DE2244004A1

DE2244004A1 - Oelringanordnung fuer eine drehkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2244004A1
Application number: DE2244004A
Authority: DE
Inventors: Harold Edward Mccormick
Original assignee: Ramsey Corp
Current assignee: Ramsey Corp
Priority date: 1971-10-01
Filing date: 1972-09-07
Publication date: 1973-04-19
Also published as: GB1368366A; IT967275B; JPS4842206A; CA958440A; AU4624872A; DE2244004B2; BR7206748D0; ES406778A1; AU458290B2; FR2155444A5; JPS5025965B2; US3718412A

Description

βΟΟΟ München 60,

ErnsbereerOratse 19

6. SEP. 1972

RAMSEY CORPORATION, Manchester and Weidmen Roads,

Manchester, Missouri/ V. St. A.

Unser Zeichen: R 78Ο

ölringanordnung für eine Drehkolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf Dichtungen von Brennkraftmaschinen und insbesondere auf eine ölringanordnung für den Drehkolben einer Drehkolben-Brennkraftmaschine.

Drehk'olben-Brennkraftmaschinen sind an sich bekannt und unter anderem gehört zu den Drehkolbenmaschinen der Wankelmotor, bei dem ein Drehkolben mit einem dreiseitigen Umfang verwendet wird, der in einer mit Auswölbungen versehenen kammer angeordnet ist. Der Drehkolben weist einen hohlen Mittelabschnitt auf, durch den hindurch Schmieröl geleitet wird. Die Arbeitskammern sind zwischen dem Umfang des Drehkolbens und der inneren Oberfläche der Kammer angeordnet. Es ist deshalb wünschenswert, eine Strömung von Schmiermittelöl von der Mitte des Drehkolbens nach außen in die Kammern hinein zu verhindern. Es ist bereits bekannt, zur Verhinderung dieser ölströmung eine Ringnut in'der Seitenwandung des Drehkolbens zwischen seinen inneren und äußeren Umfangen vorzusehen. Diese Ringnut weist eine öldichtung auf, die axial nach außen in Anlage gegen die Endplatten des Gehäuses gedrückt ist. Die bekannten Dichtungen weisen lediglich ein Dichtungsglied und eine Federanordnung auf, die in den Nuten angeordnet sind> wobei die Feder das Dichtungsglied nach außen drückt. Dieser Aufbau hat den Zusammenbau der Brennkraftmaschine schwierig gemacht, da

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die Teile in die Nut einzeln eingebaut werden müssen. Ferner wird hierdurch der Einbau des Drehkolbens in die Kammer erschwert und zwar insbesondere deshalb, weil die Feder dauern die Dichtung aus der Nut herausdrückt. Die Dichtung muß in der Nut in gewisser Weise vor dem Einbau der Endwandungen, die die Drehkolbenkammer einschließen, gehalten werden.

Durch die Zentrifugalkraft, die durch den sich bewegenden Drehkolben erzeugt werden, haben die auf das öl einwirkenden Kräfte die Neigung, dieses radial nach außen und in die Kammern hinein zu drücken. Dies hat zu einer Erschwerung des Leckproblems geführt, das bei den bekannten Brennkraftmaschinen auftritt.

Da die mittlere öffnung im Drehkolben¹ Schmieröl enthalten kann, wjenn die Brennkraftmaschine stillsteht, ist es wünschenswert, daß die öldichtung nicht nur Betriebsdichtungseigenschaften oder dynamische Dichtungseigenschaften aufweist sondern auch statische Dichtungseigenschaften. Diese wurden bisher dadurch erzielt, daß eine O-Ringdichtung zwischen einem Teil des Dichtungsringes und einer Seitenwand der Nute vorgesehen war. Diese zweite Dichtung behindert die axiale Bewegung des Ringes in der Nute.

Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Dichtungen ausgeschaltet und es wird eine neue öldichtung für Drehkolben-Brennkraftmaschinen geschaffen. ,

Die Dichtung weist einen Gehäusering mit J-förmigem Querschnitt auf, der in die Nute im Drehkolben einsetzbar ist. Ein Dichtungsglied wird in diesem Gehäusering aufgenommen und wird in diesem Ring durch einen radialen Vorsprung gehalten j der sich bis zu einer Stelle über eine nach innen umgebogene Lippe des Gehäuseringes hinweg erstreckt, um so eine Halterungsoberfläche zwischen dem Vorsprung und dem Gehäusering auszubilden, die ein Heraustreten des Dichtungsgliedes aus dem Gehäusering verhindert. Das Dichtungsglied weist eine radial sich erstreckende axiale End-

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wandung auf, die an wenigstens einem Abschnitt ihrer Oberfläche genutet ist. Jede Nute erstreckt sich unter einem Winkel zu einer radialen Linie, die die Dichtungsmitte schneidet, um ein gerichtetes Pumpen zu erzeugen. Ein Federglied ist in dem Gehäusering innerhalb des Dichtungsringes eingesetzt, um axial den Dichtungsring gegenüber dem Gehäuse vorzuspannen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nuten in der Dichtungsoberfläche doppelt abgewinkelt, d. h. daß sich eine Nute unter einem anderen Winkel gegenüber den Nuten zu beiden Seiten dieser Nute erstreckt und zwar derart, daß ein Richtungspumpen erzielt wird, unabhängig von der Seite des Drehkolbens, in die die Dichtung eingesetzt ist.

Xn einer weiteren abgeänderten Ausführungsform weist die Nutung ein Fischgrätenmuster auf, wobei jede Nute in zwei Richtungen verläuft.

Es ist ein Ziel der Erfindung, einen neuen Typ einer öldichtung für Drehkolben-Brennkraftmaschinen zu schaffen.

Ein Hauptziel der Erfindung ist es, eine ölabdichtung für Drehkolben-Brennkraftmaschinen zu schaffen, die eine genutete·Dichtungsoberfläche hat.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine öldichtung für Drehkolbenmaschinen zu schaffen, bei der die Dichtung nach innen pumpt. .

Ferner ist es Ziel der Erfindung, eine hülsenartig aufgebaute ölabdichtung für Drehkolben-Brennkraftmaschinen zu schaffen, bei der das Dichtungsglied zusammen mit einer Feder in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei diese Baugruppe in die Ringnut als Einheit einsetzbar ist.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine öldichtung für Drehkolbenmaschihen zu schaffen, wobei das Dichtungsglied eine genutete Oberfläche aufweist und wobei die Nuten in zwei Richtungen verlaufen, so daß die Dichtung in jede Seite des Drehkolbens einsetzbar ist.

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Drehkolbens einer Drehkolbenmaschine und einer Drehkolbenkammerendplatte, wobei die ölringnut im Drehkolben gezeigt ist, die eine ölringanordnung gemäß der Erfindung aufnimmt,

FJ.g. 2 eine Draufsicht auf die Dichtungsoberfläche des Dichtungsgliedes,

Fig. 3 eine Teildraufsicht auf eine abgeänderte Dichtungsoberfläche,

Fig. 4 eine Schnittansicht des Federringes, der bei der Dichtungsbaugruppe verwendet wird,

Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, in der eine abgeänderte Dichtungsbaugruppe gezeigt ist, und .

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine abgeänderte· Dichtungsoberfläche gemäß der Erfindung.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht desjenigen Teiles eines Drehkolbens 10, der die ölringnut 11 aufweist, die öich axial in das Material des Drehkolbens von einer Seitenwandung 12 aus hinein erstreckt. Der Drehkolben wird von der Kolbenkammer aufgenommen, die zwischen zwei Endplatten eingeschlossen ist, von denen die Endplatte 13 dargestellt ist. Die Ringnut 11 verläuft

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konzentrisch zum inneren Umfang des Drehkolbens und ist im Ab-. stand vom inneren Umfang 14 angeordnet. Die innere Umfangsöffnung

14 des Rotors wird mit Schmiermittel gespeist. Um die Strömung des Schmiermittels vom inneren Umfang zum äußeren Umfang oder zum Betriebsbereich der Kammer zu begrenzen, ist eine öldichtung

15 in der Nut 11 angeordnet.

