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Die Erfindung betrifft ein Drehgelenk mit einer Sekundärdichtung für Rohrleitungen, wobei ein Drehgelenk der bekannten Bauart zum Bewegungsausgleich der angeschlossenen Rohre (z. B. bei Schiffsbe- und -entladungen flüssiger oder gasförmiger Medien) dient. Die im erfindungsgemäßen Drehgelenk integrierte Sekundärdichtung ist insbesondere für einen Havariefall im Hochtemperaturbereich (ein Brand an der Rohrleitung) konzipiert, wirkt jedoch auch im Fall, dass die Primärdichtung durch Verschleiß oder andere Ursachen ausfällt. Der vorgesehene Temperaturbereich, bis zu welchem die Sekundärdichtung ihre Schutzfunktion entfalten soll, kann – in Abhängigkeit vom Heizwert des geförderten Mediums bis zu maximalen Temperaturen von 1000°C ausgedehnt werden.
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Die Sekundärdichtung wirkt rein mechanisch und sie bleibt solange passiv bis infolge des Ausfalles einer – in der Regel aus elastomerem Werkstoff bestehenden – Primärdichtung sich in einem nach dieser Dichtung befindlichen Abschnitt, der sich nahe der Außendurchmesser zweier zueinander drehbeweglicher Teile eines Drehgelenkes befindet, der Druck des Fördermediums (Öl oder Gas) oder auch gleichzeitig die Brandbelastung des in Brand geratenen Fördermediums auswirkt und die Sperrwirkung eines sowohl beweglichen, metallischen Dichtringes als auch in einer variierten Bauform eines unter Vorspannung in dem vorgenannten Abschnitt eingesetzten und mit Federelementen besetzten metallischen Dichtrings mit nur geringen Leckageverlusten und bei nahezu ausgeschlossener In-Brand-Setzung einer Pipeline einsetzt. Dadurch kann es nicht zu gravierenden Leckagen mit/oder ohne nachfolgenden Bränden kommen. Selbstverständlich wird der Ausfall der Primärdichtung nach einem beendeten Belade- oder Löschvorgang wieder behoben, indem das Drehgelenk einer Instandsetzung unterzogen wird.
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Eine vergleichbare technische Lösung, die außerdem temperaturunabhängig als Havariedichtung für Drehgelenke eingesetzt werden kann, ist nicht bekannt. Alle bisher bekannten Lösungen basieren auf der Abdichtung mittels verpresster Elastomere, sind also permanent aktiviert und bezüglich eines einsetzbaren Temperaturbereichs sehr stark eingeschränkt.
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Als beispielhafte Lösungen zum gefundenen Stand der Technik soll auf nachfolgende Schriften eingegangen werden.
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So ist nach dem Patent der Siemens-Schuckertwerke AG vom 25. November 1937 mit der Nr. 717408 eine Rohrdichtung aus hintereinander angeordnetem plastischem und elastischem Werkstoff bekannt. Hier werden glatte Rohre an den Stößen mit einer Überschiebmuffe verbunden, wobei Ringe in der Mitte und an den Enden der Überschiebmuffe aus elastischen Material und zwischen diesem Ringen, Ringe aus plastischen Material angeordnet sind, die unter Druck des Überschiebens der Muffe in einen Hohlraum verpresst werden und damit eine zweite zusätzliche Abdichtung schaffen. Eine definierte Beweglichkeit der Rohre zueinander ist gegeben, nicht jedoch ist eine der Dichtungen als Havariedichtung lose eingelegt.
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Mit
DE 2353571 A ist eine Rohrdichtung, Dichtring sowie Verwendung der Rohrdichtung ... für den Transport von Kohlenwasserstoff bekannt.
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Eine in konstruktiver Hinsicht vorliegende Muffenverbindung besteht im Wesentlichen aus einem in der Muffe eingesetzten radial zusammenpressbaren Dichtring und einem danach angeordnetem elastomeren Ring, wobei beide mittels eines dichtenden Verschlussringes voneinander getrennt sind. Letzterer soll insbesondere aggressive Medien nicht bis an den zusammenpressbaren Dichtring herankommen lassen. Im Havariefall ist das aber nicht ausgeschlossen und es würde der gesamte Dichtungsaufbau versagen.
