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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein ringförmiges Dichtungselement für ein Rundfilterelement, insbesondere zur Gasfiltration, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Rundfilterelement mit einem solchen Dichtungselement und eine Filtereinrichtung mit einem entsprechenden Rundfilterelement.
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Stand der Technik
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In der
EP 2 222 382 B1 wird eine Filtereinrichtung mit einem hohlzylindrischen Rundfilterelement in einem Filtergehäuse beschrieben, wobei das Rundfilterelement einen von dem zu reinigenden Fluid radial durchströmbaren Filtermediumkörper aufweist, welcher an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten von jeweils einer Endscheibe abgedeckt ist. Eine Endscheibe ist mit einer zentralen Strömungsöffnung versehen, über die das im Inneren des Filtermediumkörpers befindliche, gereinigte Fluid axial abströmen kann. An der Strömungsöffnung in der Endscheibe befindet sich ein axial nach außen überstehender Begrenzungsstutzen, über den das Filterelement an ein Strömungssystem zur Ableitung des Fluids aus der Filtereinrichtung anschließbar ist. An den Begrenzungsstutzen ist ein Dichtungselement angespritzt.
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Aus der
DE 195 21 898 A1 ist eine Filterpatrone bekannt, welche eine Endscheibe mit einem angeformten Dichtelement aufweist.
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Die
DE 10 2015 205 722 A1 beschreibt eine Filtereinrichtung mit einem Ringfilterelement, an dessen einer Endscheibe ein ringstufenförmiges Dichtprofil angeordnet ist, welches an einer komplementär dazu ausgeführten Dichtschräge an einem gehäuseseitigen Dom anliegt.
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Die
GB 2 163 368 A offenbart ein Ringfilterelement mit einer Endscheibe mit einer Nut oder zwei Nuten, in welche je ein flacher Dichtring aus weichem synthetischem Gummi eingelegt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rundfilterelement mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Filtermediumkörper mit einfachen Maßnahmen dauerhaft strömungsdicht an ein Strömungsführungssystem anzuschließen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das ringförmige Dichtungselement wird in Rundfilterelementen eingesetzt, welche vorzugsweise zur Gasfiltration, insbesondere als Luftfilter verwendet werden können, wobei gegebenenfalls auch eine Verwendung zur Flüssigkeitsfiltration wie Kraftstoff oder Öl möglich ist. Das Rundfilterelement weist einen als Hohlkörper ausgebildeten Filtermediumkörper auf, der bezogen auf seine Längsachse in Radialrichtung von dem zu reinigenden Fluid durchströmbar ist. Vorzugsweise erfolgt die Durchströmung radial von außen nach innen, so dass die Außenseite des Filtermediumkörpers die Rohseite und die Innenseite des Filtermediumkörpers die Reinseite bildet. Im Prinzip kommt auch eine Durchströmung in Gegenrichtung - radial von innen nach außen - in Betracht.
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Der Filtermediumkörper weist an mindestens einer axialen Stirnseite, vorzugsweise an beiden gegenüberliegenden axialen Stirnseiten jeweils eine Endscheibe auf, welche die Stirnseite des Filtermediumkörpers strömungsdicht abdeckt. In eine Endscheibe ist eine Strömungsöffnung eingebracht, die mit dem Innenraum im Filtermediumkörper verbunden ist. Über die Strömungsöffnung in der Endscheibe kann Fluid axial aus dem Innenraum im Filtermediumkörper abströmen bzw. in diesen hineinströmen.
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Das Rundfilterelement und der Filtermediumkörper sind vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebildet. Auch der Innenraum im Filtermediumkörper ist entsprechend hohlzylindrisch ausgeführt. Alternativ zu einer hohlzylindrischen Ausführung kommen auch ovale oder ovalisierte Querschnittsformen in Betracht oder auch Querschnittsformen mit parallelen Längsseiten und halbkreisförmigen Schmalseiten, wobei die Längsseiten gekrümmt mit konvexer oder konkaver Krümmung ausgeführt sein können. Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die Innenwand und die Außenwand des Filtermediumkörpers konzentrisch zueinander verlaufen, so dass der Filtermediumkörper eine konstante radiale Dicke besitzt. Alternativ sind auch Ausführungen möglich, bei denen der Filtermediumkörper entlang seines Umfanges eine sich ändernde radiale Dicke aufweist.
