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Die Erfindung betrifft eine Dichtanordnung einer elektrischen Maschine und eines mit der elektrischen Maschine durch eine Welle gekoppelten Getriebes.
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Stand der Technik
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Zum Abdichten bzw. Dichttrennen zweier unterschiedlicher Medien bzw. zwischen einem Hochdruckraum und einem Niederdruckraum werden meist Radialwellendichtringe als schleifende Dichtung bzw. Berührungsdichtung bei Maschinen mit rotierenden Wellen eingesetzt. Auf der Niederdruckseite, z.B. im Bereich der elektrischen Maschine werden die Kugellager mit Fett geschmiert. Auf der Hochdruckseite, z.B. im Bereich des Getriebes, werden die Wälz- bzw. Kugellager mit Ölschmierung versorgt.
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Als Dichtung wird hier herkömmlicherweise ein Radialwellendichtring vorgesehen. Alternativ können beispielsweise Lamellen-Metallringe als Berührungsdichtungen verwendet werden. Die vorstehend genannten beiden Dichtungsarten sind Berührungsdichtungen oder strömungsbremsende bzw. drosselnde Labyrinthdichtungen, die als berührungslose Dichtungen jedoch nur bedingt abdichten. Statisch bzw. in Ruhelage dichten diese Systeme nur dann ab, wenn ein Füllstand eines Schmiermittels Oberkanten der Dichtungen nicht übersteigt.
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Vor diesem Hintergrund besteht ein Bedarf, eine verbesserte Dichtanordnung zum Abdichten eines Niederdruckraums im Bereich einer elektrischen Maschine gegenüber einem Hochdruckraum im Bereich eines Getriebes vorzusehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Dichtanordnung einer elektrischen Maschine und eines mit der elektrischen Maschine durch eine Welle gekoppelten Getriebes, mit einem Hochdruckraum im Bereich des Getriebes und einem Niederdruckraum im Bereich der elektrischen Maschine, mit einer den Hochdruckraum gegenüber dem Niederdruckraum abdichtenden Wellendichtung, welche zumindest einen an einem die Welle zumindest abschnittsweise umgebenden Gehäuse angeordneten ersten Dichtring und zumindest einen drehfest auf der Welle angeordneten zweiten Dichtring aufweist, wobei der zumindest eine erste Dichtring und der zumindest eine zweite Dichtring benachbart zueinander angeordnet und dazu ausgebildet sind, ein in den Hochdruckraum befülltes Schmiermittel zum Abdichten des Hochdruckraums gegenüber dem Niederdruckraum aufzuschäumen.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, durch Aufschäumen des in den Hochdruckraum befüllten Schmiermittels im Bereich der Wellendichtung eine Dichtkammer bestehend aus dem aufgeschäumten Schmiermittel zu erzeugen, welcher gegenüber dem restlichen im Flüssigzustand befindlichen Schmiermittel eine Dichtfunktion aufweist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zumindest eine erste Dichtring und der zumindest eine zweite Dichtring radial oder axial zur Welle angeordnet sind. Somit kann die Wellendichtung an jeweilige bauliche Erfordernisse entsprechend angepasst werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine erste Oberfläche eines radialen Endabschnitts des zumindest einen radial zur Welle angeordneten ersten Dichtrings eine höhere Rauheit als eine restliche Oberfläche des ersten Dichtrings aufweist, und wobei eine zweite Oberfläche eines radialen Endabschnitts des zumindest einen radial zur Welle angeordneten zweiten Dichtrings eine höhere Rauheit als eine restliche Oberfläche des zweiten Dichtrings aufweist. Aufgrund der erhöhten Rauheit im Bereich der radialen Endabschnitte kann somit in vorteilhafter Weise ein Aufschäumen des Schmiermittels durch die Beschaffenheit der Dichtringe ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein radialer Endabschnitt des zumindest einen radial zur Welle angeordneten ersten Dichtrings gelocht ist, und wobei ein radialer Endabschnitt des zumindest einen radial zur Welle angeordneten zweiten Dichtrings gelocht ist. Die Lochung der jeweiligen Dichtringe im Bereich der radialen Endabschnitte trägt ebenfalls in vorteilhafter Weise dazu bei, dass durch Luftverwirbelung unter Rotation des mit der Welle drehfest angeordneten zweiten Dichtrings ein Aufschäumen des Schmiermittels erzeugt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine dritte Oberfläche eines axialen Endabschnitts des zumindest einen axial zur Welle angeordneten ersten Dichtrings eine höhere Rauheit als eine restliche Oberfläche des ersten Dichtrings aufweist, und wobei eine vierte Oberfläche eines axialen Endabschnitts des zumindest einen axial zur Welle angeordneten zweiten Dichtrings eine höhere Rauheit als eine restliche Oberfläche des zweiten Dichtrings aufweist.
