DD156056A3

DD156056A3 - Hydrostatische zahnradmaschine

Info

Publication number: DD156056A3
Application number: DD22607780A
Authority: DD
Inventors: Guenter Leichsenring; Lothar Reichelt
Original assignee: Guenter Leichsenring; Lothar Reichelt
Priority date: 1980-12-15
Filing date: 1980-12-15
Publication date: 1982-07-28
Also published as: FR2496184A1; FR2496184B3; DE3139241A1

Abstract

Die Erfindung betrifft hydrostatische Zahnradmaschinen fuer wechselnde Drehrichtung mit Zahnraedern im Ausseneingriff,deren Ritzelwellen in Lagerkoerpern mit an den aeusseren Stirnflaechen vorhandenen Hochdruckfeldern angeordnet sind. Ziel und Aufgabe bestehen in der Schaffung von Hochdruckfeldern zum Axialspielausgleich in Zahnradmaschinen, die bei weitestgehender Kompensierung der abhebenden Kraefte einfach aufgebaut, guenstig angeordnet und wirtschaftlich herstellbar sind. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe geloest durch Anordnung des Hochdruckfeldes fuer die eine Drehrichtung am Lagerkoerper einer Stirnseite der Zahnraeder und das Hochdruckfeld fuer die andere Drehrichtung seitenvertauscht am Lagerkoerper der gegenueberliegenden Stirnseite dieser Zahnraeder liegt, wobei sich die Hochdruckfelder zu ungleichen Flaechenanteilen beiderseits der Symmetrieachse der Lagerkoerper erstrecken.Ein weiteres separates Hochdruckfeld ist innerhalb der Niederdruckfelder angeordnet,welche mit dem drucklosen Ablauf verbunden sind. Anwendungsgebiet der Erfindung sind als Pumpe oder Motor einsetzbare hydrostatische Zahnradmaschinen mit wechselnder Drehrichtung.

Description

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Titel der Erfindung Hydrostatische Zahnradmaschine Anwendungsgebiet der Erfindung

Hydrostatische Zahnradrnaschine, einsetzbar als Pumpe oder Motor für wechselnde Drehrichtung und im Außeneingriff stehenden Zahnrädern, deren Ritzelwellen in beiderseits der Zahnräder vorhandenen Lagerkörpern angeordnet und diese in analogen Ausnehmungen eines Gehäuses axial beweglich gelagert sind, wobei zwischen der jeweils äußeren Stirnfläche beider Lagerkörper und der entsprechenden Gegenfläche des Gehäuses beaufschlagte, durch Dichtungen begrenzte Hochdruckfelder für den Ausgleich des axialen Spieles zwischen Zahnrädern und Lagerkörpern angeordnet sind, welche jeweils wechselseitig mit der Hoch- und JTiederdruckseite der Zahnradmaschine verbunden sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist eine als Pumpe oder Motor einsetzbare hydrostatische Zahnradmaschine (DE-PS 910.384; DE-AS 1.553.259) mit einer Einrichtung zum Ausgleich des Axialspieles zwischen den Zahnrädern und den Lagerbuchsen, Die Zahnradmaschine ist für wechselnde Drehrichtungen ausgebildet, weshalb die für die Zufuhr als auch für die Abfuhr des Mediums vorhandenen Kammern über die Rückschlagventile mit dem Axialdruckfeld verbunden sind. Die Rückschlagventile schließen jeweils nach der Kammer niederen Druckes* Weitere Rückschlagventile, welche nach der Kammer höheren Druckes schließen, dienen der Abführung der Leckage in die Niederdruckseite der Zahnradmaschine.

