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Die Erfindung betrifft einen Störfilter für eine Gleitringdichtung und ein Dichtungssystem.
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Ein mit Flüssigkeit gefülltes System, das statische und rotierende Bauteile aufweist, kann über eine sogenannte Gleitringdichtung zur Umgebung abgedichtet werden. Falls innerhalb des Systems in der Flüssigkeit Gas eingeschlossen ist, besteht die Gefahr, dass sich an der Gleitringdichtung Gasblasen sammeln und die Gleitringdichtung trocken legen.
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Die Druckschrift
US 4 390 351 A beschreibt einen Flüssigkeitsabscheider zum Trennen einer Flüssigkeit von Gas unter Nutzung der Zentrifugalkraft.
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Eine Wellendichtung für eine Pumpe ist aus der Druckschrift
JP H 02275090 A bekannt.
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Eine Ölaufbereitungsvorrichtung mit einem Blasenabscheider ist aus der Druckschrift
DE 10 2015 211 885 A1 bekannt.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, Dichteigenschaften einer Gleitringdichtung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird mit einem Störfilter und einem Dichtungssystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen des Störfilters und des Dichtungssystems gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Der erfindungsgemäße Störfilter ist für eine Gleitringdichtung vorgesehen, wobei die Gleitringdichtung zwei Dichtringe aufweist, die in Bezug auf eine gemeinsame Rotationsachse der Dichtringe bzw. entlang einer Achse für eine Welle, die von den Dichtringen umschlossen wird, axial nebeneinander angeordnet sind, wobei zwischen den zwei Dichtringen ein Dichtspalt angeordnet ist. Der Störfilter ist dazu ausgebildet, den Dichtspalt möglichst nah zwischen den beiden Dichtringen bspw. berührungslos zu umschließen.
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Der Störfilter weist einen üblicherweise elastisch verformbaren Körper auf, der mit Öffnungen, bspw. mit und/oder von Poren, durchsetzt ist. Der Körper des Störfilters ist in Ausgestaltung saugfähig und dazu ausgebildet, eine Flüssigkeit sowie ein darin befindliches Gas aufzunehmen, wobei die Flüssigkeit und das Gas innerhalb der Poren gesammelt werden, wobei das Gas in den Poren des Störfilters gebunden wird.
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Dabei ist es möglich, dass der Störfilter zumindest teilweise, ggf. vollständig als Schwamm ausgebildet ist, der Poren aufweist, bzw. dass dessen Körper eine schwammartige Struktur aufweist, die Poren zur Aufnahme des Gases umschließt und/oder aufweist.
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Alternativ oder ergänzend ist der Störfilter zumindest teilweise, ggf. vollständig als üblicherweise dreidimensionales Gitter oder Netz bzw. als Gitterstruktur bzw. Netzstruktur mit einem dreidimensionalen gitter- bzw. netzartigen Körper ausgebildet, wobei der Körper mit den Öffnungen, bspw. Poren, durchsetzt ist. Dabei ist es möglich, dass die je nach Definition dreidimensionale Gitterstruktur bzw. Netzstruktur eine Vielzahl in sich miteinander verwobener Gitter bzw. Netze aufweist, die gemeinsam die Poren zur Aufnahme des Gases bilden und/oder umschließen.
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Der Störfilter bzw. dessen Körper ist zumindest teilweise, ggf. vollständig aus Metall und/oder zumindest teilweise, ggf. vollständig aus Kunststoff gebildet.
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Das erfindungsgemäße Dichtungssystem weist eine Gleitringdichtung mit zwei Dichtringen und eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Störfilters auf.
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Die Gleitringdichtung des Dichtungssystems weist einen stehenden und einen rotierenden bzw. drehbaren Dichtring auf, wobei der Störfilter an dem stehenden Dichtring befestigbar bzw. zu befestigen ist. Dagegen ist der Störfilter von dem rotierenden Dichtring getrennt und relativ zu diesem drehbar. Es ist möglich, dass das Dichtungssystem ein stehendes Gehäuse aufweist, wobei der Störfilter alternativ oder ergänzend an dem stehenden Gehäuse zu befestigen bzw. befestigbar ist. Das Dichtungssystem ist dazu ausgebildet, eine drehbare Welle zu umschließen, wobei ein drehbarer Dichtring der Gleitringdichtung, der von dem stehenden Dichtring und dem Störfilter getrennt ist, mit der Welle um eine Achse der Welle relativ zu dem stehenden Dichtring, dem Störfilter und dem Gehäuse drehbar ist.
