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Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Gattungsgemäße hydrodynamische Kupplungen sind seit vielen Jahrzehnten bekannt. Sie werden, genauso wie dies für die erfindungsgemäße hydrodynamische Kupplung möglich ist, beispielsweise für Schwerlastmaschinen, wie Shredder, Brecher, Kettenförderer, Mühlen, Gurtförderer, insbesondere im Bergbau über oder unter Tage verwendet, um eine Arbeitsmaschine verschleißfrei und schwingungsgedämpft anzufahren und zu betreiben. In Verbindung mit einer elektronischen Anfahrregelung werden Anlaufzeiten bis zu mehreren Minuten realisiert. Die Gurtzugkräfte beim Anfahren von Gurtförderern werden dabei auf ein Minimum reduziert.
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Herkömmlich werden solche hydrodynamische Kupplungen in der Regel als fremdgelagerte Kupplungen ausgeführt, das heißt, ihre Antriebswelle und Abtriebswelle werden an den angeschlossenen Maschinen, der Antriebsmaschine auf der Seite der Antriebswelle und der Arbeitsmaschine oder einem zwischengeschalteten Getriebe auf der Seite der Abtriebswelle gelagert. Hierdurch kann zwar eine kostengünstige und besonders kompakte Gestaltung der hydrodynamischen Kupplung erreicht werden, allerdings müssen die angeschlossenen Maschinen derart ausgestaltet sein, dass ihre Lagerung auch die Betriebskräfte, die auf die Antriebswelle und die Abtriebswelle der hydrodynamischen Kupplung wirken, aufnehmen können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kupplung, insbesondere für die eingangs genannten Anwendungsbereiche anzugeben, die den genannten Nachteil vermeidet.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Kupplung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Eine erfindungsgemäße hydrodynamische Kupplung weist ein beschaufeltes Pumpenrad und ein beschaufeltes Turbinenrad auf, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum ausbilden, der mit einem Arbeitsmedium befüllt oder befüllbar ist, um eine hydrodynamische Kreislaufströmung auszubilden. Insbesondere ist die hydrodynamische Kupplung als füllungsgesteuerte Kupplung ausgeführt, das heißt, es ist eine Füllungssteuerung vorgesehen, mittels welcher die Menge von Arbeitsmedium im Arbeitsraum gezielt zwischen einem minimalen Füllungsgrad und einem maximalen Füllungsgrad des Arbeitsraums veränderbar ist, vorteilhaft stufenlos.
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Die hydrodynamische Kupplung weist ein Pumpenrad auf, das von einer über einer Drehachse umlaufenden Antriebswelle getragen wird. Ferner weist die hydrodynamische Kupplung ein Turbinenrad auf, das von einer über einer Drehachse umlaufenden Abtriebswelle getragen wird. In der Regel fluchten die Drehachse der Antriebswelle und die Drehachse der Abtriebswelle zueinander.
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Ferner ist es möglich, dass die hydrodynamische Kupplung auch mehr als ein Pumpenrad und/oder mehr als ein Turbinenrad aufweist, beispielsweise zwei Pumpenräder, die zwei Turbinenräder in Axialrichtung zwischen sich einschließen oder zwei Turbinenräder, die zwei Pumpenräder in Axialrichtung zwischen sich einschließen. Die in Axialrichtung eingeschlossenen Räder sind dann vorteilhaft in einer Back-to-Back-Anordnung auf einer gemeinsamen Welle positioniert.
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Erfindungsgemäß ist die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle jeweils mittels wenigstens eines fettgeschmierten Lagers mit Nachschmiereinrichtung gelagert.
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Das entsprechende Lager ist beispielsweise als Wälzlager, wie Rillenkugellager, Zylinderrollenlager oder Kegelrollenlager ausgeführt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle jeweils mittels eines ersten als Festlager ausgeführten Wälzlagers und einer zweiten als Loslager ausgeführten Wälzlagers im Gehäuse gelagert. Wie dem Fachmann bekannt ist, bedeutet Festlager dabei, dass dieses nicht nur radiale Kräfte sondern auch axiale Kräfte aufnehmen kann, wohingegen das Loslager keine axialen Kräfte, sondern nur radiale Kräfte aufnehmen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das oder sind die ersten Wälzlager und/oder ist das oder sind die zweiten Wälzlager als Rillenkugellager, Zylinderrollenlager oder Kegelrollenlager ausgeführt.