Desweiteren sind auch als Motor einsetzbare hydrostatische .Zahnradpumpen (DE-AS -1.134·289; DE-AS 1,403,888; DE-AS 1*528»954) für wechselnde Drehrichtung bekannt, deren Zahnradwellen in axial beweglichen Lagerkörpern (Buchsen oder Brillen) angeordnet sind«

Mindestens auf einer der Zahnräder abgewandten Seite dieser Lagerkörper ist ein durch Dichtungen abgegrenztes Druckfeld für den Axialspielausgleich angeordnete Aufgrund des Drehrichtungswechsels der Zahnradpumpe ist das Druckfeld symmetrisch ausgebildet«

Außerdem ist eine hydrostatische Zahnradmaschine (DE-OS 2»536«·242) für wechselnde Drehrichtungen bekannt, die beiderseits der Lagerkörper (Lagerbrille) Irydrostatische Druckfelder für den Axialspielausgleich aufweist· Das hydrostatische Druckfeld, welches die Anlage der Lagerkörper an die Zahnräder gewährleistet, ist in vier Sektoren aufgeteilt. Einer der zwei seitlichen Sektoren wird je nach Drehrichtung mit Druckmedium beaufschlagt, der andere Sektor mit dem drucklosen Rücklauf/ Ablauf verbunden· Die beiden oben sowie unten angeordneten Sektoren im Bereich der senkrechten Symmetrieachse $ v/erden ständig mit einem reduzierten/geminderten Enddruck gespeist. Der Kompromiß von stumpf an das Gehäuse der Radkammern stoßenden Dichtungen soll ein möglichst großes Feld an der Rückseite des Lagerkörpers zur Hutzung als Druckfeldfläche_s -sektoren ermöglichen.

Zur Verfügung steht aber nur eine begrenzte Pläche für das Druckfeld der jeweiligen Drehrichtung, da jede verfügbare Fläche der beiden Lagerkörper für alle Druckfeldfunktionen eingerichtet sein muß«

Alle genannten hydrostatischen Zahnradmaschinen besitzen einen aufwendigen und komplizierten konstruktiven Aufbau, da die auf beiden Seiten der Zahnräder angeordneten Druckfelder jeweils begrenzte separate Bereiche für Drehrichtung links bzw« rechts aufweisen«,

Außerdem sind Bereiche für die Leckage anzuordnen und wirksam abzudichten· Der verfügbare begrenzte Raum für diese Bereiche erfordert

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Kompromisse zwischen der Zahnhö'he der Zahnräder sowie dem Platzangebot des Gegendruckfeldes. Der Optimierung des Fb'rderstromes bei Einsatz als Zahnradpumpe durch große Zähne steht die Unterbringung notwendiger Druckfelder· für den axialen spielausgleich bei wechselnder Drehrichtung unter Berücksichtigung bedingter ieckölsammelräurne an der gleichen Querschnittsstelle des Lagerkörpers entgegen*. Bei Einsatz als Zahnradmotor werden darüber hinaus aufgrund des größeren Umfangswinkel der Druckzone entsprechend größere Druckfelder erforderlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer als Pumpe oder Motor einsetzbaren hydrostatischen Zahnradmaschine für wechselnde Drehrichtung, deren Druckfeld für den axialen Spielausgleich bei optimaler Wirkung einfach und wirtschaftlich im Aufbau und in der Anordnung ist,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydrostatische Zahnradraaschine mit axialem Spielausgleich für wechselnde Drehrichtungen zu schaffen, die eine weitestgehende Kompensierung der abhebenden Kräfte durch maximale nutzung des verfügbaren Querschnittsbereiches der Radkammer beiderseits der Zahnräder gewährleistet, welche durch die Optimierung der Größe der Zahnlücken der Zahnräder entstehen»

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Hochdruckfeld für eine Drehrichtung am Lagerkörper der einen Stirnseite der Zahnräder und das Hochdruckfeld für die aridere Drehrichtung seitenvertauscht am Lagerkörper der gegenüberliegenden Stirnseite dieser Zahnräder liegen, wobei sich die Hochdruckfelder zu ungleichen Flächenanteilen beiderseits der Symmetrieachse der Lagerkörper erstrecken und. mit je einer Kammer der Hoch- bzw, Niederdruckseite verbunden sind. Von dieser Kammer besteht separate Verbindung über einen Kanal und ein Rückschlagventil zu jeweils einem Niederdruckfeld sowie Verbindung über eine Ausnehmung zu je einem weiteren separaten Hochdruckfeld, welches innerhalb des Niederdruckfeldes angeordnet ist und mindestens ein Niederdruckfeld über einen Kanal mit dem drucklosen Ablauf Verbindung aufweist. Genannte Rückschlagventile sind in axialen zylindrischen Kanälen im Gehäuse

