DE2128081A1 - Strömungsanzeigegerät - Google Patents

Description

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Nils O. ROSAEN
Bloomfield Hills (Mich.) USA

Strömungsanzexgegerät

Die Erfindung betrifft Strömungssysteme und insbesondere eine Stromungsyorrichtung zur Anzeige der Durchflußmenge eines Fluids durch ein System und neue sowie verbesserte Mittel, durch welche eine Dichtung mit Druckausgleich für solche Vorrichtungen erhalten wird.

Zur Abgabe einer Information hinsichtlich der Strömungsmenge in einem Fluidsystem steht eine Vielfalt von Mischgeräten u. dgl, zur Verfügung. Diese Geräte können grob in Verdrängungszähler und· Massezähler unterteilt werden. Bei der ersteren Art von Strömungsmessern werden Kolben oder Trennwände durch das strömende Fluid bewegt und wird durch einen geeigneten Mechanismus die Verdrängung aufgezeichnet bzw. angezeigt. Bei Massezählern, wie Venturimessern und Elbowmessern, wird der Druck an verschiedenen Stellen längs eines besonderen Abschnitts eines engen Rohres gemessen und die Strömungsmenge nach dem Differenzdruckverfahren gemessen.

Obwohl diese verschiedenen Arten von Meßvorrichtungen

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so hergestellt werden können, daß genaue Strömungsmessungen erhalten werden, sind sie jedoch teuer in der Herstellung und schwierig zu betreiben. Ihre Verwendung war daher notwendigerweise auf teuere hydraulische Anlagen für Einrichtungen beschränkt» die dureh gut geschultes Personal betrieben wurden·

Bei Geräten bzw. Vorrichtungen der erwähnten Art besteht ein Problem darin, eine geeignete Dichtung zu schaffen, welche eine fluiddichte Abdichtung um die Welle herum gewährleistet und gleichzeitig einen Massezähler bildet, der wirtschaftlich hergestellt werden kann. Die gewöhnlich auf den Wellen zur Abdichtung verwendeten O-Ringe verursachen eine Reibung, welche die Genauigkeit solcher Vorrichtungen beeinträchtigt. Bei Hochdrucksystemen, bei welchen die Dichtungen ein Lecken von Strömungsmitteln unter hohem Druck verhindern müssen, trifft dies besonders zu.

Die Erfindung bringt insofern eine Verbesserung, als durch sie ein Strömungsanzeiger mit einem Flügelelement geschaffen wird, das drehbar auf einer Welle, angeordnet ist, welche in diametral entgegengesetzten, axial ausgefluchteten Bohrungen innerhalb des Gehäuses gelagert ist, wobei verbesserte Mittel zur Dichtung und Schmierung der Welle vorgesehen sind, welche ein ausserhalb angeordnetes .Anzeigeelement mit dem inneren, auf die Strömung ansprechenden Flügelelement kuppelt.

Die Erfindung, die nachfolgend näher beschrieben wird, ist auf eine Strömungsanzeigevorrichtung mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung und mit einem auf die Strömung ansprechenden Flügelelement gerichtet, das innerhalb des Gehäuses zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung angeordnet ist und mit einem.

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ausserhalb angeordneten Anzeigeelement durch eine Welle gekuppelt ist, die ihrerseits in zwei axial ausgefluchteten Bohrungen innerhalb des Gehäuses drehbar gelagert ist. Die Welle weist entgegengesetzte Endteile auf, in welchen axial voneinander in Abstand befindliche, im wesentlichen U-förmige Ringnuten vorgesehen sind, die in Abstand voneinander befindliche Fluidtaschen sowie einen Fluidfilm längs der Welle bilden, um einen Druckausgleichzustand zwischen der Welle und den dieser zugeordneten Bohrungen aufrecht zu erhalten, wenn eine kleine Fluidmenge durch sie an den Enden der Welle hindurchleckt. Die Wellenenden haben Strömungsverbindung mit einem äusseren, vorzugsweise gemeinsamen Ablauf.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten Strömungsanzeigegerätes zur Anzeige der Strömungsmenge durch diesen.

