DE2064429A1

DE2064429A1 - Spherical rotary pump

Info

Publication number: DE2064429A1
Application number: DE19702064429
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. P F04c 15-00 ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-12-30
Filing date: 1970-12-30
Publication date: 1972-01-27
Also published as: FR2074478A5

Description

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

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8 MÜNCHEN 2.8 MUNICH 2.

45 708-345 708-3

HIDEKI NISHIOKA, KAlA GAWA,HIDEKI NISHIOKA, KAlA GAWA,

JAPANJAPAN

Kugelförmige RotationspumpeSpherical rotary pump

Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe, deren Pumpwirkung durch ein umlaufendes Wandteil in einer Arbeitskammer hervorgerufen wird, die sich in einem Gehäuse befindet, dessen Innenwandung kugelförmig ist, und das mit Einlaß- und Auslaßöffnungen versehen ist.The invention relates to a rotary pump, the pumping action of which is provided by a circumferential wall part in a working chamber is caused, which is located in a housing whose inner wall is spherical, and that with inlet and outlet openings is provided.

Bei normalen Rotationspumpen 1st die Innenwandung des Gehäuses zylindrisch oder ähnlich geformt, so daß der gesamte Körper verglichen mit der je Umdrehung geförderten Fluidmenge groß ist. Ferner ist während des Betriebs bei derartigen Konstruktionen die Temperaturverteilung in der Pumpe ungleichmäßig. Mit einer hin- und hergehenden Bewegung arbeitende Pumpen oderIn normal rotary pumps, the inner wall of the housing is cylindrical or similarly shaped so that the entire Body compared to the amount of fluid delivered per revolution is great. Furthermore, the temperature distribution in the pump is uneven during operation with such constructions. Pumps or reciprocating motion

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Kolbenpumpen haben darüberhinaus die Nachteile, daß das FluidPiston pumps also have the disadvantages that the fluid

daß
pulsierend fließt und/eine Ventileinrichtung vorgesehen werden muß. Wird die Arbeitskammer einer Pumpe kugelförmig ausgeführt, so enthält die Pumpe eine umlaufende Wand, deren RotationsZentrum durch den Mittelpunkt der kugelförmigen Arbeitskammer verläuft. Die Pumpe wird durch Drehung der drehbaren Wand betrieben. Hierbei treten die oben genannten Nachteile nicht auf. Bisher ist Jedoch eine zufriedenstellen! arbeitende kugelförmige Rotationspumpe nicht bekannt.that
flows in a pulsating manner and / a valve device must be provided. If the working chamber of a pump is designed spherically, the pump contains a circumferential wall, the center of rotation of which runs through the center of the spherical working chamber. The pump is operated by rotating the rotating wall. The disadvantages mentioned above do not occur here. So far, however, one is satisfied! working spherical rotary pump not known.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kugelförmige Rotationspumpe zu schaffen, bei der die Innenwandung der Arbeitskammer kugelförmig ist, und bei der in der Kammer eine drehbare oder umlaufende Wand vorgesehen ist, die mittels zweier in der Kammer aufgenommener Kegelzahnräder in der gleichen Richtung um den Mittelpunkt der kugelförmigen Kammer in gleitendem Kontakt mit der Innenwandung derselben in Drehung versetzt wird.The present invention is therefore based on the object to create a spherical rotary pump in which the inner wall of the working chamber is spherical, and in which in a rotatable or circumferential wall is provided in the chamber, which by means of two bevel gears received in the chamber in the same direction around the center of the spherical chamber in sliding contact with the inner wall thereof in FIG Rotation is offset.