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oder in einem daran anschließenden Deckel angeordnet und schließen in Richtung des jeweiligen Niederdruckfeldes. Vorzugsweise sind diese Rückschlagventile federlos ausgebildet, weisen einen kugelförmigen Schließkörper und einen äußeren Dichtring auf und sind mittels Federringen gegen axiale Verschiebung gesichert« Die Ausnehmungen zu den in den Niederdruckfelder n angeordneten separaten Hochdruckfelder sind in Lagerkörpern angebracht und mit der jeweiligen unter Hochdruck stehenden Kammer verbunden und weisen somit über weitere Ausnehmungen in den gegenüberliegenden Lagerkörpern mit den Hochdruckfeldern der gegenüberliegenden Deckel Flüssigkeitsverbindung auf. Die innerhalb der Niederdruckfelder angeordneten separaten Hochdruckfelder sind flächenmäßig kleiner als die erstgenannten Hochdruckfelder. Der das Niederdruckfeld mit dem drucklosen Ablauf verbindende Kanal ist in dem Deckel angeordnet, v/elcher das Gehäuse stirnseitig abschließt. ·-.....

Die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der wechselseitigen Hochdruckfelder bei hydrostatischen Zahnradmaschinen wechselnder Drehrxchtung gewährleistet eine optimale Kompensation der auf die Lagerkörper wirkenden abhebenden Kräfte. Da jeweils das Hochdruckfeld/Niederdruckfeld für eine Drehrichtung auf je einem Lagerkörper angeordnet ist, steht eine genügend große Fläche auf der Rückseite jedes Lagerkörpers zur Ausbildung des Druckfeldes und somit zur Kompensation der abhebenden Kräfte zur Verfügung. Aufgrund der relativ großen verfügbaren Fläche besteht die Möglichkeit der maximalen Anpassung der Zahnlücken für die Zahnräder«, Somit können im Querschnitt große Zahnlücken realisiert werden, die ein entsprechend großes Förder- bzw. Schluckvolumen der hydrostatischen Zahnradmaschine bei geringem Zahnkopfkreisdurchmesser gewährleisten. Bei extrem einseitigen Druckbelastungen auf den Stirnseiten der Lagerkörper können zur Vermeidung des Kippens bzw. Verkantens dieser Lagerkörper zusätzliche Stützfelder, welche vom Hochdruck beaufschlagt werden, innerhalb des Niederdruckfeldes (siehe Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3) angeordnet werden.

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Ausführungsbeispiel

Nachfolgend ist der Erfindungsgegenstand an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert, wobei die Zeichnungen folgendes zeigen?

Pig, 1 eine hydrostatische Zahnra&maschine im Längsschnitt, welche Druckfelder an beiden Lagerkörpern aufweist

Pig. 2 einen weiteren Längeschnitt der Zahnradmaschine in der Ebene A-A gemäß Pig« 1

Pig. 3 eine Explosivdarstellung der Zahnradmaschine gemäß Pig. 1 und 2 mit Ventilen zur internen.Leckage-Abführung und Lagerbrillen

Pig. 4 eine Explosivdarstellung der Zahnradmaschine mit Lagerbuchsen und externer Leckageabführung über Kanäle.

