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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung.
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Beispielsweise im Bereich der Kältemittelkompressoren ist es prinzipiell bekannt, das Kältemittel selbst als ultraniedrigviskoses Schmiermittel den Wälzlagern des Kältemittelkompressors im Sinne einer Schmierung mit ultradünner Schmierfilmdicke zuzuführen. Dabei kann es sich abgesehen von üblicherweise im Kältemittel vorhandenen Verunreinigungen um eine reine Kältemittelschmierung handeln. In einer Abwandlung kann dem Kältemittel aber auch noch ein oder mehrere Öle beispielsweise in einer Konzentration von bis zu 1% oder auch in einer Konzentration von 80 bis 5000 ppm zugesetzt sein. Unabhängig davon muss eine Versorgung der Wälzlager mit dem als Schmiermittel fungierenden Kältemittel bei richtigem Druck und Temperatur des Kältemittels über entsprechende Zuleitungen und Verteilungen jederzeit sichergestellt sein.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lageranordnung zu schaffen, bei der die Zuleitung und Verteilung eines ultraniedrigviskosen Schmiermittels kompakt, einfach, und damit auch kostengünstig ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß Anspruch 1 umfasst eine mit einem ultraniedrigviskosen Schmiermittel, insbesondere einem Kältemittel zu schmierende Lageranordnung, insbesondere eines Kompressors, folgende Merkmale:
- – Ein zwischen zwei Wälzlagern angeordneter Zwischenring und
- – der Zwischenring ist an einer Umfangsposition mit einem Schlitz oder einer radialen Durchdingung ausgebildet, durch den oder die hindurchtretend eine Düse zur Versorgung der beiden Wälzlager mit dem Schmiermittel vorgesehen ist.
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Die Lageranordnung nach Anspruch 1 bietet dabei folgende Vorteile: Durch den zwischen zwei Wälzlagern angeordneten Zwischenring ist es in einfachster und kompaktester Form möglich, gleichzeitig zwei Wälzlager in an sich gleichberechtigter Art und Weise mit dem schmierenden Kältemittel bei einheitlichen Kältemitteleigenschaften zu versorgen. Insbesondere bei Ausbildung der beiden Wälzlager als Radiallager insbesondere mit hohem Axialkräfteaufnahmevermögen und einem gewissen Radialkräfteaufnahmevermögen, also beispielsweise gegeneinander angestellte Schrägkugellager, ist der axial benötigte Bauraum mit Vorteil gering, wobei weiterhin mit besonderem Vorteil die Einheit aus beiden Wälzlagern und Zwischenring in eine Höhlung einsetzbar ist, die in einfachster und kostengünstigster Art und Weise zylindrisch ausgebildet ist. Auch das Design des Zwischenrings ist bei voller Funktionserfüllung in bestechender Art und Weise einfachst und damit wiederum kostengünstigst ausgebildet. Dadurch, dass die Lageranordnung die drei separaten Komponenten, nämlich die beiden Wälzlager und den Zwischenring, umfasst, ist auch die Montage einfach und kraftunaufwändig durchführbar.
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Weiterhin ist mit besonderem Vorteil mit dem Zwischenring, insbesondere bei Ausbildung als ein äußerer Zwischenring zwischen den äußeren Abrollflächenelementen der Wälzlager und als ein innerer Zwischenring zwischen den inneren Abrollflächenelementen der Wälzlager über den Abstand zwischen den beiden Wälzlagern auch deren axiales Spiel einstellbar, was von besonderer Bedeutung ist. Dabei wird das axiale Spiele dadurch gesteuert, dass man die Breitenunterschiede zwischen den Zwischenringen präzise einstellt, wobei dies mit Vorteil dadurch erfolgt, dass die Zwischenringe in derselben Anordnung auf einer Stirnschleifmaschine geschliffen werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch einen oberen Bereich einer Lageranordnung eines Kältemittelkompressors,
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2 einen Querschnitt durch die Mitte der Darstellung der 1,
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3 einen Längsschnitt durch einen oberen Bereich einer Lageranordnung eines Kältemittelkompressors in einer gegenüber den 1 und 2 abgewandelten Ausführungsform,
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4 einen Längsschnitt durch eine gegenüber der 3 abgewandelte Düse,
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5 einen Längsschnitt durch einen oberen Bereich einer Lageranordnung eines Kältemittelkompressors in einer gegenüber den 1 und 2 nochmal abgewandelten Ausführungsform, und
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6 einen Längsschnitt durch eine gegenüber der 5 abgewandelte Düse.