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Das erfindungsgemäße, ringförmige Dichtungselement befindet sich an der Strömungsöffnung in der Endscheibe und umschließt die Strömungsöffnung. Das Dichtungselement sorgt für einen strömungsdichten Anschluss eines strömungsführenden Anschlusselementes, mit dem das Rundfilterelement im Bereich der Strömungsöffnung verbindbar ist. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Strömungsstutzen, der in die Strömungsöffnung in der Endscheibe eingesetzt wird, wobei das ringförmige Dichtungselement vorzugsweise an der Außenwand des Strömungsstutzens anliegt und auf diese Weise die strömungsdichte Verbindung herstellt.
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Das Dichtungselement weist, bezogen auf seine Längsachse, die mit der Längsachse des Rundfilterelements zusammenfällt, mindestens zwei axial versetzte Dichtlippen mit radial nach innen gerichteter Stirnseite auf, welche im montierten Zustand an der Außenseite des strömungsführenden Bauteils anliegen, mit dem das Rundfilterelement verbunden wird. Die der Endscheibe abgewandte Dichtlippe ist in Umfangsrichtung in mehreren Dichtlippensegmenten unterteilt, zwischen denen jeweils eine Aussparung liegt. Dagegen ist die der Endscheibe zugewandte Dichtlippe unterbrechungsfrei umlaufend ausgebildet. Diese Dichtlippe, die benachbart zur Endscheibe liegt, weist somit in Umfangsrichtung keine Aussparungen auf. Die Dichtlippe mit den Dichtlippensegmenten hat die Funktion einer Positionierlippe mit positionierender, zentrierender Wirkung, die insbesondere bei Erschütterungen oder bei Bewegungen winklig zur Filterlängsachse zur Entfaltung kommt. Die Dichtlippensegmente der segmentierten Dichtlippe dienen als Haltelippen ohne Dichtfunktion. Die Dichtlippensegmente wirken bei Kraftimpulsen dämpfend, die winklig zur Filterlängsachse gerichtet sind, und halten die Dichtlippen ohne Segmentierung in einer konzentrischen Position. Auch ein fertigungs- und montagebedingter Versatz der Längsachse des Dichtungselements von der Filterlängsachse kann teilweise oder vollständig von den Dichtlippensegmenten kompensiert werden.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die Segmentierung der ersten Dichtlippe das Einstecken des strömungsführenden Bauteils - des Strömungsstutzens oder Ähnliches - in die Strömungsöffnung in der Endscheibe ohne Gefahr einer Verformung der ersten Dichtlippe durchgeführt werden kann. Aufgrund der Segmentierung legen sich die einzelnen Dichtlippensegmente an die Außenwand des einzuführenden, strömungsführenden Bauteils an, ohne nach innen umzuknicken. Vielmehr gleiten die Dichtlippensegmente verformungsfrei bzw. mit nur geringer, insbesondere innerhalb eines Segments gleichmäßiger Verformung entlang der Außenseite des strömungsführenden Bauteils. Die Dichtlippe oder Dichtlippen ohne Segmentierung, die eine dichtende Funktion haben, können gegebenenfalls umknicken, was aufgrund der zentrierenden Wirkung der segmentierten Dichtlippe mit gleichmäßiger Kräfte- und Spannungsverteilung am Innendurchmesser der Dichtlippenkontur erfolgt. Eine einseitige, erhöhte Dichtungsverpressung mit dem Risiko einer Beschädigung des Dichtungselements wird vermieden, ebenso eine Undichtigkeit aufgrund ungleichmäßiger Führung und zu geringer Verpressung.
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Dementsprechend ist auch eine gleichmäßige radiale Anpressung der Dichtlippensegmente an die Außenwand des strömungsführenden Bauteils gewährleistet, das in die Strömungsöffnung in der Endscheibe einzuführen ist. Die in Radialrichtung gleichmäßige Kraftbelastung hat zudem den Vorteil, dass das ringförmige Dichtungselement nicht in Radialrichtung verschoben wird, sondern seine zentrische Position beibehält. Die zweite Dichtlippe, welche benachbart zur Endscheibe liegt und ohne Segmentierung unterbrechungsfrei umlaufend ausgebildet ist, kann eine gleichmäßige, radiale Anpresskraft auf die Außenseite des strömungsführenden Bauteils entfalten und für einen dauerhaften dichten Abschluss sorgen. Die Ausführung des Dichtungselements mit mindestens zwei Dichtlippen, von denen eine Dichtlippe segmentiert ist und die weitere Dichtlippe segmentfrei durchgehend umlaufend ausgeführt ist, kombiniert somit Montagefreundlichkeit mit einer exakten Positionierung des ringförmigen Dichtungselements und dauerhafter Dichtigkeit. Aufgrund der gleichmäßigen Belastung und Kraftausübung werden lokale Kraftspitzen im Dichtungselement vermieden, wodurch eine bessere Haltbarkeit gewährleistet ist.
