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Die Erfindung betrifft eine Schwimmringdichtung zur Abdichtung an einem rotierenden Bauteil, insbesondere einer rotierenden Welle, mit signifikant reduziertem Gewicht und vereinfachter Arretierung gegen ein Mitdrehen der Schwimmringdichtung mit dem rotierenden Bauteil.
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Schwimmringdichtungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Schwimmringdichtungen werden beispielsweise zur Abdichtung von Pumpenwellen bei Pumpen mit hohen Drehzahlen eingesetzt. Hierbei sind Schwimmringdichtungen schwimmend auf der Welle angeordnet und können insbesondere bei Radialauslenkungen der Welle einer entsprechenden Radialauslenkung folgen. Ein Problemkreis bei Schwimmringdichtungen ist hierbei der ständig vorhandene Spalt zwischen der Schwimmringdichtung und dem rotierenden Bauteil, über welchen eine relativ hohe Leckage auftritt. Von daher werden üblicherweise mehrere Schwimmringdichtungen in Reihe nacheinander angeordnet. Dies führt jedoch zu einem erheblichen baulichen Aufwand und insbesondere einem in Axialrichtung des abzudichtenden Bauteils notwendigen großen Bauraum, wodurch sich eine Gesamtbaulänge der Pumpe oder dgl. vergrößert, was derartige Pumpenhersteller möglichst vermeiden wollen. Ein weiteres Problem bei Schwimmringdichtungen kann darin liegen, dass im Betrieb die Schwimmringdichtung mit der rotierenden Welle mitdreht. Dies führt jedoch insbesondere an denen von der Welle abgewandten Seiten der Schwimmringdichtung zu einem erhöhten Verschleiß. Von daher wäre es wünschenswert, einen derartigen Verschleiß zu vermeiden.
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Von daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schwimmringdichtung zur Abdichtung an einem rotierenden Bauteil bereitzustellen, welche bei einfachem und kostengünstigen Aufbau insbesondere eine axiale Baulänge der Dichtung reduzieren kann und ein Mitdrehen der Schwimmringdichtung im Betrieb verhindern kann. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bauteilanordnung mit einer erfindungsgemäßen Schwimmringdichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schwimmringdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Bauteilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Schwimmringdichtung zur Abdichtung an einem rotierenden Bauteil weist neben einer einfacheren Montage/Demontage auch einen signifikanten Gewichtsvorteil auf. Weiterhin kann ein Mitdrehen der Schwimmringdichtung im Betrieb mit einem rotierenden Bauteil, insbesondere einer Welle, an welcher die Schwimmringdichtung abdichtet, vermieden werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Schwimmringdichtung einen Dichtungskörper, welcher an dem rotierenden Bauteil abdichtet, und einen Dichtringträger aufweist, welcher den Dichtungskörper hält. Ferner ist eine Arretierung vorgesehen, welche am Dichtringträger angeordnet ist und eingerichtet ist, den Dichtringträger an einem Gehäuse oder dgl. zu halten. Die Arretierung verhindert hierbei ein Mitdrehen des Dichtringträgers und des mit dem Dichtringträger verbundenen Dichtungskörpers. Hierbei kann zwischen dem Dichtringträger und dem Dichtungskörper beispielsweise eine kraftschlüssige Verbindung vorgesehen sein.
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Die Arretierung zum Halten der Schwimmringdichtung gegen ein Mitdrehen umfasst vorzugsweise einen Bolzen mit einem Kopf. Der Kopf weist dabei einen größeren Durchmesser als der Bolzen auf. Hierdurch kann die Arretierung sehr einfach und kostengünstig bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise ist der Bolzen im Dichtringträger fixiert. Die Fixierung erfolgt vorzugsweise mittels einer Gewindeverbindung. Somit kann der Bolzen einfach in den Dichtringträger eingeschraubt werden und der Kopf steht vom Dichtringträger vor und kann gegen Anschlagsflächen anliegen, um ein Mitdrehen der Schwimmringdichtung zu vermeiden.
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Besonders bevorzugt ist der Dichtungskörper frei von Ausnehmungen. Hierdurch kann eine Schwächung des Dichtungskörpers vermieden werden, so dass die Abmessungen und das Gewicht des Dichtungskörpers signifikant reduziert werden können. Dadurch kann insgesamt die Schwimmringdichtung sehr kompakt und mit geringem Gewicht bereitgestellt werden. Der Dichtungskörper weist hierbei bevorzugt einen rechteckigen Querschnitt ohne Vertiefungen, Bohrungen, Ausnehmungen oder dgl. auf.
