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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer reduzierten Leckage, insbesondere an einem in Radialrichtung eines Gleitrings gelegenen Ringspalt.
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Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Im Betrieb kann dabei neben einer Leckage über einen Dichtspalt zwischen einem rotierenden und einem stationären Gleitring auch eine Leckage an radialen Ringspalten oder an einer Rückseite der Gleitringe auftreten. Hierbei wird üblicherweise ein metallischer Gleitringdichtungsträger verwendet, welcher den abzudichtenden Gleitring an der Rückseite kontaktiert und in Axialrichtung an einem äußeren Umfang übergreift, wie bspw. aus der
DE 10 2014 203 336 A1 bekannt. Bei dieser Druckschrift wird der rotierende Gleitring von einem derartigen, im Schnitt L-förmigen Gleitringträger übergriffen. Ein Faltenbalg stellt dabei eine axiale Beweglichkeit des rotierenden Gleitrings sicher, um ein Nachsetzen des Gleitrings bei einer Bewegung der Welle zu ermöglichen. Insbesondere bei Abdichtung von heißen gasförmigen Medien kann jedoch eine Leckage zwischen dem Gleitringträger und dem Gleitring über die Rückseite des Gleitrings auftreten oder eine Leckage an einem radialen Ringspalt am Außenumfang des rotierenden Gleitrings.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine verbesserte Abdichtung insbesondere an einem radialen Ringspalt eines Gleitrings einer Gleitringdichtung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht eine reduzierte Leckage an einer radialen Umfangsseite eines Gleitrings. Die Gleitringdichtungsanordnung umfasst dabei eine Gleitringdichtung mit einem stationären und rotierenden Gleitring, welche zwischen sich einen Dichtspalt definieren sowie einen stationären Drosselring. Der Drosselring ist an einem äußeren Umfang des rotierenden Gleitrings angeordnet derart, dass zwischen dem rotierenden Gleitring und dem Drosselring ein in Axialrichtung verlaufender Ringspalt vorhanden ist. Dabei ist der rotierende Gleitring aus einem Material hergestellt, welches härter ist als das Material des Drosselrings. Durch die Wahl des weicheren Materials für den Drosselring ist insbesondere eine genaue Montage des Drosselrings möglich, sodass der Ringspalt zwischen Drosselring und rotierendem Gleitring genau eingestellt werden kann und ein sehr kleines Radialmaß aufweist.
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Der Ringspalt zwischen Drosselring und rotierendem Gleitring ist vorzugsweise kleiner oder gleich 0,2 mm. Besonders bevorzugt liegt der Ringspalt in einem Bereich zwischen 0,08 mm bis 0,2 mm und insbesondere zwischen 0,05 mm bis 0,15 mm und beträgt insbesondere 0,1 mm.
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Der Ringspalt ist vorzugsweise ein Kohlering, welcher zu 100% aus Kohlenstoff besteht.
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Weiter bevorzugt steht der Drosselring in Axialrichtung der Gleitringdichtungsanordnung an einer Rückseite des rotierenden Gleitrings mit einem vorbestimmten Überstand über die Rückseite in Axialrichtung über. Der vorbestimmte Überstand ist vorzugsweise höchstens 0,15 mm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,05 bis 0,15 mm.
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Weiter bevorzugt weist der Drosselring in Axialrichtung eine Ausdehnung auf, welche länger ist als eine Ausdehnung des rotierenden Gleitrings in Axialrichtung. Besonders bevorzugt steht dabei der Drosselring zu beiden Axialseiten des rotierenden Gleitrings über. Vorzugsweise überdeckt der Drosselring den Dichtspalt zwischen den Gleitringen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Drosselring in eine Außenhülse der Gleitringdichtungsanordnung eingeschrumpft. Durch das Vorsehen der Schrumpfverbindung zwischen Außenhülse und Drosselring kann eine besonders genaue Positionierung des Drosselrings ermöglicht werden.