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Aufgrund der erhöhten Rauheit im Bereich der axialen Endabschnitte kann somit in vorteilhafter Weise ein Aufschäumen des Schmiermittels durch die Beschaffenheit der Dichtringe ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein axialer Endabschnitt des zumindest einen axial zur Welle angeordneten ersten Dichtrings gelocht ist, und wobei ein axialer Endabschnitt des zumindest einen axial zur Welle angeordneten zweiten Dichtrings gelocht ist.
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Die Lochung der jeweiligen Dichtringe im Bereich der axialen Endabschnitte trägt ebenfalls in vorteilhafter Weise dazu bei, dass durch Luftverwirbelung unter Rotation des mit der Welle drehfest angeordneten zweiten Dichtrings ein Aufschäumen des Schmiermittels erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Welle eine erste Radialnut aufweist, wobei sich der erste Dichtring von einer Innenoberfläche des Gehäuses in die erste Radialnut hinein erstreckt, und wobei die Welle eine zweite Radialnut aufweist, wobei sich ein dritter Dichtring von der Innenoberfläche des Gehäuses in die zweite Radialnut hinein erstreckt. Durch diese Ausbildung kann der zumindest eine zweite Dichtring, der zu der Welle drehfest angeordnet ist, in vorteilhafter Weise entfallen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Welle eine dritte Radialnut aufweist, wobei sich der erste Dichtring von einer Innenoberfläche des Gehäuses in die dritte Radialnut hinein erstreckt, und wobei sich ein dritter Dichtring benachbart zu dem ersten Dichtring von der Innenoberfläche des Gehäuses in die dritte Radialnut hinein erstreckt. Durch die Dichtanordnung zweier Dichtringe in lediglich einer Radialnut kann in der einen Radialnut somit ebenfalls ein Aufschäumen des Schmiermittels zum Abdichten des Hochdruckraums gegenüber dem Niederdruckraum erzeugt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zumindest eine erste Dichtring und/oder der zumindest eine zweite Dichtring an einem radialen Endabschnitt oder an einem axialen Endabschnitt eingeschert sind. Das Einscheren der Dichtringe trägt ebenfalls in vorteilhafter Weise zum Erzeugen des Aufschäumens des Schmiermittels bei.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine erste Mehrzahl von Einscherungen zumindest abschnittsweise in eine erste Axialrichtung geneigt sind, und wobei eine zweite Mehrzahl von Einscherungen zumindest abschnittsweise in eine zweite Axialrichtung geneigt sind. Somit kann das Aufschäumen des Schmiermittels in vorteilhafter Weise auf beiden Seiten der jeweiligen Dichtringe erzeugt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine jeweilige Einscherung der ersten Mehrzahl von Einscherungen und eine jeweilige Einscherung der zweiten Mehrzahl von Einscherungen abwechselnd entlang des Umfangs des ersten Dichtrings und/oder des zweiten Dichtrings angeordnet sind. Die abwechselnde Dichtanordnung der ersten und zweiten Einscherungen erzeugt in vorteilhafter Weise eine effizientere Aufschäumung des Schmiermittels.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Niederdruckraum fettgeschmiert und der Hochdruckraum ölgeschmiert ist, und wobei der erste Dichtring und/oder der zweite Dichtring aus Metall oder Kunststoff ausgebildet ist. Die Dichtringe können somit an jeweilige bauliche bzw. systemische Anforderungen der Dichtanordnung angepasst werden.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittansicht einer Dichtanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine Längsschnittansicht der Dichtanordnung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines ersten Dichtrings und eines zweiten Dichtrings der Dichtanordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung des ersten Dichtrings der Dichtanordnung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 eine Längsschnittansicht der Dichtanordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 6 eine Längsschnittansicht der Dichtanordnung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 7 eine Längsschnittansicht der Dichtanordnung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Dichtanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Dichtanordnung 1 einer (in 1 nicht gezeigten) elektrischen Maschine und eines mit der elektrischen Maschine durch eine Welle 12 gekoppelten Getriebes umfasst einen Hochdruckraum 16 im Bereich des Getriebes und einen Niederdruckraum 18 im Bereich der elektrischen Maschine.
