, daß die Größ-e der auf die Seitenplatten ausgeübten mechanischen Vorbelastung von einer unerwünscht großen Toleranzzunahme abhängig ist, welche das Zusammendrücken des Dichtungsringes regelt. Die Vorbelastungskraft ist abhängig von der kombinierten Wirkung der diametralen Toleranz des DichtungsringquerschnittSj» der inneren Toleranz des Pumpengehäuses parallel zum Auslaßkanunerbereich, den Toleranzen des Zahnrades und des Dichtungsbloeks, der Toleranz der Dicke der Seitenplatte und der Toleranz der Elastizität des Dichtungsringmaterials. Um daher durch Zusammendrücken eines Dichtungsringes eine angemessene vorhersehbare mechanische Kraft zu erzeugen, muß das kostspielige Verfahren des wahlweisen Ausgleichs des Pumpengehäusedeckels relativ zum Pumpengehäuse angewendet werden, um Probleme zu umgehen, welche durch Abmessungstoleranzen der zusammenwirkenden Bestandteile verursacht werden. Der wahlweise Ausgleich ist ein beschwerlicher Vorgang, der sich bei jedem Auseirianderneh-

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men einer Pumpe für die routinemäßige Überprüfung ergibt, einschließlich der routinemäßigen Überprüfungen, welche nicht die Außerbetriebsetzung eines aus Zahnrad, Dichtungsblock und Seitenplatte bestehenden Bauteils erfordern.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist eine zusammengesetzte . Ausbildung auf, bei welcher die Vorbelastung leicht genau festgestellt werden kann und bei welcher die Lage des Flächenschwerpunkts der mechanischen oder Flüssigkeitsbelastung, welche die Einstellung der Seitenplatten bewirkt, genau überwacht wird und in die entgegengesetzte Vektorstellung zum Auslaßkammerdruckvektor gebracht werden kann. Außerdem können die kostspieligen Vorgänge der Bearbeitung und der Qualitätskontrolle des Pumpengehäuses entfallen. Ferner wird der Ausgleich bei jedem Zusammensetzen und Wiederzusammensetzen ebenfalls entbehrlich durch Verwendung einer aus Zahnrad, Seitenplatte und Dichtungsblock zusammengesetzten Untereinheit, die durch einen Verbindungsbolzen befestigt ist. Dieser Verbindungsbolzen ist so ausgebildet und angeordnet, daß derselbe die gegenüberliegenden Seitenplatten gegeneinander zieht, um die Zahnräder und die Dichtungsblöcke zwischen denselben festzuklemmen. Eine Belleville-Feder oder eine gewellte Unterlagsscheibe zwischen der Außenseite einer Seitenplatte und der Unterseite des Verbindungsbolzenkopfes bringt auf die entsprechenden Dichtungsflächen der Seitenplatten, der Zahnräder und des Dichtungsblocks eine einstellbare Druckkraft zur Wirkung. Druckflüssigkeit wird in eine zylindrische Kammer eingeführt, welche durch die Bohrung eines hohlen zylindrischen Teils gebildet wird, der dauernd an einer Seitenplatte befestigt ist, wobei die Fläche der Seitenplatte und der Verbindungsbolzenkopf in dieser Bohrung angeordnet sind. Der Verbindungsbolzenkopf ist von einem Dichtungsring umgeben und ist innerhalb der Bohrung des zylindrischen Teils in axialer Richtung beweglich angeordnet. Der Flüssigkeitsdruck in der Kammer drückt die Seitenplatte und den Verbindungsbolzenkopf auseinander, wodurch die Spannung des Verbindungsbolzens erhöht wird und die Seitenplatten in dichteren Eingriff mit den Endflächen der Zahnräder und des Dichtungsblocks gebracht werden. Die Fläche des Verbindungsbolzenkopfes muß relativ zur entsprechenden Querschnittsfläche der Pumpenauslaßkammer genügend groß sein, um zusammen mit der Kraft der Feder eine Gesamt-