Ferner soll durch die Erfindung eine verbesserte Strömungsanzeigevorrichtung von der Art mit einem auf die Strömung ansprechenden Flügelelement geschaffen werden, das auf einer Welle drehbar angeordnet ist, welche ihrerseits mit einem Anzeigeelement gekuppelt ist, das ausserhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Welle mit einer neuartigen Druckausgleichanordnung versehen ist.

Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe ist in den Ansprüchen gekennzeichnet und an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemässen Strömungsanzeigegerätes; ■-.;,:..-.; ·

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Fig. 2 eine Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Gerätes im Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht des in Fig. 2 dargestellten Strömungsanzeigegerätes im Schnitt na.ch der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine Ansicht des erfindungsgemässen Strömungsanzeigegerätes im Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 2 und

Fig. 5 in vergrössertem Maßstab eine Teilansicht im Schnitt des in Fig. 2 dargestellten Strömungsanzeigegerätes .

Das in Fig. 1-4 beispielsweise dargestellte Strömungsanzeigegerät 10 besitzt ein Gehäuse 11, das eine im wesentlichen zylindrische Form hat und entgegengesetzte flächseitige Teile 12 und 13 sowie eine obere Wand 14 aufweist. Eine Endglocke oder -Schale 16 ist fluiddieht am unteren offenen Ende des Gehäuses 11 mit Hilfe von Schrauben 18 und einer elastischen O-Ring-Dichtung 20 befestigt.

Die Schale 16 ist mit einem zylindrischen Schaft 22 und einem ringförmigen Flansch 24 ausgebildet, welch letzterer gegen das Gehäuse 11 anliegt und durch, welchen sich die Schrauben 18 erstrecken, sowie mit einem ringförmigen gekrümmten Teil 26, der den Schaft22 mit dem Flansch 24 verbindet. Der Schaft 22 hat eine axiale Bohrung 28, um die Herstellung einer Verbindung mit dem Inneren der Schale 16 und des Gehäuses 11 zu ermöglichen. In die Bohrung 28 kann influiddichter Weise ein Stopfen 29 eingesetzt werden, der einen Stift 30

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trägt, welcher sich nach oben in das Innere der Schale 16 erstreckt.

Die im. wesentlichen halbkugelige Innenfläche 31 der Schale 16 ist in einer Weise und für einen Zweck gekrümmt, wie nachfolgend näher beschrieben wird.

Eine vertikale Trennwand 32 steht senkrecht von der Wand 14 zur Schale 16 zwischen den entgegengesetzten Innenwandflächen des Gehäuses 11 ab und erstreckt sich längs einer Linie, die zwischen den beiden Teilen 12 gezogen ist, wobei die Trennwand 32 das Innere des Gehäuses 11 in zwei Räume 33 und 34- unterteilt, die beide das gleiche Volumen haben. Die Trennwand 32 ist an ihrer Endfläche 36 breiter und über ihre Länge abgeflacht. An jedem Ende des Gehäuses 11 ist eine Welle 38 drehbar gelagert, welche sich eng benachbart und parallel zur Fläche 36 erstreckt. Die entgegengesetzten Enden der WElIe 38 sind in axial ausgefluchteten Aufnahmebohrungen 39 und 40 im Gehäuse 11 angeordnet, wobei der Aussendurchmesser der entgegengesetzten Enden der Welle 38 und die Innendurchmesser der Aufnahmebohrungen 39 und 40 enge Passung haben, um eine Drehung der Welle 38 innerhalb derselben zu ermöglichen und gleichzeitig die durch die Bohrungen 39 und 40 leckende Fluidmenge auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Die in den Aufnahmebohrungen 3 9 und 4-0 angeordneten entgegengesetzten Enden der Welle sind je mit einer Anzahl von voneinander in Abstand befindlichen Ringnuten 41 versehen, von denen jede einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt hat. Die Nuten 41 sind mit Fluid gefüllt, um eine Anzahl Druckausgleichtaschen zu bilden, wodurch die Drehung der Welle 38 erleichtert und verhindert wird, daß diese sich an den Flächen der Aufnahmebohrungen 39 und 40 festfrißt« Dies ermöglicht eine nocn engere. Passung der Welle 38 in den