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Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner einen Wellendichtring mit einer ersten und zweiten Dichtlippe. Der Wellendichtring dichtet dabei mit den beiden Dichtlippen vorzugsweise an einem gemeinsamen Bauteil, insbesondere einer Wellenhülse, ab.
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Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtung ferner einen Gleitringträger, welcher den stationären Gleitring abstützt. Im Gleitringträger ist ferner bevorzugt ein Leckagekanal zum Abführen von Leckage vorgesehen. Der Leckagekanal führt vorzugsweise von einem Zwischenraum zwischen der Gleitringdichtung und dem Wellendichtring ab.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner ein Vorspannelement, welches eine axiale Vorspannung auf den stationären Gleitring ausübt. Das Vorspannelement ist vorzugsweise ein Faltenbalg, insbesondere ein Metallfaltenbalg. Der Faltenbalg ist bevorzugt mit einem Vorspannring, insbesondere mittels einer Schweißverbindung, verbunden, welcher eine Rückseite des stationären Gleitrings kontaktiert.
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Zwischen dem Vorspannring und dem stationären Gleitring ist besonders bevorzugt ein Kontaktbereich vorgesehen, welcher durch eine erste Kontaktfläche an einer Rückseite des stationären Gleitrings und eine zweite Kontaktfläche am Vorspannring bereitgestellt wird. Der stationäre Gleitring ist dabei bevorzugt aus einem Material hergestellt, welches eine kleinere Härte aufweist, als ein Material des Vorspannrings. Der stationäre Gleitring ist besonders bevorzugt ein Kohlering. Der Vorspannring ist vorzugsweise aus einem Metallmaterial hergestellt.
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Die erste und zweite Kontaktfläche sind weiter bevorzugt mittels Feinbearbeitungsverfahren bearbeitet und weisen eine kleine mittlere Rauheit, insbesondere im Bereich von 0,01 μm bis 0,5 μm, bevorzugt 0,1 μm bis 0,3 μm, und insbesondere 0,15 μm auf.
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Um eine hohe Flächenpressung im Kontaktbereich zwischen den beiden Kontaktflächen zu erreichen, ist vorzugsweise die erste Kontaktfläche kleiner als die zweite Kontaktfläche.
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Weiter bevorzugt ist die erste Kontaktfläche am stationären Gleitring an einem in Axialrichtung der Gleitringdichtungsanordnung vorstehenden Ringabsatz vorgesehen.
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Ferner ist bevorzugt ein erster mittlerer Durchmesser des Kontaktbereichs zwischen der ersten und zweiten Kontaktfläche gleich einem zweiten mittleren Durchmesser an den Gleitflächen der beiden Gleitringe. Ferner ist bevorzugt auch ein dritter mittlerer Durchmesser des Faltenbalgs kleiner als der erste mittlere Durchmesser des Kontaktbereichs. Hierdurch kann insbesondere erreicht werden, dass am Kontaktbereich eine hydraulische Belastung vorhanden ist und der Bereich zwischen den beiden Gleitflächen hydraulisch entlastet ist.
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Die Gleitringdichtungsanordnung wird besonders bevorzugt als Vorbaugruppe bereitgestellt, in welcher eine teilweise oder vollständige Vormontage möglich ist, sodass eine Montage an einem Einsatzort der Gleitringdichtungsanordnung dann deutlich erleichtert ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung,
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2 eine schematische, perspektivische Schnittansicht der Gleitringdichtungsanordnung von 1, und
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3 eine schematische, vergrößerte Darstellung der Gleitringdichtung der Gleitringdichtungsanordnung der 1 und 2.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Gleitringdichtung 2 mit einem ersten Gleitring 3 und einem zweiten Gleitring 4. In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Gleitring 3 der stationäre Gleitring und der zweite Gleitring 4 der rotierende Gleitring. Zwischen den beiden Gleitringen ist ein Dichtspalt 5 vorhanden, welcher durch die Gleitflächen der beiden Gleitringe 3, 4 begrenzt wird.