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Gemäß vorteilhafter Ausführung weist die der Endscheibe abgewandte, erste Dichtlippe in Umfangsrichtung mindestens drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Dichtlippensegmente bzw. Haltelippen auf. Es kommen sowohl Ausführungen mit genau drei Dichtlippensegmenten als auch Ausführungen mit mehr als drei Dichtlippensegmenten der ersten Dichtlippe in Betracht. Die Unterteilung in mindestens drei Dichtlippensegmente hat den Vorteil, dass der Winkel, über den sich jedes Dichtlippensegment erstreckt, ausreichend klein ist, dass eine Verformung beim Einführen des strömungsführenden Bauteils in die Strömungsöffnung in der Endscheibe vermieden wird.
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Die Dichtlippensegmente können in Achsrichtung entweder mit einer durchgehenden Lippe oder mit einer axial unterteilten Lippe ausgebildet sein. Im Fall einer axial unterteilten Lippe weist diese zwei oder mehr axial beabstandete Lippenabschnitte auf, zwischen denen jeweils ein axialer Rücksprung liegt. In den verschiedenen Dichtlippensegmenten können bei axial unterteilten Lippen entweder gleiche oder ungleiche axial beabstandete Lippenabschnitte und zwischenliegende axiale Rücksprünge vorhanden sein.
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Vorteilhafterweise erstrecken sich alle Dichtlippensegmente über das gleiche Winkelsegment. Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Summe der Dichtungsaussparungen zwischen den Dichtlippensegmenten kleiner als die Dichtlippensegmente selbst.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist das Dichtungselement insgesamt drei axial versetzte Dichtlippen auf, die jeweils radial nach innen gerichtete Stirnseiten besitzen. Von den insgesamt drei axial versetzt angeordneten Dichtlippen besitzt nur die der Endscheibe abgewandte, erste Dichtlippe in Umfangsrichtung mehrere Dichtlippensegmente, wohingegen die beiden weiteren Dichtlippen unterbrechungsfrei umlaufend ausgebildet sind. Die zweite und die dritte Dichtlippe, die jeweils unterbrechungsfrei ausgeführt sind, liegen mit ihrer Stirnseite jeweils umlaufend auf Kontakt mit der Außenseite des strömungsführenden Bauteils, das in die Strömungsöffnung in der Endscheibe eingeführt ist. Die zweite und die dritte Dichtlippe verbessern insgesamt die Strömungsdichtigkeit.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung weisen die Dichtlippen im unverformten Ausgangszustand eine unterschiedliche große radiale Erstreckung auf. Es kann beispielsweise zweckmäßig sein, dass die der Endscheibe zugewandte Dichtlippe eine größere radiale Erstreckung besitzt und radial weiter nach innen hineinreicht als die Dichtlippe, die in mehrere Dichtlippensegmente unterteilt ist. Aufgrund der größeren radialen Erstreckung übt diese Dichtlippe entsprechend eine höhere Radialkraft auf das in die Strömungsöffnung einzuführende, strömungsführende Bauteil aus und verbessert hierdurch die Dichtigkeit. Beim Einführen des strömungsführenden Bauteils in die Strömungsöffnung in der Endscheibe kann sich die radial größere Dichtlippe verformen, wodurch eine höhere Radialkraft auf die Außenseite des strömungsführenden Bauteils ausgeübt wird.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung weisen die Dichtlippen eine sich in Richtung der Stirnseite verjüngende Querschnittsform auf. Hierdurch konzentriert sich die Radialkraft auf eine kleinere Fläche, wodurch der Anpressdruck der Dichtlippen auf die Außenseite des strömungsführenden Bauteils erhöht wird.
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Durch die Funktionstrennung von segmentierter, erster Dichtlippe, welche eine zentrierende und stützende Funktion hat und der mindestens einen weiteren, durchgehend ausgeführten Dichtlippe, welche primär die Dichtfunktion übernimmt, ergibt sich die Möglichkeit, das Dichtungselement und insbesondere die Dichtlippen filigraner und mit geringerer Wandstärke auszuführen. Hierdurch reduzieren sich auch die Service- und Montagekräfte beim Montieren oder Austausch des Dichtungselements, da aufgrund der filigraneren Ausführung die Aufweitung erleichtert wird.