In einem Gehäuse 1 der hydrostatischen Zahnradmaschine sind brillenförmige Lagerkörper 2,3 mit begrenzter axialer Beweglichkeit angeordnet. Diese Lagerkörper 2,3 dienen der Aufnahme von zwei Ritzelwellen 4,5, die Zahnräder 4a,5a aufweisen. Die Stirnflächen dieser Zahnräder 4a,5a kommen an inneren Stirnflächen beider Lagerkörper 2,3 zur Anlage. An beiden Stirnseiten des Gehäuses 1 sind Deckel 6,7 verschraubbar angebracht, welche die Aufnahmeöffnungen für die Lagerkörper 2,3 verschließen. Außerdem trägt die innere Stirnfläche jedes Deckels 6,7 Dichtelernente 8,9*10,11, welche .Hochdruck-, felder 12,13,14,15 für den axialen Spielausgleich bzw. für die Abstützung der Lagerkörper 2,3 begrenzen* Die Dichtelemente 8,9 sind dabei wie in Pig. 3 dargestellt, als Pormdichtung ausgebildet und begrenzen ein symmetrisches, für jeweils eine Drehrichtung der Zahnradmaschine v/irksames .Hochdruckfeld 12,13» während die als Rundring ausgebildeten Dichtelemente -10,11 eine Fläche zur zusätzlichen hydrostatischen Abstützung der Lagerkörper 2,3 begrenzen. Von den Dichtelementen 8,9 ebenfalls begrenzte Niederdruckfelder 16,17 zur Sammlung des Lecköles besitzen über axial

s β..

zylindrische Kanäle 18,19 Plüssxgkeitaverbindung zu Kammern 20,21 im Gehäuse 1» Diese Kammern 20,21 dienen der Zu- bzw. Abführung des hydraulischen Mediums und fungieren je nach Einsatzfall der Zahnradmaschine als Pumpe oder Motor und in Abhängigkeit der Drehrichtung als Hoch- oder Niederdruckseite, In den Kanälen'18,19 ist je ein Rückschlagventil 22_S23 angeordnet, welches in Richtung Niederdruckfeld 16 bzw* 17 der Dichtelemente 8_S9 schließt.

Beide Lagerkörper 2,3 besitzen im Schnittpunkt ihrer Kreisflächen axial verlaufende Ausnehmungen 24,25j welche die Kammern 20,21 über den Eingriffsbereich der Zahnräder 4a,5a mit dem begrenzten Hochdruckfeld 12,13 verbinden. Durch wechselseitige Anordnung der Hochdruckfelder 12,13 im jeweiligen Deckel 6,7 zueinander, bezogen auf die Längsachse der Zahnradmaschine, ist die Kammer 20 über die Ausnehmung 25 im La» gerkörper 3 mit dem Hochdruckfeld 13 des Deckels 7 verbunden, während von der gegenüberliegenden Kammer 21 über die Ausnehmung 24 im Lagerkörper 2 eine Verbindung zum Hochdruckfeld 12 des Deckels 6 besteht.

Auf der jeweils gegenüberliegenden Seite dieser Ausnehmungen 24,25 besitzt jeder Lagerkörper 2,3 eine weitere, im Querschnitt kleinere axiale Ausnehmung 26,27, welche die jeweilige Kammer 20 bzw. 21 mit dem Hochdruckfeld 14 bzw. 15 im Deckel 6 bzw. 7 verbindet.

Vom Niederdruckfeld 17 des Deckels 7 führt ein Kanal 28 nach außen, welcher durch eine Schraube verschließbar ist· Die in den Kanälen 18,19 vorhandenen Rückschlagventile 22,23 sind federlos ausgeführt und besitzen einen kugelförmigen Schließkörper 30,31 sowie einen am Außenumfang angeordneten Dichtring 32,33* Befestigt, bzw. gegen axiale Verschiebung gesichert, sind die Rückschlagventile 22,23 im Gehäuse 1 mittels Sicherungsring 34,35» Der Deckel 7 ist als Befestigungsplatte für die Zahnradmaschine ausgebildet und die Ritzelwelle 4 besitzt eine durchgehende Längsbohrung 36, welche der Abführung des Lecköles dient.

Die Wirkungsweise hydrostatischer Zahnradpumpen bzw. Zahnradmotoren ist allgemein bekannt und daher nicht näher zu beschreiben, wobei vorliegende erfindungsgemäße Zahnradmaschine folgende wirkungstechnischen Merkmale aufweist.

Bei Einsatz als rechtsdrehender Motor bzw.. linksdrehender Pumpe liegt gemäß Pig» 3 in der Kammer 20 unter Hochdruck stehendes Medium an, wodurch das im Kanal 18 angeordnete Rückschlagventil 22 geschlossen und somit die Verbindung ZUiP₁ Niederdruckfeld 16 unterbrochen wird.

