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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein eine Rotationsmaschine und insbesondere eine Dichtungsanordnung zur Verwendung zwischen den Komponenten einer Rotationsmaschine, die Segmente mit Trennfugen aufweist, um so eine axiale und radiale Leckage durch diese zu begrenzen.
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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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In Rotationsmaschinen, beispielsweise Dampfturbinen und dergleichen, kann eine Dichtungsanordnung verwendet werden, um eine Abdichtung zwischen zwei stationären Komponenten und/oder zwischen einer stationären Komponente und einer rotierenden Komponente zu schaffen, um so eine Leckage durch diese zu begrenzen. Eine derartige Dichtungsanordnung kann eine Anzahl bogenförmiger Dichtungssegmente aufweisen, die nebeneinander angeordnet sind. Die Dichtungssegmente können allgemein in einer Ringnut einer der Komponenten angeordnet sein. Jedes Dichtungssegment kann ferner eine Dichtungsfläche aufweisen, die der anderen Komponente gegenüberliegt. Die Dichtungsfunktion kann erreicht werden, indem relativ enge Spiele zwischen der Dichtungsfläche der Dichtungssegmente und den gegenüberliegenden Komponenten geschaffen werden. Es können auch andere Arten von Dichtungsanordnungskonfigurationen und -komponenten bekannt sein.
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Während eines Betriebs der Rotationsmaschine und insbesondere während des Anlaufs, Abschaltens und/oder anderer Übergangsbetriebsvorgänge, können die Komponenten der Dichtungsanordnung unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten erfahren. Diese Ausdehnungsraten können den Abstand zwischen den Dichtungssegmenten, wenn sich die Komponenten ausdehnen und zusammenziehen, beeinflussen und können zu einer Leckage durch diese führen. Zum Beispiel kann eine Innensegmentspaltleckage die Hauptquelle der Leckage in vielen „Null-Leckage”-Dichtungen bilden, die für viele Dampfturbinen an ersten Leitapparatstellen und dergleichen verwendet werden können. In Anbetracht der Verwendung immer engerer Radialspiele spielt die Zwischensegmentspaltleckage eine bedeutende Rolle. Eine Minimierung der Leckage durch die Dichtungssegmentspalte kann somit die gesamte Leistung und den gesamten Wirkungsgrad einer Rotationsmaschine verbessern.
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Segmentierte Dichtungen zur Verwendung zwischen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente einer Rotationsmaschine sind gewöhnlich derart gestaltet, dass sie Stoßspalte bzw. -fugen zwischen den Segmenten aufweisen, so dass sie sich nicht bogenartig wölben und keinen radialen Spalt an der Dichtungsfläche mit einer Leckage durch diesen öffnen. In Spaltdichtungen ist die Stoßspaltleckage relativ klein, wobei sie jedoch bedeutsam werden kann, wenn das Dichtungszahnspiel reduziert wird, wie beispielsweise in dem Fall einer „Null-Spiel”-Dichtung, bei der die Dichtungszähne mit ihrer Gegendichtungsfläche in Kontakt stehen, und zwar aufgrund der relativ geringen Bewegung zwischen denen. Weil die Leckage an den Dichtungszähnen sehr klein wurde, wird die Stoßspaltleckage zu einer Hauptquelle der Leckage.
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Es besteht somit ein Wunsch nach einer verbesserten Dichtungsanordnung, die eine Zwischensegmentleckage begrenzen sowie unterschiedlichen thermischen Bedingungen passend Rechnung tragen kann. Eine derartige verbesserte Dichtungsanordnung würde ferner mit dem Einsatz kostengünstiger und zuverlässiger Komponenten die gesamte Maschinenleistung und den gesamten Maschinenwirkungsgrad verbessern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Anmeldung ergibt somit eine Dichtungsanordnung zur Verwendung zwischen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente einer Rotationsmaschine. Die Dichtungsanordnung kann ein erstes Dichtungssegment, das ein erstes Ende mit einer ersten geneigten Fläche aufweist, und ein zweites Dichtungssegment enthalten, das ein zweites Ende mit einer zweiten geneigten Fläche aufweist. Die erste geneigte Fläche des ersten Endes des ersten Dichtungssegmentes trifft auf die zweite geneigte Fläche des zweiten Endes des zweiten Dichtungssegmentes an einer Verbindung, die sich von einer radialen Dichtstelle zu einer axialen Dichtstelle erstreckt.