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Die Dichtanordnung 1 umfasst ferner eine den Hochdruckraum 16 gegenüber dem Niederdruckraum 18 abdichtende Wellendichtung 20.
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Die Wellendichtung 20 weist in der vorliegenden Ausführungsform drei erste Dichtringe 24 auf, welche gehäusefest an einem die Welle 12 zumindest abschnittsweise umgebenden Gehäuse 22 angeordnet sind.
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Die Wellendichtung 20 weist ferner in der vorliegenden Ausführungsform drei zweite Dichtringe 26 auf. Die drei zweiten Dichtringe 26 sind jeweils drehfest auf der Welle 12 angeordnet.
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Die drei ersten Dichtringe 24 und die drei zweiten Dichtringe 26 sind jeweils in abwechselnder Reihenfolge angeordnet, d.h. auf einen ersten Dichtring 24 folgt in Axialrichtung der Anordnung 1 ein zweiter Dichtring 26, auf welchen wiederum ein erster Dichtring 24 usw. folgt.
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Eine solche labyrinthartige Anordnung der Dichtringe 24, 26 erzeugt unter Rotation der Welle 12 ein Aufschäumen des in den Hochraumraum 16 befüllten Schmiermittels, was zu einem Abdichten des Hochdruckraums 16 gegenüber dem Niederdruckraum 18 führt.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die ersten Dichtringe 24 und die zweiten Dichtringe 26 jeweils radial zur Welle angeordnet, wobei ein jeweiliger Befestigungsabschnitt der Dichtringe axial angeordnet ist.
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2 zeigt eine Längsschnittansicht der Dichtanordnung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In der in 2 gezeigten Ausführungsform weist die Wellendichtung 120 einen ersten gehäusefest angeordneten Dichtring 124 und einen drehfest mit der Welle 12 angeordneten zweiten Dichtring 126 auf.
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Der erste Dichtring 124 weist in der vorliegenden Ausführungsform zwei sich in Axialrichtung der Dichtanordnung 1 erstreckende stegförmige Elemente auf. Ebenso weist der zweite Dichtring 126 zwei sich in Axialrichtung der Dichtanordnung 1 erstreckende stegförmige Elemente auf. Die stegförmigen Elemente des ersten Dichtrings 124 und die stegförmigen Elemente 126 des zweiten Dichtrings sind hierbei derart zueinander angeordnet, dass diese in Eingriff sind.
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Durch eine solche labyrinthartige Anordnung des ersten Dichtrings 124 und des zweiten Dichtrings 126 kann somit ebenfalls ein Aufschäumen des in den Hochdruckraum 16 befüllten Schmiermittels S zum Abdichten des Hochdruckraums gegenüber dem Niederdruckraum erzeugt werden.
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Eine dritte Oberfläche 32a eines axialen Endabschnitts 32 des axial zur Welle 12 angeordneten ersten Dichtrings 124 weist hierbei eine höhere Rauheit als eine restliche Oberfläche 32b des ersten Dichtrings 124 auf.
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Eine vierte Oberfläche 34a eines axialen Endabschnitts 34 des axial zur Welle 12 angeordneten zweiten Dichtrings 126 weist ebenfalls eine höhere Rauheit als eine restliche Oberfläche 34b des zweiten Dichtrings 126 auf.
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In einer möglichen Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform weist ein axialer Endabschnitt 32 des axial zur Welle 12 angeordneten ersten Dichtrings 124 eine Lochung auf. Ebenso weist in einer optionalen Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform ein axialer Endabschnitt 34 des zur Welle 12 axial angeordneten zweiten Dichtrings 126 eine Lochung auf.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Dichtrings und eines zweiten Dichtrings der Dichtanordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Eine erste Oberfläche 28a eines radialen Endabschnitts 28 des radial zur Welle angeordneten ersten Dichtrings 24 weist eine höhere Rauheit als eine restliche Oberfläche 28b auf. Ebenso weist eine zweite Oberfläche 30a eines radialen Endabschnitts 30 des radial zur Welle angeordneten zweiten Dichtrings 26 eine höhere Rauheit als eine restliche Oberfläche 30b des zweiten Dichtrings 26 auf.