Bohrungen 39 und HO als es bisher möglich war, so daß die Welle 38 praktisch ihre eigene Dichtung bildet. Längs der WElIe 38 leckt nur eine kleine Menge Fluid selbst in Fällen, in denen hohe Drücke auftreten, was einen Fluidfilm längs der Welle ergibt, der zum Druckausgleich beiträgt.

Ein Flügelelement HH (Fig. 3) von im wesentlichen halbkreisförmiger Gestalt wird an seiner geraden Kante von einer Hülse H5 getragen, die ihrerseits auf der Welle 38 durch Schrauben 35 (Fig. H) befestigt ist~, so daß sich das Flügelelement HH und die Welle 38 gemeinsam drehen.

Das Gehäuse 11 ist ferner mit einer im wesentlichen zylindrischen Ausnehmung H6 versehen, die sich mit der im wesentlichen halbkugeligen Fläche 31 der Schale 16 in Oberdeckung befindete Ein abgewinkelter, sich radial nach innen erstreckender Flanschteil H8 (Fig. 3) ist im Gehäuse 11 zwischen den Kammern 33 und 3H und der Ausnehmung H6 angeordnet. Die Ausnehmung H6 ist mit einem Halbmesser ausgebildet, der gleich dem Halbmesser des Flügelelements HH ist, sowie auf einer Achse, die zur Drehachse der Welle .38 und des Flügelelements HH im wesentlichen senkrecht ist und diese Drehachse halbiert. Daher erstreckt sich, wenn das Flügelelement HH in einer Ebene angeordnet ist, die zur Trennwand 32 senkrecht ist, wie in Fig. 3 gezeigt, das Flügelelement quer durch den halbkreisförmigen Raum, der durch die Ausnehmung H6 und die Trennwand 32 begrenzt wird, um den Raum 33 vom Inneren der Schale IS und dem Raum 3H abzudichten. Der ringförmige Flanschteil H8 dient als Anschlag, um eine Schwenk-.bewegung des Flügelelements HH weiter in den Raum 33 hineinverhindern.

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Die Halbmesser des Flügelelements 44 und der im wesentlichen halbkugeligen Fläche 31, mit der die Schale 16 geformt ist, sind im wesentlichen gleich. Daher würden wenn der Mittelpunkt der Fläche 16 und der Mittelpunkt der Halbkugel, welche durch das schwenkbare Flügelelement 44 beschrieben wird, zusammenfallen würden, die Fläche 31 und die durch die Kante des schwenkbaren Flügelelements 44 beschriebene Halbkugel ständig die Räume 33 und 34 innerhalb des Gehäuses 11 und die Schale -16 in zwei im wesentlichen fluiddichte Abteile trennen, zwischen welchen keine Strömung stattfinden kann. Um eine Öffnung zwischen diesen beiden Abteilen zu erhalten, die sich in ihrer Grosse je nach der STellung des Flügelelements 44 verändert, wird der Mittelpunkt der halbkugeligen Fläche 31 vom Mittelpunkt der Halbkugel nach aussen verlagert, die durch das schwenkbare Flügelelement 44 beschrieben wird. Beide Mittelpunkte liegen auf der Längsachse des zylindrischen Gehäuses 11, jedoch befindet sich der Mittelpunkt der Fläche 31, der in Fig. 3 bei 60 gezeigt ist, näher der Schale 16. Dies hat zur Folge, daß das Flüge!element 44 den Raum 33 im wesentlichen abdichtet, wenn es in die in Fig. 3 gezeigte Stellung verschwenkt ist. Wenn es jedoch im Gegenzeigersinn, gesehen in Fig. 3, zu der gestrichelt gezeichneten Stellung verschwenkt wird, liegt die Aussenkante des Flügelelements 44 nicht mehr gegen die Innenfläche der Schale 16 an und entsteht eine gekrümmte Öffnung, durch welche Fluid hindurchtreten kann, um die halbkreisförmige Kante des Flügelelements 44. Die Grosse der Öffnung nimmt proportional zu, wenn das Flügelelement 44 im Gegenzeigersinn aus seiner Schließstellung zu der in Fig. 3 gestrichelt gezeichneten Stellung bewegt wird. Der Stift 30 dient zur Begrenzung der Gegenzeigersinns chwenkbewegungdes Flügelelements 44.