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Die Gleitringdichtung 2 dichtet dabei eine Medienseite 40 zu einer Seite, an welcher ein unterschiedliches Druckniveau, insbesondere Umgebungsdruck, herrscht, ab. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Abdichtung zu einem Lagerraum 21, welcher mit Öl gefüllt ist, um ein Lager 20 zu schmieren.
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Die Gleitringdichtungsanordnung 1 dieses Ausführungsbeispiels ist ferner als Vorbaugruppe ausgebildet, d. h. es ist eine, zumindest teilweise, Vormontage möglich, sodass ein späterer Einbau am Einsatzort erleichtert wird.
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Die Gleitringdichtungsanordnung 1 dichtet dabei an einer Welle 18, welche ein rotierendes Bauteil 19 antreibt, ab.
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Der zweite Gleitring 4 (rotierender Gleitring) ist an einer Wellenhülse 10, welche mit der Welle 18 verbunden ist, angeordnet. Die Gleitringdichtungsanordnung 1 ist dabei in einem Gehäusebauteil 31 eingebaut.
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Weiterhin ist eine Außenhülse 23 vorgesehen, welche eine einfache Handhabung der Vorbaugruppe ermöglicht.
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Ein Gleitringträger 13 hält dabei den ersten Gleitring 3 (stationären Gleitring). Der Gleitringträger 13 nimmt ferner ein Vorspannelement auf, welches als Faltenbalg 8, ausgebildet ist. Der Faltenbalg 8 übt eine Vorspannkraft F in Richtung des ersten Gleitrings 3 aus (vgl. 1).
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Der Faltenbalg 8 ist an einem Vorspannring 7 fixiert, vorzugsweise mittels einer Schweißverbindung. Ein entgegengesetztes Ende des Faltenbalgs 8 ist an einem Abstützring 17, welcher sich am Gleitringträger 13 abstützt, fixiert.
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Zwischen dem ersten Gleitring 3 und dem Vorspannring 7 ist ein Kontaktbereich 50 vorgesehen. Hierbei ist an einer Rückseite 6 des ersten Gleitrings 3 eine erste Kontaktfläche 11 vorgesehen und an einer zum ersten Gleitring gerichteten Seite des Vorspannrings 7 eine zweite Kontaktfläche 12 vorgesehen (vgl. 3).
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Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner zusätzlich noch einen Wellendichtring 9, welcher eine erste Dichtlippe 91 und eine zweite Dichtlippe 92 aufweist. Die beiden Dichtlippen 91, 92 dichten dabei an einem gleichen Bauteil ab, in diesem Ausführungsbeispiel an der Wellenhülse 10. Die erste Dichtlippe 91 dichtet dabei gegenüber einem von der Medienseite 40 über Spalte bis zum Wellendichtring 9 gelangten Medium ab und die zweite Dichtlippe 92 dichtet gegenüber dem im Lagerraum 21 befindlichen Öl ab. Der Wellendichtring 9 ist über ein Zwischenbauteil 90 an der Außenhülse 23 abgestützt.
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Im Gleitringträger 13 ist ferner noch ein Leckagekanal 30 vorgesehen, über welchen, wie in 1 durch den Pfeil L angedeutet, Leckage, welche in einen Zwischenraum 70 zwischen der Gleitringdichtung 2 und dem Wellendichtring 9 gelangen kann, abgeführt werden kann. Eine Leckage kann dabei von der Medienseite 40 über einen Medienspalt 22 zwischen dem rotierenden Bauteil 19 und dem Gehäusebauteil 31 über einen Ringspalt 15 und den Dichtspalt 5 zwischen den beiden Gleitringen 3, 4 zum Zwischenraum 70 gelangen.