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Die 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch einen oberen Bereich einer Lageranordnung eines Kältemittelkompressors, insbesondere eines großen Klimaanlagenkompressors, und die 2 einen Querschnitt durch die Mitte der Darstellung der 1. Der Kompressor umfasst ein Gehäuse 10, von dem in den 1 und 2 lediglich dessen mit der Lageranordnung in Verbindung stehende Bereiche dargestellt sind. Weiterhin umfasst das Gehäuse 10 eine axiale kreiszylindrische Bohrung 18, die die eigentlichen Wälzlager und einen äußeren Zwischenring 30 aufnimmt.
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In der Bohrung 18 sind dabei zwei durch den äußeren Zwischenring 30 zueinander beabstandete Wälzlager in der Ausbildung als Schrägkugellager angeordnet. Jedes der beiden Schrägkugellager umfasst dabei ein ringartiges äußeres Abrollflächenelement 24 und 24‘, die in an sich bekannter und nicht näher dargestellter Weise im Gehäuse 10 fixiert sind. Weiterhin umfasst jedes der beiden Schrägkugellager ein ringförmiges inneres Abrollflächenelement 22 und 22‘, die ebenfalls in nicht näher dargestellter Weise, in an sich bekannter Art, auf der ebenfalls nicht dargestellten, gegenüber dem Gehäuse 10 zum Drehen vorgesehenen Welle des Kompressors gesichert sind. Dabei kann beispielsweise links in der 1 die Welle in einen Rotor einer dem Antrieb der Welle dienenden Elektromaschine übergehen. Rechts der Darstellung der 1 kann auf der Welle beispielsweise ein Schaufelrad des Kompressors für das Kältemittel der Klimaanlage angeordnet sein.
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Zwischen den äußeren und inneren Abrollflächenelementen 24, 24‘, 22 und 22‘ des jeweiligen Schrägkugellagers ist jeweils eine Reihe von Kugeln 28 und 28‘ als Wälzköper angeordnet. Die Kugeln 28 und 28‘ sind jeweils in einem Käfig 26 und 26‘ eingeschnappt und gehalten. Die Käfig 26 und 26‘ unterbinden dabei ein gegenseitiges Berühren der Kugeln 26 und 26‘ innerhalb der jeweiligen Kugelreihe.
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Zwischen den beiden äußeren Abrollflächenelementen 24 und 24‘ der beiden Schrägkugellager ist dabei der äußere Zwischenring 30, und zwischen den inneren Abrollflächenelementen 22 und 22‘ der beiden Schrägkugellager ein innerer Zwischenring 38 angeordnet. Das Gehäuse 10 umfasst eine radiale kreiszylindrische Bohrung 12, in die eine die Bohrung 12 durchsetzende Düse 40 für das Kältemittel einschraubbar ist. Der äußere Zwischenring 30 ist dabei mit einer radialen, mit der radialen Bohrung 12 fluchtenden, kreiszylindrischen Durchdringung 32 und einem der Durchdringung 32 gegenüberliegenden Schlitz 34 ausgebildet. Der Schlitz 34 stimmt dabei in seiner Lage mit einer im Gehäuse 10 vorgesehenen radialen Bohrung 14 überein, die als Abfluss für das der Lageranordnung zugeführtem Kältemittel fungiert. Insbesondere durch die Schlitzung des Zwischenrings 30 wird natürlich auch dessen Montage mit Vorteil einfacher, da er sozusagen ähnlich einer Ringfeder nach radial innen hin eingefedert eingebaut werden kann.
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Die Lageranordnung ist dabei zum Schmieren mittels des mehr oder wenigen reinen, ölfreien Kältemittels, beispielsweise R1233zd(E) bzw. mit einem Kältemittel, dem geringfügig, wie eingangs beschrieben ein oder mehrere Öle zugesetzt sind, wie folgt ausgelegt: In die Bohrung 12 des Gehäuses 10 ist die die Bohrung 10 sowie die Durchdringung 32 des Zwischenrings 30 durchsetzende Düse 40 eingeschraubt und beispielsweise über eine Stell- bzw. Kontermutter 48 gesichert. Dazu ist die Düse 40 wenigstens in ihrem oberen Bereich mit einem Außengewinde und die Bohrung 12 wenigstens in ihrem oberen Bereich mit einem dazu entsprechend passenden Innengewinde ausgebildet. Weiterhin umfasst die Düse 40 einen Kanal 42 der lagerseitig in einen Y-förmige Auslasskanal 44 übergeht. Die Y-förmige Gestaltung des Auslasskanals 44 ist dabei von besonderem Vorteil, wenn beispielsweise für eine T-förmige Gestaltung der zur Verfügung stehende Bauraum nicht ausreicht.