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Weiter bevorzugt umfasst die Schwimmringdichtung ein Gehäuse mit einer Ausnehmung zur schwimmenden Aufnahme des Dichtungskörpers und des Dichtringträgers. Vorzugsweise ist in der Ausnehmung dabei eine seitliche Vertiefung zur Aufnahme der Arretierung ausgebildet. Somit steht ein Teil der Arretierung in die seitliche Vertiefung in der Ausnehmung vor und der andere Teil der Arretierung ist am Dichtringträger angeordnet und mit diesem fest verbunden.
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Die seitliche Vertiefung in der Ausnehmung ist vorzugsweise eine Längsnut oder eine zylindrische Ausnehmung mit einem Durchmesser, der größer ist als eine Abmessung der Arretierung. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Schwimmringdichtung trotz der Arretierung, welche in die seitliche Vertiefung vorsteht, radialen Wellenbewegungen folgen kann. Derartige radiale Auslenkungen der Welle können im Betrieb durch unterschiedliche Ursachen hervorgerufen werden. Wenn die Schwimmringdichtung hier derartigen radialen Wellenbewegungen nicht folgen könnte, würde dies zu einem unmittelbaren Kontakt und im Betrieb zu hohem Verschleiß des Dichtungskörpers führen.
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Weiter bevorzugt umfasst die Schwimmringdichtung einen einteiligen Dichtungskörper mit einer ersten und einer zweiten radial nach Innen gerichteten Drosselfläche. Hierbei sind die Drosselflächen voneinander mittels einer ersten umlaufenden Nut am Innenumfang des Dichtungskörpers voneinander getrennt. Die Nut ist zwischen der ersten und zweiten Drosselfläche angeordnet. Durch die Ausgestaltung eines einteiligen Dichtungskörpers mit zwei Drosselflächen, die jeweils zum rotierenden Bauteil gerichtet sind, und, wobei ein Drosselspalt zwischen dem rotierenden Bauteil und den beiden Drosselflächen vorhanden ist, ergibt sich im Vergleich mit zwei einzelnen Schwimmringdichtungen wie im Stand der Technik ein deutlicher Gewichtsvorteil. Im Vergleich mit zwei einzelnen Schwimmringdichtungen kann die Gesamtmasse der erfindungsgemäßen Schwimmringdichtung um ca. 40% reduziert werden.
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Vorzugsweise ist eine Breite der ersten Drosselfläche in Axialrichtung der Schwimmringdichtung kleiner oder gleich einer zweiten Breite der Drosselfläche in Axialrichtung der Schwimmringdichtung. Dadurch wird die Drosselwirkung der zweiten Drosselfläche vergrößert, wodurch die Leckage der Schwimmringdichtung insgesamt reduziert wird.
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Ein weiterer großer Vorteil durch die erfindungsgemäße Anordnung mit zwei Drosselflächen mit dazwischen angeordneter Nut liegt darin, dass ein Leckagestrom, welcher über die erste Drosselfläche in Richtung zur zweiten Drosselfläche strömt, in der Nut verlangsamt wird, so dass die Leckage dann über die zweite Drosselfläche signifikant reduziert wird. Hierbei kann der Leckagestrom insbesondere eine Gegenströmung ausbilden.
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Besonders bevorzugt weist die Nut eine Nutbreite auf, welche kleiner oder gleich der ersten Breite der ersten Drosselfläche ist und/oder welche kleiner oder gleich der zweiten Breite der zweiten Drosselfläche ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der einteilige Dichtungskörper ferner eine dritte radial nach Innen gerichtete Drosselfläche. Die dritte Drosselfläche ist dabei in Reihe nach der zweiten Drosselfläche angeordnet. Weiterhin ist zwischen der zweiten und dritten Drosselfläche eine zweite umlaufende Nut an einem Innenumfang des Dichtungskörpers angeordnet.
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Weiter bevorzugt umfasst der einteilige Dichtungskörper eine vierte Drosselfläche. Hierbei ist zwischen der dritten und der vierten Drosselfläche eine dritte umlaufende Nut am Innenumfang des einteiligen Dichtungskörpers gebildet. Somit umfasst eine derartige Schwimmringdichtung vier Drosselflächen und drei umlaufende Nuten.