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Vorteilhaft weist die Nachschmiereinrichtung wenigstens eine Fettzufuhr und wenigstens eine Fettabfuhr auf, die am lagerseitigen Ende jeweils in mindestens einem Lager und am entgegengesetzten Ende außen am Gehäuse münden.
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Günstig ist, wenn die Nachschmiereinrichtung wenigstens jeweils eine Fettzufuhr oder eine Vielzahl von Fettzufuhren pro Lager aufweist, die jeweils in dem Lager und außen am Gehäuse, insbesondere mit jeweils einer eigenen Mündung münden.
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Vorteilhaft kann die Nachschmiereinrichtung wenigstens eine gemeinsame Fettabfuhr für jeweils eine Vielzahl von Lagern, insbesondere für jeweils zwei Lager aufweisen, mit jeweils am lagerseitigen Ende mindestens einer Mündung in den Lagern und am entgegengesetzten Ende einer gemeinsamen Mündung außen am Gehäuse.
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Besonders günstig ist, wenn die Nachschmiereinrichtung eine Vielzahl von Fettzufuhren pro Lager mit einer Vielzahl von Mündungen, insbesondere zwei Mündungen pro Lager aufweist, wobei die Mündungen pro Lager über einem Umfang des Lagers versetzt zueinander, insbesondere um 180° versetzt zueinander angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Nachschmiereinrichtung eine Vielzahl von Fettzufuhren pro Lager mit einer Vielzahl von Mündungen, insbesondere zwei Mündungen pro Lager auf, die außen am Gehäuse, insbesondere auf entgegengesetzten Seiten des Gehäuses münden. Beispielsweise kann in Blickrichtung auf die Stirnseite des Gehäuses beziehungsweise in Richtung der Drehachse der hydrodynamischen Kupplung gesehen eine der beiden Mündungen links von einer Ebene, die senkrecht und entlang der Drehachse verläuft, und die andere der beiden Mündungen rechts von dieser Ebene positioniert sein, vorteilhaft jeweils mit Abstand zu der genannten Ebene, beispielsweise nahe der maximalen seitlichen Erstreckung des Gehäuses. Zusätzliche oder alternativ ist es auch möglich, stirnseitig auf beiden Stirnseiten jeweils eine entsprechende Mündung am Gehäuse vorzusehen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die mindestens eine Fettzufuhr und/oder Fettabfuhr einen Schlauch, insbesondere jeweils einen Schlauch umfasst, der einen Innenraum in dem Gehäuse überbrückt. So kann beispielsweise der wenigstens eine Schlauch beziehungsweise können die Vielzahl von Schläuchen mit einem Ende an einem Bund des Gehäuses montiert sein, der die Antriebswelle oder die Abtriebswelle mit dem oder den zugehörigen Lagern umgibt, und mit ihrem anderen Ende radial außerhalb des Bundes an einer äußeren Schale oder einem äußeren Ständer des Gehäuses, sodass die wenigstens eine Fettzufuhr und die wenigstens eine Fettabfuhr von außen leicht zugängig ist.
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Im Bereich des äußeren Anschlusses des wenigstens einen Schlauches beziehungsweise allgemein im Bereich der Mündung der Fettzufuhr und/oder Fettabfuhr außen am Gehäuse kann eine Armatur und/oder ein Schmiernippel vorgesehen sein, über welche/welchen das Fett in die Fettzufuhr einbringbar ist beziehungsweise aus der Fettabfuhr abgeführt werden kann.
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Im Hinblick auf eine günstige Zuführung und Abführung des Fettes ist es vorteilhaft, die Mündung der Fettzufuhr und/oder die Mündung der Fettabfuhr am Gehäuse oberhalb der jeweils anderen Mündung im Lager zu positionieren und/oder die Fettzufuhr und/oder Fettabfuhr zumindest teilweise oberhalb der jeweiligen Mündung im Lager verlaufen zu lassen. Damit kann die geodätische Differenzhöhe ausgenutzt werden, um das Fett leichter in das Lager hineinzudrücken beziehungsweise zu verhindern, das Fett ungewollt ausläuft.
