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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Ringspaltes zwischen einer um eine Wellenachse drehbaren Welle und einer die Welle umgebenden Tragstruktur. Derartige Dichtungsanordnungen finden sich beispielsweise bei Antrieben von Wasserfahrzeugen, etwa zwischen der drehbaren Propellerwelle und einer Propellergondel oder zwischen der drehbaren Propellerwelle und dem Schiffsrumpf. Auch die vertikal verlaufenden Antriebswellen eines Ruderpropellers werden mit derartigen Dichtungsanordnungen im Bereich des Durchgangs in den Schiffsrumpf abgedichtet.
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Eine derartige Dichtungsanordnung umfasst häufig einen im Ringspalt angeordneten Dichtungsträger, der sich auf seiner der Welle abgewandten Außenseite an der Tragstruktur abstützt und in Richtung auf die Welle mindestens eine an der Welle anliegende Ringdichtung aufweist und eine Einstellvorrichtung vorgesehen ist, mittels derer der Dichtungsträger axial in Bezug auf die Wellenachse verschiebbar ist.
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So ist es aus der
DE 2 028 427 A bekannt, bei einer derartigen Dichtungsanordnung eine erste Ringdichtung abdichtend auf der Wellenoberfläche aufzulegen und eine zweite, als Reservedichtung dienende Ringdichtung zunächst nicht auf der Wellenoberfläche aufzulegen. Die Reservedichtung kommt erst in dem Falle zum Einsatz, in dem die auf der Wellenoberfläche aufliegende erste Ringdichtung ihre Dichtwirkung zum Beispiel verschleißbedingt verliert. Durch Aktivierung der Einstellvorrichtung wird der Dichtungsträger mitsamt den darauf angeordneten Ringdichtungen axial in Bezug auf die Wellenachse verschoben, wodurch die Reservedichtung ebenfalls auf der Wellenoberfläche zur Anlage kommt und die Abdichtung übernimmt. Auf diese Weise können Serviceintervalle verlängert werden und eine aufwändige Reparatur zum Beispiel auf hoher See vermieden werden.
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Aus der
EP 2 993 123 B1 ist ebenfalls eine derartige Dichtungsanordnung bekannt, bei der der Dichtungsträger mitsamt den darauf befindlichen Ringdichtungen axial in Bezug auf die Wellenachse verschoben werden kann, um die auf der Wellenoberfläche aufliegenden Ringdichtungen aus einer sich verschleißbedingt ergebenden Dichtungslaufspur auf der Oberfläche der Welle herauszubewegen, etwa im Falle nachlassender Dichtwirkung.
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Aus der
US 6 098 990 A ist eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Ringspaltes zwischen einer se drehbaren Welle und einer Tragstruktur bekannt, die einen im Ringspalt angeordneten Dichtungsträger aufweist, welche über eine Einstellvorrichtung axial in Bezug auf die Wellenachse verschiebbar ist.
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Die
CH 475 498 A offenbart eine Einstellvorrichtung mit stromlinienförmig um die Wellenachse verlaufenden Führungsnuten, in die Stifte eingreifen.
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Nachteilig bei den bekannten Ausführungsformen ist es jedoch, dass die Einstellvorrichtung erst nach aufwändigen Demontagearbeiten sowie dem Lösen einer Vielzahl von Befestigungsschrauben betätigt werden kann und zum Teil das vorübergehende Entfernen der Befestigungsschrauben und das Neupositionieren von Bauteilen erfordert, was einer schnellen und einfachen Betätigung zum Beispiel bei festgestellter Undichtigkeit der Dichtungsanordnung entgegensteht und verbesserungswürdig erscheint.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die auf besonders einfache und schnelle Weise eine Verlagerung des Dichtungsträgers mitsamt den darauf angeordneten Ringdichtungen ohne Demontage und erneute Montage von Bauteilen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Ausgestaltung einer Dichtungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung schlägt vor, dass die Einstellvorrichtung schraubenlinienförmig um die Wellenachse verlaufende Führungsnuten und in die Führungsnuten eingreifende Stifte umfasst, die zwischen der Tragstruktur und dem Dichtungsträger in Wirkverbindung treten, um den Dichtungsträger um die Wellenachse drehbar zu lagern und bei einer Drehung axial in Bezug auf die Wellenachse zu verschieben.