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Der Ringspalt 15 ist dabei zwischen einem äußeren Umfang des zweiten Gleitrings 4 und einem Drosselring 14 vorgesehen. Der Drosselring 14 ist mittels einer Schrumpfverbindung 80 am inneren Umfang der Außenhülse 23 fixiert. Der Drosselring 14 ist dabei aus einem Material hergestellt, welches eine kleinere Harte als der zweite Gleitring aufweist. Der Drosselring 14 ist vorzugsweise als Kohlering vorgesehen.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, ist am Kontaktbereich 50 an der Rückseite 6 des ersten Gleitrings 3 und dem Vorspannring 7 ein möglichst enger Kontakt ohne Spalt zwischen dem ersten Gleitring 3 und dem Vorspannring 7 vorgesehen, um möglichst keine Leckage über diesen Weg in den Zwischenraum 70 zuzulassen. Hierzu sind die erste Kontaktfläche 11 und die zweite Kontaktfläche 12 mittels Feinbearbeitungsmaßnahmen bearbeitet. Dadurch ergibt sich eine sehr geringe Rautiefe der ersten Kontaktfläche 11 am ersten Gleitring 3 und der zweiten Kontaktfläche 12 am Vorspannring 7. Die Rauhtiefe beträgt an beiden Kontaktflächen ca. 0,15 μm.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, ist die erste Kontaktfläche 11 an einem Ringabsatz 60 an der Rückseite 6 des ersten Gleitrings 3 vorgesehen. Der Ringabsatz 60 ist dabei in Axialrichtung X-X der Gleitringdichtungsanordnung in Richtung zum Vorspannring 7 vorstehend ausgebildet.
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Ferner ist eine Fläche der ersten Kontaktfläche 11 deutlich kleiner als eine Fläche der zweiten Kontaktfläche 12. Dadurch kann die Vorspannung F des Faltenbalgs 8 auf eine kleine Ringfläche der ersten Kontaktfläche 11 ausgeübt werden, sodass eine hohe Flächenpressung im Kontaktbereich 50 erreicht wird.
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Der Vorspannring 7 ist ferner aus einem Material mit größerer Härte als ein Material des ersten Gleitrings 3 ausgebildet. Vorzugsweise ist der Gleitring 3 ein Kohlering, welcher zu 100% aus Kohlenstoff hergestellt ist, und der Vorspannring 7 ist ein Stahlring.
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Durch die unterschiedlichen Harten zwischen den beiden Kontaktpartnern wird eine Abdichtung in Verbindung mit der Vorspannkraft F, welche auf den Kontaktbereich 50 wirkt, noch vergrößert.
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Um ein Verkippen von Bauteilen der Gleitringdichtungsanordnung möglichst zu vermeiden, ist vorzugsweise der Kontaktbereich 50 auf einem ersten mittleren Durchmesser D1 angeordnet, welcher gleich einem zweiten mittleren Durchmesser D2 an den Gleitflächen der beiden Gleitringe 3, 4 ist. Ein dritter mittlerer Durchmesser D3 am Faltenbalg 8 ist dabei kleiner als der erste und zweite Durchmesser D1, D2. Die drei Durchmesser D1, D2 und D3 sind dabei schematisch in 3 eingezeichnet.
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Somit kann durch die verbesserte Abdichtung an der Rückseite 6 des ersten Gleitrings 3 eine reduzierte Leckage in den Zwischenraum 70 erreicht werden. Durch die unterschiedlichen Materialien zwischen dem ersten Gleitring 3 und dem Vorspannring 7 kann eine weiter verbesserte Abdichtung ermöglicht werden.
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Weiterhin kann durch das Vorsehen des Drosselrings 14 ein möglichst kleiner Ringspalt 15 am Außenumfang des zweiten Gleitrings 4 erhalten werden. Der Ringspalt 15 weist eine Breite von kleiner oder gleich 0,2 mm, insbesondere in einem Bereich von ca 0,08 mm bis 0,2 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 0,15 mm auf.