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In
WO 84/03132 A2 ist eine flexible Rohrverbindung, welche aus einem Kugelgelenk und einem Sockelglied besteht, wobei jeweils zentrisch durch sie beide, Öffnungen zur Durchleitung eines Mediums vorgesehen sind. Durch ein, diese beiden Elemente, umfassendes Gehäuse wird ihre Drehbeweglichkeit zueinander definiert vorgegeben.
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Die Einrichtung enthält primäre und sekundäre Dichtungsringe, wobei beide stets unter Belastung stehen und bereits im Versagensfall einer von beiden die Einrichtung eine Leckage hat. Zwischen ihnen angeordnete zusätzliche Dichtpackungen können den Leckagefall vermeiden oder abschwächen. Damit wird die konstruktive Auslegung aber sehr aufwendig. Eine sogenannte Notfalldichtung beim Versagen der Primärdichtung liegt hier nicht vor.
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In einer Rohrdichtung mit eingelassenem Ring gemäß
EP 1105669 B1 wird ein Dichtring für Muffenrohre aus thermoplastischem Werkstoff vorgeschlagen, wobei zwischen den Dichtungswerkstoffen unterschiedlicher Härte ein Verstärkungsring eingebettet ist. Dieser trägt zur Versteifung in der Ringnut des Muffenrohrendes bei. Die Rohverbindung kann einer radialen Bewegung eines Rohrstranges kaum nachgeben und die Dichtung versagt im Havariefall, auch bezüglich ihres zweistufigen Aufbaus, als Ganzes.
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Nach diesem beispielhaft aufgeführten technischen Lösungen ist deutlich geworden, dass teilweise radialen Bewegungen nachgebende Rohrverbindungen entwickelt wurden, die gegebenenfalls Kombinationen von Dichtungswerkstoffen in kompakter oder getrennter Bauweise darstellen, wobei jedoch die Dichtungen in jedem Fall jeweils fest eingespannt sind. Eine „passive” weitgehend ungespannte Dichtung, die nur im Havariefall – bei entsprechender Beaufschlagung eines sich entspannenden Innendruckes aus einer havarierten Rohrleitung eine Abdichtwirkung generiert – konnte dem Stand der Technik nicht entnommen werden.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Anordnung getrennt voneinander wirkender Dichtungen in einer als Drehgelenk ausgebildeten Rohrverbindung in der Weise vorzustellen, dass eine Primärdichtung, bestehend aus elastomeren Werkstoffen, im Versagensfall den Weg frei macht zum Aufbau des Drucks des geförderten gasförmigen oder flüssigen Mediums auf eine erfindungsgemäße Sekundärdichtung, die in einer Ausnehmung des Drehgelenkes selbst oder einer Ausnehmung eines Konturinnen- und eines Konturaußenringes im Drehgelenk der Primärdichtung nach außen hin nachgeordnet ist, die Ausnehmungen in unterschiedlich weite Abschnitte geteilt sind und wobei ein dort eingelagerter metallischer Dichtring die gleiche oder gegenläufige radiale Bewegung des Drehgelenkes weder im Normalbetrieb, noch im Havariefall während eines Be- oder Entladevorganges behindern und, wobei an Stelle der vorgenannten Ausnehmungen mit dem darin verschieblichen metallischen Dichtring die Sekundärdichtung auch mittels gewickelter metallischer Spiraldichtungen ausbildbar sein soll, so dass eine starke Minimierung einer Leckage eines sonst aus der versagenden Primärdichtung austretenden Mediums erreichbar und insbesondere ein Brand einer am Drehgelenk sonst havarierten Rohrleitung verhinderbar ist.
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Damit soll höchsten Ansprüchen an die in Zukunft noch stärker zu garantierende Feuersicherheit (fire-save-Anforderungen) in sensiblen Bereichen der Hafenwirtschaft (Lösch- und Belade-Terminals von Gas und Öl) Rechnung getragen werden können.
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Es kann vorgesehen werden, dass die erfindungsgemäßen Drehgelenke sensorisch überwacht sind, um eine „Notabdichtung” zu erkennen, um eine daraus ableitbare Instandsetzung der Primärdichtung bei Beendigung des Durchsatzes flüssiger oder gasförmiger Stoffe danach vornehmen zu können.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst, wobei hinsichtlich der grundfegenden erfinderischen Gedanken auf die Patentansprüche 1 und 4 verwiesen wird.
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Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Patentansprüchen 2 und 3 bzw. 5 bis 8.