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Erfindungsgemäß wird demnach vorgesehen, über eine Drehbewegung des Dichtungsträgers um die Wellenachse zugleich die gewünschte axiale Verschiebung desselben zu überlagern und die gewünschte relative Verschiebung der Dichtungspartner herbeizuführen.
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Eine solche Drehbewegung des Dichtungsträgers kann beispielsweise von außen über einen Hebel auf einfachste Weise initiiert werden. Es müssen keine Bauteile der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gelöst oder gar demontiert werden, wodurch der Montage- und Zeitaufwand beispielsweise zur Aktivierung einer Reservedichtung erheblich und gegen Null laufend reduziert wird. Eine solche relative Verschiebung der Dichtungspartner kann erfindungsgemäß sogar an schwer bis gar nicht zugänglichen Stellen erfolgen, bei Bedarf sogar über eine sichtkontaktlose Fernbetätigung mittels eines geeigneten Antriebs.
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Eine erfindungsgemäß vorgesehene demontagefreie axiale Verschiebung des Dichtungsträgers durch Drehung desselben ist überdies reversibel und ermöglicht zum Beispiel auch die Rücknahme einer unnötigen oder voreilig erfolgten Aktivierung einer Reservedichtung.
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Nach einem Vorschlag der Erfindung sind die Führungsnuten im Bereich der Außenseite des Dichtungsträgers in diesen eingebracht und die Stifte sind in der Tragstruktur in Richtung auf den Dichtungsträger vorstehend gehaltert, was montagetechnisch besonders einfach zu bewerkstelligen ist. Es ist jedoch gleichermaßen auch die umgekehrte Anordnung denkbar, d. h. die Führungsnuten können auch in der Tragstruktur im Bereich der den Dichtungsträger umgebenden Innenwandung angeordnet sein und der Dichtungsträger selbst weist über seine Außenoberfläche vorstehende Stifte auf, die in die Führungsnuten eingreifen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Dichtungsträger mindestens zwei Ringdichtungen und ist ausgehend von einer ersten Endposition axial verschiebbar.
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Mindestens eine erste dieser Ringdichtungen liegt in der ersten Endposition abdichtend an der Welle an, wohingegen zugleich auch mindestens eine weitere Ringdichtung vorhanden ist, die in der ersten Endposition noch nicht abdichtend an der Welle anliegt. Diese noch nicht abdichtend anliegende mindestens eine weitere Ringdichtung stellt eine Reservedichtung dar und wird erst durch die axiale Verschiebung des Dichtungsträgers abdichten auf der Oberfläche der Welle zur Anlage gebracht, etwa, wenn die Dichtwirkung der mindestens einen ersten Ringdichtung in der ersten Endposition des Dichtungsträgers nicht mehr vollständig vorhanden ist.
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Die Anlage bzw. Nichtanlage der Ringdichtungen an der Oberfläche der Welle in der ersten Endposition kann beispielsweise durch eine entsprechende Gestaltung der Durchmesserbereiche der Welle gesteuert werden, die bei der Herstellung derselben zum Beispiel durch Eindrehen einer gewünschten Kontur erzeugt werden kann. So kann die Welle in dem axialen Abschnitt, welcher in der ersten Endposition des Dichtungsträgers der nicht anliegenden Reservedichtung zugewandt ist, einen geringeren Durchmesser als der Durchmesser in dem der anliegenden Ringdichtung zugewandten Abschnitt aufweist. Alternativ kann die Welle jedoch auch durchgängig zylindrisch ausgeführt sein und es wird eine entsprechend konturierte Buchse zur Durchmessererhöhung aufgebracht, auf der die abdichtende Ringdichtung zur Anlage kommt. Durch eine solche Buchse wird eine die Welle schwächende Kerbwirkung vermieden und überdies ein Verschleißschutzteil auf die Wellenoberfläche aufgebracht, welches mit den Ringdichtungen in Kontakt steht und im Verschleißfalle ausgetauscht werden kann, ohne dass die Welle an sich verworfen oder überarbeitet werden müsste.
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Alternativ kann der Dichtungsträger auch mindestens zwei Ringdichtungen umfassen, die unabhängig von der axialen Verschiebung des Dichtungsträgers an der Welle gemeinsam bzw. gleichzeitig anliegen und insoweit einander in der Abdichtungswirkung ergänzen. Durch eine axiale Verschiebung des Dichtungsträgers werden diese gemeinsamen Eingriff stehenden Ringdichtungen insoweit lediglich aus ihrer eingelaufenen Dichtungslaufspur heraus verlagert, was jedoch zum Aufrechterhalten der Dichtungswirkung gleichermaßen ausreichend sein kann.