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Die vorliegende Anmeldung ergibt ferner eine Dichtungsanordnung zur Verwendung zwischen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente einer Rotationsmaschine. Die Dichtungsanordnung kann ein erstes Dichtungssegment, das ein erstes Ende mit einer ersten geneigten Fläche und einem aufnehmenden Element aufweist, und ein zweites Dichtungssegment enthalten, das ein zweites Ende mit einer zweiten geneigten Fläche und einem aufgenommenen Element aufweist. Die erste geneigte Fläche und das aufnehmende Element des ersten Endes des ersten Dichtungssegmentes treffen auf die zweite geneigte Fläche und das aufgenommene Element des zweiten Endes des zweiten Dichtungssegmentes an einer Verbindung, die sich von einer radialen Dichtstelle zu einer axialen Dichtstelle erstreckt.
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Die vorliegende Anmeldung ergibt ferner eine Rotationsmaschine. Die Rotationsmaschine kann eine erste Komponente, eine zweite Komponente und eine zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente positionierte Dichtungsanordnung enthalten. Die Dichtungsanordnung kann ein erstes Dichtungssegment mit einer ersten geneigten Fläche und ein zweites Dichtungssegment mit einer zweiten geneigten Fläche enthalten, so dass die erste geneigte Fläche des ersten Dichtungssegmentes an einer Verbindung auf die zweite geneigte Fläche des zweiten Dichtungssegmentes trifft.
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Diese und weitere Merkmale und Verbesserungen des vorliegenden Anmeldegegenstandes werden für einen Fachmann auf dem Gebiet bei einer Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offenkundig.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Rotationsmaschine mit einer bekannten Dichtungsanordnung.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Rotationsmaschine mit einer Dichtungsanordnung, wie sie hierin beschrieben sein kann.
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3 zeigt eine Perspektivansicht eines Paars zueinander passender Dichtungsanordnungssegmentflächen.
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4 zeigt eine ebene Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Dichtungsanordnung, wie sie hierin beschrieben sein kann.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Bezugszeichen durch die verschiedenen Ansichten hinweg gleiche Elemente bezeichnen, zeigt 1 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Rotationsmaschine 10, wie beispielsweise einer Dampfturbine. Allgemein beschrieben, kann die Rotationsmaschine 10 eine erste stationäre Komponente 15 und eine zweite stationäre Komponente 20 aufweisen, die benachbart zueinander angeordnet sind, wie dies veranschaulicht ist. Um eine Leckage zwischen der ersten stationären Komponente 15 und der zweiten stationären Komponente 20 zu reduzieren, kann eine Dichtungsanordnung 25 an einer Grenz- bzw. Verbindungsstelle 30 zwischen den Komponenten vorgesehen sein. Die Verbindungsstelle 30 kann einen Hochdruckbereich 35 und einen Niederdruckbereich 40 voneinander trennen.
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Die Dichtungsanordnung 25 kann aus einer ringförmigen Anordnung bogenförmiger Dichtungssegmente 45 gebildet sein. Jedes Dichtungssegment 45 kann eine Dichtungsfläche 50 mit einer Anzahl vorragender Dichtungszähne 55 aufweisen. Die Dichtungszähne 55 stehen mit einer Gegenfläche 22 der zweiten stationären Komponente 20 in Eingriffsverbindung, um Dichtstellen in der Radialrichtung zu bilden. Eine Dichtungsseitenfläche 52 kann durch eine Druckbelastung mit einer Gegenfläche 85 an der ersten stationären Komponente 15 in Kontakt gedrückt werden, um eine weitere Dichtstelle in der Axialrichtung zu bilden. Die Dichtungszähne 55 dienen als Teilbarrieren für ein Fluidmedium, beispielsweise Dampf, der von dem Hochdruckbereich 35 zu dem Niederdruckbereich 40 strömt, und die Kontaktflächen 52, 85 verhindern jede Leckage in einer Radialrichtung. Es kann eine beliebige Anzahl von Dichtungssegmenten 45 hierin verwendet werden. Es können auch andere Arten von Dichtungsanordnungskonfigurationen und -komponenten bekannt sein.