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Zur Darlegung der Erfindung sind weitere Ausführungen erforderlich.
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Zwei aufeinander stoßende Rohrleitungen befinden sich über ein Drehgelenk in formschlüssiger Wirkverbindung. Das Drehgelenk ist üblicherweise so ausgelegt, dass mittels zweier übereinandergreifender Konturringe, die mit dem Drehgelenk fest verbunden sind, eine gleich- oder gegenläufige Bewegung um eine Mittelachse der Rohrleitung ermöglicht wird, wobei der Luftspalt zwischen den aufeinander stoßenden Rohren im Drehgelenk mit einer Primärdichtung, vorzugsweise aus elastomerem Werkstoff bestehend, abgedichtet ist. Die Konturringe besitzen als erste wesentliche Bauform in Fortsetzung des von der Primärdichtung ausgehenden Luftspaltes einen Abschnitt mit einer sich nach außen zunächst gleichmäßig erweiternden und dann konusartig verjüngenden Ausnehmung in zwei Stufen, wobei sich die Flanken der Konturringe symmetrisch gegenüber stehen und in einer ersten Stufe der Ausnehmung mit gleichmäßig ausgebildeten, dass heißt parallel zueinander ausgerichteten Flanken lose und frei beweglich ein metallisches Dichtelement mit rundem, ovalem oder in anderer Geometrie vorliegendem Querschnitt, eingesetzt ist, das die Drehbeweglichkeit im Drehgelenk nicht vermindert. Tritt der Fall des Durchschlagens der Primärdichtung aus dem Grunde hoher Temperatur des Mediums oder durch Feuer bis in Bereiche von 1000°C ein, wirkt der Innendruck des sich über den freiliegenden Luftspalt ausbreitenden gasförmigen oder flüssigen Mediums auf das metallische Dichtelement, das nun seinerseits von der ersten Stufe in die zweite Stufe der sich nach außen verjüngenden Ausnehmung hineingedrückt wird. Damit erfolgt über den gesamten Umfang des Luftspaltes der Konturringe im äußeren Bereich eine Abdichtung unter Wirken des „inneren” Betriebsdruckes des geförderten Mediums, wobei dennoch die Drehbeweglichkeit zwischen den Konturringen erhalten bleibt. Nachdem der Innendruck seine Wirkung nicht mehr entfaltet, gleitet das metallische Dichtelement wieder in seine Ausgangslage zurück. Mittels möglicher sensorischer Überwachungsmaßnahmen an einem erfindungsgemäßen Drehgelenk kann die Fehlfunktion der Primärdichtung erkannt und in einer dann anschließenden Instandhaltung erneuert werden.
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In einer weiteren wesentlichen Bauform ist das metallische Dichtungselement im Schnitt ein Doppel-T-Träger mit jeweils links und rechts eingesetzten, gewickelten Spiralfedern – im Weiteren als Spiraldichtungen bezeichnet –, die einen seitlichen Überstand nach außen aufweisen. Dadurch gelingt es, im Abschnitt für dessen Einlage zwischen den Berührungsflächen der Teile eines Drehgelenkes eine geringe Vorspannung zu erzeugen, die jedoch keine mechanischen Reibungsverluste bei der Bewegung im Drehgelenk hervorruft. Dem kann zusätzlich noch dadurch entgegengewirkt werden, indem die Seitenflächen der Spiraldichtungen innen und außen mit kleinen bzw. großen Gleitscheiben abgedeckt sind. Da letztere aus Weichstoffen, z. Bsp. PTFE, bestehen, tritt eine Schmierwirkung gegenüber den Berührungsflächen der Teile eines Drehgelenkes auf.
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Die gewickelten Spiralfedichtungen besitzen eine nach außen gerichtete Sicke und sie können zwischen ihren einzelnen Metalllagen PTFE-Lagen aufweisen. Bei einem ggf. Verbrennen der Weichstoffeinlagen überbrücken die mit geringer Vorspannung eingesetzten Spiraldichtungen die Luftspalte zwischen den Berührungsflächen eines Drehgelenkes, so dass Leckageverluste stark minimiert und eine Brandentstehung ausgeschlossen sind.
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Denkbar ist auch, eine mit oder ohne Weichstoffeinlagen gewickelte Spiraldichtung ohne einen metallischen Träger in den vorgesehenen Abschnitt eines drehbeweglichen Teils des Drehgelenkes einzubinden.