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™ führt.

Diejenige Seite des Gehäuses 11, die dem Raum 33 benachbart ist, ist mit einer radial angeordneten Einlaßöffnung 5 2 (Fig. 3) versehen, die zur Aufnahme des Endes einer nicht gezeigten Einlaßleitung dient, durch welche das Strömungsmittel des Systems zugeführt wird. Die entgegengesetzte Seite des Gehäuses benachbart dem Raum 34 ist in ähnlicher Weise mit einer radial angeordneten Auslaßöffnung 54 versehen, an die eine Auslaßleitung (nicht gezeigt) angeschlossen werden kann, die zu einem Benutzer des Strömungsmittels

Wie sich am besten aus Fig. 2, 4 und 5 ergibt, erstreckt sich jedes Ende der Welle 38 durch eine zugeordnete axial ausgefluchtete Bohrung 39 bzw. 40 zu den entgegengesetzten Seitenteilen 12 und 13 des Gehäuses 11. Der Seitenteil 12 ist mit einer ringförmigen Ausnehmung 60 versehen, die sich mit der ausgefluchteten Aufnahmebohrung 39, in die sich die Welle 38 erstreckt, in Überdeckung befindet. Eine Kappe 62 verschließt die Ausnehmung 60. Eine Spiralfeder 64 von geringer Spannung"ist mit ihrem einen Ende an der Kappe 62 durch einen Stift 66 (Fig. 4) befestigt, während das entgegengesetzte Ende der Feder 6·+ an der Welle 38 befestigt ist, so daß die Spiralfeder 64 eine sehr schwache Drehkraft auf die Welle 38 und damit auf ■ das Flügelelement 44 ausübt, um das Letztere in die in Fig. 3 gezeigte Schließstellung zu belasten. Hierbei ist zu erwähnen, daß die Feder 64 nicht eine meßbare Widerstandskraft gegen "das Fluid ausüben soll, die sich an dem Flügelelement 44 vorbeibewegt, so daß das Letztere nicht als Ventil im Sinne einer Regelung der Strömungsmenge wirkt, sondern lediglich auf die Krtft anspricht, die durch das durch die Vorrichtung

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fliessende Fluid erzeugt wird, um eine Stellung einzunehmen, die von der erwähnten Strömungsmenge abhängt. Das freie Ende der Welle 38 ist vorzugsweise in der Kappe 6 2 gelagert. ·

Der entgegengesetzte Seitenteil 13 des Gehäuses 11 ist mit einer ringförmigen Ausnehmung 67 versehen, die sich mit der benachbarten Aufnahmebohrung UO in Überdeckung befindet. Das Ende der Welle 38 erstreckt sich axial durch die Ausnehmung 67 und trägt einen Zeiger 68 (Fig. 1). Der Zeiger 68 dreht sich mit der Welle 38 und zeigt auf geeignete Teilstriche 70, die an der Aussenflache des Gehäuses 11 vorgesehen sind.