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kraft zu erhalten, die ausreicht, um die Flüssigkeitskraft in dei Auslaßkammer und die Flüssigkeitskraft zu überwinden, welche auf die aus Seitenplatte, Zahnrad und Dichtungsblock gebildete Überdeckungsfläche ausgeübt wird, die einem verringerten Druckgradienten unterworfen ist.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Zahnradpumpe mit einem Gehäuse, das parallele Pumpenbohrungen aufweist, mit einem Paar' in Eingriff stehender Zahnräder, die in den Pumpenbohrungen angeordnet sind und deren Wellen im Gehäuse drehbar gelagert sind, mit einem Niederdruckeinlaß und einem Hochdruckauslaß, die auf entgegengesetzten Seiten der Eingriffsstelle der Zahnräder angeordnet sind, mit mehreren Seitenplatten und mit einem zwischen den Seitenplatten angeordneten beweglichen Urnfangsdichtungselement für die Zähne der Zahnräder. Die Zahnradpumpe ist gernäß der Erfindung gekennzeichnet durch zusätzliche Mittel, die angrenzend an das Umfangsdichtungselement angeordnet und mit den Seitenplatten wirksam verbunden sind, so daß auf die Seitenplatten eine kontinuierliche Kraft ausgeübt wird, um die seitlichen Flächen der Zahnräder und des Umfangsdichtungselements in Eingriff mit dan Seitenplatten zu drücken, damit eine abgedichtete Trennung des Niederdruckeinlasses vom Hochdruckauslaß bewirkt wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird dieselbe nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Ausführungsform der Pumpe gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Sdnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2 und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linfe 4-4 der Fig. 3·

Gemäß Fig. 3 sind miteinander in Eingriff stehende Zahnräder 8 und 9 mit Wellen 14 und 16 in Zapfenlagern 34, 36, 38 und 40 des Pumpengehäuses 4 bzw. des Pumpengehäusedeckels 7 drehbar gelagert.

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Das Gehäuse 4 und der Deckel 7 bilden eine Pumpenkammer 18, die einen Einlaß 42 aufweist. Ein Dichtungsblock 6 ist mit zwei bogenförmigen, in Segmente geteilten Zahnradkontaktflächen versehen, deren Länge, Halbmesser und Mittelpunktsabstände so gewählt sind, daß ein gleichzeitiger Dichtungseingriff mit den Umfangsfläehen mehrerer Zähne jedes der umlaufenden Zahnräder 8 und 9 ermöglicht wird. Ein den Dichtungsblock belastender Kolben 32 ist in einem Auslaßdurchlaß 20 innerhalb des Pumpengehäuses 4 in axialer Richtung beweglich und abdichtend verschiebbar angeordnet, wobei hauptsächlich der Einlaßdruck auf seine Innenseite und der Auslaßdruck auf seine Außenseite einwirkt. Ein Portsatz 44kleinen Durchmessers des Kolbens J>2 ist in einem Durchlaß 48 des Dichtungsblocks 6 abdichtend angeordnet, wobei der Portsatz mit einem Durchlaß 46 versehen ist, der den Durchlaß 50 und den Auslaßdurchlaß 20 mit der Pumpenauslaßkammer 22 verbindet. Der Durchlaß 50 desbichtungsblocks steht mit der (durch eine unterbrochene Linie angedeuteten) Pumpenauslaßkammer 22 in Verbindung, die durch die Zahnräder 8 und 9, den Dichtungsblock 6 und die Seitenplatten 1,2 begrenzt ist. Jede Seitenplatte weist eine abdichtende Überdeckung mit einer Endfläche 52, 54, 56, 58 jedes Zahnrades und mit einem Teil einer Endfläche des Dichtungsblocks auf. Die Mindestüberdeckungsstrecke des Dichtungsblocks längs der Berührungsfläche zwischen Zahnrad und Dichtungsblock wird von der näehstliegenden Kante der Auslaßkammer 22 bemessen und ist in der Länge gleich dem Zahnspitzenabstand. Wenn die Lagerbelastung der Wellen 14 und 16 erfordert, daß dieselben einen gleichen oder größeren Durchmesser als der Zahnwurzeldurchmesser aufweisen, kaönnen diese Wellen angrenzend an die Endflächen der Zahnräder örtlich unterschnitten werden, um vom Zahnwurzeldurchmesser nach inen zu eine Dichtungsfläche für den Eingriff mit den 3eitenplatten 1 und 2 vorzusehen.