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Bei Anschluss einer entsprechenden Kältemittelleitung am oberen Ende der Düse 40, erfolgt dann die Kältemittelzufuhr über den Kanal 42. Über den Y-förmige Auslasskanal 44 wird dann das Kältemittel zwischen den unteren Rand der Käfige 26 und 26‘ und den Außenmänteln der inneren Abrollflächenelemente 22 und 22‘ unmittelbar in die Abrollzonen der beiden Schrägkugellager eingespritzt. Dazu sind die Schrägkugellager sowie die Düse 40 wie such deren Einschraubtiefe in die Bohrung 12 baulich und geometrisch entsprechend aufeinander abgestimmt gestaltet.
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Bei Betrieb des Kompressors wird das Kältemittel in flüssiger Form im gesättigten Zustand zugeführt. Die Lageranordnung ist dabei derart gestaltet, dass eine Drucksituation für das Kältemittel aufrechterhalten bleibt, die ein Übergehen des Kältemittels in den gasförmigen Zustand weitgehend unterbindet. Dabei sind insbesondere die Durchmesser des Y-förmige Auslasskanals 44 entsprechend dimensioniert. Weiterhin ist die Lagergeometrie insbesondere hinsichtlich einer axialen freien Durchtrittsmöglichkeit für das eingespritzte Kältemittel, aber auch die Geometrie des Abflusses 14 entsprechend, insbesondere begrenzend ausgebildet. Dabei sind die Durchmesser der dem Auslasskanal 44 vorgeschalteten Zuleitungen und Kanäle so bemessen, dass es vor dem Y-förmigen Auslasskanal 44 nur einen sehr geringen Druckabfall gibt, wobei das Kältemittel vor dem Passieren des Auslasskanals 44 in flüssiger Form vorliegt. Nach dem Verlassen des Auslasskanals 44 wird ein geringer Teil des Kältemittel in Gas umgewandelt, was vom Druckabfall über dem Abfluss 14, von der Lagerreibung und der Zeit abhängt, die es für den Durchfluss des Kältemittels durch die Lageranordnung braucht.
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Die Schrägkugellager sind dabei insbesondere als spezielle Hybridlager ausgebildet, wobei die Abrollflächenelemente 22, 22‘, 24 und 24‘ aus einem rostfreien (Wälzlager)Stahl, die Kugeln 28 und 28‘ aus Keramik und die Käfige 26 und 26‘ aus (glas)faserverstärktem PEEK ausgebildet sind.
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In anderen Ausführungen kann der äußere Zwischenring 30 auch um 180° verdreht eingebaut sein, so dass der Schlitz 34 mit der Bohrung 12 fluchtet und die Durchdringung 32 mit der Bohrung 14. Dies mag anwendungsspezifisch dabei sogar eine bevorzugte Ausführung sein. Ferner gibt es natürlich auch Ausbildungen, in denen der Schlitz 34 und die Durchdringung 32 einander nicht gegenüberliegen, sondern beispielsweise um 160° oder 140° zueinander umfänglich versetzt angeordnet sind. In weiteren anderen Ausführungen kann der Schlitz 34 auch durch eine weitere radiale Durchdringung ersetzt sein. Ferner kann der äußere Zwischenring natürlich auch mehrere Durchdringungen für mehr als eine Düse und ggf. auch für weitere Abflüsse umfassen. Andersherum kann auch auf den Abfluss 14 und eine zugehörige Durchdringung oder Schlitz des äußeren Zwischenrings verzichtet sein. Oftmals ist der Abfluss sozusagen nur sicherheitshalber vorgesehen, um einem Übermaß an Kältemittel den einfachen Abfluss zu ermöglichen. Schließlich ist in der Regel auch darauf zu achten, dass nur ein Schlitz vorgesehen ist, da mehrere Schlitze zu einem nicht mehr einstückigen Ring führen würden, was in der überwiegend Anzahl der Einsatzfälle zu einem Zusatzaufwand, beispielweise beim Handling und der Montage, insbesondere betreffend die richtige Ausrichtung und Fixierung in Umfangsrichtung, mit sich brächte, und dieser Zusatzaufwand damit gegebenenfalls vorhandene Vorteile, beispielweise hinsichtlich eines einfacheren Einbringens in die Einbauumgebung, übersteigt.
