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Die Erfindung betrifft eine Wellenlagerung mit Wellendichtung, insbesondere für Wasserpumpen in Kraftfahrzeugen.
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Derartige Wellenlager werden zumeist im Pumpengehäuse von Wasserpumpen bei Kraftfahrzeugen angeordnet, wobei zwischen einer zentralen Welle und einem einstückigen Außenlaufring zumeist die Wälzkörper (z. B. ein zweireihiges Kugel- oder Rollenlager bzw. Kombinationen bestehend aus Kugellager und Rollenlager), in zwei Reihen so angeordnet werden, dass die „Laufnuten” in der Welle so voneinander beabstandet angeordnet sind, dass deren Abstände den jeweils funktionell zugeordneten Laufringnuten im äußeren Laufringteil entsprechen.
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Zur beabstandeten Führung der Wälzelemente sind diese, wie bei Wälzlagern üblich, in Käfigen angeordnet. Beidseitig der Wälzkörper sind, wie bei Wälzlagern mit Fettschmierung allgemein üblich, Dichtscheiben angeordnet, welche den Austritt des Schmierfettes aus dem Wälzlager unterbinden sollen. In der
DE 44 36 879 B4 , der
DE 601 30 871 T2 , wie aber auch in der
DE 195 08 404 A1 werden derartige Lösungen vorbeschrieben. Sowohl in der Bauform nach der
DE 44 36 879 B4 , der Bauform nach der
DE 601 30 871 T2 , wie auch in der Bauform nach der
DE 195 08 404 A1 ist, im eingebauten Zustand, laufradseitig, d. h. zwischen dem Wellenlager und dem Pumpenlaufrad, eine Gleitringdichtung angeordnet. In der Bauform nach der
DE 44 36 879 B4 ist diese Gleitringdichtung in einem Abstand vom Wälzlager im Pumpengehäuse so angeordnet, dass im Pumpengehäuse, im Bereich zwischen der Gleitringdichtung und dem Wälzlager, nach außen führende Durchlassbohrung angeordnet sind, die ein Entweichen von Wasser oder Wasserdampf, welches die Gleitringdichtung passiert, nach außen gewährleisten. Gemäß der Bauform nach der
DE 601 30 871 T2 ist ein Dichtungsring zwischen dem Wälzlager und der Gleitringdichtung angeordnet, welcher einen Kern aufweist, der an einem Ende des äußeren Laufringes des Wälzlagers, in einem Schulterabschnitt befestigt ist, wobei dieser Kern eine derartige Querschnittsform aufweist, dass dessen mittlerer Abschnitt zu einer im wesentlichen U-förmigen Gestalt gekrümmt ist, wodurch sich der Kern entlang der Scheibe eines auf der Welle neben der Gleitringdichtung angeordneten, mit der Welle umlaufenden Schleuderringes erstreckt. Alle vorgenannten Bauformen zeichnen sich dadurch aus, dass ein Gleitring mittels einer Druckfeder an einen Gegenring angedrückt wird und mit einer balgartigen Sekundärdichtung abdichtet. Dabei wird der Gegenring gegenüber dem Gehäuse durch einen weiteren separaten Dichtring, welcher jeweils in einem separaten Presssitz separat im Gehäuse neben dem Außenlaufring montiert ist, abgedichtet.
