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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für einen Kolben eines hydraulischen Systems, insbesondere für einen Kolben einer hydraulischen Innenschaltung eines Getriebes. Ein solcher Kolben wird durch ein Fluid mit Druck beaufschlagt, um beispielsweise die Schaltgabeln eines Getriebes oder auch ein Ausrücklager einer Kupplung zu betätigen. Die Erfindung betrifft auch ein Ausrücksystem, in welchem eine solche Dichtungsanordnung enthalten ist.
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In der
DE 10 2013 012 044 A1 ist eine Dichtungsanordnung bekannt, welche einen Dichtring mit zumindest einer ersten Dichtlippe umfasst, die mindestens eine Durchlassnut zur strömungsleitenden Verbindung zweier gegeneinander abzudichtender Räume aufweist. Dabei berührt die erste Dichtlippe eine abzudichtende Fläche eines abzudichtenden Maschinenelements unter elastischer Vorspannung anliegend und ist stirnseitig einerseits des Dichtrings auf einer dem ersten abzudichtenden Raum zugewandten Seite des Dichtrings angeordnet. Eine zweite Dichtlippe ist stirnseitig auf der anderen Seite des Dichtrings auf einer dem zweiten abzudichtendem Raum angeordnet. Die zweite Dichtlippe ist als Ventillippe zur Begrenzung eines relativen Überdrucks im ersten abzudichtenden Raum gegenüber dem zweiten abzudichtenden Raum ausgebildet. In axialer Richtung zwischen der ersten und der zweiten Dichtlippe ist zumindest ein Dichtwulst angeordnet, der der abzudichtenden Fläche im drucklosen Zustand der Dichtungsanordnung mit radialem Abstand benachbart zugeordnet ist.
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Die zweite Dichtlippe bildet bei der statisch ruhenden Dichtungsanordnung eine statische Abdichtung. Im drucklosen Zustand der Dichtungsanordnung, wenn also zwischen den gegeneinander abzudichtenden Räumen praktisch kein Differenzdruck anliegt, dichtet die Ventillippe das abzudichtende Medium gegen die abzudichtende Fläche zuverlässig ab. Das abzudichtende Medium kann dadurch nicht vom ersten abzudichtenden Raum durch die Durchlassnut hindurch in den zweiten abzudichtenden Raum gelangen, weil dieser durch die Ventillippe abgedichtet ist. Gemäß jenem Stand der Technik kann eine gezielte, d.h. definierte Leckage erfolgen. Ab einem gewissen Druck schließt diese bekannte Dichtung jedoch wieder.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2017 108 030 A1 ein Schaltmodul eines automatischen Schaltgetriebes bekannt, welches zum Ausrücken zweier Schaltgabeln eine Zylinderanordnung aus zwei Zylinderbauteilen aufweist, die in axialer Flucht miteinander angeordnet und über ein Zwischenstück aus Kunststoff miteinander verbunden sind. Jeder Zylinder ist mit einem Kolben ausgestattet, der mittels eines Hydraulikfluids axial verschiebbar ist. Jeder Kolben weist eine zylindrische Grundform mit je einem den Kolben gegen eine innere Oberfläche des Zylinders abdichtenden Radialdichtring, an seinen Stirnenden auf. Allerdings kann es bei dieser Art von Dichtung zu Leckagen auch bei kleinen Drücken kommen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Dichtungsanordnung für einen Kolben eines hydraulischen Systems zu schaffen, insbesondere für einen Kolben einer hydraulischen Schaltung eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs, anzugeben, welche bis zu einem vorbestimmten Grenzdruck zuverlässig eine Dichtfunktion erfüllt und ab dem vorbestimmten Grenzdruck einen definierten Leckagestrom eines hydraulischen Fluids sowie von Luft zur Entlüftung ermöglicht
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Die Aufgabe wird durch eine Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 sowie ein Ausrücksystem nach Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine Ausführungsform einer Dichtungsanordnung weist Folgendes auf:
- - einen Kolben mit einer Längsachse L, welcher zumindest zwei in Bezug auf die Längsachse L eine erste und eine zweite radiale Kolbenwand aufweist, zwischen denen eine Nut ausgebildet ist,
- - eine Dichtung, die in der Nut aufgenommen ist, wobei sich eine erste Dichtlippe radial nach außen über die radialen Kolbenwände hinaus erstreckt,
wobei sich die erste radiale Kolbenwand weniger weit radial nach außen erstreckt als die zweite radiale Kolbenwand und dass eine zweite Dichtlippe unterhalb eines auf sie wirkenden vorbestimmten Grenzdrucks pG dichtend gegen die erste radiale Kolbenwand anliegt und mit dieser zusammen einen Eintrittsraum verschließt, von dem aus sich eine Bypassleitung innerhalb des Kolbens zumindest teilweise um die Nut erstreckt, wobei die zweite Dichtlippe bei einem Druck oberhalb des vorbestimmten Grenzdrucks pG radial nach innen verschwenkt, so dass der Eintrittsraum geöffnet ist.