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In wiederum anderen Ausführungen kann der Schlitz in Umfangsrichtung auch breiter ausgebildet sein als die zugehörige Öffnung der Bohrung im Gehäuse und/oder die Durchdingung(en) kann in Umfangsrichtung langlochartig und damit ebenfalls breiter als die zugehörige Öffnung der Bohrung im Gehäuse ausgebildet sein, wodurch mit besonderem Vorteil der Zwischenring mit einem gewissen Freiheitgrad hinsichtlich seiner Verdrehposition gegenüber dem Gehäuse einbaubar ist. Ein sehr genauer Einbau mit einer ganz bestimmten Verdrehposition gegenüber dem Gehäuse ist damit nicht notwendig. Weiterhin kann natürlich auch wenigstens eine der Durchdringungen, unabhängig davon ob sie nun kreiszylindrisch oder langlochähnlich ausgebildet ist, zur einen axialen Seite nach offen ausgebildet sein; derartige in radial Sicht U-förmige Ausnehmungen sind gegebenenfalls einfacher herstellbar als beispielsweise ein Langloch.
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In anderen Ausführungen kann auch der innere Zwischenring 38 insbesondere durch eine nach radial außen ausgebauchte Ausbildung seines Außenmantels, beispielsweise dachförmig gestaltet, die Kältemitteleinbringung in die Abrollzonen unterstützen. In wiederum anderen Ausführungen kann die Düse natürlich auch auf andere Art und Weise im Gehäuse befestigt sein, beispielweise durch ein Einpressen, und dementsprechend leicht abgewandelt ausgebildet sein.
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Die 3 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch einen oberen Bereich einer Lageranordnung eines Kältemittelkompressors, die sich gegenüber der der 1 und 2 in der Art der Befestigung der Düse am Gehäuse unterscheidet. Dabei sind in der 3 Bauelemente, die identisch denen der 1 und 2 sind, die Bezugszeichenangaben weglassen, und die abgewandelten Bauelemente mit gleichen Bezugszeichennummern wie in den 1 und 2, ergänzt um einen Hochstrich gekennzeichnet.
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Wohingegen bei der Ausführungsform der 1 und 2 die Düse 40 mit einem Außengewinde in die mit einer Gewindebohrung versehen Bohrung 12 einschraubbar ist, ist die Düse 40‘ der 2 an ihrem oberen Ende fest mit einer Halteplatte 41‘ verbunden, die über Schrauben am Gehäuse 10‘ verschraubbar ist. Dadurch bedarf es weder am Mantel der Düse 40‘ noch in der Bohrung 12‘ eines Gewindes. Weiterhin ist bei der Ausführungsform gemäß der 3 dann die Eindringtiefe der Düse 40‘ konstruktionstechnisch mehr oder weniger fest vorgegeben, wohingegen bei der Lösung gemäß den 1 und 2 über ein mehr oder weniger starkes Einschrauben weitere Variationsmöglichkeiten bestehen, wobei nach einem vorteilhaften Verfahren die Düse 40 beispielsweise bis zum Anschlag eingeschraubt wird und dann um eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen zurückgeschraubt wird. Ferner ist bei der Ausführungsform gemäß der 3 dann die die Ausrichtung des Auslasskanals 44 der Düse 40‘ konstruktionstechnisch richtig ausgerichtet, wohingegen bei der Lösung gemäß den 1 und 2 über ein mehr oder weniger starkes Einschrauben die richtige Ausrichtung der Auslasskanals 44 eingestellt werden muss, wozu wiederum nach dem vorteilhaften Verfahren die Düse 40 beispielsweise bis zum Anschlag eingeschraubt wird und dann um eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen zurückgeschraubt wird. Die Halteplatte 41‘ kann bei sowohl rund, insbesondere kreisrund, als auch eckig, insbesondere rechteckig ausgebildet sein. Ansonsten gilt das vorausgehend zu den 1 und 2 Ausgeführte entsprechend.
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Die 4 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch eine Düse, die gegenüber der der 3 leicht abgewandelt ist. Dabei sind in der 4 Bauelemente, die identisch denen der 1 bis 3 sind die Bezugszeichenangaben weglassen, und die abgewandelten Bauelemente mit gleichen Bezugszeichennummern wie in den 1 bis 3, ergänzt um zwei Hochstriche gekennzeichnet.