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Derartige Bauformen erfordern neben der Vielzahl der einzeln zu montierenden Bauteile sowohl in der Herstellung wie auch in der Montage einen hohen Logistikaufwand, bei gleichzeitig hohem Fertigungsaufwand um insbesondere geometrische Gehäuseabweichungen (verursacht beispielsweise durch Rauhigkeit, Unrundheit, ...) zu vermeiden und so einerseits den Festsitz der Bauteile und anderseits den zentrischen Lauf der Wasserpumpenwelle zur Dichtung (zwei jeweils separate Presssitze) zu gewährleisten. Da der Gegenring stets separat gegenüber dem Grundkörper abgedichtet ist, kann zudem die Wärmeableitung der Reibungswärme der Gleitringdichtung an das Gehäuse nur sehr schlecht gewährleistet werden. Das bei Gleitringdichtungen in Verbindung mit „Druckstößen” und Schwingungsbelastungen auftretende „Abheben und Verkanten” der Gleitflächen bewirkt, dass mit den vg. Lösungen nur bedingt eine auch im Langzeiteinsatz zuverlässige Flüssigkeitsabdichtung gewährleistbar ist. Dabei können bei Gleitringdichtungen zudem Verunreinigungen in den Dichtspalt gelangen, welche dann eine zuverlässige, leckagefreie Flüssigkeitsabdichtung sehr stark beeinträchtigen. Weitere Nachteile resultieren aus der sehr kostenintensiven Herstellung einer Vielzahl von Einzeiteilen, wie auch der damit verbundenen kostenintensiven Montage, wobei zudem eine Montage des Wellenlagers von der Dichtungsseite her bei diesen Bauformen nicht möglich ist. Ein ähnliches Wellenlager, mit einer kostengünstiger aufgebauten Gleitringdichtung, bei welcher der Gegenring direkt am Außenlaufring des Wellenlagers befestigt ist, und so dadurch eine günstigere Wärmeübertragung der Reibungswärme von der Gleitringdichtung in das Gehäuse gewährleistet, wird in der
DE 22 38 309 A vorgestellt. Doch da auch bei dieser Lösung am wasserseitigen Ende des Wälzlagers die Gleitringdichtung die Abdichtfunktion übernehmen soll, besteht wie bereits zuvor, in Verbindung mit den vorgenannten Schutzrechten des Standes der Technik erläutert, auch bei dieser Lösung die Gefahr, dass durch den Dichtspalt hindurchtretendes Wasser oder Wasserdampf in das Wälzlager eindringt und dort Schäden verursacht. Zur Verbesserung der Lagerabdichtung wurde in der
DE 33 24 468 A1 vorgeschlagen, am wasserseitigen Ende, vor einer relativ „einfach” aufgebauten Gleitringdichtung (ohne Verdrehsicherung), in einer außenrandseitigen Ringnut in der Außenhülse der Wellenlagerung, zusätzlich eine Lippendichtung (Doppellippenring) vor einer geschlossenen Außenhülse anzuordnen. Mit dieser Lösung ist ein zuverlässiger Langzeiteinsatz nicht zu gewährleisten, da keine Kühlung der Gleitflächen erfolgt, wodurch die Zuverlässigkeit des Gleitlagers stark beeinträchtigt wird, darüber hinaus kann einmal in die Wellenlagerung eingedrungenes Leckwasser sich weder „sammeln”, noch kann es wieder aus der Wellenlagerung ablaufen. Daneben erfordert auch diese Lösung wiederum einen hohen Fertigungsaufwand. Zusammenfassend ist festzustellen, dass keine der vorgenannten Lösungen den Anforderungen der modernen Wasserpumpen mit hohen Laufzeiten und extremen Einsatzfällen gerecht wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenlagerung mit Wellendichtung, insbesondere für Wasserpumpen in Kraftfahrzeugen zu schaffen, welche den Anforderungen der modernen Wasserpumpen mit hohen Laufzeiten und extremen Einsatzfällen gerecht wird, sowohl bei hohen wie auch niedrigen Temperaturen über einen langen Betriebszeitraum die Abdichtung zuverlässig gewährleistet, die Wärmeentwicklung, wie auch die Reibleistung im Dichtbereich deutlich reduziert, den Platzbedarf (Einbauraum Wellenlagerung mit Wellendichtung) im Wasserzuströmbereich (Saugraum) wesentlich reduziert, d. h. minimiert, und dabei gleichzeitig die Möglichkeit des Eindringens von Verunreinigungen in die Dichtung selbst unter extremen Einsatzbedingungen mit den daraus resultierenden Leckagen deutlich reduziert, gleichzeitig den Fertigungs- und Montageaufwand minimiert, und zudem die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Gesamtbaugruppe selbst nach sehr langen Laufzeiten auch unter extremen Einsatzbedingungen deutlich erhöht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Wellenlagerung mit Wellendichtung, insbesondere für Wasserpumpen in Kraftfahrzeugen nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruches der Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung mit zwei Darstellungen zu Bauformen der erfindungsgemäßen Lösung.