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Besonders bevorzugt ist der einteilige Dichtungskörper eine Kohle-Dichtung. Hierdurch kann eine signifikante Kostenreduktion erreicht werden.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Bauteilanordnung, umfassend eine erfindungsgemäße Schwimmringdichtung sowie ein rotierendes Bauteil, insbesondere eine Welle. Die Welle ist besonders bevorzugt eine Pumpenwelle oder eine Kompressorwelle.
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Die Bauteilanordnung umfasst einen ersten Drosselspalt zwischen der ersten Drosselfläche des einteiligen Dichtungskörpers der Schwimmringdichtung und dem rotierenden Bauteil sowie einen zweiten Drosselspalt zwischen der zweiten Drosselfläche des einteiligen Dichtungskörpers und dem rotierenden Bauteil. Weiter bevorzugt sind die Drosselflächen und die Oberfläche des rotierenden Bauteils derart ausgebildet, dass eine Spalthöhe des ersten Drosselspalts und/oder des zweiten Drosselspalts in Axialrichtung konstant bleibt. Eine Spalthöhe des ersten Drosselspalts ist dabei vorzugsweise gleich wie eine Spalthöhe des zweiten Drosselspalts.
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Die Bauteilanordnung ist vorzugsweise eine Pumpe oder ein Kompressor oder eine Turbine. Hierbei wird die Bauteilanordnung vorzugsweise mit sehr hohen Drehzahlen betrieben.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele von Bauteilanordnungen mit Schwimmringdichtungen im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Bauteilanordnung mit einer Schwimmringdichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Bauteilanordnung mit einer Schwimmringdichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 3 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Bauteilanordnung mit einer Schwimmringdichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine Bauteilanordnung 1 mit einer Schwimmringdichtung 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Schwimmringdichtung 2 einen einteiligen Dichtungskörper 20 und einen Dichtringträger 6. Der Dichtringträger 6 ist eingerichtet, den einteiligen Dichtungskörper 20 zu halten. Bevorzugt ist hierbei eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtringträger 6 und dem Dichtungskörper 20 vorgesehen.
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Der einteilige Dichtungskörper 20 umfasst eine erste Drosselfläche 21 und eine zweite Drosselfläche 22. Die erste Drosselfläche 21 ist radial an einem nach innen gerichteten Bereich des einteiligen Dichtungskörpers 20 angeordnet. Ebenso ist die zweite Drosselfläche 22 an dem radial nach innen gerichteten Bereich des einteiligen Dichtungskörpers 20 angeordnet.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, dichtet die Schwimmringdichtung 2 dabei an einer Welle 3 einen Produktbereich 10 von einem Atmosphärenbereich 11 ab. Hierbei ist zwischen der ersten Drosselfläche 21 und einer Oberfläche der Welle 3 ein erster Drosselspalt 8 ausgebildet und zwischen der zweiten Drosselfläche 22 und der Oberfläche der Welle 3 ein zweiter Drosselspalt 9 ausgebildet.
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In Axialrichtung X-X der Schwimmringdichtung 2 ist zwischen der ersten Drosselfläche 21 und der zweiten Drosselfläche 22 eine Nut 23 angeordnet. Die Nut 23 ist umlaufend am Innenumfang des einteiligen Dichtungskörpers 20 vorgesehen.
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Eine erste Breite B1 der ersten Drosselfläche 21 in Axialrichtung X-X ist dabei kleiner als eine zweite Breite B2 der zweiten Drosselfläche 22. Weiter ist eine Breite N1 der Nut 23 in Axialrichtung X-X kleiner als die erste Breite B1 und die zweite Breite B2.
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Eine erste Spalthöhe am ersten Drosselspalt 8 ist dabei in Axialrichtung X-X gleichbleibend. Ebenso ist eine zweite Spalthöhe am zweiten Drosselspalt 9 in Axialrichtung gleichbleibend. Die Spalthöhen der ersten und zweiten Drosselspalte sind vorzugsweise derart gewählt, dass die zweite Spalthöhe am zweiten Drosselspalt 9 gleich ist wie die erste Spalthöhe am ersten Drosselspalt 8.