Die erfindungsgemäße kugelförmige Rotationspumpe enthält ein eine Arbeitskammer bildendes Gehäuse, dessen Innenwandung die Form einer Kugel mit dem Radius r besitzt. Sie zeichnet sich aus durch eine konzentrisch zur Mitte der Kugelebene angeordnete kleine Kugel, durch zwei KegelZahnräder mit dem Radius R, deren Rotaionsachsen durch den Mittelpunkt der Kugelebene verlaufen und gegeneinander um einen Winkel von weniger als 18O versetzt sind und sich in dichtem gegenseitigem Eingriff in der Arbeitskammer in entgegengesetzten Richtungen drehen, wobei an den Enden der Ke gel zahnrad er eine Vertiefung vorgesehen ist, die in enger Berührung mit der Außenwandung der kleinen Kugel steht, durch wenigstens eine luftdicht durch das Gehäuse hindurchgehende Außenwelle zum Antrieb der Kegelzahnrader, durch zwei gekrümmte Nuten, die durch die Mitte der KegelZahnräder in Richtung des Durchmessers verlaufen und in der gleichen Ebene liegen, wenn die Kegel-The spherical rotary pump according to the invention includes a housing forming a working chamber, the inner wall of which has the shape of a sphere with the radius r. She excels by a small ball arranged concentrically to the center of the spherical plane, by two bevel gears with the radius R, whose Axes of rotation run through the center of the spherical plane and are offset from one another by an angle of less than 180 and are in tight mutual engagement in the working chamber rotate in opposite directions, at the ends of the Ke gel gear he is provided with a recess that is in close contact stands with the outer wall of the small ball, through at least one outer shaft passing through the housing in an airtight manner to drive the bevel gears, through two curved grooves, the through the center of the bevel gears in the direction of the diameter run and lie in the same plane when the cone

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Zahnräder miteinander in Eingriff stehen, durch eine klappbare umlaufende Wandung, die aus zwei halbkreisförmigen Plattenteilen besteht, deren Außen- und Innenradius vom Kegelmittelpunkt gleich sind dem fiadius der Kugelebene der Arbeitskammer bzw. dem Eadius der kleinen Kugel und die längs der Kante des Durchmessers schwenkbar und mit veränderlichen Winkeln gegeneinander einstellbar sind und durch Saug- und Auslaßöffnungen für ein Fluid, die mit der Arbeitskammer mit der stationären Wandung in Verbindung stehen, die durch die beiden miteinander in Eingriff liegenden und dazwischen angeordneten KegelZahnräder begrenzt wird, wobei " die Beziehung R = r · sin 1/2 oc besteht, wobei die klappbare umlaufende Wandung sich um die stationäre Wandung dreht, die durch die beiden miteinander in Eingriff stehenden Kegelzahnräder gem. ihrer Drehung begrenzt wird, und wobei die äußere und innere Umfangswandung der beiden zusammengesetzten halbkreisförmigen Platt ent eile in Gleitkontakt mit der kugelförmigen Innenwandung der Arbeitskammer bzw. der Außenwandung der kleinen Kugel gehalten wird, so daß sich eine Pumpwirkung ergibt.Gears are in engagement with each other, by a foldable circumferential wall, which consists of two semicircular plate parts exists whose outer and inner radius from the center of the cone are equal to the fiadius of the spherical plane of the working chamber or the Eadius of the small ball and the one along the edge of the diameter can be pivoted and can be adjusted to one another with variable angles are and through suction and outlet openings for a fluid, which with the working chamber with the stationary wall in connection which is limited by the two bevel gears that are in engagement with one another and are arranged between them, where " the relationship R = r · sin 1/2 oc exists, where the foldable circumferential wall rotates around the stationary wall, which according to the two bevel gears which are in engagement with one another. its rotation is limited, and wherein the outer and inner peripheral walls of the two composite semicircular Platt ent parts kept in sliding contact with the spherical inner wall of the working chamber or the outer wall of the small ball so that there is a pumping action.