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Die Darstellungen zeigen dabei in der
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1: eine der möglichen Bauformen der erfindungsgemäßen Wellenlagerung mit Wellendichtung im Schnitt in der Seitenansicht, mit direkt im Außenlaufring 1 angeordneten Bauteilen der Spezialradialwellendichtung 7 und mit einer Laufhülse 20;
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2: eine weitere mögliche Bauformen der erfindungsgemäßen Wellenlagerung mit Wellendichtung in der Seitenansicht im Schnitt mit im Außenlaufring 1 angeordneten Dichtungsgehäusetopf 17 in dem die Bauteilen der Spezialradialwellendichtung 7 angeordnet sind (in einer Bauform ohne Laufhülse).
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Die 1 zeigt eine der möglichen Bauformen der erfindungsgemäßen Wellenlagerungen mit Wellendichtung, insbesondere für Wasserpumpen in Kraftfahrzeugen, im Schnitt in der Seitenansicht mit direkt im Außenlaufring 1 angeordneten Bauteilen der Spezialradialwellendichtung 7 mit Laufhülse 20. In der 2 ist eine weitere der möglichen Bauformen der erfindungsgemäßen Wellenlagerung mit Wellendichtung im Schnitt in der Seitenansicht dargestellt. Bei der in der 2 dargestellten Lösung ist im Außenlaufring 1 ein Dichtungsgehäusetopf 17 eingepresst, in welchem die Bauteile einer Spezialradialwellendichtung 7 angeordnet sind.
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Die erfindungsgemäße Wellenlagerung mit Wellendichtung, insbesondere für Wasserpumpen in Kraftfahrzeugen weist einen Außenlaufring 1 und eine zentrisch in diesem angeordnete Welle 2, mit zwischen dem Außenlaufring 1 und der Welle 2 angeordneten Wälzkörpern 3, die zwischen einander zugeordneten Laufnuten 4, die im Außenlaufring 1 und in der Welle 2 angeordnet sind, umlaufen, wobei die Wälzkörper 3 unter Fettschmierung in Käfigen 5 beabstandet geführt werden, und beidseitig der Wälzkörper 3, wie bei fettgeschmierten Wälzlagern üblich, Wellendichtungen 6 angeordnet sind. Neben der wasserseitig den Wälzkörpern 3 benachbarten Wellendichtung 6 ist erfindungsgemäß innerhalb des Außenlaufringes 1 eine Spezialradialwellendichtung 7 angeordnet. Kennzeichnend für diese erfindungsgemäß innerhalb des Außenlaufringes 1 angeordnete Spezialradialwellendichtung 7 ist, dass diese aus einer, der wasserseitigen Wellendichtung 6 beabstandet angeordneten, im Außenlaufring 1 fixierten, stabilen Rückwand 8, einer wasserseitig dieser Rückwand 8 benachbarten Sekundärlippendichtung 9, einem dieser Sekundärlippendichtung 9 benachbarten, im Außenlaufring 1 fest lagefixierten Stützkörper 10 und einer diesem Stützkörper 10 wasserseitig, d. h. druckseitig, benachbart angeordneten, sowohl gegenüber dem Stützkörper 10 wie auch gegenüber dem Außenlaufring 1 lagefixierten, Primärlippendichtung 11 besteht. Die zwischen der Rückwand 8 und dem Stützkörper 10 gegenüber dem Außenlaufring 1 lagefixierte Sekundärlippendichtung 9 gewährleistet in Verbindung mit der ebenfalls am Stützkörper 10 gegenüber dem Außenlaufring 1 lagefixierten Sekundärlippendichtung 9 eine hohe axiale Dichtwirkung, wie auch gleichzeitig hohe radiale Dichtwirkung mit sehr exakter Lagepositionierung selbst unter sehr extremen Beanspruchungen. Reibtechnisch vorteilhaft ist, wenn die dem Stützkörper 10 benachbarten Freiräume im Endmontagezustand mit Fett gefüllt sind. Erfindungswesentlich ist auch, dass im Außenlaufring 1 zwischen der wasserseitigen Wellendichtung 