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Der radial äußere Abschnitt der Dichtungssegmente 45 kann ein Paar Segmentpositionierflansche 60 enthalten. Die Flansche 60 können sich von dem Dichtungssegment 45 aus in eine axial entgegengesetzte Richtung voneinander weg erstrecken. Ein axial reduzierter Hals 65 kann sich zwischen der Dichtungsfläche 50 und den Flanschen 60 erstrecken. Die Dichtungssegmente 45 können in einer Ringnut 70, die einen weitgehend „T”-förmigen Querschnitt aufweist, in der ersten stationären Komponente 15 angeordnet sein. Die Ringnut 70 kann entlang des radial innersten Abschnitts der stationären Komponente 15 durch ein Paar Positionierhaken 75 der stationären Komponente definiert sein. Die Positionierhaken 75 können sich axial zueinander hin erstrecken, um so zwischeneinander einen Schlitz 80 zu definieren. Die Dichtungssegmente 45 können derart positioniert sein, dass der axial reduzierte Hals 65 in dem Schlitz 80 der stationären Komponente darin bewegbar eingesetzt ist.
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Die hierin beschriebene Dichtungsanordnung 25 kann bei einer weiten Vielfalt von Komponenten der Rotationsmaschine 10 nützlich sein. Obwohl die hier gegebene Offenbarung die Verwendung von zwei stationären Komponenten 15, 20 beschreibt, ist es zu verstehen, dass die Dichtungsanordnung 25 auch zwischen einer stationären Komponente und einer rotierenden Komponente, wie beispielsweise zwischen einem Turbinenleitapparat und einer Welle angeordnet sein kann. Es können auch andere Arten von Komponenten hierin verwendet werden. Außerdem kann die radiale Anordnung der Komponenten 15, 20 umgedreht werden, um die Dichtung nach außen zeigen zu lassen und die Dichtungsgegenfläche an einer Außenseite der Dichtungsanordnung 25 vorzusehen. Außerdem können die beiden Komponenten 15, 20 auch in eine axial weisende Stellung gedreht werden.
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Falls kein Stoßspalt vorliegt, kann die Dichtungsanordnung 25 den Hochdruckbereich 35 von dem Niederdruckbereich 40 trennen. Wenn jedoch die Komponente 20 aus wärmebedingten und/oder mechanischen Gründen relativ schrumpft (oder die Dichtung 25 sich relativ ausdehnt), können sich die Dichtungssegmente 45 bogenartig wölben und einen Dichtungszahnspalt zwischen der Dichtungsfläche 50 und der Gegenfläche 22 an der Komponente 20 öffnen, was eine starke Vergrößerung der Leckage zur Folge hat.
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2 zeigt Abschnitte einer Rotationsmaschine 100, wie sie hierin beschrieben sein kann. Wie vorstehend, kann die Rotationsmaschine 100 eine erste Komponente 110 und eine zweite Komponente 120 enthalten. Ebenfalls, wie vorstehend beschrieben, können die Komponenten 110, 120 stationäre und/oder rotierende Komponenten sein. Die Rotationsmaschine 100 kann eine Dichtungsanordnung 130 enthalten, die an einer Grenz- bzw. Verbindungsstelle 140 zwischen den Komponenten 110, 120 positioniert ist. Die Dichtungsanordnung 130 kann eine Anzahl bogenförmiger Dichtungssegmente 150 enthalten. Jedes Dichtungssegment 150 kann eine Dichtungsfläche 160 mit einer Anzahl von Dichtungszähnen 170 an dieser enthalten. Es kann eine beliebige Anzahl von Dichtungszähnen 170 verwendet werden. Jedes Dichtungssegment 150 kann gleichfalls ein Paar von Segmentpositionierflanschen 180 und einen axial reduzierten Hals 190 enthalten. Die Dichtungssegmente können in einer Ringnut 200 in der ersten Komponente 110 angeordnet sein. Die Ringnut 200 kann einen weitgehend „T”-förmigen Querschnitt aufweisen. Die Ringnut 200 kann durch ein Paar von Positionierhaken 210 der ersten Komponente definiert sein, die zwischeneinander einen Schlitz 220 bilden. Es können andere Arten von Konfigurationen und Komponenten der Dichtungsanordnung hierin verwendet werden.