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Alternativ ist es denkbar, dass der Störfilter an dem drehbaren bzw. rotierenden Dichtring befestigt und mit diesem relativ zu dem stehenden Dichtring drehbar ist. In diesem Fall weist das Dichtungssystem ein rotierendes Gehäuse auf, wobei der Störfilter alternativ oder ergänzend an dem rotierenden Gehäuse zu befestigen bzw. befestigbar ist. Das Dichtungssystem ist dazu ausgebildet, eine stehende Welle zu umschließen, wobei ein stehender Dichtring der Gleitringdichtung von dem rotierenden Dichtring und dem Störfilter getrennt ist. Der rotierende Störfilter, das rotierende Gehäuse und der rotierenden Dichtring, die miteinander verbunden sind, sind relativ zu der stehenden Welle und dem stehenden Dichtring um eine Achse der Welle drehbar.
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Das Dichtungssystem ist dazu ausgebildet, die Welle, die als Komponente einer Maschine ausgebildet ist, zu umschließen.
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Hierbei ist es möglich, dass der Störfilter zumindest teilweise in dem Dichtspalt zwischen den Dichtringen anordenbar bzw. anzuordnen sowie dazu ausgebildet ist, den Dichtspalt mit seinem mit Poren durchsetzten Körper zumindest teilweise auszufüllen. Dabei weist der Störfilter zu einer Dichtfläche des Dichtspalts einen minimalen Abstand auf und umschließt den Dichtspalt berührungslos. Der Störfilter ist lediglich mit einem der beiden Dichtringe verbunden und/oder daran befestigt. Dabei ist vorgesehen, dass der Störfilter mit diesem Dichtring zumindest außerhalb des Dichtspalts verbunden ist. Es ist denkbar, dass der Störfilter von dem Dichtring, mit dem er verbunden ist, innerhalb eines Abschnitts des Dichtspalts, der von dem Dichtring begrenzt ist, beabstandet ist und somit keinen der beiden Dichtringe innerhalb des Dichtspalts berührt. Es ist alternativ denkbar, dass der Störfilter den Dichtring, mit dem er verbunden ist, auch innerhalb des Dichtspalts berührt und bspw. auch innerhalb des Dichtspalts mit diesem Dichtring verbunden, jedoch von dem anderen Dichtring innerhalb und außerhalb des Dichtspalts beabstandet und/oder getrennt ist.
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Bei einem Betrieb des Dichtungssystems wird um den Dichtspalt der Gleitringdichtung herum die Flüssigkeit angesammelt, wobei der Störfilter dazu ausgebildet ist, die Flüssigkeit und die darin befindlichen Luftblasen aufzunehmen und zumindest den Dichtspalt zwischen den Dichtringen durchgehend mit der Flüssigkeit zu benetzen und eine Bildung von Luftblasen innerhalb des Dichtspalts zu verhindern.
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Der Störfilter, die Gleitringdichtung und/oder das Dichtungssystem ist bzw. sind für eine Welle bzw. einen Rotor einer bspw. als Elektromaschine ausgebildeten Maschine ausgebildet. Dabei ist innerhalb der Welle eine Innenkühlung und somit eine Welleninnenkühlung bzw. Rotorinnenkühlung angeordnet und/oder vorgesehen, wobei die Innenkühlung über die Flüssigkeit, bspw. Wasser, realisierbar ist, das sich bspw. innerhalb mindestens eines Kanals, der von der Welle umschlossen ist, befindet. Eine derartige Welle der Maschine umfasst und/oder umschließt eine Flüssigkeitslanze, die den mindestens einen Kanal zur Aufnahme der Flüssigkeit aufweist und/oder bildet. Der Störfilter, bspw. ein Störgitter und/oder ein Störschwamm, ist im Bereich der Gleitringdichtung für die Welle der Maschine einsetzbar. Falls als Flüssigkeit Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und einem Alkohol, bspw. Glykol, verwendet wird, ist die Flüssigkeitslanze als Wasserlanze ausgebildet und/oder zu bezeichnen.