Gemäß Pig. 4 sind die Zahnräder 8 und 9 zwischen den Seitenplatten 1 und 2 unter dem Einfluß der Verformung der gewellten Unterlagsscheibe 10 festgeklemmt, wodurch eine federnde Vorbelastung erzeugt wird, die eine Spannung im Verbindungsbolzen 3 ergibt, welche über den Kopf 60 des Verbindungsbolzens auf die gewellte Unterlagsscheibe 10 einwirkt. Eine Mutter 24 ist relativ zur Seitenplatte 1 durch die Unterlagsscheibe 26 befestigt, welche dau-

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emd verformbare Zungen 28 und 30 aufweist, die in eine Abflachung der Mutter 24 bzw. in einen Schlitz der Seitenplatte 1 eingreifen. Durch eine Dichtung I3, die gegen eine Schulter des Bolzens 3 anliegt, wird verhindert, daß/fieSken längs des Schaftes des Verbindungsbolzens 3 aus der Auslaßkammer 22 und durch die Seitenplatte 1 in einen die Mutter 24 enthaltenden Hohlraum erfolgt, welcher über den Durchlaß 62 mit dem Einlaßteil der Pumpenkammer 18' in "verbindung steht. Ein hohler zylindrischer Teil, wie zj.B. eine tiefgezogene Schale, kann durch Loten oder auf andere Weise an der Seitenplatte 2 befestigt sein* um eine Kolbenschale 5 zu bilden, die den zylindrischen Kopf 60 des Verbindungsbolzens 3 enthältte, welcher relativ zu derselben axial verschiebbar angeordnet ist. In einer Umfangsnut des Verbindungsbolzenkopfes 60 ist ein Dichtungsring 12 zwecks Dichtungseingriffs mit der Sehale 5 angeordnet. Der außerhalb des Kopfes des Verbindungsbolzens 3 liegende Hohlraum ist über den Durchlaß 64 mit dem Pumpeneinlaßdruck verbunden, während der innerhalb des Bolzenkopfes liegende Hohlraum mit dem Pumpenauslaßdruck in Verbindung steht.

Die Zahnräder 8 und 9, der Diohtungsblock 6, die Seitenplatten 1 und 2, die Dichtungen 12 und 1J, der Verbindungsbolzen 3* die gewellte Unterlagsscheibe 10, die mit Zungen versehene Unterlagsscheibe 26 und die Mutter 24 sind zu einer Einheit zusammengesetzt, um dadurch eine meßbare Verformung der gewellten Unterlagescheibe 10 zu bewirken, welche einer bekannten Kraft entspricht. Diese zusammengesetzte Einheit wird dann in die Pumpenkammer 18 im Gehäuse 4 derart eingesetzt, daß die die Zahnräder tragenden Wellen 14 und 16 mit ihren im Gehäuse 4 angeordneten Zapfenlagern 34, 36, 38 und 4o in Eingriff kommen. Der Pumpengehäusedeekel 7 ist auf dem Gehäuse 4 derart abgedichtet, daß die Zapfenlager 34 und 38 im Deckel mit den Wellen 14 und 16 in Eingriff kommen, um dieselben abzustützen. Der Deckel J ist auf dem Gehäuse 4 durch Bolzen 68 befestigt. Der Kolben 32 ist in den Auslaßdurchlaß 2o eingesetzt und wird gegen den Dichtungsbloek 6 durch eine Feder 70 gedrückt, die außerhalb des Kolbens 32 bzw. zwischen dem Kolben 32 und einem Haltering 72 angeordnet ist, um zu bewirken, daß die gewünschte Vorbelastung den Block 6 in Umfangsdichtungsein- '"griff mit den Zahnrädern 8 und 9 drückt. Bei niedrigem Auslaßdrück werden daher die Seitenplatten und der Dichtungsbloek unter C 99/5 _₇_

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dem Einfluß der mechanischen federnden Vorbelastungseinrichtungen in Dichtungseingriff gedrückt, während bei hohen Auslaßdrücken zusätzliche Flüssigkeitskräfte zur Wirkung gebracht Werden, um den FlüssigkeitsdruckkäVrften entgegenzuwirken, die bestrebt sinl, die vorher hergestellten Dichtungseingriffe zu überwinden.

Patentansprüche

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Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

zur Eingebe vom 2^. April 1 9&9 3ch// Name d. Anm. CHANDLER E.VAN3 INC.