Bei der erfindungsgemäßen Rotationspumpe kann der Fluiddurchsatz Je Pumpenumdrehung erhöht werden und der Gesamtkörper der Pumpe ist kompakt und von verhältnismäßig einfachem Aufbau. g Ferner ist es möglich, die Pulsationen des durch die Pumpe strömenden Fluids zu verringern und eine gleichmäßige Wärmeübertragung von der Arbeitskammer zu erzielen. Die erfindungsgemäße Pumpe ist durch zweckmäßige Xnderung des Winkels cC vielfältig anwendbar, beispielsweise in"Stromungsmessem, von außen gezündeten oder beheizten Maschinen, Verbrennungsmaschinen, Dampfmaschinen und dergleichen. " \ In the case of the rotary pump according to the invention, the fluid throughput per pump revolution can be increased and the overall body of the pump is compact and of relatively simple construction. g Further, it is possible to reduce the pulsations of the flowing fluid by the pump and to achieve uniform heat transfer from the working chamber. The pump of the invention is applicable varied by appropriate Xnderung the angle cC, "like Stromungsmessem, externally ignited or heated machines, combustion engines, steam engines and the like." For example, in \

Anhand des in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläuteerb. Es zeigen:Based on the embodiment shown in the accompanying drawing the invention will be explained in more detail below. Show it:

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Fig. 1 die Innenkonstruktion der Arbeitskammer einer erfindungsgemäßen Rotationspumpe, wobei ein Teil des Gehäuses im Schnitt dargestellt ist;Fig. 1 shows the internal construction of the working chamber of an inventive Rotary pump with part of the housing shown in section;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die klappbare umlaufende Wandung der Fig. 1, wobei die beiden halbkreisförmigen Plattenteile in der gleichen Ebene liegen.;FIG. 2 shows a plan view of the foldable circumferential wall of FIG. 1, the two semicircular plate parts lie in the same plane .;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2, in Richtung der Pfeile gesehen;3 shows a section along the line 3-3 in FIG. 2, seen in the direction of the arrows;

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2, in Richtung der Pfeile gesehen;Fig. 4 is a cross-section along line 4-4 in Fig. 2, in the direction seen of arrows;

Fig. 5 einen Fig. 1 entsprechenden Querschnitt, wobei die äußeren Antriebwellen der Fig. 1 jeweils um 30° in Richtung der Pfeile gedreht sind;5 shows a cross section corresponding to FIG. 1, the outer Drive shafts of Figure 1 are each rotated by 30 ° in the direction of the arrows;

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 1 in Richtung der Pfeile gesehen; undFig. 6 is a cross section taken along line 6-6 in Fig. 1 in the direction of the arrows; and

Fig. 7 einen Querschnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 1, in Richtung der Pfeile gesehen.Fig. 7 is a cross-section along line 7-7 in Fig. 1, in the direction seen the arrows.

Gemäß Fig. 1 besteht das Gehäuse 10 der Pumpe aus einem in der Darstellung der Fig. 1 rechts gelegenen Gehäuseteil 10a und einem links gelegenen Gehäuseteil 10b, die mittels Bolzen 11 zu einem gemeinsamen Teil verbunden und abgedichtet sind und eine Arbeitskammer 13 begrenzen, deren Innenwandung die Form einer Kugel mit dem Radius r besitzt. Konzentrisch zur Mitte 14 der Kugelebene liegt eine kleine Kugel 15. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind in der Arbeitskammer 13 zwei Kegelräder 16a und i6b angeordnet, deren Rotationsachsen durch den Kugelmittelpunkt 14 verlaufen und gegeneinander um einen Winkel von weniger als 18O versetzt sind. Die Kegelräder 16a und 16b mit dem Radius R stehen längs einer-Linie 7-7 (Fig. 1) dicht miteinander in Eingriff. Am Ende 17 3-edes-Kegelrades ist eine Vertiefung ausgebildet, deren Innenwandung in gleitendem Kontakt mit der Außenwandung der kleinen Kugel 15 steht (Fig. 7). Die Kugel 15 wird also von den beiden Vertiefungen umfaßt. An den Kegelrädern 16a und 16b sind äußere Antriebswellen 18a bzw. 18b befestigt, die Richtung derAccording to FIG. 1, the housing 10 of the pump consists of a housing part 10a located on the right in the illustration of FIG. 1 and a left-hand housing part 10b, which are connected to a common part by means of bolts 11 and sealed, and a Limit working chamber 13, the inner wall of which has the shape of a sphere with the radius r. Concentric to the middle of the 14th A small ball 15 lies in the plane of the sphere. As shown in FIG. 1, two bevel gears 16a and i6b are arranged in the working chamber 13, whose axes of rotation run through the center of the sphere 14 and are offset from one another by an angle of less than 180. The bevel gears 16a and 16b with the radius R are closely engaged along a line 7-7 (Fig. 1). At the end of 17 3-edes bevel gear, a recess is formed whose Inner wall is in sliding contact with the outer wall of the small ball 15 (Fig. 7). The ball 15 is so of the includes both wells. On the bevel gears 16a and 16b are outer drive shafts 18a and 18b attached, the direction of the