Die erfindungsgemäße öldichtung weist einen Gehäusering 16 auf, ein Dichtungsglied 17, welches eine Dichtungsoberfläche 18 hat und eine Feder 19,-welche das Dichtungsglied 17 aus der Nut 11 heraus und in Anlage gegen die Endplatte 13 drückt. Ferner ist eine Sekundärdichtung 20 vorgesehen.

Der Gehäusering 16 weist einen J-förmigen Querschnitt auf und Hat einen verhältnismäßig langen radial sich erstreckenden Schenkel 22 und einen kurzen axial sich erstreckenden Schenkel 23, · der integral mit dem radial sich erstreckenden Schenkel an einem Ende ausgebildet ist und sich vom radialen Schenkel axial fort erstreckt und dieser Schenkel endet in einem kurzen nach innen umgebogenen radialen Abschnitt 24. Der axial sich erstreckende Schenkelabschnitt 23 ist am äußeren Umfang des radial sich erstreckenden Schenkels 22 angeordnet und ist so bemessen, daß der äußere Umfang 25 einen Durchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der äußeren Flanke 26 der Nute 11 ist, so daß der Gehäusering mit Paßsitz in der Ringnut sitzt.

Es sei bemerkt, daß bei einer bevorzugten Ausführungsform auch eine Preßsitzanordnung vorgesehen sein kann, mit der der Gehäusering in der Ringnut gehalten wird, wodurch eine entsprechende Abdichtung zwischen dem" äußeren Umfang des Gehäuseringes und der Flanke der Ringnut erzielt wird.

Die Dichtungsoberfläche 18 des Dichtungsgliedes ist an einem axialen Ende dieses Dichtungsgliedes 17 angeordnet und das Dichtungsglied weist eine im wesentlichen in der Mitte angeordnete,

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axial sich erstreckende Nut 30 auf, die sich von der anderen axialen Fläche 31 aus in die Ringdichtung hinein erstreckt. Ein radialer Vorsprung 32 erstreckt sich von der axialen Fläche 31 aus radial nach außen und endet in einem äußeren Umfang 33» der einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser des inneren Umfanges 3¹I des radial nach innen umgebogenen Abschnittes 24, so daß der Ring 17, wenn er einmal in das Gehäuse 16 eingesetzt ist, in diesem gehalten wird und zwar durch einen Anschlag zwischen dem radialen Abschnitt 32 und dem radial nach innen umgebogenen Abschnitt 24.

Eine Feder 19, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, weist einen inneren Umfangsschenkel 35 und einen äußeren Umfangsschenkel 36 auf und diese sind durch einen radial'sich erstreckenden Stegabschnitt 37 an einem axialen Ende der Schenkel 35 und 36 miteinander verbunden. Federfinger 38 sind aus dem Material des Stegabschnittes 37 und der axialen Endabschnitte der Schenkel und 36 herausgearbeitet, beispielsweise herausgeschlagen. Der Federring I9 besteht aus einem Federmaterial, wobei die Finger 38, wenn sich der Ring in der in Fig. 1 dargestellten Stellung befindet, den Dichtungsring 17 axial vom Schenkel 22 des Gehäuseringes 16 fortdrücken. Der Ring 19 wird in der Nute 30 aufgenommen und zwar vorzugsweise mit einem Paßsitz, um das Schmiermittel durch Lecken herabzusetzen, wobei die freien axialen Enden 39 und 40 der Schenkel 35 und 36 gegen den Schenkel 22 des Gehäuseringes anliegen.