Patentansprüche

1 IJ Zahnradpumpe mit einem Gehäuse, das parallele Pumpenjohrungen aufweist, mit einem Paar in Eingriff stehender Zahnräder, die in den Pumpenbohrungen angeordnet sind und deren Wellen im Gehäuse drehbar gelagert sind, mit einen. NieUruckeinla3 und einem Hochdruckauslaß, die auf entgegengesetzten Seiten der Eingriffaielle der Zahnräder angeordnet sind, mit mehreren Seitenplatten und mit einem zwischen den Seitenplatten angeordneten beweglichen Umfangsdichtungselement für die Zähne der Zahnräder, gekennzeichnet durch zusätzliche Mittel (3,10), die angrenzend an das Umfangsdichtungselement (6) angeordnet und mit den Seitenplatten (1,2) wirksam verbunden sind, so daß auf die Seitenplatten eine kontinuierliche Kraft ausgebübt wird, um die seitlichen Flächen der Zahnräder (8,9) und des Umfangsdichtungselements in Eingriff mit den Svitenplatten zu drücken, damit eine abgedichtete Trennung des Niederdruckeinlasses vom Hochdruckauslass bewirkt wird.
2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Mittel aus einem Verbindungsbolzen (3) bestehen, der an einem Ende einen verbreiterten Kopf (60) aufweist, daß die erste Seitenplatte (2) mit einem länglichen Fortsatz (5) versehen ist, der sich von der einen seitlichen Fläche derselben ,erstreckt, wobei eine Bohrung durch den Fortsatz hindurchgeht, daß der verbreiterte Kopf des Verbindungsbolzens in der Bohrung verschiebbar angeordnet ist und in die zweite Seitenplatte (1) verschiebbar eingreift, um dadurch eine kontinuierliche Kraft zu erzeugen, die auf die erste und die zweite Seitenplatte einwirkt, um die Seitenplatten in Dichtungseingriff mit den seitlichen Flä-

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chen der Zahnräder und des beweglichen Umfangsdichtungselements zu drücken.
3>. Zahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Mittel aus einer gewellten Unterlagsscheibe (10) bestehen, die zwischen dem verbreiterten Kopf (60) des Verbindungsbolzens (Z>) und der seitlichen Fläche der Seitenplatte (2) angeordnet ist, um eine einstellbare Vorbelastungskraft zu erzeugen, die auf die erste und die zweite Seitenplatte einwirkt, um die Seitenplatten in Dichtungseingriff mit den seitlichen Flächen der Zahnräder und des beweglichen Umfangsdichtungselements zu drücken.
4. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Mittel aus einem Verbindungsbolzen (j5) bestehen, der an einem Ende einen verbreiterten zylindrischen Kopf (60) aufweist, während angrenzend an das gegenüberliegende Ende eine Mutter (24) angeordnet ist, daß die erste Seitenplatte (1) gegen die Mutter anliegt und mit diesem Ende des Verbindungsbolzens fest verbunden ist, daß die zweite Seitenplatte (ί.) auf dem Verbindungsbolzen angeordnet ist und gegen die Schulter des Verbreiterten zylindrischen Kopfes am anderen Ende des Verbindungsbolzens anliegt, so daß der Verbindungsbolzen, die erste und die zweite Seitenplatte, das bewegliche Umfangsdichtungselement und die seitlichen Flächen der in Eingriff sttenden Zahnräder eine Einheit bilden.
5. Zahnradpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß· die zweite Seitenplatte (2) mit einem Fortsatz (5) versehen ist, der einen in demselben angeordneten Hohlraum aufweist, daß der verbreiterte zylindrische Kopf (60) in dem Hohlraum angeordnet ist und innerhalb des Fortsatzes eine Kammer bildet, die mit dem Hochdruckauslaß in Verbindung steht, sowie daß die gewellte Unterlagsscheibe (10) zwischen dem verbreiterten zylindrischen Kopf und der zweiten Seitenplatte angeordnet ist, so daß auf die^Seitenplatten eine kontinuierliche Vorbelastungskraft zur Wirkung kommt, welche durch die Kraft erzeugt wird, die durch den in die Kammer übertragenen Auslaßdruck erzeugt wird.

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