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Vorteilhaft ist es außerdem, dass die Dichtungsaussparungen zwischen zwei Dichtlippensegmenten den Eingriff von Rippen auf der Außenseite des strömungsführenden Bauteils ermöglichen, wodurch ein Verdrillen oder Verdrehen des ringförmigen Dichtungselementes verhindert wird. Derartige Rippen verlaufen auf der Außenseite des strömungsführenden Bauteils in Achsrichtung.
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Eine oder mehrere, sich in Umfangsrichtung erstreckende Rippen auf der Außenseite des strömungsführenden Bauteils können in montierter Position zwischen axial aufeinander folgende Dichtlippen hineinragen. Auf diese Weise wird das ringförmige Dichtungselement auch in Achsrichtung zusätzlich fixiert.
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Das Dichtungselement ist vorzugsweise ein vorgefertigtes Bauteil, das an dem Rundfilterelement montiert wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein vorbeschriebenes Rundfilterelement mit einem vorbeschriebenen Dichtungselement, das an der Strömungsöffnung in der Endscheibe sitzt. Es kann zweckmäßig sein, dass an der Endscheibe an der Strömungsöffnung ein Begrenzungsstutzen angeformt ist, der einteilig mit der Endscheibe ausgebildet ist und in den das Dichtungselement eingesetzt ist. Der Strömungsstutzen nimmt somit das ringförmige Dichtungselement auf und stützt das Dichtungselement radial nach außen ab. Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass die erste, in Segmente unterteilte Dichtlippe sich axial außerhalb des Begrenzungsstutzens befindet, wohingegen eine oder mehrere weitere Dichtlippen, die unterbrechungsfrei umlaufend ausgebildet sind, axial innerhalb des Begrenzungsstutzens angeordnet sind. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die erste, segmentierte Dichtlippe aufgrund der fehlenden radialen Abstützung durch den Begrenzungsstutzen nur eine geringere Radialkraft auf das strömungsführende, in die Strömungsöffnung in der Endscheibe einzuführende Bauteil ausübt. Dementsprechend ist auch die Gefahr einer unerwünschten Verformung der Dichtlippensegmente herabgesetzt. Dagegen können die eine oder mehrere weiteren Dichtlippen, die sich innerhalb des Begrenzungsstutzens befinden, aufgrund ihrer radialen Abstützung nach außen eine höhere Radialkraft auf das strömungsführende Bauteil ausüben.
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Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung mit einem vorbeschriebenen Rundfilterelement und einem vorbeschriebenen Dichtungselement sowie mit einem Filtergehäuse zur Aufnahme des Filterelements.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines hohlzylindrischen Rundfilterelements mit einer Strömungsöffnung in einer stirnseitigen Endscheibe, wobei die Strömungsöffnung mit einem ringförmigen Dichtungselement versehen ist,
- 2 eine Draufsicht auf das Rundfilterelement,
- 3 das Rundfilterelement mit einem gehäuseseitigen Strömungsstutzen, der in die Strömungsöffnung in der Endscheibe eingesetzt ist,
- 4 das Rundfilterelement mit Strömungsstutzen in Seitenansicht,
- 5 einen Schnitt längs durch das Rundfilterelement im Bereich des Strömungsstutzens einschließlich ringförmigem Dichtungselement.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den Figuren ist ein hohlzylindrisches Rundfilterelement 1 dargestellt, das vorzugsweise zur Luftfiltration eingesetzt wird, insbesondere zur Filtration der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluft. Das Rundfilterelement 1 weist einen hohlzylindrischen Filtermediumkörper 2 aus einem Filtermaterial auf, der bezogen auf seine Längsachse 3 in Radialrichtung von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird, insbesondere radial von außen nach innen. An beiden axialen Stirnseiten befindet sich eine Endscheibe 4, 5 am Filtermediumkörper 2, wobei die Endscheiben 4, 5 die Stirnseiten des Filtermediumkörpers strömungsdicht abschließen. Die erste Endscheibe 4 weist eine zentrale Strömungsöffnung 6 auf, welche mit dem Innenraum, der vom Filtermediumkörper 2 umschlossen ist, kommuniziert. Die zweite, gegenüberliegende Endscheibe 5 ist durchgehend geschlossen ausgebildet. Über die Strömungsöffnung 6 kann das Rundfilterelement an ein strömungsführendes Bauteil wie beispielsweise ein Strömungsstutzen angeschlossen werden, über die das gereinigte Fluid aus dem Innenraum des Filtermediumkörpers 2 axial abgeleitet werden kann.