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Jedes Dichtungssegment 150 kann ein erstes Ende 230 und ein zweites Ende 240 enthalten, wie dies in 3 veranschaulicht ist. Ein erstes Dichtungssegment 250 und ein zweites Dichtungssegment 260 können an einer Verbindung 270 aufeinandertreffen. Es kann eine beliebige Anzahl von Dichtungssegmenten 250 hierin verwendet werden. Das erste Ende 230 des ersten Dichtungssegmentes 250 kann mit dem zweiten Ende 240 des zweiten Dichtungssegmentes 260 an der Verbindung 270 ausgerichtet sein. (Das erste Ende 230 und das zweite Ende 240 der Dichtungssegmente 250 sind nur für die Zwecke der relativen Positionierung beschrieben. Es kann jedes Ende ein erstes Ende oder ein zweites Ende sein.)
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Wie in 3 veranschaulicht ist, kann das erste Ende 230 des ersten Dichtungssegmentes 250 eine erste geneigte Fläche bzw. Schrägfläche 280 enthalten, während das zweite Ende 240 des zweiten Dichtungssegmentes 260 eine zweite geneigte Fläche bzw. Schrägfläche 290 enthalten kann. Die erste geneigte Fläche 280 und die zweite geneigte Fläche 290 sind dazu bestimmt sich zu überdecken, um so die Verbindung 270 zwischen dem ersten Dichtungssegment 250 und dem zweiten Dichtungssegment 260 zu bilden. Die erste geneigte Fläche 280 kann ein aufnehmendes Element 285 sein, und die zweite geneigte Fläche 290 kann ein aufgenommenes Element 295 sein (oder umgekehrt).
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Ein Stoßspalt zwischen den Enden 230, 240 ermöglicht den Segmenten 250, 260, entlang der Verbindung 270 gegeneinander zu gleiten, ohne bogenartig gewölbt zu werden. Da die quer verlaufende Linie der Verbindung 270 an einer radialen Dichtstelle 300 beginnt, an der beide Segmente 250, 260 sich zu einem verbundenen Zahn zusammenfügen und mit einer Gegenfläche 122 in Eingriff stehen, und an einer axialen Dichtstelle 310 endet, an der beide Segmente 250, 260 mit einer anderen Gegenfläche 385 in Kontakt gelangen, ist das Stoßspaltvolumen zwischen den Enden 230, 240 folglich von einem stromabwärtigen Stoßspaltvolumen zwischen den Endelementen 285, 295 vollständig getrennt. Auf diese Weise ist der Zwischenraum zwischen den Segmentenden in zwei Volumina unterteilt, und es liegt keine offene Verbindung zwischen den beiden Volumina vor, so dass der Stoßspalt abgedichtet ist. Die geneigten Flächen 280, 290 können unterschiedliche Arten einander überlappender oder zueinander komplementärer Konfigurationen aufweisen, solange sie den Zwischenraum zwischen der radialen Dichtstelle 300 und der axialen Dichtstelle 310 abdecken. Die geneigten Flächen 280, 290 können beliebige komplementäre Winkel haben. In gleicher Weise können das aufnehmende Element 285 und das aufgenommene Element 295 eine beliebige komplementäre Gestalt, Tiefe oder andere Konfiguration aufweisen.