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Pfeile 19a und 19b umlaufen. Die Kegelräder 16a und 16b laufen also ebenfalls in entgegengesetzten Richtungen um. Die Außenwellen 18a und 18b sind in Kugellagern 20 gelagert. Wird bei der Herstellung eine der durch das Gehäuse hindurchgehenden äußeren Antriebswellen weggelassen, beispielsweise die Antriebswelle 18a, und werden beide Kegelräder durch die andere Welle 18b allein angetrieben, so ist die hermetische Abdichtung des Gehäuses weniger schwierig. Die Kegelräder 16a und 16b haben gekrümmte Nuten 23, die in Richtung des Durchmessers durch die Mitte verlaufen (Fig. 6). Die Nuten 23 sind so bemessen, daß sie in die gleiche Ebene gebracht werden können, wenn die Kegelräder 16a und 16b in gegenseitigem Eingriff umlaufen. Mit 24a und 24b sind halbkreisförmige Plattenteile bezeichnet, deren gekrümmte Teile durch die gebogenen Nuten 23 gleiten. Werden die Nuten 23 in die gleiche Ebene gebracht, so nehmen die beiden halbkreisförmigen Plattenteile 24a und 24b zusammen die Form eines Kreises an (Fig. 2). ^; Arrows 19a and 19b rotate. The bevel gears 16a and 16b also rotate in opposite directions. The outer shafts 18a and 18b are mounted in ball bearings 20. If one of the outer drive shafts passing through the housing, for example the drive shaft 18a, is omitted during manufacture and both bevel gears are driven by the other shaft 18b alone, the hermetic sealing of the housing is less difficult. The bevel gears 16a and 16b have curved grooves 23 which run through the center in the direction of the diameter (FIG. 6). The grooves 23 are dimensioned so that they can be brought into the same plane when the bevel gears 16a and 16b rotate in mutual engagement. Denoted at 24a and 24b are semicircular plate parts, the curved parts of which slide through the curved grooves 23. If the grooves 23 are brought into the same plane, the two semicircular plate parts 24a and 24b together assume the shape of a circle (FIG. 2). ^;

Die Querschnitte längs der Linien 3-3 und 4-4 in Fig. 2 sind in den Figuren 3 bzw. 4 gezeigt. Das halbkreisförmige Plattenteil 24a besitzt ein im Querschnitt kreisförmiges Scharnierteil 25a, das halbkreisförmige Plattenteil 24b ein festes Soharnierteil 25b mit ebenfalls kreisförmigem Querschnitt. Die Soharnierteile 25a und 25b wirken zusammen als Scharnier, d. h., sie nehmen stets eine bestimmte säulenartige Form an, wenn sich die halbkreisförmigen Plattenteile 24a und 24b um eine durch die Kugelmitte 14 verlaufende Linie entsprechend der Drehung der Kegelräder 16a und 16b mit veränderlichen Winkeln drehen. Gewünscht enfalls können die beiden Scharnierteile 25a und 25b drehbar miteinander verbunden werden, indem durch ihre Mitte eine Achse geführt' wird, so daß sich eine normale Scharnierkonstruktion ergibt. Die beidenhalbkreisförmigen Plattenteile 24a und 24b bilden zusammen eine klappbare umlaufende Wand 24.The cross-sections along lines 3-3 and 4-4 in Figure 2 are shown in Figures 3 and 4, respectively. The semicircular plate part 24a has a hinge part 25a of circular cross-section, and the semicircular plate part 24b has a fixed hinge part 25b also with a circular cross-section. The so-hinge parts 25a and 25b act together as a hinge, i.e. h., they always assume a certain columnar shape when the semicircular plate parts 24a and 24b around one by the Rotate the line running through the center of the ball 14 in accordance with the rotation of the bevel gears 16a and 16b at variable angles. Desired The two hinge parts 25a and 25b can also be rotatably connected to one another by inserting a through their center Axis is guided ', so that a normal hinge construction results. The two semicircular plate parts 24a and 24b form together a foldable circumferential wall 24.