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Mit dieser Dichtungsanordnung lassen sich zwei Räume, in denen unterschiedliche Drücke herrschen, gegeneinander bis zu einem Grenzdruck pG abdichten, da unterhalb des genannten Grenzdruckes beide Dichtlippen dichtend an jeweiligen Wänden anliegen. Oberhalb des Grenzdruckes kippt die zweite Dichtlippe nach innen, d.h. in das Innere der Nut, so dass zwischen der zweiten Dichtlippe und der ersten radialen Kolbenwand ein Durchlass entsteht, welcher es einem Hydraulikfluid sowie Luft ermöglicht, in den Eintrittsraum vorzudringen und von dort aus in die Bypassleitung zu strömen. Die Bypassleitung erstreckt sich vorzugsweise am Rand der Nut um diese herum bis in einen Bereich der zweiten radialen Kolbenwand, so dass das Fluid von dort nach außen strömen kann. Damit umläuft eine bestimmte Fluidmenge ab dem vorbestimmten Grenzdruck pG die Dichtung in der Nut und es tritt eine definierte Leckage auf.
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Der Grenzddruck pG, ab dem die zweite Dichtlippe verschwenkt bzw. verkippt wird, kann beispielsweise durch die Geometrie der zweiten Dichtlippe und/oder über eine Wahl des Materials für diese festgelegt werden. Dabei gilt insbesondere, dass je dünner die zweite Dichtlippe ausgeführt wird und je länger sie ist, desto geringer ist der Grenzdruck, ab dem sie den Eintrittsraum für das Fluid öffnet. Ähnlich verhält es sich mit dem Material: je weicher dieses gewählt wird und je elastischer es ist, desto geringer ist wiederum der Grenzdruck pG.
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Andererseits kann auch ein definierter Leckagestrom, also eine Durchflussmenge pro Zeiteinheit, die über die Bypassleitung nach außen strömt, wenn der Grenzdruck pG überschritten wird, durch Geometrie der Bypassleitung festgelegt werden. Bestimmende Faktoren sind hierfür insbesondere eine Anzahl der Bypassleitungen, eine Breite sowie eine Tiefe der Bypassleitung bzw. der Bypassleitungen. Je größer deren Anzahl und je größer die Tiefe bzw. die Breite der Leitungen ist, desto größer ist der definierte Leckagestrom des Hydraulikfluids, der nach außen tritt.
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Wie vorstehend erwähnt, erstreckt sich die erste radiale Kolbenwand weniger weit radial nach außen als die zweite radiale Kolbenwand. Dies hat den Zweck, dass auf diese Weise zwischen der zweiten radialen Kolbenwand und einem Gehäuse, das beim Einsatz der Dichtungsanordnung diese radial außen umgibt, ein Spalt besteht, durch welchen hydraulisches Fluid bis zu der zweiten radialen Kolbenwand vordringen kann. Ist der Druck des hydraulischen Fluids groß genug, d.h. übersteigt es den vorbestimmten Grenzdruck pG, so verschwenkt die zweite radiale Dichtlippe, wie dies bereits erwähnt wurde, und gibt den Zutritt zum Eintrittsraum und damit zur Bypassleitung bzw. zu den Bypassleitungen frei.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Dichtungsanordnung weist die erste radiale Kolbenwand ein radial äußeres Ende auf, welches abgeflacht ist, und die zweite radiale Kolbenwand weist ein radial äußeres Ende auf, welches ebenfalls abgeflacht ist, wobei zwischen den radial äußeren Enden ein radialer Abstand A>0 besteht. Je größer dieser radiale Abstand A ist, desto mehr Hydraulikfluid kann bis zur zweiten Dichtlippe vordringen und auf die zweite Dichtlippe im Hinblick auf deren Öffnung bzw. auf deren Verschwenken einwirken. Auch der radiale Abstand ist somit ein Mittel, um die Größe des Leckagestroms festzulegen.