Wie sich ebenfalls aus Fig. 2, 4 und 5 ergibt, strömt Fluid von innerhalb des Gehäuses 11 normalerweise durch den Spielraum 7 2 zwischen der Umfangsflache der entgegengesetzten. Enden der Welle 38 und den Flächen der Aufnahmebohrungen 39 und 40, wobei es jede der aufeinanderfolgenden Ringnuten. 41 füllt, ^wodurch ein wirksamer, im wesentlichen gleichmässiger Film längs der Welle erzielt wird, so daß eine Schmierung und ein Druckausgleich der Welle erhalten wird, was dazu beiträgt, die Reibung auszuschalten, wenn sich die Welle 38 innerhalb der. Bohrungen 39 und 40 dreht, und ein Festfressen der Welle 38 innerhalb der Aufnahmebohrungen zu verhindern. Fluid, das durch den Spielraum 72 auf der rechten Seite der Welle, gesehen in Fig. 2, fließt, fließt zu einem Ableitkanal 74, der sich in Richtung zur viand 14 der Vorrichtung 10 zu einem zweiten Querkanal 76 erstreckt, durch den leckendes Fluid zu einer Ableitöffnung 7 8 geleitet wird, die mit einem nicht gezeigten Behälter in Verbindung steht. Das entgegengesetzte Ende der Welle 38 steht mit der Ableitöffnung 7 8 über einen zweiten

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Ableitkanal 80 in Verbindung. Die Aufnahmebohrungen 49 und 40 sind je" mit O-Ring-Dichtungen 82 und 84- um die entgegengesetzten Enden der Welle 38 herum an Stellen unterstromseitig zu den Ableitkanälen 74 und 80 versehen, um ein Lecken in die Ausnehmungen 60 und 67 zu verhindern.

wie erwähnt, setzen das Flügelelement 44 und die Feder 64 dem hindurchtretenden Fluid nur einen geringen Widerstand entgegen, so daß das Flügelelement 44 nur in die Schließstellung bewegt wird, wenn keine Strömung durch die VorrichtunglO besteht. Wenn eine Strömung durch das Gerät 10 stattfindet, wirkt diese auf das Flügelelement 44, wodurch das Letztere im Ge gen ze ige rs inn (gesehen in Fig..3) verschwenkt wird, welche Schwenkbewegung noch durch den Ausgleich erleichtert wird, der durch die fluidgefüllten Nuten an den entgegengesehen Enden der Welle 38 erhalten wird. Wenn das Flügelelement 44 verschwenkt wird, entsteht ein Durchlaß zwischen der gekrümmten Kante des Flügelelements 44 und der Fläche 31, der in seiner Grosse zunimmt, wenn die Winkelstellung des Flügelelements 44 zunimmt. Es wird daher bei jeder Durchtrittsmenge des Fluids durch die Vorrichtung 10 das Flügelelement 44 in eine Schwenkstellung bewegt, in der ein Durchlaß zwischen dem Flügelelement 44 und der Fläche 31 von ausreichendem Flächeninhalt besteht, um die jeweils durch die Vorrichtung hindurchtretende Durchflußmenge aufzunehmen. Die besondre Gestaltung des Flügelelements 44 und der Fläche 31 ermöglicht die Verwendung einer Skala 70 mit einer im wesentlichen gleichmässigen Unterteilung durch Teilstriche, welche Skala so markiert ist, daß der Zeiger 68 die tatsächlich zu jedem besonderen Zeitpunkt durch die Vorrichtung fliessende Fluidmenge anzeigt.

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß durch die Erfindung

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ein verbessertes Strömungsanzeigegerät geschaffen wurde, welches für Hochdruckanlagen besonders geeignet ist und bei welchem ein Flügelelement auf einer Welle schwenkbar angeordnet und unter der Wirkung des durch das Gerät fliessenden Fluids beweglich ist. Die Welle ist grosser als, es gewöhnlich möglich ist, so daß sie eine Dichtungsfunktion ausfüllt, und es sind Mittel in Form der Ringnuten an der Welle vorgesehen, um ein Festfressen der Wellenenden zu verhindern, so daß der Widerstand gegen ihre Drehbewegung auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist.