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Die Schwimmringdichtung 2 ist dabei in einer Ausnehmung 5 in einem Gehäuse 4 angeordnet. Das Gehäuse 4 ist mehrteilig ausgebildet, um eine Montierbarkeit in Axialrichtung der Welle 3 zu ermöglichen. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Schwimmringdichtung 2 dabei schwimmend in der Ausnehmung 5 angeordnet. Dadurch kann die Schwimmringdichtung 2 bei Radialauslenkungen der Welle 3, welche im Betrieb auftreten können, der Wellenbewegung folgen. Hierbei kann es bei der radialen Wellenbewegung zu einem kurzen Kontakt zwischen der Welle 3 und dem einteiligen Dichtungskörper 20 kommen.
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Die Schwimmringdichtung 2 umfasst ferner eine Arretierung 7, um eine Fixierung im Gehäuse 4 zu ermöglichen. Die Arretierung 7 umfasst einen Bolzen 70 mit einem Kopf 71. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Bolzen 70 in dem Dichtringträger 6 angeordnet. Der Kopf 71 steht in Axialrichtung X-X vor und ist in einer seitlichen Vertiefung 50 in der Ausnehmung 5 angeordnet. Hierbei ist ein Radialspiel in der seitlichen Vertiefung 50 für den Kopf 71 vorgesehen, damit die Schwimmringdichtung 2 die vorstehend beschriebenen Radialauslenkungen der Welle mitmachen kann. Dies ist durch den Doppelpfeil A angedeutet.
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Die seitliche Vertiefung 50 ist vorzugweise eine radial verlaufende Nut. Alternativ ist die seitliche Vertiefung 50 eine zylindrische Ausnehmung mit einem größeren Durchmesser als ein Durchmesser des Kopfes 71 der Arretierung 7. Durch die zylindrische größere Ausnehmung als der Kopf 71 kann hierbei die Schwimmringdichtung 2 in Umfangsrichtung sich etwas relativ zum Gehäuse 4 bewegen, um Belastungen der Arretierung 7 bei Relativbewegung zwischen der Schwimmringdichtung und dem Gehäuse 4 zu reduzieren.
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Um bei den vorstehend beschriebenen Radialauslenkungen eine Führung der Schwimmringdichtung 2 zu ermöglichen, ist am Gehäuse 4 ein in Axialrichtung X-X vorstehender Vorsprung 40 ausgebildet. Hierbei kann die Schwimmringdichtung sicher in der Ausnehmung 5 geführt werden. Ferner verhindert der Vorsprung 40 dabei, dass das Medium die Drosselspalte 8, 9 über einen Weg hinter der Schwimmringdichtung 2 umgeht.
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Der Vorsprung 40 ist in Umfangsrichtung vollständig umlaufend vorgesehen.
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Somit kann durch die erfindungsgemäße Schwimmringdichtung 2 ein Mitdrehen der Schwimmringdichtung 2 mit der rotierenden Welle 3 verhindert werden. Hierbei ist die Arretierung 7 durch Ausgestaltung eines Bolzens 70 mit Kopf 71 sehr einfach und kostengünstig vorgesehen. Da die Arretierung 7 am Dichtringträger 6 angeordnet ist und die seitliche Vertiefung 50 im Gehäuse ausgebildet ist, kann der Dichtringträger 6 in Radialrichtung eine sehr kleine Bauhöhe aufweisen. Somit kann eine Abmessung des Dichtringträgers 6 reduziert werden, wodurch zusätzlich noch eine Gewichtsreduzierung erreicht wird.
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Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße Schwimmringdichtung 2 durch die einteilige Ausbildung des Dichtungskörpers 20 die bisher im Stand der Technik verwendeten zwei einzelnen Schwimmringdichtungen ersetzt werden. Hierbei kann insbesondere eine signifikante Gewichtsreduzierung in einem Bereich von bis zu ca. 40% erhalten werden.
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Ferner ist durch die Einteiligkeit des Dichtungskörpers 20 die Montage und Demontage bei einem notwendigen Austausch der Schwimmringdichtung 2 deutlich vereinfacht. Da weiterhin die Arretierung 7 ausschließlich im Dichtungsträger 6 vorgesehen, kann der einteilige Dichtungskörper 20 der Schwimmringdichtung ohne schwächende Ausnehmungen, Nuten oder dgl. zur Aufnahme einer Arretierung ausgeführt werden. Dadurch wird das Gewicht des Dichtungskörpers 20 weiter reduziert und eine Lebensdauer des einteiligen Dichtungskörpers 20 deutlich verlängert.