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Der radiale Abstand A zwischen den radial äußeren Enden der radialen Kolbenwände kann beispielsweise weniger als 1/3 der radialen Ausdehnung der Nut betragen. Das bedeutet, dass der radiale Abstand A klein gegenüber einer Tiefe der Nut und damit gegenüber einer radialen Ausdehnung der radialen Kolbenwände ist. Dies stellt unter Anderem sicher, dass unterhalb des vorbestimmten Grenzdrucks pG die Dichtungsanordnung eine ausreichende Abdichtung in Bezug auf das Hydraulikfluid gewährleistet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung erstreckt sich die Bypassleitung vom Eintrittsraum bis zu dem radial äußeren Ende der zweiten radialen Kolbenwand. Die Bypassleitung umläuft somit die gesamte Nut vom Eintrittsraum bis in einen Bereich des radial äußeren Endes der zweiten radialen Kolbenwand. Da im Einsatz der Dichtungsanordnung die zweite radiale Kolbenwand die Dichtungsanordnung nach außen d.h. gegen die Umgebung begrenzt, bedeutet dies, dass der Leckagestrom des Hydraulikfluids im Bereich des radial äußeren Endes der zweiten radialen Kolbenwand nach außen treten kann. Somit wird eine definierte Leckage oberhalb des Grenzdrucks pG gewährleistet.
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Was die Größe des vorbestimmten Grenzdrucks pG betrifft, so kann dieser in der Praxis beispielsweise zwischen einschließlich 0,2 bar und 5 bar liegen. Dies bedeutet, dass, wenn der Druck eines Hydraulikfluids in einem Raum bzw. einer Kammer, welche beim Einsatz der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung durch die erste radiale Kolbenwand in Axialrichtung zumindest teilweise begrenzt wird, über den genannten Wert ansteigt, die zweite Dichtlippe verschwenkt und das Hydraulikfluid in den Eintrittsraum vordringen lässt.
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Bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ist die zweite Dichtlippe vorzugsweise einstückig mit der Dichtung ausgebildet. Mit anderen Worten ist die zweite Dichtlippe bei dieser Ausführungsform ein integraler Bestandteil der Dichtung. Das Verkippen bzw. Verschwenken der zweiten Dichtlippe oberhalb des vorbestimmten Grenzdrucks pG erfolgt demnach durch ein Verbiegen oder Knicken der zweiten Dichtlippe gegenüber der restlichen Dichtung, die nachstehend auch als Dichtkörper bezeichnet werden kann. Gemäß einer Alternative könnte die zweite Dichtlippe beispielsweise auch separat ausgebildet und über ein Verbindungsmittel am Dichtkörper angelenkt sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kolben um die Längsachse L herum ausgebildet. Das bedeutet, dass die Dichtungsanordnung in eine zylindrische Öffnung eines Gehäuses eingesetzt werden kann und in axialer Richtung in Bezug auf die Längsachse in Bezug auf eine Innenwand des Gehäuses gleiten kann, um ein Ausrücklager oder eine oder mehrere Ausrückgabeln oder Schaltgabeln (im Fall einer Innenschaltung) einer Kupplung zu betätigen. Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung in diesem Fall geeignet, Teil eines Zentralausrückers oder einer Getriebe-Innenschaltung zu bilden.
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Die Bypassleitung der Dichtungsanordnung kann sich vom Eintrittsraum bis zu einem Bereich zwischen der zweiten radialen Kolbenwand und der ersten Dichtlippe erstrecken. Das bedeutet, dass die Bypassleitung noch im Inneren der Nut der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung endet. Der Leckagestrom, der oberhalb des Grenzdrucks entsteht, mündet somit in den genannten Bereich und kann dann zwischen der zweiten radialen Kolbenwand und einem Gehäuse, gegen welche die zweite radiale Kolbenwand gerichtet ist, durchtreten und nach außen strömen. Dabei dichtet die erste Dichtlippe den Bereich in axialer Richtung ab, so dass das Hydraulikfluid nicht in Richtung der ersten radialen Kolbenwand zurückfließen kann. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann sich die Bypassleitung oder eine der Bypassleitungen auch bis zu einer axialen Außenseite der zweiten radialen Kolbenwand erstrecken und somit den Leckagestrom direkt nach außen ableiten.
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Wie bereits erwähnt, können bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung auch zwei oder mehr Bypassleitungen vorhanden sein, um insbesondere den Leckagestrom zu vergrößern. Die mehreren Bypassleitungen können dabei verschiedene Geometrien/Abmessungen und/oder unterschiedliche Verläufe aufweisen, um den Leckagestrom den individuellen Bedürfnissen anzupassen.