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In Ausgestaltung ist der Störfilter bzw. dessen Poren aufweisender Körper rotationssymmetrisch ausgebildet und umschließt zumindest den Dichtspalt der Gleitringdichtung koaxial. Dabei weist der Körper des Störfilters bspw. einen ringförmigen, hohlzylinderförmigen und/oder torusförmigen ersten Abschnitt auf, der den Dichtspalt zwischen den beiden Dichtringen umschließt. Weiterhin ist es möglich, dass der Körper des Störfilters einen zweiten Abschnitt aufweist, der mit dem ersten Abschnitt verbunden und von dem ersten Abschnitt koaxial umschlossen ist. Dieser zweite Abschnitt ist zumindest teilweise, ggf. vollständig in dem Dichtspalt angeordnet und/oder füllt den Dichtspalt zumindest teilweise, ggf. vollständig aus. Es ist auch möglich, dass der zweite Abschnitt des Störfilters innerhalb des Dichtspalts von jenem Dichtring, von dem er getrennt ist, und ggf. auch von jenem Dichtring, mit dem der Störfilter lediglich außerhalb des Dichtspalts verbunden ist, getrennt und/oder beabstandet ist.
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Der Störfilter ist in Form eines Gitters und/oder eines Schwamms ausgebildet, was bspw. bedeutet, dass eine Struktur des Störfilters bzw. des Körpers des Störfilters zumindest teilweise, ggf. vollständig schwammartig und/oder gitterartig ausgebildet ist. Sofern der Störfilter je nach Definition als Gitter bzw. Gitterstruktur ausgebildet ist, bedeutet dies, dass diese dreidimensionale Gitterstruktur eine Vielzahl zweidimensionaler Gitter aufweist, die sich gegenseitig umschließen und/oder miteinander verwoben sind.
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Dieser Störfilter ist auf und/oder an dem stehenden bzw. nicht-drehenden Dichtring der Gleitringdichtung oder an einem angrenzenden stehenden bzw. nicht-drehenden Bauteil des Dichtungssystems montiert und bindet und/oder löst Luftblasen aus der Flüssigkeit. Der Störfilter ist aus Kunststoff oder Metall hergestellt und umfasst einen dreidimensionalen Körper, der um die Gleitringdichtung herum anordenbar und dazu ausgebildet ist, die Gleitringdichtung zumindest teilweise, bspw. den Dichtspalt der Gleitringdichtung, zu umschließen. Je nach Definition ist der Störfilter als dreidimensionales Gitternetz ausgebildet und/oder zu bezeichnen. Es ist möglich, dass Luft und somit Luftblasen in den Poren des Körpers des Störfilters gebunden werden. Mit dem Störfilter wird u. a. vermieden, dass sich in dem Dichtspalt der Gleitringdichtung Luftblasen bilden, wodurch ein Trockenlauf und weiterhin eine Beschädigung der Gleitringdichtung vermieden werden.
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In der Regel ist die Flüssigkeitslanze, bspw. Wasserlanze, für die als Kühlmittel ausgebildete Flüssigkeit, bspw. Wasser, innerhalb der Welle der bspw. als Elektromaschine ausgebildeten Maschine angeordnet. Die Welle ist von der Gleitringdichtung und dem Dichtungssystem umschlossen. Dabei ist es möglich, dass das Dichtungssystem ein Gehäuse aufweist, das einen Flüssigkeitsraum, bspw. einen Wasserraum, umschließt, der wiederum die Gleitringdichtung und die Welle umschließt. In dem Flüssigkeitsraum ist weiterhin der Störfilter angeordnet, der zumindest den Dichtspalt der Gleitringdichtung umschließt. In dem Flüssigkeitsraum kann es bedingt durch Druckunterschiede in der Flüssigkeit zu einer Ansammlung von Luftblasen kommen. Diese Luftblasen werden nun in den und/oder von den Poren des Störfilters gebunden und von der Gleitringdichtung ferngehalten. Dies ist auch dann möglich, wenn die zum Kühlen vorgesehene Flüssigkeit in dem Dichtspalt bzw. mit mindestens einer der Dichtkammern der Gleitringdichtung mit einem rotierenden Dichtring mitrotieren sollte.