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Die hierin beschriebene Dichtungsanordnung 130 verhindert somit eine Spaltleckage sowohl in Radial- als auch in Axialrichtung. Bezeichnenderweise erfordert die Dichtungsanordnung 130 zur Verhinderung einer derartigen Leckage keine zusätzlichen Komponenten oder keine weitere Struktur. Vielmehr richtet sich die erste geneigte Fläche 280 des ersten Endes 230 des ersten Dichtungssegmentes 250 mit der zweiten geneigten Fläche 290 des zweiten Endes 240 des zweiten Dichtungssegmentes 260 aus, um eine im Wesentlichen leckagedichte oder leckagebeständige Verbindung 270 zu bilden. Die Dichtungsanordnung 130 kann somit die Leistung der gesamten Rotationsmaschine 100 verbessern, kann verhältnismäßig kostengünstig sein und kann leicht einzurichten und umzusetzen sein. Außerdem kann die Dichtungsanordnung 130 wenig laufende Wartung erfordern.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 320, wie sie hierin beschrieben sein kann. In dieser Ausführungsform kann die Dichtungsanordnung 320 ebenfalls eine Anzahl bogenförmiger Dichtungssegmente 330 mit einem ersten Dichtungssegment 340 und einem zweiten Dichtungssegment 350 enthalten. Jedes der Dichtungssegmente 340, 350 kann ein erstes Ende 360 und ein zweites Ende 370 aufweisen, wie sie vorstehend beschrieben sind und die an einer Verbindung 380 aufeinandertreffen. Eines der Enden 360, 370 kann eine Bürstendichtung 390 enthalten. Die Bürstendichtung 390 kann sich von einem der Enden 360, 370 aus erstrecken, entlang der Längserstreckung des Dichtungssegmentes 330 verlaufen und vor dem anderen Ende 360, 370 enden. Das Ende 370 an einem der benachbarten Segmente kann ferner einen mit einer Aussparung versehenen Abschnitt 400 enthalten, um ein in Umfangsrichtung geneigtes Bürstendichtungsende aufzunehmen, das über eine Segmentverbindungsfläche vorstehen kann. Es können andere Konfigurationen hierin verwendet werden.
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Es sollte offensichtlich sein, dass das Vorstehende lediglich bestimmte Ausführungsformen des vorliegenden Anmeldegegenstandes anbetrifft und dass zahlreiche Veränderungen und Modifikationen durch einen Fachmann auf dem Gebiet daran vorgenommen werden können, ohne von dem allgemeinen Wesen und Umfang der Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert, abzuweichen.
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Die vorliegende Anmeldung ergibt eine Dichtungsanordnung 130 für den Einsatz zwischen einer ersten Komponente 110 und einer zweiten Komponente 120 einer Rotationsmaschine 100. Die Dichtungsanordnung 130 kann ein erstes Dichtungssegment 250, das ein erstes Ende 230 mit einer ersten geneigten Fläche 280 aufweist, und ein zweites Dichtungssegment 260 enthalten, das ein zweites Ende 240 mit einer zweiten geneigten Fläche 290 aufweist. Die erste geneigte Fläche 280 des ersten Endes 230 des ersten Dichtungssegmentes 250 trifft auf die zweite geneigte Fläche 290 des zweiten Endes 240 des zweiten Dichtungssegmentes 260 an einer Verbindung 270, die sich von einer radialen Dichtstelle 300 zu einer axialen Dichtstelle 310 erstreckt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotationsmaschine
- 15
- Erste stationäre Komponente
- 20
- Zweite stationäre Komponente
- 22
- Gegenfläche
- 25
- Dichtungsanordnung
- 30
- Grenzstelle, Verbindungsstelle
- 35
- Hochdruckbereich
- 40
- Niederdruckbereich
- 45
- Dichtungssegmente
- 50
- Dichtungsfläche
- 52
- Seitendichtungsfläche
- 55
- Dichtungszähne
- 60
- Flansche
- 65
- Hals
- 70
- Nut
- 75
- Haken
- 80
- Schlitz
- 85
- Gegenfläche
- 100
- Rotationsmaschine
- 110
- Erste Komponente
- 120
- Zweite Komponente
- 130
- Dichtungsanordnung
- 140
- Grenzstelle, Verbindungsstelle
- 150
- Dichtungssegment
- 160
- Dichtungsfläche
- 170
- Dichtungszähne
- 180
- Flansche
- 190
- Hals
- 200
- Nut
- 210
- Haken
- 220
- Schlitz
- 230
- Erstes Ende
- 240
- Zweites Ende
- 250
- Erstes Dichtungssegment
- 260
- Zweites Dichtungssegment
- 270
- Verbindung
- 280
- Erste geneigte Fläche, erste Schrägfläche
- 285
- Aufnehmendes Element
- 290
- Zweite geneigte Fläche, zweite Schrägfläche
- 295
- Aufgenommenes Element
- 300
- Radiale Dichtstelle
- 310
- Axiale Dichtstelle
- 320
- Dichtungsanordnung
- 330
- Dichtungssegmente
- 340
- Erstes Dichtungssegment
- 350
- Zweites Dichtungssegment
- 360
- Erstes Ende
- 370
- Zweites Ende
- 380
- Verbindung
- 390
- Bürstendichtung
- 400
- Gekerbter Abschnitt