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Denkbar zur Konzipierung einer Sekundärdichtung gemäß der ersten Bauform ist auch, dass die Konturringe eines Drehgelenkes den üblichen Luftspalt ohne Ausnehmung besitzen und dabei jeweils aus thermisch ausdehnungsfähigem Material bestehen, welches sich bis zu einer technisch sinnvollen Grenze ausdehnt, so dass eine Leckage gravierenden Ausmaßes und ein Mediumbrand ausgeschlossen werden kann, wobei die Drehbeweglichkeit ebenfalls noch möglich ist.
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In analoger Weise kann auch an einen Einsatz von Verbundwerkstoffen gedacht werden, wobei im Sinne des Ausnutzens des Bi-Metalleffekts der Luftspalt innerhalb des Drehgelenkes verschließbar ist.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei zeigen die Figuren:
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1: Gesamtdarstellung des Drehgelenkes mit definiert beweglichem metallischem Dichtring
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2: Detaildarstellung gemäß 1 mit Ausgangslage eines metallischen Dichtringes (ungespannt)
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3: Detaildarstellung gemäß 1 mit Endlage eines druckbeaufschlagten metallischen Dichtringes
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4: Sekundärdichtung zwischen den Berührungsflächen der Teile eines Drehgelenkes als gewickelte Spiraldichtung
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5: Sekundärdichtung zwischen den Berührungsflächen der Teile eines Drehgelenkes mit zwei in einem metallischen Träger eingesetzten Spiraldichtungen
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6: Sekundärdichtung zwischen den Berührungsflächen der Teile eines Drehgelenkes mit zwei in einem metallischen Träger eingesetzten Spiraldichtungen in Verbindung mit einem definiert beweglichen metallischen Dichtring
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Die 1 bis 3 beziehen sich auf eine Sekundärdichtung für ein Drehgelenk 1 an Rohrleitungen, bei dem radiale Drehbewegungen zwischen zwei Rohrleitungen, die es verbindet, ermöglicht werden und die Sekundärdichtung besteht hauptsächlich aus je einem rotationssymmetrischen Konturaussenring 5 und einem Konturinnenring 7 mit einem zwischen diesen eingelegten metallischen Dichtring 6. Die Einlage des metallischen Dichtringes 6 erfolgt dabei in einer sich symmetrisch gegenüberstehenden Ausnehmung 10 des Konturaussenringes 5 und des Konturinnenringes 7, wobei sich der Dichtring 6 in Ruhelage, dass heißt ohne Beaufschlagung eines Differenzdruckes der sich über eine versagende Primärdichtung 8 und einen Luftspalt 9 an ihm aufbauen könnte, in dem vergrößerten Abschnitt der Ausnehmung 10 aufhält, die sich in der Sekundärdichtung befindet. Der Dichtring 6 liegt hier aufgrund des Spiels, erzeugt durch ein Übermaß an der Ausnehmung des Konturaussenringes 5 und durch ein Untermaß des Konturinnenringes 7 lose in diesem Bereich und behindert in keiner Weise die radiale Beweglichkeit des Drehgelenkes.
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Versagt die Primärdichtung 6 durch hohe Temperatur des zu fördernden flüssigen oder gasförmigen Mediums, durch Brand oder Überdruck usw. wirkt über den Luftspalt 9 der sich entspannende Druck auf die dem Druck zugewandte Flanke des metallischen Dichtringes 6 und er wird in den sich nach außen verjüngenden Abschnitt der Ausnehmung 10 gedrückt. Damit ist eine Notabdichtung” mit nur sehr geringer Leckage hergestellt. Auch in der Phase des in die Verjüngung der Ausnehmung 10 eingepressten metallischen Dichtringes 6 können sich der Konturaussenring 5 und der Konturinnenring 7 drehbeweglich zueinander verhalten, so dass die Sekundärdichtung für ein Drehgelenk 1 rein mechanisch seine Funktion aufrechterhält.
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Wenn durch Beendigung der Förderung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums der Druck an einem havarierten erfindungsgemäßen Drehgelenk nicht mehr wirkt, gleitet der Dichtring 6 in seine Ausgangslage des vergrößerten Abschnitts der Ausnehmung 10 zurück. Mittels möglicher sensorischer oder anderweitiger Überwachungsmaßnahmen an der Sekundärabdichtung für ein Drehgelenk 1 bezüglich der durchgeschlagenen Primärdichtung 8 wird der vorliegende Defekt erkannt und im Rahmen einer Instandsetzung diese Dichtung erneuert.