Über die Ausnehmung 25 im Lagerkörper 3 gelangt das Medium ins Hochdruckfeld 13 und drückt dadurch den Lagerkörper 3 unter Berücksichtigung der Schmierspalte gegen die Stirnseiten der Zahnräder 4a,5a und diese gegen den Lagerkörper 2. Andererseits gelangt Medium über die Ausnehmung 26 des gegenüberliegenden Lagerkörpers 2 in das eine Stützfunktion ausübende Hochdruckfeld 14, wodurch eine Kraft entsteht, welche auf den Lagerkörper 2 wirkt und das Kippmoment durch das Hochdruckfeld 13 teilweise kompensiert.

Ein Teil des Lecköles sammelt sich im Hiederdruckfeld 16 des Deckels 6 und gelangt durch die koaxiale Längsbohrung 36 der Ritzelwelle 4 in das gegenüberliegende Uiederdruckfeld 17 des Deckels 7.

Das Lecköl wird von hier über das geöffnete Rückschlagventil 23 im Kanal 19 der Kammer 21 zugeführt, welche mit der Niederdruckseite Verbindung aufweist. Weiterhin gelangt das im Hochdruckfeld 12 vorhandene Medium, welches in dieser Phase drucklos ist, 'über die Ausnehmung 24 des Lagerkörpers 2 ebenfalls zur Kammer 21,. welche mit der üiederdruckseite Verbindung aufweist.

Ist die Kammer 21 aufgrund des Betriebes mit erhöhtem Ablaufdruck beim Motor, oder entsprechendem Vordruck bei der Pumpe , druckbelastet, erfolgt die drucklose Abführung des Lecköles vom Hiederdruckfeld 17 über den Kanal 28 im Deckel 7 zu einem separaten nicht dargestellten Behälter. Pur diesen Fall, baut sich durch den Ablaufdruck im Hochdruckfeld 12 des Deckels 6 und im Hochdruckfeld 15 des Deckels 7 ein beabsichtigter Druck auf.

Erfolgt in umgekehrter Reihenfolge der Einsatz als linksdrehender Motor bzw. als rechtsdrehende Pumpe, verlaufen alle beschriebenen Punktionen entsprechend sinngemäß.

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er Hochdruck liegt hierbei in der Kammer 21 an, während c! der Rücklauf des Lecköles über die Kammer 20 erfolgt« Im Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 4 ist die Erfindung an einer Zahnradmaschine mit buchsenförmigen Lagerkörpern 37j 38s39s40 und externer Leckage-Abführung über einen Kanal 42 dargestellt»

Bei rechtsdrehendem Zahnradmotor bzw. bei linksdrehender Zahnradpumpe befindet sich das unter Hochdruck stehende Medium in einer Kammer 44· Durch eine Aussparung 45 in einem Gehäuse 46 fließt Medium in das Hochdruckfeld 13 eines Deckels 41 und drückt von da aus die Lagerkörper 37»38 gegen die Stirnseiten der Zahnräder 4a,5a und diese weiter gegen die Lagerkörper 39₅40, welche sich an einem Deckel abstützen.

Ein Teil der Leckage sammelt sich im Niederdruckfeld 16 des Deckels 43 und fließt durch die Längsbohrung 36 der Ritzelwelle 4 in das iTiederdruckfeld 17 des Deckels 41· Von hier wird die Gesamtleckage über den Kanal 42 nach außen abgeführt. Das Hochdruckfeld 12 im Deckel 43 ist über eine Aussparung 47 im Gehäuse 46 mit einer Kammer 48 der Niederdruckseite verbunden«·

Pur die Einsatzfälle mit Ablauf-Druckbelastung beim Zahnradmotor und Vordruck bei der Zahnradpumpe, baut sich auf die beschriebene Drehrichtung im Hochdruckfeld 12 ein Ausweichsdruckfeld auf« Erfolgt der Einsatz in der Gegendrehrichtung, verlaufen die Punktionen auch hier umgekehrt, also entsprechend sinngemäß·

Der Hochdruck liegt somit in der Kammer 48 an. Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 4 sind Dichtelemente 10,11 sowie Rückschlagventile 22,23, wie sie in Pig. 3 · gezeigt werden, für die einwandfreie Punktion nicht erforderlich.