6 der Wälzlagerung und der von dieser beabstandet angeordneten Rückwand 8 der Spezialradialwellendichtung 7, d. h. im Leckageraum 12, Leckageöffnungen 13 angeordnet sind, so dass bei sehr extremen Beanspruchungen eventuell doch in den Leckageraum 12 eintretendes Kühlmittel ungehindert austreten bzw. verdampfen kann. Erfindungsgemäß befindet sich im Leckageraum 12 ein Wellenabsatz 14. Dies ermöglicht einerseits eine optimale Montage der den Leckageraum 12 axial begrenzenden Baugruppen. Kennzeichnend ist dabei auch, dass die im Außenlaufring 1 fest fixierte, wasserseitig den Wälzkörpern 3 benachbarte Wellendichtung 6 ein Radialwellendichtring ist, der mit einer speziellen, mit Presspassung im Arbeitsbereich der zugeordneten Wellendichtung 6 lagerseitig dem Wellenabsatz 14 benachbart auf der Welle 2 angeordneten Schleuderkragenlaufhülse 15 in Wirkverbindung tritt, welche leckageraumseitig einen Schleuderkragen 16 aufweist. Dieser neben dem Wellenabsatz 14 angeordnete Schleuderkragen 16 bewirkt, dass eventuell doch in den Leckageraum 12 eingetretenes Kühlmittel über den Wellenabsatz 14 und den Schleuderkragen 16 in Richtung der Leckageöffnungen 13 geschleudert wird, wobei die auf der Schleuderkragenlaufhülse 15 laufende, außen im Außenlaufring 1 fest fixierte Radialwellendichtung zuverlässig den Lagerbereich mit der Fettfüllung vom Leckageraum abdichtet, so dass selbst unter sehr extremen Beanspruchungen kein Kühlmittel in den Lagerbereich eindringen kann.
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Durch den konsequenten Verzicht des Einsatzes von Axialgleitringdichtungen, werden nicht nur deren fertigungs- und montageintensive Baugruppen eingespart, sondern gerade der Wegfall der Axialgleitringdichtung führt durch den Wegfall der damit verbundenen gleitringcharakteristischen axial aneinander gepressten Dichtflächen, neben einer Einsparung von Bauraum, zu einer sehr deutlichen Robustheitssteigerung, so dass es bei Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung nicht mehr zum Abheben der Gleitflächen bei Versatz, und bei Druckstößen nicht mehr zu Schwingungen und Schiefstellungen der Gleitflächen u. ä. kommen kann. Selbst Axialtoleranzen, aber auch Axialschwingungen des Lagersystems, können durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung problemlos ausgeglichen werden, so dass die bei Axialgleitringdichtungen aus den Axialschwingungen des Lagersystems resultierenden Leckagen bei Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung nicht mehr auftreten. Die hier vorgestellte Lösung ist daher selbst für sehr extreme Einsatzfälle hervorragend geeignet. Zudem tritt gegenüber den Gleitringdichtungen, auf Grund der sehr schmalen Dichtkanten der Primär- und Sekundärdichtlippen, nur sehr geringer Verschleiß auf, wodurch eine deutliche Erhöhung der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer dieser Bauform gegenüber den Bauformen mit Axialgleitringdichtungen erzielt werden kann. Doch nicht nur im Einsatz, sondern auch bei der Montage, ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung gegenüber der im Stand der Technik üblichen separaten Montage der Wellenlagerung und der Axialgleitringdichtungen in jeweils separaten Gehäusesitzen eine wesentlich einfachere und zudem verkantungsfreie Montage. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht auch darin, das bei Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung sowohl während des Transportes, der Lagerung, des Handlings wie auch der Montage der erfindungsgemäßen „Wellenlagerung mit Wellendichtung”, des erfindungsgemäßen „Kompaktlagers”, keine Verschmutzungen und/oder Beschädigungen der Dichtungsbaugruppen mehr auftreten können. Durch das erfindungsgemäße Vermeiden des Einsatzes von Axialgleitringdichtungen wird zudem auch die Reibleistung im Dichtbereich deutlich reduziert, dadurch zudem die antriebsseitigen Verlustleistungen der Kühlmittelpumpe gesenkt und gleichzeitig die Wärmeentwicklung am Dichtspalt deutlich reduziert, so dass sowohl bei hohen wie auch niedrigen Temperaturen eine optimale, reibungsverlustarme Abdichtung bei deutlicher Erhöhung der Laufzeiten im Dauerbetrieb zuverlässig gewährleistet werden kann. Neben den bereits erläuterten Vorteilen der erfindungsgemäßen Lösung führt der Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung zu einer Optimierung des Einbauraumes mit einer deutlichen Reduzierung des Platzbedarfs für den Einbau von Wellenlagerungen mit Wellendichtung im Saugraum der Kühlmittelpumpe. Während der Fertigung ist die erfindungsgemäße Wellenlagerung mit Wellendichtung, das erfindungsgemäße „Kompaktlager”, zudem entsprechend der vorgegebenen Druckbereiche und Drehzahlen mit den entsprechenden Wälzlagern vormontierbar, und ermöglicht so eine optimale Auslegung für den jeweiligen Einsatzfall bei minimierten Fertigungs- und Montageaufwand. Gleichzeitig wird der technologische Aufwand bei der Bearbeitung der Gehäuse reduziert und die betriebliche Vorratshaltung vereinfacht. Vorteilhaft, insbesondere zur Vereinfachung der Montage ist, wenn zur Lagefixierung der Einzelteile der Spezialradialwellendichtung 7 diese, wie in Verbindung mit 1 beschrieben und in der 2 dargestellt, in einem Dichtungsgehäusetopf 17 angeordnet sind, wobei dieser dann zusammen mit der kompletten Spezialradialwellendichtung 7 wasserseitig (d. h. pumpendruckseitig) mit Presspassung in den abzudichtenden Außenlaufring 1 bis vor die Leckageöffnungen 13 eingepresst wird und dabei den Leckageraum 12 (pumpen-)druckseitig abdichtet.
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Der Dichtungsgehäusetopf 17 in dem mit Presspassung der Stützkörper 10 eingepresst ist, bildet mit seinem kreisringscheibenförmigen Bodenteil gleichzeitig die Rückwand 8. Ein Merkmal der Erfindung ist auch, dass die Sekundärdichtlippen 18 der Sekundärlippendichtung 9, wie auch die Primärdichtlippen 19 der Primärlippendichtung 11 direkt an der Welle 2 anliegen. Da im Auslieferungszustand der erfindungsgemäßen Lösung die Sekundärdichtlippen 18 wie auch die Primärdichtlippen 19 bereits vollständig an der Welle anliegen, können vorteilhafter Weise die „Zwischenräume” zwischen diesen im Auslieferungszustand bereits mit einer Fettfüllung versehen sein, die einerseits die Dicht- und Laufeigenschaften verbessert und gleichzeitig den Verschleiß minimiert. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass die Sekundärdichtlippen 18 der Sekundärlippendichtung 9 wie auch die Primärdichtlippen 19 der Primärlippendichtung 11 an einer Laufhülse 20 anliegen, welche mit Presspassung wasserseitig/druckseitig auf die abzudichtende Welle 2 „aufgeschoben” ist. Auch in dieser Bauform ist es vorteilhaft, wenn die Zwischenräume zwischen den Sekundärdichtlippen 18 und den Primärdichtlippen 19 im Auslieferungszustand mit einer Fettfüllung versehen sind, um dadurch die Dicht- und Laufeigenschaften der gesamten erfindungsgemäßen Wellenlagerung mit Wellendichtung