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Gegenüber der 4 ist bei der 3 die Halteplatte nicht in einer entsprechenden Versenkung des Gehäuses 10‘, sondern unmittelbar auf das Gehäuse 10‘‘ aufschraubbar. Ferner ist im Gehäuse 10‘‘ eine Dichtungsringausnahme vorgesehen, so dass zwischen der Halteplatte und dem Gehäuse 10‘‘ noch ein Dichtungsring 49‘‘ beispielsweise aus PTFE anordenbar ist. Weiterhin ist die Düse 40‘‘ der 4 in ihrem unteren Bereich mit einem zur Bohrung 12‘‘ passenden Passabschnitt 41‘‘ ausgebildet. Der Hauptzweck des Passabschnittes 41‘‘ liegt dabei darin, die Düse 40‘‘ zu einer genauen Position relativ zu den Wälzlagern zu führen. Ferner ist dadurch die Düse 40‘‘ auch am Übergang hin zum Zwischenring fest und sicher im Gehäuse 10‘‘ eingebaut, womit mit besonderem Vorteil gegenüber einer Düse ohne einen derartigen Einbau das Risiko von Resonanzschwingungen und damit in deren Folge auch von unerwünschten Geräuschen ganz deutlich reduziert ist. Ansonsten gilt das vorausgehend zu den 1 bis 3 Ausgeführte entsprechend.
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Die 5 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch einen oberen Bereich einer Lageranordnung eines Kältemittelkompressors, die sich gegenüber der der 1 und 2 in der Ausbildung der Düse unterscheidet. Dabei sind in der 5 Bauelemente, die identisch denen der 1 und 2 sind, die Bezugszeichenangaben weglassen, und die abgewandelten Bauelemente mit gleichen Bezugszeichennummern wie in den 1 und 2, ergänzt um drei Hochstriche gekennzeichnet.
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Wohingegen bei den Ausführungsformen der 1 bis 4 die Düsen 40 bis 40‘‘ mit einem Y-förmigen Auslasskanal 44 zum unmittelbaren Einspritzen in die Abrollzonen ausgebildet sind, ist bei der Düse 40‘‘‘ der 5 der unverzweigte Auslasskanal 44‘‘‘ lediglich den Kanal 42‘‘‘ fortsetzend ausgebildet, der gegenüber dem Kanal 42 der Düsen 40 bis 40‘‘ auch einen kleineren Durchmesser aufweist. Damit wird bei der 5 bei Betrieb das Kältemittel sozusagen gegen den inneren Zwischenring gespritzt und tritt von dort aus in die Abrollzonen der beiden Schrägkugellager ein.
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Anders als bei den vorausgehenden Figuren ist der Zwischenring 30‘‘‘ der 5 an der Durchtrittsstelle für die Düse 40‘‘‘ mit einem Schlitz 32‘‘‘ ausgebildet. Weiterhin weist der Zwischenring 30‘‘‘ dem Schlitz 32‘‘‘ gegenüberliegend keine Abflussöffnung auf; damit kann auch auf den Abflusskanal 14 gemäß der 2 verzichtet werden. Ansonsten gilt das vorausgehend zu den Figuren Ausgeführte entsprechend. Natürlich kommt bei der Ausführungsform der 5 prinzipiell auch eine Befestigung am Gehäuse entsprechend der 3 und 4 in Frage.
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Die 6 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch eine Düse, die gegenüber der der 5 leicht abgewandelt ist. Dabei sind in der 6 Bauelemente, die identisch denen der vorausgehenden Figuren sind, die Bezugszeichenangaben weglassen, und die abgewandelten Bauelemente mit gleichen Bezugszeichennummern wie in den vorausgehenden Figuren, ergänzt um vier Hochstriche gekennzeichnet.
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Gegenüber der 5 ist bei der 6 das Gehäuse 10‘‘‘‘ mit einer Dichtungsringausnahme ausgebildet, so dass zwischen der Kontermutter und dem Gehäuse 10‘‘‘‘ noch ein Dichtungsring 49‘‘‘‘ beispielsweise aus PTFE anordenbar ist. Weiterhin ist das Gehäuse 10‘‘‘‘ mit einem sich in Richtung auf die Schrägkugellager zu verjüngenden Kanal 12‘‘‘‘ für die entsprechend angepasst ausgebildete Düse 40‘‘‘‘ gestaltet. Die Düse 40‘‘‘‘ ist ähnlich wie die Düse 40‘‘ bei der 4 und mit den dort erwähnten Vorteilen in ihrem unteren Bereich mit einem zum Kanal 12‘‘‘‘ passenden Passabschnitt 41‘‘‘‘ ausgebildet. Ansonsten gilt das zu den vorausgehenden Figuren Ausgeführte entsprechend.
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Allgemein ist schließlich festzuhalten, dass die Ausbildung der Düse mit dem Auslasskanal 44‘‘‘ entsprechend den 5 und 6 insbesondere für kleiner dimensioniert Lageranordnung, insbesondere für Lageraußendurchmesser bis 50 mm geeignet ist. Für größer dimensioniert Ausbildungen, insbesondere für Lageraußendurchmesser größer 50 mm ist der Y-förmig Austrittskanal 44 und dessen Anordnung und Ausrichtung entsprechend den 1 bis 4 von Vorteil.