In beiden Ausführungsbeispielen ist der Deckel 7 und 41 als Befestigungsplatte für die Zahnradmaschine ausgebildet.

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Claims

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Erfindungsanspruch

Hydrostatische Zahnradmaschine, welche als Pumpe oder Motor für wechselnde Drehrichtung mit im Außeneingriff stehenden Zahnrädern ausgebildet ist, deren Ritzelwellen in beiderseits der Zahnräder angeordneten Lagerkörpern und diese in analogen Ausnehmungen eines Gehäuses axialbeweglich gelagert sind, wobei zwischen der jeweils äußeren Stirnfläche beider Lagerkörper und der entsprechenden Gegenfläche des Gehäuses hydrostatisch beaufschlagte, durch Dichtungen begrenzte Hochdruckfelder für den Ausgleich des axialen Spieles-zwischen Zahnrädern und Lagerkörpern angeordnet sind, welche jeweils wechselseitig mit der Hoch- und Niederdruckseite der Zahnradmaschine verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochdruckfeld (13) für eine Drehrichtung am Lagerkörper (3j37,38) der einen Stirnseite der Zahnräder (4a,5a) und das Hochdruckfeld (12) für die andere Drehrichtung seitenvertauscht am Lagerkörper (2,39,40) der gegenüberliegenden Stirnseite dieser Zahnräder (4a,5ä) liegt, wobei sich die Hochdruckfelder (12,13) zu ungleichen Flächenanteilen beiderseits der Symmetrieachse der Lagerkörper (2,3j37,38,39»40) erstrecken und mit je einer Kammer (20,21) der Hoch- bzw. Niederdruckseite verbunden sind, von welcher separate Verbindung über einen Kanal (18,19) und ein Rückschlagventil (22,23) zu jeweils einem Niederdruckfeld (16,17) sowie Verbindung über.eine Ausnehmung (26,27) zu je einem weiteren separaten Hochdruckfeld (14,15) besteht, welches innerhalb des Niederdruckfeldes (16,17) angeordnet ist, und mindestens ein Niederdruckfeld (17) über einen Kanal (28,42) mit dem drucklosen Ablauf Verbindung aufweist»

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2* Hydrostatische Zahnradmaschine nach Punkt 1 dadurch ge*· kennzeichnet, daß die Rückschlagventile (22,23) in axialen zylindrischen Kanälen (18,19) im Gehäuse (1) oder in einem daran anschließenden Deckel (6,7) angeordnet sind und in Richtung des Niederdruckfeldes (16,17) schließen»
3» Hydrostatische Zahnradmaschine nach Punkt 1 ^und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (22,23) federlos ausgebildet ist, einen kugelförmigen Schließkörper (30,31) und einen äußeren Dichtring (32,33) aufweist, sowie mittels Sicherungsringen (34₅35) gegen axiale Verschiebung gesichert ist* '
4« Hydrostatische Zahnradmaschine nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (26,27) zu den in den Niederdruckfeldern (16,17) angeordneten separaten Hochdruckfeldern (14,15) in. Lagerkörpern (2,3) angebracht und mit der jeweiligen, unter Hochdruck stehenden Kammer (20,21) verbunden sind und somit über weitere Ausnehmungen (24, 25) in den gegenüberliegenden Lagerkörpern (3,2) mit den Hochdruckfeldern (12,13) der gegenüberliegenden Deckel (6,7) Flüssigkeitsverbindung aufweisen*
5« Hydrostatische Zahnradmaschine nach Punkt 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb der Uiederdruckfeider (16,17) angeordneten separaten Hochdruckfelder (14,15) flächenmäßig kleiner sind als die Hochdruckfelder (12,13)*
6* Hydrostatische Zahnradmaschine nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß der das ltfiederdruckfeld (16,17) mit dem drucklosen Ablauf verbindende Kanal (28,42) im Deckel (6,7_s41,43) angeordnet ist, welcher das Gehäuse stirnseitig abschließt.

-Hierzu 3 Blatt Zeichnung-