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Der Außen- und Innenradius der Plattenteile sind im wesentlichen gleich dem Radius r der kugelförmigen Wandung der Arbeitskammer 13 bzw. dem Radius der kleinen Kugel 15· Die äußere ümfangswandung 28 (Fig. 3 und 4) des Plattenteils hat im wesentlichen die gleiche"Krümmung wie die kugelförmige Wandung der Arbeitskammer 13 mit dem Radius r. Die Innenwandung 29 des Plattenteils hat im wesentlichen die gleiche Krümmung wie die Außenwand der kleinen Kugel I5. Die Stärke des Plattenteils ist so bemessen, daß es frei durch die gekrümmte Nut in Richtung der Pfeile 30 in Fig. 6 hin- und zurückgleiten kann, und daß ein möglichst geringes Spiel zwischen der Innenwandung der gebogenen NUt 23 und der Außenwandung des Plattenteils besteht. The outer and inner radius of the plate parts are essentially equal to the radius r of the spherical wall of the working chamber 13 or the radius of the small sphere 15 The outer circumferential wall 28 (Fig. 3 and 4) of the plate part has essentially the same "curvature" as the spherical one Wall of the working chamber 13 with the radius r. The inner wall 29 of the plate part has essentially the same curvature like the outer wall of the small sphere I5. The strength of the plate part is dimensioned so that it can slide freely back and forth through the curved groove in the direction of arrows 30 in FIG. 6, and that there is as little play as possible between the inner wall of the curved groove 23 and the outer wall of the plate part.

Pig. 5 zeigt die Lage der klappbaren drehbaren Wand 24 wenn sich die Kegelräder 16a und 16b in Richtung der Pfeile 19a bzw. 19b aus ihren in Pig. 1 gezeigten Stellungen um 30° drehen. Die Gleitfläche zwischen der Innenwandung der klappbaren umlaufenden Wand 24 und der Außenwandung der kleinen Kugel 15 ist mit bezeichnet.Pig. 5 shows the position of the foldable rotatable wall 24 when the bevel gears 16a and 16b are in the direction of the arrows 19a and 19b from their in Pig. 1 turn the positions shown by 30 °. The sliding surface between the inner wall of the foldable circumferential wall 24 and the outer wall of the small ball 15 is with designated.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, die einen Querschnitt des ■ inneren der Arbeitskammer 13 längs der Linie 7-7 in Fig.1 in Richtung der Pfeile zeigt, weist das Gehäuse 10 eine Ansaugöff- ·■ nung 34 und eine Auslaßöffnung 35 für ein Fluid auf, die mit der Arbeitskammer 13 in Verbindung stehen.As is apparent from Fig. 7, along a section of the inner ■ the working chamber 13 of the line 7-7 shown in Figure 1 in the direction of arrows, the housing 10 has a Ansaugöff- · ■ voltage 34 and an outlet 35 for a Fluid, which are in communication with the working chamber 13.

Die klappbare umlaufende Wand 24 dreht sich in Richtung des Pfeils 36 in Fig. 7, wobei die Außenwände der Plattenteile 24aund 24b an der kugelförmigen Innenwand 12 der Arbeitskammer : 13 gleiten. Während der Drehung der klappbaren Wand 24 verändern die beiden halbkreisförmigen Plattenteile 24aund 24b frei ihren gegenseitigen Winkel innerhalb des Bereiches * (18O° - cc ) auf der Basis der Stellung, in der die Scharnierteile 25a und 25b imThe foldable circumferential wall 24 rotates in the direction of the arrow 36 in FIG. 7, the outer walls of the plate parts 24a and 24b sliding on the spherical inner wall 12 of the working chamber: 13. During the rotation of the hinged wall 24, the two semicircular plate parts 24a and 24b freely change their mutual angle within the range * (180 ° - cc ) on the basis of the position in which the hinge parts 25a and 25b in