Obwohl im Vorangehenden nur eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, können innerhalb des Rahmens der Erfindung viele verschiedene Abänderungen vorgenommen werden.

Patentansprüche!:

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   l.j Strömungsanzeigegerät für ein Fluidsystem, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (11) mit einer Einlaßöffnung (52) und einer Auslaßöffnung (54), die mit dem System verbunden werden können, ein Flügelelement (44), welches im Gehäuse zwischen der Auslaßöffnung und der Einlaßöffnung verschwenkt werden kann, welches Gehäuse mit Innenwänden versehen ist, die zwei axial ausgefluchtete Bohrungen (39, 40) aufweisen, sowie mit einer halbkugeligen Innenfläche (31), welches Flügelelement (44) eine im wesentlichen halbkreisförmige Kante besitzt, die benachbart der erwähnten halbkugeligen Fläche (31) schwenkbar ist, wobei der Mittelpunkt der halbkugeligen Fläche von dem Mittelpunkt der durch die kreisförmige Kante bei der Schwenkbewegung des Flügelelements (44) beschriebenen Halbkugel verlagert ist, so daß sich der Abstand zwischen der erwähnten Kante und der genannten Fläche (31) mit jeder Schwenkstellung des Flügelelements verändert, eine Welle (38), deren entgegengesetzte Enden in den axial ausgefluchteten Bohrungen (39, 40) gelagert ist, -Mittel (45, 35), welche das Flügelelement an der Welle halten, so daß sich das Flügelelement mit der Welle um die Drehachse der letzteren dreht, wobei die Wellenenden je mit einer.Anzahl von voneinander in Abstand befindlichen Ringnuten (41) versehen ist, die mit Fluid zum Druckausgleich an den Wellen gefüllt sind, wenn Fluid aus dem Gehäuseinneren zwischen den Bohrungen (39, 40) und

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   den. Wellenenden heraussickert und ein Organ (68), welches die Stellung des Flügelelements (MM) ausserhalb des Gehäuses ClI) anzeigt.

   2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kanäle (7M, 76, 80) im Gehäuse (11), durch welche eine Verbindung zwischen dem unterstromseitig der Ringnuten (M-I) leckenden Fluid zu einem gemeinsamen Ablauf (78) hergestellt wird.

   Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeorgan (6 8) ausserhalb des Gehäuses (11) angeordnet end mit dem einen Wellenende gekuppelt ist, welches Anzeigeorgan die Stellung des Flügelelements (M-¹+) und damit die Strömungsmenge durch das Gerät (10) anzeigt, und Dichtungen (8 2, 8M-) um die Welle (38) herum zwischen dem Anzeigeorgan C6 8) und den Ringnuten (Ml) am WeIlenende angeordnet sind, um leckendes Fluid am Austritt über diese hinaus zu verhindern.

   Gerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Fluidkanal (7M) im Gehäuse (11), der mit der Bohrung (MO) zwischen der Dichtung (8M> und den Ringnuten C¹H) an dem einen Wellenende in Verbindung steht, um unterstromseitig der Ringnuten leckendes Fluid zu einem Ablauf (78) zu leiten.

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   "S-, Gerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Feder (6M-), die an dem anderen Ende der Welle befestigt ist, um das Flügelelement (44) in die Stellung zu belasten, in der die Fluidströmung durch das Gerät (10) geschlossen ist, und eine zweite Dichtung (82), die um das andere Wellenende herum zwischen der Feder (64) und den Ringnuten (11) am anderen Wellenende angeordnet ist, um leckendes Fluid am Austreten zu verhindern, und einen Fluidkanal (8 0), der mit der Bohrung (39) für das andere Wellenende zwischen der zweiten Dichtung (82) und den Ringnuten (41) am anderen WeIlenende in Verbindung steht, um unterstromseitig der letzterwähnten Ringnuten leckendes Fluid zu einem Ablauf (78) zu leiten.

   6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (41) einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt haben.

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