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In der Fettzufuhr und/oder der Fettabfuhr kann ein Rückschlagventil vorgesehen sein, das in einer Schließrichtung mit einer Federkraft beaufschlagt ist, gegen welche das Fett beim Durchströmen der Fettzufuhr oder der Fettabfuhr wirkt. Auch dies kann dazu beitragen, dass ein ungewolltes Auslaufen des Fettes vermieden wird. Ferner kann durch das Rückschlagventil ein Druck im Fett aufgebaut werden, der für die Verteilung des Fettes günstig ist.
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Die Fettzufuhr und die Fettabfuhr können derart an dem jeweiligen Lager, insbesondere Wälzlager, angeschlossen sein, dass das Einbringen von Nachschmierfett in die Fettzufuhr das im Lager befindliche Fett in die Fettabfuhr verdrängt, sodass das gebrauchte Fett aus dem Lager herausgedrückt wird und durch Nachschmierfett ersetzt wird. Dies kann besonders günstig durch eine Drosselung des Fettes erreicht werden, beispielsweise durch eine Drosselstelle in der Fettzufuhr und/oder der Fettabfuhr und/oder durch ein Rückschlagventil in der Fettzufuhr und/oder Fettabfuhr.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine beispielhafte Ausführungsform einer hydrodynamische Kupplung, bei der die Erfindung angewendet werden kann;
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2 eine stirnseitige teilweise ausgebrochene Ansicht auf die Stirnseite der Kupplung aus der 1;
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3 eine mögliche Anbindung der äußeren Mündungen der Fettzufuhren und Fettabfuhren am Gehäuse;
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4 eine schematische Darstellung in teilweise geschnittener Ansicht von Kanälen der Fettzufuhr innerhalb des Gehäuses;
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5 eine schematische Darstellung geschnittener Ansicht von Kanälen der Fettabfuhr für die beiden Lager eines Schaufelrades.
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In der 1 ist eine hydrodynamische Kupplung dargestellt, die als Doppelkupplung mit zwei Arbeitsräumen 3 ausgeführt ist. Jeder Arbeitsraum 3 wird durch jeweils ein Pumpenrad 1 und ein Turbinenrad 2 gebildet, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die hydrodynamische Kupplung mit einem sogenannten Außenradantrieb vorgesehen ist, das heißt, die beiden Pumpenräder 1 sind über eine Pumpenradschale 4 miteinander verbunden und schließen die beiden Turbinenräder 2, die in einer Back-to-Back-Anordnung auf der Abtriebswelle 5 positioniert sind, zwischen sich ein. Die Pumpenradschale 4 umschließt die beiden Turbinenräder 2 in Umfangsrichtung.
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Der Antrieb der beiden Pumpenräder 1 erfolgt über die Antriebswelle 6, die entsprechend die beiden Pumpenräder 1 trägt, wobei eine Relativabstützung des der Abtriebswelle 5 zugewandten Pumpenrads 1 auch auf der Abtriebswelle 5 oder dem Turbinenrad 2 vorgesehen sein kann.
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Die beiden Pumpenräder 1 und Turbinenräder 2 werden zusammen mit der Pumpenradschale 4 von einem stationären Gehäuse 7 umschlossen. Das Gehäuse 7 weist einen Arbeitsmediumeinlass 8 auf, über welchen das Arbeitsmedium aus einem externen Arbeitsmediumkreislauf 9, insbesondere mit einem Vorratsbehälter 10 in die hydrodynamische Kupplung eingebracht wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Arbeitsmedium, nachdem es die Drehdurchführung 11 durchströmt hat, über in Radialrichtung oder Radial-Axial-Richtung verlaufende Düsen 12 in die Arbeitsräume 3 geleitet.