zu verbessern und gleichzeitig den Verschleiß zu minimieren. Vorteilhaft ist auch, wenn am Außenmantel des Außenlaufringes 1 im Bereich der Spezialradialwellendichtung 7 eine Flüssigdichtung 21 angeordnet ist, die gegenüber dem Pumpengehäuse eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass im Endmontagezustand die Leckageöffnungen 13 im Lagergehäuse einer Ringnut gegenüberliegen, in welche mindestens eine Leckage-/Dampfaustrittsbohrung mündet. Dadurch wird eine zuverlässige Ableitung selbst der geringfügigsten Leckagen gewährleistet, so dass auch nach extrem langen Laufzeiten unter extremsten Einsatzbedingungen kein Wasser oder Wasserdampf in den Lagerbereich der erfindungsgemäßen Anordnung eintreten kann. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Wellenlagerung mit Wellendichtung führt zudem sowohl in der Herstellung wie auch in der Montage zu wesentlichen Kosteneinsparungen. So kann die Dichtheitsprüfung am Kompletterzeugnis „Wasserpumpe” entfallen, da bei Einsatz des erfindungsgemäßen „Kompaktlagers”, d. h. der erfindungsgemäßen Wellenlagerung mit Wellendichtung, nun die „Wasserdichtheit” wesentlich kostengünstiger und zudem automatisierbar am „Kompaktlager” geprüft werden kann. Gleichzeitig werden mittels der erfindungsgemäßen Lösung auch eine Vielzahl von Montageproblemen, wie beispielsweise mögliche Beschädigungen der Dichtung die beim separaten Einbau der Dichtungen ins Pumpengehäuse auftreten können, ausgeschlossen/beseitigt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber einem separaten Dichtungssitz im Gehäuse besteht darin, dass die Mittellinie der Bohrung, der Aufnahmesitz der Radialdichtung, und die Wellenmittenachse identisch sind, so dass durch die erfindungsgemäße Lösung ein Mittenversatz bzw. evtl. Schräglauf der einzelnen miteinander in Wirkverbindung tretenden Bauteile vermieden wird. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es gelungen eine Wellenlagerung mit Wellendichtung insbesondere für Wasserpumpen in Kraftfahrzeugen, in der Bauform eines erfindungsgemäßen „Kompaktlagers”, zu schaffen, welche den Anforderungen der modernen Wasserpumpen mit hohen Laufzeiten und extremen Einsatzfällen gerecht wird, und die sowohl bei hohen wie auch niedrigen Temperaturen über einen langen Betriebszeitraum die Abdichtung zuverlässig gewährleistet, die Wärmeentwicklung, wie auch die Reibleistung im Dichtbereich deutlich reduziert, den Platzbedarf (Einbauraum Wellenlagerung mit Wellendichtung) im Wasserzuströmbereich (Saugraum) wesentlich reduziert, d. h. minimiert, und dabei gleichzeitig die Möglichkeit des Eindringens von Verunreinigungen in die Dichtung mit den daraus resultierenden Leckagen selbst nach sehr langen Laufzeiten unter extremen Einsatzbedingungen deutlich reduziert, und dabei gleichzeitig den Fertigungs- und Montageaufwand minimiert, und zudem die Zuverlässigkeit wie auch die Lebensdauer der Gesamtbaugruppe selbst unter extremen Einsatzbedingungen deutlich erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Außenlaufring
- 2
- Welle
- 3
- Wälzkörper
- 4
- Laufnut
- 5
- Käfig
- 6
- Wellendichtung
- 7
- Spezialradialwellendichtung
- 8
- Rückwand
- 9
- Sekundärlippendichtung
- 10
- Stützkörper
- 11
- Primärlippendichtung
- 12
- Leckageraum
- 13
- Leckageöffnung
- 14
- Wellenabsatz
- 15
- Schleuderkragenlaufhülse
- 16
- Schleuderkragen
- 17
- Dichtungsgehäusetopf
- 18
- Sekundärdichtlippe
- 19
- Primärdichtlippe
- 20
- Laufhülse
- 21
- Flüssigdichtung