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Um die axiale Verschiebung des Dichtungsträgers zu initiieren, weist dieser einen Bedienhebel zum Angriff einer die Drehung um Wellenachse hervorrufenden Kraft auf. Hierbei kann es sich sowohl um einen handbetätigten Bedienhebel als auch um einen Bedienhebel handeln, der mittels eines geeigneten Verstellantriebes, beispielsweise eines Hydraulikzylinders oder dergleichen betätigt wird.
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Weiterhin kann der Dichtungsträger eine lösbare Verriegelungseinrichtung aufweisen, mittels derer eine nicht gewollte Betätigung und Drehung um die Wellenachse im Sinne einer Lagesicherung verhindert werden kann.
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Schließlich kann zwischen der Tragstruktur und dem Dichtungsträger eine umlaufende Abdichtung angeordnet sein, sodass die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung auch höchste Anforderungen an die Abdichtung gegenüber ein- oder austretenden Medien erfüllt.
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Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung in der Seitenansicht;
- 2 die Aufsicht auf die Dichtungsanordnung gemäß 1;
- 3 in perspektivischer Darstellung einen Dichtungsträger gemäß der Erfindung.
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Aus den 1 und 2 ist eine Dichtungsanordnung 1 in ihren wesentlichen Bauteilen ersichtlich, die beispielsweise zur Abdichtung einer sich vertikal erstreckenden Antriebswelle 2 eines Ruderpropellers im Bereich des Durchgangs durch den Schiffsrumpf verwendet werden kann.
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Die Welle 2 ist um ihre Achse W drehbar und ist innerhalb einer vorzugsweise zylindrischen Durchtrittsöffnung geführt, die von einer feststehenden Tragstruktur 3 des Schiffes umgrenzt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Tragstruktur 3 mehrere Bauteile, von denen zwei in der 1 ersichtlich und mit Bezugszeichen 3a, 3b gekennzeichnet sind. Diese Teile 3a, 3b der Tragstruktur sind mit Schrauben 3c miteinander verschraubt. Infolge der Anordnung der drehbaren Welle 2 innerhalb der zylindrischen Durchtrittsöffnung der Tragstruktur 3 wird ein Ringspalt 4 zwischen Tragstruktur 3 und Welle 2 definiert, der gegen den Durchtritt von Medien abgedichtet werden muss. Beispielsweise muss in der Darstellung gemäß 1 der Ringspalt 4 gegen den vertikal von unten nach oben erfolgenden Durchtritt von Schmierstoffen gegen Luft abgedichtet werden.
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Zu diesem Zweck wird die nachfolgend in näheren Einzelheiten beschriebene Dichtungsanordnung 1 zwischen der Tragstruktur 3 und der Welle 2 angeordnet. Sofern, was ebenso möglich ist, eine Abdichtung auch gegen eine weitere Flüssigkeit, z.B. Wasser vorgesehen werden soll, wird ggf. eine weitere mit umgekehrter Dichtrichtung versehene Dichtungsanordnung vorgesehen.
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Die Dichtungsanordnung 1 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Dichtungsträger 10, der so dimensioniert ist, dass er sich mit seiner zylindrischen Außenoberfläche 11 an der ebenfalls zylindrischen Innenoberfläche 30 der Tragstruktur 3 abstützt, d. h. die Außenoberfläche 11 liegt an der Innenoberfläche 30 an. Eine in eine Nut 31 eingebrachte Dichtung, beispielsweise ein O-Ring, dichtet diese Trennfuge zwischen der Tragstruktur 3 und dem Dichtungsträger 10 ab.
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Auf seiner Innenseite 12 trägt der Dichtungsträger 10 zwei im Wesentlichen gleich aufgebaute Ringdichtungen 13, 14, die über einen innenseitig vorstehenden Trennsteg 15 voneinander abgeteilt sind. Die Ringdichtung 13 umfasst einen Befestigungswinkel 131, mit welchem sie am Dichtungsträger 10 befestigt ist sowie eine am freien Schenkel des Befestigungswinkels 131 vorstehende Dichtlippe 130, die zur Abdichtung des Ringspaltes 4 auf der drehenden Welle 2 aufliegt.