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Die Antriebswelle 6 ist über ein erstes Wälzlager 13 und ein zweites Wälzlager 14 im Gehäuse 7 gelagert. Das erste Wälzlager 13 kann beispielsweise, wie dargestellt, stärker dimensioniert sein als das zweite Wälzlager, das heißt vergleichsweise größere Wälzkörper und einen Lageraußenring auf einem größeren Durchmesser aufweisen. Das erste Wälzlager 13 ist als Festlager ausgeführt, das heißt, es nimmt sowohl radiale Kräfte als auch axiale Kräfte auf und hält dadurch die Antriebswelle 6 in der gewünschten Position innerhalb des Gehäuses 7. Das zweite Wälzlager 14 ist als Loslager ausgeführt, das heißt, es kann keine Axialkräfte aufnehmen.
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Die Abtriebswelle 5 ist im Gehäuse 7 mittels eines ersten Wälzlagers 15 und eines zweiten Wälzlagers 16 positioniert. Zu diesen beiden Wälzlagern 15, 16 gilt das zu den beiden Wälzlagern 13, 14 der Antriebswelle 6 gesagte.
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Jedes Wälzlager 13, 14, 15, 16 weist einen Lagerinnenring 17 und einen Lageraußenring 18 auf. Die Lagerinnenringe 17 sind auf der Antriebswelle 6 beziehungsweise der Abtriebswelle 5 positioniert und die Lageraußenringe 18 sind im Gehäuse 7 positioniert. Die Lagerinnenringe 17, mittels welchen die Antriebswelle 6 gelagert wird, sind über eine zwischengeschaltete Hülse 19 auf der Antriebswelle 6 gegeneinander verspannt und werden so in ihrer axialen Position zueinander gehalten. Die Lagerinnenringe 17, mittels welchen die Abtriebswelle 5 gelagert ist, sind durch eine Hülse 19 auf der Abtriebswelle 5 gegeneinander verspannt und werden so in ihrer axialen Position auf der Abtriebswelle 5 gehalten. Zusätzlich ist auf der dem jeweiligen ersten Wälzlager 13, 15 abgewandten Seite des jeweiligen zweiten Wälzlagers 14, 16 eine Innenhülse 20 vorgesehen, gegen welche der jeweilige Lagerinnenring 17 verspannt ist.
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Die Innenhülsen 20 bilden zugleich einen Teil der Wellendichtung 21, mittels welcher der Innenraum der hydrodynamischen Kupplung beziehungsweise die Antriebswelle 6 und die Abtriebswelle 5 gegenüber dem Gehäuse 7 abgedichtet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Innenhülse die Lauffläche für einen Dichtring 22 der Wellendichtung 21.
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Für die beiden Wellendichtungen 21 ist eine sogenannte Entlastung vorgesehen, an die eine Entlüftungsleitung 23 angeschlossen ist, über welche in das Innere der Wellendichtung 21 gelangendes Arbeitsmedium aus der hydrodynamischen Kupplung gezielt abgeführt wird. Die Entlüftungsleitungen 23 verlaufen innerhalb des Gehäuses 7. Entsprechend diesen Entlüftungsleitungen 23 sind für die Wellendichtungen 24, mittels welchen die Antriebswelle 6 beziehungsweise Abtriebswelle 5 außerhalb der ersten Wälzlager 13 und 15 gegen das Gehäuse abgedichtet sind, Entlüftungsleitungen 25 vorgesehen.
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Die Lageraußenringe 18 der zweiten Wälzlager 14 und 16 sind jeweils über ein oder eine Vielzahl von Federelementen 17 gegen das Gehäuse 7 vorgespannt. Entsprechend können ringförmige Kerben oder Axialbohrungen im Gehäuse 7 vorgesehen sein. Auf der den Federelementen 26 abgewandten Seite können die Lageraußenringe 18 durch den Außenring 27 der entsprechenden Wellendichtung 21 gehalten werden. Dieser Außenring 27 kann insbesondere am Gehäuse 7 angeschraubt sein.