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Die Erfindung betrifft auch Ausrücksystem, welches ein Gehäuse mit einem ersten Raum und einem zweiten Raum aufweist, die durch eine Dichtungsanordnung gemäß den vorbeschriebenen Ausführungsformen in axialer Richtung gegeneinander abgegrenzt sind. Der Kolben der Dichtungsanordnung ist dabei in Axialrichtung innerhalb des Gehäuses verschiebbar gelagert und der erste Raum ist dafür ausgelegt, im Betrieb mit Druck durch ein Hydraulikfluid beaufschlagt zu werden. Die Dichtungsanordnung dichtet den ersten Raum, welcher im Betrieb als ein Fluidraum wirkt, der mit einem Hydraulikfluid zum Betätigen des Ausrücksystems beaufschlagt wird, gegen den zweiten Raum, welcher mit zu einer Kupplungsseite hin geöffnet sein kann, ab. Bei diesem Ausrücksystem liegt die erste Dichtlippe gegen eine Wand des Gehäuses an. Bei Beaufschlagung des ersten Raums mit Hydraulikfluid unterhalb des Grenzdruckes pG gleitet der Kolben im Inneren des Gehäuses in Richtung der Längsachse L, wobei beide Dichtlippen den ersten Raum gegenüber dem zweiten Raum abdichten. Überschreitet der Druck des Hydraulikfluids den vorgegebenen Grenzdruck pG, so öffnet die zweite Dichtlippe, indem sie in den Eintrittsraum hinein verschwenkt wird, wohingegen die erste Dichtlippe weiterhin dichtend an dem Gehäuse anliegt. Auf diese Weise kann nur ein bestimmter, erwünschter Leckagestrom über die Bypassleitung in den zweiten Raum durchtreten.
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Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung sowie das Ausrücksystem, in dem diese Dichtungsanordnung aufgenommen sind, weisen den Vorteil einer axial kurzen Bauweise auf, so dass der axiale Raumbedarf gering ist. Darüber hinaus ist die Montage der Dichtungsanordnung innerhalb des Gehäuses vereinfacht, da nur eine radial dichtende Kante vorhanden ist, welche durch die erste radiale Dichtlippe geformt wird. Schließlich kann eine definierte Leckage des Hydraulikfluids verwirklicht werden, welche im Vergleich zu einer Ausführung, bei der ein Leckagekanal durch die Dichtung, also den Dichtkörper hindurch verläuft, präziser ist, da im Vergleich nur geringe Verformungseinflüsse einen Querschnitt der Bypassleitung einwirken, wohingegen bei einem Leckagekanal durch die Dichtung das Elastomermaterial der Dichtung den Querschnitt des Leckagekanals beeinflussen kann.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines nicht beschränkenden Beispiels mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine beispielhafte Ausführungsform einer Dichtungsanordnung der Erfindung im Querschnitt in einem Zustand bei einem Druck unterhalb eines vorbestimmten Grenzdrucks pG und
- 2 die Ausführungsform von 1 in einem Zustand bei einem Druck oberhalb des vorbestimmten Grenzdrucks pG.
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In 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung im Längsschnitt gezeigt. Unter den Bezugszeichen 1 ist ein Gehäuse gezeigt, das die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung, welche in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet ist, umschließt und eine hydraulische Ausrückvorrichtung 100 begrenzt. Die Dichtungsanordnung 2 ist hier Rotation symmetrisch um ihre Längsachse L ausgeführt, wobei in der Figur nur eine Hälfte der Dichtungsanordnung 2 oberhalb der Längsachse L gezeigt ist.
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Die Dichtungsanordnung 2 umfasst eine Dichtung 3 sowie einen Kolben 4, welcher innerhalb des Gehäuses 1 in axialer Richtung in Bezug auf die Längsachse L gleiten kann. Die Dichtungsanordnung 2 dichtet dabei einen ersten Raum 6 gegen einen zweiten Raum 7 ab. Zu diesem Zweck umfasst die Dichtung 3 mehrere Vorsprünge 3a, welche mit dem Kolben 4 dichtend in Verbindung stehen. In der Praxis wird der erste Raum 6 mit einem Hydraulikfluid beaufschlagt, um den Kolben 4 gegen den zweiten Raum 7 zu verschieben. Auf diese Weise kann der Kolben 4 ein Ausrücklager oder mehrere Ausrückgabeln oder Schaltgabeln (in der Figur nicht gezeigt) betätigen, um eine Kupplung zu öffnen oder zu schließen bzw. um einen Gang ein- oder auszulegen.