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Im Betrieb tritt zwar eine gewisse Leckage über den ersten Drosselspalt 8 auf, jedoch wird durch das Vorsehen der umlaufenden Nut 23 eine Strömungsgeschwindigkeit der Leckage im Bereich der Nut 23 deutlich verlangsamt. Dadurch wird eine weitere Leckage über den zweiten Drosselspalt 9 in Richtung zum Atmosphärenbereich 11 nochmals deutlich reduziert bzw. kann gegebenenfalls vollständig vermieden werden.
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Eine Tiefe der Nut 23 wird dabei derart gewählt, dass im Bereich der Nut 23 zumindest eine teilweise Rückströmung C der Leckage, welche über den ersten Drosselspalt 8 zur Nut 23 gelangt ist, erfolgt. Hierdurch wird zusätzlich eine Strömungsgeschwindigkeit der Leckage über die Schwimmringdichtung reduziert und die weitere Leckage über den zweiten Drosselspalt 9 minimiert.
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2 zeigt eine Bauteilanordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst die Bauteilanordnung 1 zwei separate erfindungsgemäße Schwimmringdichtungen 2. Hierbei ist der grundsätzliche Aufbau der Schwimmringdichtungen 2 gleich wie im ersten Ausführungsbeispiel. Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die Schwimmringdichtungen 2 jedoch spiegelverkehrt zueinander an der Welle 3 angeordnet. Insgesamt sind somit vom Produktbereich 10 bis zum Atmosphärenbereich 11 vier Drosselspalte vorgesehen. Weiterhin ist, wie aus 2 ersichtlich ist, im Gehäuse 4 im Bereich zwischen der ersten und zweiten Schwimmringdichtung 2 eine umlaufende Nut 41 vorgesehen. In dieser umlaufenden Nut 41 sammelt sich die über die erste Schwimmringdichtung 2 zugeführte Leckage und bildet eine Rückströmung C und reduziert die über die zweite Schwimmringdichtung zum Atmosphärenbereich 11 auftretende Leckage weiter. Weiterhin weist jede der Schwimmringdichtungen eine Arretierung 7 in Form eines Bolzens 70 mit Kopf 71 auf. Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die Arretierungen 7 der beiden Schwimmringdichtungen ebenfalls spiegelverkehrt angeordnet. Hierdurch kann ein Aufbau der Bauteilanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels signifikant vereinfacht werden, da in dem Gehäuseteil zwischen den beiden Schwimmringdichtungen jeweils die beiden seitlichen Vertiefungen 50 ausgebildet sind.
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3 zeigt eine Bauteilanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie aus 3 ersichtlich ist, umfasst die Schwimmringdichtung 2 des dritten Ausführungsbeispiels eine dritte Drosselfläche 25. Hierbei ist zwischen der ersten und zweiten Drosselfläche 21, 22 eine erste Nut 23 vorgesehen und zwischen der zweiten Drosselfläche 22 und der dritten Drosselfläche 25 eine zweite Nut 26 vorgesehen. Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind die erste Nut 23 und die zweite Nut 26 vollständig umlaufend ausgebildet. Hierdurch wird ein einteiliger Dichtungskörper 20 mit drei Drosselflächen bereitgestellt, wodurch eine Leckage vom Produktbereich 10 zum Atmosphärenbereich 11 weiter reduziert wird. Die in 3 gezeigte Arretierung 7 ist hierbei wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteilanordnung
- 2
- Schwimmringdichtung
- 3
- Welle
- 4
- Gehäuse
- 5
- Ausnehmung
- 6
- Dichtringträger
- 7
- Arretierung
- 8
- erster Drosselspalt
- 9
- zweiter Drosselspalt
- 10
- Produktbereich
- 11
- Atmosphärenbereich
- 20
- einteiliger Dichtungskörper
- 21
- erste Drosselfläche
- 22
- zweite Drosselfläche
- 23
- erste Nut
- 24
- Vorsprung
- 25
- dritte Drosselfläche
- 26
- zweite Nut
- 40
- Vorsprung
- 41
- Nut
- 50
- seitliche Vertiefung
- 70
- Bolzen
- 71
- Kopf
- A
- Doppelpfeil
- B1
- erste Breite
- B2
- zweite Breite
- C
- Rückströmung
- N1
- Nutbreite der ersten Nut 23
- X-X
- Axialrichtung