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Die Welle 2 verfügt zu diesem Zweck über eine auf den zylindrischen Querschnitt aufgeschobene Buchse 6, welche in dem der Ringdichtung 13 zugewandten Bereich den Durchmesser der Welle 2 soweit vergrößert, dass es zur Anlage an der Dichtlippe 130 kommt. Die Buchse 6 kann beispielsweise aufgeschrumpft sein.
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Alternativ könnte die Welle 2 in dem der Ringdichtung 13 zugewandten Bereich auch mit einem entsprechend vergrößerten Durchmesser ausgeführt sein, sodass die Buchse 6 entfallen kann.
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Des Weiteren ist die Kontur der Buchse 6 so gestaltet, dass in der dargestellten Anordnung gemäß 1 die weitere Ringdichtung 14, welche vorzugsweise identisch zur Ringdichtung 13 ausgebildet ist, mit ihrer entsprechenden Dichtlippe nicht auf der Buchse 6 zur Anlage kommt und insoweit keine Abdichtungsfunktion für den Ringspalt 4 bietet. Sie dient vielmehr als Reservedichtung.
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Sollte beispielsweise verschleißbedingt die Dichtwirkung der Ringdichtung 13 verloren gehen, wird der Dichtungsträger 10 mittels einer nachfolgend näher beschriebenen Einstellvorrichtung axial in Bezug auf die Wellenachse W verschoben, was in 1 durch den vertikal nach oben und parallel zur Wellenachse W verlaufenden Pfeil H angedeutet ist.
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Durch einen ausreichend großen Verschiebeweg in Pfeilrichtung H gelangt die Reservedichtung 14 mit ihrer Dichtlippe ebenfalls auf der zylindrischen Oberfläche 60 der Buchse 6 zur Anlage und dichtet den Ringspalt 4 ab. Gleichzeitig wird die Ringdichtung 13 um ein entsprechendes Maß in Pfeilrichtung H verlagert und verlässt ihre Dichtungslaufspur auf der zylindrischen Oberfläche 60 der Buchse 6, sodass dann wieder eine zuverlässige Abdichtung des Ringspaltes 4 gegeben ist. Um das Auflaufen der Reservedichtung 14 auf die zylindrische Oberfläche 60 der Buchse 6 zu erleichtern, ist diese in ihrem unteren, der Reservedichtung 14 zugewandten Bereich 61 konisch ansteigend ausgeführt.
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Es ist von daher möglich, bei nachlassender Dichtwirkung durch axiale Verschiebung des Dichtungsträgers 10 in Pfeilrichtung H um ein gewisses Längenmaß schnell und einfach eine zuverlässige Abdichtung wiederherzustellen.
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Die Bewegung des Dichtungsträgers 10 mitsamt der daran befestigten Ringdichtungen 13,14 in Pfeilrichtung H wird durch eine Einstellvorrichtung bewirkt, die ein System aus Führungsnuten 16 und darin eingreifenden Stiften 30 umfasst.
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Wie beispielsweise aus der Darstellung gemäß 3 ersichtlich, weist der Dichtungsträger 10 im Bereich seiner der Tragstruktur 3 zugewandten Außenoberfläche 11 mehrere, gleichmäßig über den Umfang verteilte Führungsnuten 16 auf, die mit einer dem gewünschten Verschiebeweg in Pfeilrichtung H entsprechenden Steigung schraubenlinienförmig um die Wellenachse W umlaufen.
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Das dem Dichtungsträger 10 benachbarte innere Teil 3a der Tragstruktur 3 weist dementsprechend mehrere in entsprechenden Aufnahmebohrungen 33 eingeführte und nach außen hin durch Verschlussschrauben 34 gesicherte Stifte 32 auf, die radial nach innen über die zylindrische Innenoberfläche 30 des Teils 3a vorstehen und in die jeweiligen Führungsnuten 16 des Dichtungsträgers 10 eingreifen. Der Dichtungsträger 10 weist dazu an einem Endbereich der Führungsnuten 16 vertikal nach unten offene Einführkanäle 160 auf, sodass der Dichtungsträger 10 mit seiner Unterseite 17 voran entgegen der Pfeilrichtung H in die Durchtrittsöffnung innerhalb der Tragstruktur 3 eingesetzt werden kann, bis er auf den Stiften 32 innerhalb der Führungsnuten 16 gelagert ist.