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Winkel von 18O° 2meinander stehen, also der Stellung, in der sie gegenüber der Mittellinie einer durch die beiden Scharnierteile 25a und 25b gebildeten Säule in dergleichen Ebene liegen. Während der Drehung der klappbaren Wand 24 können die Plattenteile 24a und 24b unter Einwirkung einer durch die Drehung der Kegelräder 16a und 16b erzeugten Kraft in Richtung des Pfeils 30 in Fig. 6 hin-und zurückgleiten. Dementsprechend kann die klappbare umlaufende Wand 24 sich in der von der Zusammensetzung der Rotationskräfte der Kegelräder 16a und 16b abgeleiteten oder zusammengesetzten Richtung drehen. Hierbei bilden die dicht miteinander in Eingriff stehenden Kegelräder 16a und 16b eine Art stationäre Wandung in der Arbeitskammer 13, so daß die klappbare drehbare Wand 24 sich um die stationäre Wand dreht und eine Pumpwirkung auf das durch die Ansaugöffnung 34 einströmende und durch die Auslaßöffnung 35 ausströmende Fluid ausübt.Angle of 180 ° 2 to each other, i.e. the position in which they opposite the center line one through the two hinge parts 25a and 25b formed column lie in the same plane. During the rotation of the hinged wall 24, the plate parts 24a and 24b under the action of a force generated by the rotation of the bevel gears 16a and 16b in the direction of arrow 30 in FIG. 6 slide back and forth. Accordingly, the foldable circumferential Wall 24 is derived or composed of the composition of the rotational forces of the bevel gears 16a and 16b Turn direction. Here, the bevel gears 16a and 16b, which are closely engaged with one another, form a kind of stationary wall in the working chamber 13 so that the hinged rotatable wall 24 rotates around the stationary wall and has a pumping action on the fluid flowing in through the suction port 34 and flowing out through the outlet port 35.

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Claims

PATENT CLAIM

Rotary pump with a circumferential wall part in a working chamber, which is bounded by a housing, the inner wall of which has the shape of a sphere with the radius r and with a suction and an outlet opening for a fluid, characterized by a small sphere concentric to the center of the spherical plane - (15) by two bevel gears (16a, 16b) with the radius R, whose axes of rotation run through the center of the spherical plane, are offset from one another by an angle oc {oc < 180 °) and rotate in the working chamber in tight engagement in opposite directions , wherein the bevel gears are each provided with a recess at their ends (17) that touch the outer wall of the small ball (15) by at least one., outer: through the housing (10) airtightly guided drive shaft (28b) for driving the Bevel gears (16a, 16b), and by two curved grooves (23), which are each so formed in the bevel gears (i6a, 16b) that they run through the center of the keg Elzahnrads extend in the direction of its diameter and are brought into the same plane when the bevel gears are in engagement with each other, the wall part of a foldable circumferential wall (24) consists of two semicircular plate parts (24a, 24b), whose outer and inner radius from the center of the sphere are essentially equal to the radius of the spherical working chamber or the radius of the small sphere (15) »whose curved parts slide through the curved grooves (23) and which are provided with hinged parts (25a, 25b) along the diameter , and the mutual angle of which is variable, the suction and the outlet opening for the fluid being in communication with the working chamber, the working chamber having a stationary wall formed by the two bevel gears (16a, 16b) which are in engagement with one another, where the sizes R, r

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and cc according to R = r sin 1/2 «. are related to each other, and wherein the foldable circumferential wall (24 ·) rotates around the stationary wall in accordance with the rotation of the cone gears (16a, 16t>), the outer and inner peripheral walls of the two semicircular plate parts (24a, 24b) slide on the spherical inner wall (12) of the working chamber (13) or the outer wall of the small ball (15), so that there is a pumping effect.

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