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Die Dichtung 3 umfasst eine erste Dichtlippe 8 und eine zweite Dichtlippe 9. Die erste Dichtlippe 8 liegt, wie dies zu erkennen ist, an dem Gehäuse 1 bzw. einer Innenwand des Gehäuses 1 an und dichtet somit die beiden Räume 6, 7 gegeneinander ab. Die zweite Dichtlippe 9, welche sich von der Dichtung 3 aus gegen eine erste radiale Kolbenwand 10 erstreckt, steht unter Vorspannung gegen die erste radiale Kolbenwand 10 und bewirkt, dass bei einem Druck des im ersten Raum 6 befindlichen Hydraulikfluids unterhalb eines vorbestimmten Grenzdrucks pG kein Fluid in den zweiten Raum 7 vordringen kann.
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Wie dies in der Figur zu erkennen ist, erstreckt sich die erste radiale Kolbenwand 10 in radialer Richtung nahezu bis an das Gehäuse 1, wobei ein geringfügiger Abstand A besteht. Dieser radiale Abstand A ermöglicht es dem Fluid, bis zur zweiten Dichtlippe 9 vorzudringen. Eine zweite radiale Kolbenwand 11 erstreckt sich in radialer Richtung weiter als die erste radiale Kolbenwand 10 zum Gehäuse 1 hin. In der gezeigten Ausführungsform weist die erste radiale Kolbenwand 10 ein radiales Ende 10a auf, welches abgeflacht ist, während die zweite radiale Kolbenwand 11 ein radiales Ende 11a aufweist, welches ebenfalls abgeflacht ist. Der radiale Abstand A entspricht der Differenz zwischen dem radialen Ende 11a und dem radialen Ende 10a.
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Die erste radiale Kolbenwand 10 und die zweite radiale Kolbenwand 11 begrenzen eine Nut 12 des Kolben 4, innerhalb derer die Dichtung 3 eingepasst ist. Der 1 ist, wie bereits erwähnt, ein Zustand gezeigt, gemäß dem der Druck eines Hydraulikfluids in dem ersten Raum 6 kleiner ist als der vorbestimmte Grenzdruck pG. In diesem Zustand kann das Fluid oder Luft über den radialen Abstand A in die Nut 12 vordringen, jedoch nur bis zur zweiten Dichtlippe 9. Diese verschließt unterhalb des vorbestimmten Grenzdrucks pG einen Eintrittsraum 13, welcher durch die Dichtung 3, die zweite Dichtlippe 9 sowie die erste radiale Kolbenwand 10 begrenzt wird. Auf diese Weise kann das Fluid nicht bis zu einer aus dem Eintrittsraum 13 abzweigenden Bypassleitung 5 vordringen. Wie dies zu erkennen ist, erstreckt sich die Bypassleitung 13 in der gezeigten Ausführungsform innerhalb des Kolbens 4 um die Nut 13 herum bis in einen Bereich des oberen radialen Endes 11a der zweiten radialen Kolbenwand 11.
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Mit nunmehrigem Bezug auf 2 ist die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 2 in einem Zustand gezeigt, in dem der Druck des Hydraulikfluids im ersten Raum 6 den vorbestimmten Grenzdruck pG übersteigt. In diesem Zustand verschwenkt die zweite Dichtlippe 9 in das Innere des Eintrittsraums 13, wobei sie sich von der ersten radialen Kolbenwand 10 löst und es ermöglicht, dass Hydraulikfluid in den Eintrittsraum 13 fließt und von dort weiter in den Bypassleitung 5. Wie dies durch die beiden Pfeile links oben in der Figur angedeutet ist, tritt das Fluid zwischen dem Gehäuse 1 und der zweiten radialen Kolbenwand 11 hindurch in den zweiten Raum 7. Auf diese Weise wird ein definierter Leckagestrom ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Dichtungsanordnung
- 3
- Dichtung
- 3a
- Vorsprung
- 4
- Kolben
- 5
- Bypassleitung
- 6
- erster Raum
- 7
- zweiter Raum
- 8
- erste Dichtlippe
- 9
- zweite Dichtlippe
- 10
- erste radiale Kolbenwand
- 10a
- radial äußeres Ende
- 11
- zweite radiale Kolbenwand
- 11a
- radial äußeres Ende
- 12
- Nut
- 13
- Eintrittsraum
- 100
- hydraulische Ausrückvorrichtung