Die Dichtungsfläche 18 des Dichtungsringes 17 weist, wie Fig. 2 zeigt, eine Anzahl Nuten 41 auf, die sich axial in das Material des Ringes hinein erstrecken. Die Nuten 41 erstrecken sich vom Innenumfang 42 des Ringes bis zu einer Stelle, die im Abstand vom äußeren Umfang 43 entfernt liegt. Die Nuten sind vollständig um den Umfang des Ringes herum angeordnet und bilden eine genutete Zone, die sich vom inneren Umfang 42 aus bis zu einem Punkt erstreckt, der dem äußeren Umfang benachbart liegt und von diesem

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im Abstand angeordnet ist, und es ist eine nicht genutete Zone vorhanden, die sich von diesem Punkt aus bis zum äußeren Umfang 43 erstreckt. Die nicht genutete Zone 45 arbeitet als eine statische Dichtung, die ein Durchlecken durch die Nuten verhindert, wenn sich der Drehkolben nicht dreht.

Jede der Nuten 41 ist im Material des Dichtungsringes ausgebildet und verläuft unter einen Winkel gegenüber einer radialen Linie und dieser Ring ist bei A in Fig. 2 dargestellt. Dieser Winkel liegt vorzugsweise zwischen 50 und 80°, gemessen von einer Linie aus, die durch die Mitte der Dichtung hindurchgeht und die die Nute an ihrer innersten Stelle schneidet. Bei einem Ausführungsbeispiel wurde gefunden, daß ein Winkel von 70 zweckmäßig ist. Bei einer bevorzugten Aus führungsform weisen die Nuten gegenüber der Ringmitte anstatt einer schraubenförmigen Konfiguration eine spiralförmige Ausbildung auf.

Die Nuten dienen als hydrodynamische Pumpdichte und wenn sie von der Drehrichtun,g der Dichte fortgerichtet sind, wie sie durch den Pfeil B in Fig. 2 gezeigt ist, haben die Nuten die Wirkung, eine nach innen pumpende Dichtung zu bilden. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Dichtung wirkt nicht nur als öldichtung sondern als eine nach innen pumpende öldichtung, um eine wirksamere Abdichtung bei einer Drehkolben-Brennkraftmaschine zu erzielen.

Da Dichtungen auf beiden Seiten der Drehkolben-Brennkraftmaschine vorgesehen sind, müssen die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Dichtungen unterschiedliche Nutenrichtungen für die Dichtungen haben, die auf jeder Seite des Drehkolbens verwendet werden. Dies bedeutet, daß die Nutenwinkel gegenüber den in Fig.^ä2 dargestellten Nutenwinkeln für die Dichtung umgekehrt werden müssen, die auf der anderen Seite des Drehkolbens verwendet wird.

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Eine Lösung dieses Richtungsproblems wird durch die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform erzielt. Die Nuten *J7 sind V-förmig ausgebildet. Die freien Enden der V-Porm schneiden die freien Enden benachbarter Vs, so daß eine kontinuierliche Nute um die genutete Zone herum gebildet wird. Die entgegengesetzten Winkel der beiden Schnekle in jedem Fall bilden eine Doppelrichtungs-Pumpendichte, die auf jeder Seite des Drehkolbens verwendet werden kann. Es sei bemerkt, daß sich die Nuten nicht am äußeren Umfang der genuteten Zone oder am inneren Umfang der Zone schneiden müssen. Die Nuten;können im Abstand voneinander angeordnet werden, wobei sich benachbarte Nuten unter entgegengesetzten Winkeln vom inneren Umfang aus erstrecken.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine abgeänderte Ausführungsform einer Dichtung, bei der der Gehäusering 60 einen C-förmigen Querschnitt aufweist und innere und äußere axial sich erstreckende Umfangsschenkel hat, die durch einen radial sich erstreckenden Schenkel 63 miteinander verbunden sind. An dem dem radialen Schenkel abgewandten Ende erstrecken sich zwei nach innen umgebogene radial sich erstreckende Flansche 64 und 65 von den Schenkeln 61 und 62 und vermindern den freien Spielraum des offenen Endes 66 des Gehäuseringes auf eine Abmessung, die geringer ist als der innere Durchmesser'des Gehäuseringes. Der Dichtungsring 67 weist einen Hauptkörperabschnitt mit einer Dichtungsoberfläche 68 an einem Ende auf und ferner eine Nute 69, die sich in den Körperabschnitt hinein vom anderen axialen Ende 70 erstreckt' und zwar etwa in der Mitte zwischen den inneren und äußeren Umfangen. Radial sich erstreckende Vorsprünge 72 und 73 sind am Ende 70 vorgesehen und erstrecken sich über die Enden der nach innen umgebogenen Flansche 6Ί und 65 hinaus, wodurch Abschnitte des Dichtungsringes innerhalb des Gehäuseringes angeordnet sind. Durch diese Vorsprünge wird der Ring im Gehäuse gehalten. Eine Feder 75, die der Feder 19 entspricht, wird von der Nute 69 aufgenommen und diese Feder ist zwischen der Rückwandung 76 der Nute und der Wandung 60 des Gehäuseringes eingeschlossen.