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Ein radialer Endabschnitt 28 des radial zur Welle angeordneten ersten Dichtrings 24 ist optional gelocht. Ebenso kann in einer möglichen Abwandlung ein radialer Endabschnitt 30 des radial zur Welle angeordneten zweiten Dichtrings 26 eine Lochung aufweisen, wie anhand des zweiten Dichtrings 26 in 3 in dem unteren linken Quadranten beispielhaft gezeigt.
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Der obere linke Quadrant des zweiten Dichtrings 26 weist im Bereich eines radialen Endabschnitts jeweilige Einscherungen auf. Gleiches gilt für den radialen Endabschnitt des ersten Dichtrings 24.
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Der obere rechte und der untere rechte Quadrant weisen jeweils eine gegenüber einer restlichen Oberfläche erhöhte Rauheit auf.
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4 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Dichtrings der Dichtanordnung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Der erste Dichtring 24 ist am ersten radialen Endabschnitt in der vorliegenden Ausführungsform eingeschert. Insbesondere sind an dem radialen Endabschnitt eine erste Mehrzahl von Einscherungen 46 und eine zweite Mehrzahl von Einscherungen 48 angeordnet. Die erste Mehrzahl von Einscherungen 46 sind jeweils in eine erste Axialrichtung R1 geneigt. Die zweite Mehrzahl von Einscherungen 48 sind in eine zweite Axialrichtung R2 geneigt.
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Eine jeweilige Einscherung der ersten Mehrzahl von Einscherungen 46 und eine jeweilige Einscherung der zweiten Mehrzahl von Einscherungen 48 sind jeweils abwechselnd entlang des Umfangs des ersten Dichtrings angeordnet.
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5 zeigt eine Längsschnittansicht der Dichtanordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Dichtanordnung 1, welche in 1 dargestellt ist, ist in 5 in Form eines größeren Ausschnitts der Anordnung der elektrischen Maschine 10 und des mit der elektrischen Maschine 10 durch die Welle 12 gekoppelten Getriebes 14 gezeigt. In der vorliegenden Ausführungsform sind drei erste Dichtringe 24 und drei zweite Dichtringe 26 jeweils abwechselnd angeordnet. Die gehäusefest angeordneten ersten Dichtringe 24 weisen im Bereich radialer Endabschnitte die in 4 beschriebene Mehrzahl erster und zweiter Einscherungen auf, die jeweils abwechselnd angeordnet sind.
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6 zeigt eine Längsschnittansicht der Dichtanordnung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Welle 12 weist in der vorliegenden Ausführungsform eine erste Radialnut 36 auf. Der erste Dichtring 224 erstreckt sich von einer Innenoberfläche 22a des Gehäuses 22 in die erste Radialnut 36 hinein.
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Die Welle 12 weist darüber hinaus eine zweite Radialnut 38 auf. Ein dritter Dichtring 226 erstreckt sich hierbei von der Innenoberfläche 22a des Gehäuses 22 in die zweite Radialnut 38 hinein.
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In der vorliegenden Ausführungsform weisen der erste Dichtring 224 und der dritte Dichtring 226 an radialen Endabschnitten jeweils eine Mehrzahl von Einscherungen auf.
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7 zeigt eine Längsschnittansicht der Dichtanordnung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Welle 12 weist in der vorliegenden Ausführungsform eine dritte Radialnut 42 auf. Der erste Dichtring 324 erstreckt sich von einer Innenoberfläche 22a des Gehäuses 22 in die dritte Radialnut 42 hinein. Ein dritter Dichtring 326 erstreckt sich benachbart zu dem ersten Dichtring 324 von der Innenoberfläche 22a des Gehäuses 22 in die dritte Radialnut 42 ebenfalls hinein. Der dritte Dichtring 326 ist hierbei benachbart zu dem ersten Dichtring 324 angeordnet, sodass ein effektives Aufschäumen des Schmiermittels ermöglicht wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise kann eine Anzahl, Ausgestaltung und/oder Positionierung der jeweiligen Dichtringe für sich allein bzw. in Relation zu weiteren Dichtringen entsprechend jeweiliger baulicher bzw. systemischer Anforderungen abgeändert werden.