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Das Dichtungssystem, das in Ausgestaltung als Teil eines Kühlsystems der Welle ausgebildet ist, wobei das Kühlsystem u. a. den Flüssigkeitsraum und die Flüssigkeitslanze umfasst, wird vor einer Inbetriebnahme entlüftet. Dennoch verbleibt ein gewisses Restvolumen an Luft in dem Kühlsystem vorhanden. Physikalisch bedingt sammelt sich diese restliche Luft in der Flüssigkeit in Form von Luftblasen im Bereich eines geringsten Drucks. Die Flüssigkeit kreist um die Achse der Welle, wobei der Druck der Flüssigkeit in radialer Richtung nach innen abnimmt. Ein Bereich des geringsten Drucks ist in einem Bereich einer Dichtfläche der beiden Dichtringe der Gleitringdichtung und somit in dem dazwischen befindlichen Dichtspalt. Da zumindest der zweite Abschnitt des Körpers des Störfilters zumindest teilweise in dem Dichtspalt angeordnet ist, wird ein Auftreten der Luftblasen an der Dichtfläche und/oder ein Drehen der Luftblasen um die Dichtfläche des Dichtspalts vermieden. Somit wird bzw. werden zumindest die Dichtfläche und/oder der Dichtspalt zwischen den Dichtringen der Gleitringdichtung mit einem bspw. durchgehenden ununterbrochenen Film der Flüssigkeit benetzt, wodurch ein Trockenlauf und somit eine Beschädigung der Gleitringdichtung aufgrund von Überhitzung der Gleitringdichtung vermieden wird.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtungssystems, das eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Störfilters aufweist.
- 2 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtungssystems, das eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Störfilters aufweist.
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Die in 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsform des Dichtungssystem 10 ist für eine um eine Achse 12 drehbare Welle 14 einer Maschine vorgesehen. Das Dichtungssystem 10 umfasst als Komponenten ein Gehäuse 16, das einen Flüssigkeitsraum 18 des Dichtungssystems 10 zumindest teilweise umschließt und/oder begrenzt, eine Gleitringdichtung 20, die wiederum einen ersten Dichtring 22 und einen zweiten Dichtring 24 aufweist, sowie die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Störfilters 26, wobei sämtliche genannten Komponenten die Welle 14 und die Achse 12 bzw. eine gemeinsame Rotationsachse der Dichtringe 22, 24 koaxial umschließen.
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Bei der Gleitringdichtung 20 ist der erste Dichtring 22 als stehender Dichtring 22 ausgebildet, wohingegen der zweite Dichtring 24 als rotierender Dichtring 24 ausgebildet ist, der mit der Welle 14 verbunden und/oder an dieser befestigt ist sowie sich bei einer Drehung der Welle 14 um die Achse 12 mit der Welle 14 mitdreht und sich somit auch zu dem ersten stehenden Dichtring 22 und dem Gehäuse 26 dreht.
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Weiterhin umschließt die Welle 14 eine Flüssigkeitslanze zur Aufnahme einer Flüssigkeit zum Kühlen der Welle. Falls als Flüssigkeit Wasser verwendet wird, wird die Flüssigkeitslanze auch als Wasserlanze bezeichnet. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass sich die Flüssigkeit auch in dem Flüssigkeitsraum 18 befindet. In Ausgestaltung sind die Flüssigkeitslanze und der Flüssigkeitsraum 18 als Komponenten eines Kühlsystems für die Welle 14 ausgebildet, wobei die Flüssigkeit als Kühlmedium verwendet wird.
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Zwischen den beiden Dichtringen 22, 24 der Gleitringdichtung 20 befindet sich ein Dichtspalt 28 mit einer Dichtfläche. Der Störfilter 26 weist hier einen je nach Definition schwammartigen und/oder gitterstrukturartigen Körper auf, der eine Vielzahl von Poren umschließt. Dabei ist dieser Störfilter 26 bzw. dessen Körper rotationssymmetrisch ausgebildet und umschließt zumindest den Dichtspalt 28 der Gleitringdichtung 20 koaxial. Der Störfilter 26 ist hier an mindestens einem stehenden Bauteil des Dichtungssystems 10, d. h. an dem Gehäuse 16 und/oder dem ersten stehenden Dichtring 22, angeordnet und somit mit diesem mindestens einen stehenden Bauteil verbunden und/oder daran befestigt. Somit sind die Welle 14 und der zweite Dichtring 24 relativ zu dem Störfilter 26 drehbar.
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Der Körper des Störfilters 26 umfasst einen ersten Abschnitt, der hier ringförmig ausgebildet ist und den Dichtspalt 28 sowie mindestens einen Teil des ersten stehenden Dichtrings 22 umschließt. Ein mit dem ersten Abschnitt verbundener zweiter Abschnitt des Körpers des Störfilters 26 ragt in den Dichtspalt 28 zwischen den Dichtringen 22, 24 hinein und füllt den Dichtspalt 28 zumindest teilweise, annähernd vollständig aus. Dabei weist eine Außenwand des zweiten Abschnitts eine Form einer Dichtfläche des Dichtspalts 28 auf und ist zumindest abschnittsweise zu der Dichtfläche gegenstückig ausgebildet.