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Die Dichtungsoberfläche 68 kann gegenüber den vorher beschriebenen Dichtungen abgeändert sein und zwar so, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. In diesem Fall weisen die Nuten 78 die Form eines Fischgrätenmusters auf oder sind V-förmig ausgebildet. In diesem Fall kann sich die genutete Zone vom inneren Umfang"80 bis zum äußeren Umfang 81 erstrecken. Falls gewünscht, kann diese Nute neben dem äußeren Umfang, jedoch im Abstand von diesem enden, so daß ein Dichtungssteg gebildet wird, der dem Dichtungssteg der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entspricht. Die , Fischgrätenmusteranordnung der Nute führt zu einer Doppelrichtungs-Pumpdichtung, so daß die Dichtung auf beiden Seiten des Drehkolbens einsetzbar ist. Durch Abänderungen der Abmessungen eines Schenkels des Fischgrätenmusters gegenüber dem anderen Schenkel des Fischgrätenmusters können verschiedene Pumpwirkungen erzielt sein, wobei, falls gewünscht, eine stabile Dichtung erzeugt werden kann, die in keiner Richtung pumpt.

Die erfindungsgemäßen Dichtungsringe können bei jeder Ausführungsform aus einem Standardringmaterial hergestellt sein, wie beispielsweise Stahl, Gußeisen o. dgl. Alternativ kann die Dichtung aus einem hochwarmfesten Kunststoff oder aus einem Polyimid hergestellt sein.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß durch die Erfindung eine neue Form einer öldichtung für Drehkolbenmaschinen geschaffen wird. Die Dichtung weist einen hülsen- oder patronenartigen Aufbau auf und es ist ein Gehäuse vorgesehen, welches die Elemente der Dichtung enthält. Dieses Gehäuse ist in die Ringnut des Drehkolbens als einheitliche Baugruppe einsetzbar. Das Gehäuse weist ein Dichtungsglied und eine Feder auf, mit der das Dichtungsglied aus dem Gehäuse herausgedrückt wird. Es sind ferner Halterungen vorgesehen, die verhindern, daß sich das Dichtungsglied vollständig aus dem Gehäuse herausbewegt. Das Dichtungsglied weist eine Dichtungsoberfläche an einer axialen Endwandung auf, die wenigstens auf einem Abschnitt des Umfanges der Dichtungsoberfläche