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Durch die Anordnung des Kontaktbereichs 50 auf dem ersten mittleren Durchmesser D1, welcher größer ist als der dritte mittlere Durchmesser D3 am Faltenbalg 8, ergibt sich eine hydraulische Belastung an der Rückseite 6 des ersten Gleitrings 3. Durch die Anordnung des Kontaktbereichs 50 auf dem gleichen ersten mittleren Durchmesser D1 wie der zweite mittlere Durchmesser D2 zwischen den Gleitringen 3, 4 ergibt sich jedoch eine hydraulische Entlastung an Dichtspalt 5.
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Der aus bspw. Kohle hergestellte erste Gleitring 3 kann dabei lose in den Gleitringträger 13 eingelegt werden und über einen geringen Radialspalt am Gleitringträger 13 zentriert werden.
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Das Vorsehen des weicheren Drosselrings 14, welcher ebenfalls aus Kohle hergestellt ist, verhindert ferner eine zu große Leckage über den Medienspalt 22 und den Ringspalt 15 zur Gleitringdichtung 2. Die im Betrieb immer vorhandene Leckage über den Dichtspalt 5 zwischen den beiden Gleitringen 3, 4 kann dabei minimiert werden und ggf. über den Leckagekanal 30 abgeführt werden.
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Die Gleitringdichtung 2 und der Wellendichtring 9 und das Vorspannelement 8 können gemeinsam in einer Vorbaugruppe angeordnet werden, sodass eine Montage der Gleitringdichtungsanordnung 1 erleichtert werden kann.
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Wie insbesondere aus 3 ersichtlich ist, steht der Drosselring 14 in Axialrichtung X-X um einen Überstand 16 über eine Rückseite 41 des zweiten Gleitrings 4 über. Dadurch wird verhindert, dass bei Wellenbewegungen und/oder Wellenauslenkungen ein Kontakt zwischen dem rotierenden Bauteil 19 und dem zweiten Gleitring 4 auftritt, sodass der zweite Gleitring 4 durch den Drosselring 14 vor derartigen Kontakten geschützt ist. Der Überstand 16 in Axialrichtung ist dabei kleiner oder gleich 0,15 mm und liegt insbesondere in einem Bereich zwischen 0,05 und 0,15 mm.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitringdichtungsanordnung
- 2
- Gleitringdichtung
- 3
- erster Gleitring (stationärer Gleitring)
- 4
- zweiter Gleitring (rotierender Gleitring)
- 5
- Dichtspalt
- 6
- Rückseite des ersten Gleitrings
- 7
- Vorspannring
- 8
- Vorspannelement (Faltenbalg)
- 9
- Wellendichtring
- 10
- Wellenhülse
- 11
- erste Kontaktfläche
- 12
- zweite Kontaktfläche
- 13
- Gleitringträger
- 14
- Drosselring
- 15
- Ringspalt
- 16
- Überstand
- 17
- Abstützring
- 18
- Welle
- 19
- rotierendes Bauteil
- 20
- Lager
- 21
- mit Öl gefüllter Lagerraum
- 22
- Medienspalt
- 23
- Außenhülse
- 30
- Leckagekanal
- 31
- Gehäusebauteil
- 40
- Medienseite
- 41
- Rückseite des zweiten Gleitrings
- 50
- Kontaktbereich
- 60
- Ringabsatz
- 70
- Zwischenraum
- 80
- Schrumpfverbindung
- 90
- Zwischenbauteil
- 91
- erste Dichtlippe
- 92
- zweite Dichtlippe
- L
- Leckageabfuhr
- F
- Vorspannung
- X-X
- Axialrichtung
- D1
- erster mittlerer Durchmesser am Kontaktbereich
- D2
- zweiter mittlerer Durchmesser der Gleitflächen
- D3
- dritter mittlerer Durchmesser des Faltenbalgs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014203336 A1 [0002]