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Es ist möglich, dass sich in dem Flüssigkeitsraum 18 neben der Flüssigkeit auch Gas, in der Regel Luft befindet, das dazu neigen kann, Luftblasen zu bilden. Diese Luftblasen werden nunmehr in den Poren des Störfilters 26 gebunden und von der Dichtfläche des Dichtspalts 28 ferngehalten. Somit wird der Dichtspalt 28 von der Flüssigkeit vollständig, ohne darin eingeschlossene Luftblasen benetzt, wobei in dem Dichtspalt 28 bzw. auf dessen Dichtfläche ein durchgehender Film aus der Flüssigkeit gebildet wird. Hierdurch wird die Gleitringdichtung 20 vor einem Trockenlauf geschützt.
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Die in 2 schematisch dargestellte zweite Ausführungsform des Dichtungssystem 110 ist für eine stehende Welle 114 einer Maschine vorgesehen. Das Dichtungssystem 110 umfasst als Komponenten ein Gehäuse 116, das einen Flüssigkeitsraum 118 des Dichtungssystems 110 zumindest teilweise umschließt und/oder begrenzt, eine Gleitringdichtung 120, die wiederum einen ersten Dichtring 122 und einen zweiten Dichtring 124 aufweist, sowie die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Störfilters 126, wobei sämtliche genannten Komponenten die Welle 114 und deren Achse 112 koaxial umschließen.
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Bei der Gleitringdichtung 120 ist der erste Dichtring 122 als rotierender Dichtring 122 ausgebildet, wohingegen der zweite Dichtring 124 als stehender Dichtring 124 ausgebildet ist, der mit der stehenden Welle 114 verbunden und/oder an dieser befestigt ist. Bei einem Betrieb des Dichtungssystems 110 drehen sich der erste Dichtring 122 und das Gehäuse 116 relativ zu der Welle 114 und dem zweiten Dichtring 124 um die Achse 112.
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Zwischen den beiden Dichtringen 122, 124 der Gleitringdichtung 120 befindet sich ein Dichtspalt 128 mit einer Dichtfläche. Der Störfilter 126 weist hier einen je nach Definition schwammartigen und/oder gitterstrukturartigen Körper auf, der eine Vielzahl von Poren umschließt. Dabei ist dieser Störfilter 126 bzw. dessen Körper rotationssymmetrisch ausgebildet und umschließt zumindest den Dichtspalt 128 der Gleitringdichtung 120 koaxial. Der Störfilter 126 ist hier an mindestens einem rotierenden Bauteil des Dichtungssystems 110, d. h. an dem Gehäuse 116 und/oder dem ersten rotierenden Dichtring 122, angeordnet und somit mit diesem mindestens einen rotierenden Bauteil verbunden und/oder daran befestigt. Somit ist der Störfilter 126 relativ zu dem zweiten Dichtring 124 und der Welle 114 drehbar.
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Der Körper des Störfilters 126 umfasst einen ersten Abschnitt, der hier ringförmig ausgebildet ist und den Dichtspalt 128 sowie mindestens einen Teil des ersten rotierenden Dichtrings 122 umschließt. Ein mit dem ersten Abschnitt verbundener zweiter Abschnitt des Körpers des Störfilters 126 ragt in den Dichtspalt 128 zwischen den Dichtringen 122, 124 hinein und füllt den Dichtspalt 128 zumindest teilweise, annähernd vollständig aus. Dabei berührt der zweite Abschnitt des Störfilters 126 in dem Dichtspalt 128 lediglich den ersten Dichtring 122, mit dem der Störfilter 126 außerhalb des Dichtspalts 128 verbunden ist. Von dem zweiten Dichtring 124 ist der Störfilter 126 sowohl innerhalb als auch außerhalb des Dichtspalts 128 beabstandet. In einer Variante des Dichtungssystems 110 ist es möglich, dass der Störfilter 126 innerhalb des Dichtspalts 128 von beiden Dichtringen 122, 124 beabstandet bzw. getrennt ist und den Dichtspalt 128 bzw. dessen Außenwand bzw. Dichtfläche nicht berührt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4390351 A [0003]
- JP H02275090 A [0004]
- DE 102015211885 A1 [0005]