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An der Endscheibe 4 ist ein Begrenzungsstutzen 7 angeformt, der die Strömungsöffnung 6 einfasst. Der Begrenzungsstutzen 7 ragt axial über die Außenseite der Endscheibe 4 hinaus. In den Begrenzungsstutzen 7 ist ein ringförmiges Dichtungselement 8 eingesetzt, das an der Außenseite eines strömungsführenden Bauteils in Form eines Strömungsstutzens 13 anliegt (3 bis 5), der in die Strömungsöffnung 6 eingesetzt ist.
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Das Dichtungselement 8 weist, wie insbesondere der Schnittdarstellung gemäß 5 zu entnehmen ist, einen ringförmigen Dichtkörper 9 und vom Dichtkörper 9 radial nach innen gerichtete Dichtlippen 10, 11 und 12 auf. Die Stirnseite jeder Dichtlippe 10, 11, 12 liegt an der Außenseite des Strömungsstutzens 13 an. Die erste Dichtlippe 10, die sich axial am weitesten von der Endscheibe 4 entfernt befindet, ist in einzelne Dichtlippensegmente 10a, 10b und 10c unterteilt, wobei zwischen zwei Dichtlippensegmenten jeweils eine Dichtungsaussparung 14 liegt. Über den Umfang gleichmäßig verteilt sind insgesamt drei Dichtlippensegmente 10a, 10b, 10c angeordnet, deren Erstreckung in Umfangsrichtung länger ist als die zwischenliegenden Dichtungsaussparungen 14. Jedes der Dichtlippensegmente 10a, 10b, 10c erstreckt sich über das gleiche Winkelsegment.
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Die Segmentierung der ersten Dichtlippe 10 hat den Vorteil, dass beim axialen Einführen des Strömungsstutzens 13 in die Strömungsöffnung 6 die erste Dichtlippe 10a mit den Dichtlippensegmenten 10a, b, c und damit auch das gesamte Dichtungselement 8 sich nicht verformt, sondern dass die Dichtlippensegmente 10a, b, c ohne Umbiegung nach innen an der Außenseite des Strömungsstutzens 13 entlanggleiten können. Dies gewährleistet außerdem eine zentrische Position des Dichtungselementes 8 auf der Außenseite des Strömungsstutzens 13.
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Die beiden weiteren Dichtlippen 11 und 12, die axial zur ersten Dichtlippe 10 beabstandet sind und sich näher an der Endscheibe 4 befinden, weisen keine Segmentierung auf, sondern sind ohne Unterbrechung und in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet. Dies erlaubt eine strömungsdichte Abdichtung und damit eine sichere Separierung der Reinseite von der Rohseite.
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Der Dichtkörper 9 ist im Wesentlichen von dem Ringraum aufgenommen, der radial zwischen der Außenseite des Strömungsstutzens 13 und der Innenseite des Begrenzungsstutzens 9 gebildet ist. Lediglich ein Abschnitt des Dichtkörpers 9, der die segmentierte Dichtlippe 10 trägt, ragt axial aus dem Ringraum heraus. Dagegen ist der Abschnitt des Dichtkörpers 9, der Träger der beiden weiteren Dichtlippen 11 und 12 ist, axial innerhalb des Ringraums und des Begrenzungsstutzens 7 angeordnet.
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Die dritte Dichtlippe 12, welche der Endscheibe 4 am nächsten liegt, weist radial nach innen eine größere Erstreckung auf als die beiden weiteren Dichtlippen 10 und 11. Dementsprechend verformt sich die dritte Dichtlippe 12 geringfügig axial beim Einschieben des Strömungsstutzens 13 in die Strömungsöffnung 6. Aufgrund dieser Verformung übt die dritte Dichtlippe 12 in Radialrichtung eine größere Dichtkraft als die beiden weiteren Dichtlippen 10 und 11 aus.
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Auch aufgrund der radialen Abstützung der beiden Dichtlippen 11 und 12 nach außen durch den Begrenzungsstutzen 7 sind diese beiden Dichtlippen 11, 12 in der Lage, eine höhere Dichtkraft auf die Außenseite des Strömungsstutzens 13 auszuüben, als dies bei der segmentierten Dichtlippe 10 der Fall ist.