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genutet ist. Diese Nuten sind gegenüber dem Durchmesser der Dichtungsoberfläche unter einem Winkel angeordnet, um eine gerichtete Pumpwirkung zu erzielen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein äußerer Randabschnitt der Dichtungsoberfläche nicht genutet und blockiert deshalb gegen ein Durchlecken zum äußeren Umfang der Dichtung hin. Die am inneren Umfang vorgesehene genutete Zone wirkt wie eine Richtungspumpendichtung, wobei eine radial nach innen gerichtete Strömung entsteht. Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel weist die genutete Zone Nuten auf, die sich unter entgegengesetzten Winkeln zueinander vom Umfang aus erstrecken, wodurch eine Doppelrichtungsdichtung geschaffen wird. Dadurch, daß man am äußeren Umfang eine Blockierung in einer nicht genuteten Zone erzeugt, kann diese Dichtung nicht als eine nach außen pumpende Dichtung wirken sondern lediglich als eine nach innen pumpende Dichtung. Dies ermöglicht, daß die Dichtung auf jeder Seite des Drehkolbens eingesetzt werden kann.

Bei einer weiteren abgeänderten Ausführungsform ist eine Fischgrätenmusteranordnung der Nuten vorgesehen. Bei der bevorzugten dargestellten Ausführungsform des Fischgrätenmusters der Nuten sind diese spiralförmig angeordnet.

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Claims

Patentansprüch'e

Iy ölringanordnung für eine Drehkolben-Brennkraftmaschine, bei welcher der Drehkolben eine Ringnut in einer Seitenwandung aufweist, wobei diese Ringnut eine ölringanordnung aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anordnung ein ringförmiges Gehäuse aufweist, in dem ein Dichtungsring angeordnet ist, daß der Dichtungsring innere und äußere radial sich erstreckende axiale Endwandungen aufweist, daß die äußere Endwandung eine Dichtungsoberfläche hat, daß die Dichtungsoberfläche eine genutete Zone aufweist, die sich vom inneren Umfang des Ringes aus radial nach außen erstreckt, daß sich eine nicht genutete Zone vom äußeren Umfang der genuteten Zone aus zum äußeren Umfang des Ringes hin erstreckt, daß die genutete Zone eine Anzahl von* in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Nuten aufweist, daß sich die Nuten nach außen unter einem Winkel zum Radius erstrecken und daß Einrichtungen innerhalb des Gehäuseringes vorgesehen sind, die den Dichtungsring aus dem Gehäusering herausdrücken.

2. ölringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale innere Endwandung eine Umfangsnut aufweist, die sich in den Ringkörper hinein erstreckt, daß die Feder in dieser Nut aufgenommen ist, daß die Feder gegen eine Rückwandung der Nut anliegt und gegen eine radial sich erstreckende Wandung des Gehäuseringes und daß diese Feder wirksam ist, um den Dichtungsring von der radialen Wandung des Gehäuseringes fort zudrücken. ''

3. ölringanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring einen radialen Vorsprung an der inneren axialen Endwandung aufweist, daß sich der radiale Vorsprung radial nach aussen vom äußeren Umfang des Ringes aus erstreckt, daß der Gehäusering einen radialen Vorsprung aufweist, daß sich der radiale Vorsprung des Gehäuseringes vom äußeren Umfang des Gehäuseringes aus radial nach innen erstreckt, daß sich die radialen Vorsprünge überlappen und wirksam sind, um ein Heraustreten des Dichtungs-

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ringes aus dem Gehäusering zu verhindern und daß der Dichtungsring in dem Gehäuse beweglich ist, bis eine Anlage zwischen den beiden radialen Vorsprüngen erfolgt.

H, ölringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genutete Zone alternierende Nuten aufweist, die sich unter entgegengesetzten Winkeln zum Radius erstreckt.

5. ölringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten gegenüber der Achse des Ringes in Form einer Spirale gekrümmt sind.

6. ölringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die , Nuten in Umfangsrichtung V-förmig nach Art eines Fischgrätenmusters angeordnet sind.

7. ölringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusering mit Preßsitz in der Ringnut sitzt und zwar mit Dichtungsanlage gegen eine Seitenflanke dieser Ringnut.

8. ölringanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anordnung eine Sekundärdichtung innerhalb des Gehäuseringes aufweist, die den Raum zwischen dem Gehäuse und dem inneren axialen Ende des Dichtungsringes abdichtet.

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