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Sodann ist es möglich, den solchermaßen in der Durchtrittsöffnung gehalterten Dichtungsträger 10 um die Wellenachse W zu verdrehen, wobei die aus der 3 strichliert dargestellten Stifte 32 aus der zunächst eingenommenen Ausgangslage E2 gemäß Pfeil S innerhalb der Führungsnut sechzehn zu einer ersten Endposition E ablaufen, wodurch der Dichtungsträger 10 nach Maßgabe der Steigung der Führungsnuten 16 entgegen Pfeil H in Bezug auf die Tragstruktur 3 absinkt. Sobald sich die Stifte 32 in der Endposition E befinden, ist eine Ausrichtung gemäß 1 erreicht, bei der lediglich die Ringdichtung 13 abdichtend an der Buchse 6 anliegt, was gewissermaßen den Auslieferungszustand der Dichtungsanordnung 1 darstellt.
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Alternativ oder zusätzlich könnten die Einführkanäle 160 auch zu der ersten Endposition E der Führungsnuten 16 führen, so dass der Auslieferungszustand unmittelbar erreicht ist.
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Um in der vorangehend bereits erläuterten Weise bei Verlust der Dichtwirkung auch die Reservedichtung 14 in Funktion zu bringen, wird der Dichtungsträger 10 im Einbauzustand gemäß 1 durch Kraftangriff an einem oberseitig mittels Schrauben 50 befestigten Bedienhebel 5 in Pfeilrichtung D verschwenkt, wodurch die Stifte 32 in entgegengesetzter Richtung entgegen Pfeil S aus der Endposition E in die aus der 3 ersichtliche Position E2 verlagert werden, wodurch sich der Dichtungsträger 10 infolge seiner Rotation um die Wellenachse W in Pfeilrichtung H um das gewünschte Maß nach oben anhebt und dabei auch die Reservedichtung 14 auf der zylindrischen Oberfläche 60 der Buchse 6 zur Anlage kommt.
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Wesentliches Merkmal dieser Einstellvorrichtung ist es, dass die vorangehend erläuterte axiale Bewegung des Dichtungsträger 10 und der daran befestigten Ringdichtungen 13,14 in Bezug auf die Wellenachse W ohne Demontage oder sonstige Bauteilmanipulationen durch simples verdrehen des Betätigungshebels 5 erfolgt, sodass eine solche Bewegung ohne Maschinenstopp im laufenden Betrieb binnen kürzester Zeit und auf einfachste Weise erfolgen kann.
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Die auf den Bedienhebel 5 einwirkende Kraft zum Verdrehen in Pfeilrichtung D kann beispielsweise von Hand aufgebracht werden, sofern die Dichtungsanordnung 1 entsprechend zugänglich ist. Es ist außerdem möglich, einen fernsteuerbaren Antrieb am Bedienhebel 5 angreifen zu lassen, beispielsweise einen Hydraulikzylinder, sodass die Dichtungsanordnung 1 auch an schwer bis gar nicht zugänglichen Stellen eingebaut und betätigt werden kann.
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Zusätzlich kann der Bedienhebel 5 mit einer lösbaren Verriegelungseinrichtung ausgestattet werden, um eine unbefugte bzw. ungewollte Betätigung des Bedienhebels 5 zu verhindern. Ferner kann eine ungewollte oder beispielsweise zu früh erfolgte Betätigung des Bedienhebels 5 auch mit der gleichen Einfachheit und Schnelligkeit wieder zurückgeführt werden.
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Anstelle der in den Zeichnungen erläuterten zwei Endpositionen E, E2 können selbstverständlich auch mehrere weitere Zwischenpositionen vorgesehen werden und es ist auch möglich, mehr als die dargestellten 2 Ringdichtungen 13,14 vorzusehen und/oder mehrere oder auch alle dieser Ringdichtungen stets gleichzeitig abdichtend auf der Oberfläche 60 der Buchse 6 auffliegen zu lassen, sodass sie bei einer axialen Verlagerung des Dichtungsträgers 10 lediglich eine neue Dichtungslaufspur aufsuchen. Auch dies kann zur Wiederherstellung der Dichtwirkung bereits ausreichend sein.
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Die vorangehend erläuterte Erfindung ist ferner nicht auf den erläuterten Anwendungsbereich bei Schiffsantrieben beschränkt, sondern kann auch für eine Vielzahl weiterer Abdichtungsanwendungen eingesetzt werden.