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In der 2 ist nun unter Hinzuziehung der Darstellung der Lager aus der 1 exemplarisch dargestellt, wie die ersten Wälzlager 13, 15 und die zweiten Wälzlager 14, 16 mittels einer Nachschmiereinrichtung 28 gewartet werden, indem das sich in den Lagern 13 bis 16 befindliche Fett in vorteilhaft regelmäßigen Abständen ausgetauscht wird. Hierzu ist im Bereich von jedem axialen Ende der hydrodynamischen Kupplung eine Fettzufuhr 29 jeweils für das erste Wälzlager 13, 15 vorgesehen, sowie eine Fettzufuhr 30 jeweils für das zweite Wälzlager 14, 16. Ferner ist jeweils für das erste Wälzlager 13, 15 und das zweite Wälzlager 14, 16 eine gemeinsame Fettabfuhr 31 vorgesehen, das heißt im Bereich von jedem axialen Ende der hydrodynamischen Kupplung jeweils eine Fettabfuhr 31 für jeweils die dort vorgesehenen Wälzlager 13 und 14 oder 15 und 16.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind je Wälzlager 13 bis 16 zwei Fettzufuhren 29.1 und 29.2 beziehungsweise 30.1 und 30.2 vorgesehen, was jedoch nicht zwingend notwendig ist. Dies hat jedoch den Vorteil, dass je Fettzufuhr 29, 30 zwei über dem Umfang versetzt zueinander positionierte Mündungen 32 vorgesehen sein können, über welche die Fettzufuhren 29, 30 im Lager 13 bis 16 münden. Damit kann vorteilhaft eine bessere Verteilung von neuem Fett über dem Umfang des jeweiligen Lagers 13 bis 16 erreicht werden. Zum anderen können bei der dargestellten Ausführungsform, siehe hierzu auch die 3, alle Wälzlager 13 bis 16 jeweils separat von beiden Seiten der hydrodynamischen Kupplung mit neuem Fett geschmiert werden, was vorteilhaft ist, da der Zugang von beiden Seiten nicht immer sichergestellt ist.
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Die Mündung der Fettzufuhren 29, 30 außen am Gehäuse 7 sind mit 33 bezeichnet, die Mündung der Fettabfuhr 31 außen am Gehäuse 7 ist mit 34 bezeichnet. Die Mündung der Fettabfuhr 31 an den Lagern ist mit 40 bezeichnet.
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An den Mündungen 33 und 34 am Gehäuse 7 ist für die Fettzufuhr 29, die Fettzufuhr 30 und die Fettabfuhr 31 jeweils ein Schlauch 35 angeschlossen, der einen Freiraum zwischen dem stirnseitigen Bund 36, der die jeweiligen Lager 13 bis 16 umschließt, siehe hierzu auch die 1, und dem Bereich außen am Gehäuse 7 mit den Mündungen 33 und 34 überbrückt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schläuche 35 über jeweils eine Armatur zur Ausbildung der Mündungen 33 und 34 am Gehäuse 7 angeschlossen.
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In der 4 sind die Kanäle 37 innerhalb des Bundes 36 dargestellt, welche den letzten Teil der Fettzufuhr 29.1 und 29.2 zum ersten Wälzlager 15 und der Fettzufuhr 30.1 und 30.2 zum zweiten Wälzlager 16 ausbilden. Diese Kanäle 37 münden im jeweiligen Wälzlager 15, 16 und sind andererseits an den in den 2 und 3 dargestellten Schläuchen 35 angeschlossen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kanäle 37 durch Bohrungen in dem Bund 36 des Gehäuses 7 eingebracht und an den äußeren Enden mit Verschlussschrauben oder sonstigen Verschlüssen abgedichtet. Den einzigen freien Zugang bilden die Anschlüsse für die Schläuche 35.
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In der 5 ist ein entsprechender Kanal 38 für die gemeinsame Fettabfuhr 31 gezeigt, der innerhalb des Bundes 36 verläuft. Ferner erkennt man nochmals die Entlüftungsleitung 23.
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Im Schlauchanschluss für den Kanal 38 kann beispielsweise ein Rückschlagventil 39 vorgesehen sein, um den ungewünschten Austritt von Fett zu vermeiden. Zusätzlich oder alternativ kann ein solches Rückschlagventil auch im Bereich der äußeren Mündung der Fettabfuhr 31 oder Fettzufuhren 29, 30 am Gehäuse 7 vorgesehen sein. Siehe hierzu nochmals die 3, dort die äußeren Enden der Schläuche 35.