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In einer anderen Ausbildung einer erfindungsgemäßen Sekundärdichtung stellt sich die Abdichtung gemäß 4 dar. Hier befindet sich in einem Abschnitt, nahe dem Außendurchmesser eines Drehgelenkes II, 15 eine Spiraldichtung 13 mit elastischen Eigenschaften, so dass sich diese über ihre Seitenflächen an den Berührungsflächen von Drehgelenk I, 11 und Drehgelenk II, 15 abstützt. Zwischen den vorgenannten Berührungsflächen befindet sich eine die Reibung herabsetzende große und kleine Gleitscheibe 12, 14. Die Spiraldichtung 13 kann zwischen ihrer gewickelten, elastischen Metalllagen, Einlagen eines Weichstoffes, bevorzugt PTFE besitzen. Diese Einlagen und die grolle und kleine Gleitscheibe 12, 14 begünstigen die Herabsetzung der Reibung infolge ihrer „Schmierwirkung”.
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Nach den 5 und 6 wird die Aufnahme eines zwei Spiraldichtungen 18, 21 aufweisenden Trägers 22 in einen dafür vorgesehenen Abschnitt zwischen den Teilen Drehgelenk I, 16 und Drehgelenk II, 24 gezeigt. Mit der Maßnahme des „doppelten” Einbaus der Spiraldichtungen 18, 21 erhöht sich die Eigenelastizität zwischen den Berührungsflächen an den Teilen Drehgelenk I, 16 und Drehgelenk II, 24 um das Doppelte. Auch hier sind zwischen den Seitenflächen der beiden Spiraldichtungen 18, 21 jeweils links und rechts an ihnen große und kleine Gleitscheiben, bestehend z. Bsp. aus dem Weichstoff PTFE, mit den Bezugszeichen 17, 23 und 19, 20 angeordnet.
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6 weist noch, neben dem gemäß 5 dargestellten „doppelten” Einbau von Spiraldichtungen 18, 21, einen metallischen Dichtring 25 auf, wobei sich zwischen diesem und der linken Seitenfläche einer Spiraldichtung 18 eine Druckplatte 26 befindet.
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Hierin kann eine Kombination der Ausführung gemäß der 1 und 5 gesehen werden. Dadurch werden die Belastung der Dichtflächen an den Teilen Drehgelenk I, 16 und Drehgelenk II, 24 und eine damit einhergehender Verschleiß weiter herabgesetzt.
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In diesem Fall übernehmen die doppelt vorhandenen Spiraldichtungen 18, 21 die Verpressung des metallischen Dichtringes 25 über die Druckplatte 26 und es gelingt ein Spannungsausgleich zwischen den Teilen Drehgelenk I und II herzustellen, indem de Ausdehnung von letzteren unter starken Wärmeeinfluss kompensiert wird.
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Die Vorteile der Erfindung können zusammenfassend darin gesehen werden:
- • Beibehaltung des aktuellen Förderbetriebes, auch bei defekter Primärdichtung
- • drastische Verminderung von Leckageverlusten im Förderbetrieb
- • Verhütung von Unfällen durch Brand (fire-save-Sicherung)
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehgelenk
- 2
- Drehgelenk I
- 3
- Lager und Fixierung
- 4
- Drehgelenk II
- 5
- Konturaußenring
- 6
- metallischer Dichtring
- 7
- Konturinnenring
- 8
- Primärdichtung
- 9
- Luftspalt
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Drehgelenk I
- 12
- Gleitscheibe, groß
- 13
- Spiraldichtung
- 14
- Gleitscheibe, klein
- 15
- Drehgelenk II
- 15.1
- Mittelachse
- 16
- Drehgelenk I
- 17
- Gleitscheibe, groß
- 18
- Spiraldichtung
- 19
- Gleitscheibe, klein
- 20
- Gleitscheibe, klein
- 21
- Spiraldichtung
- 22
- Träger
- 23
- Gleitscheibe, groß
- 24
- Drehgelenk II
- 24.1
- Mittelachse
- 25
- metallischer Dichtring
- 26
- Druckplatte
- 27
- Mittelachse
