DE2303281A1

DE2303281A1 - Waelzlagerdichtung

Info

Publication number: DE2303281A1
Application number: DE19732303281
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung M ArTag
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA
Priority date: 1972-01-25
Filing date: 1973-01-24
Publication date: 1973-08-02
Also published as: JPS5631447B2; IT978468B; DE2303281B2; GB1406536A; SE395946B; JPS4883238A; DE2303281C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wälzlagerdichtung mit oder ohne Metallbewehrung, die in einen aus Elastomer-Material oder einem anderen synthetischen Werkstoff bestehenden, mit zwei Lippen versehenen Korpus eingefügt ist, der in den Aussenring des Wälzlagers oder in das das Wälzlager aufnehmende Gehäuse eingesetzt ist.

Der Kachteil zahlreicher bekannter Dichtungen dieser Art besteht darin, daß sie im Hinblick auf ein ganz spezielles Montxerungsproblem konstruiert sind und für davon abweichende Konstruktionen genormter Wälzlager entsprechenden Durchmessers nicht verwendbar sind.

Zum Beispiel sind flache bewehrte Dichtungen mit einer einzigen Lippe an dem Innendurchmesser bekannt, die in

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eine Nut der Bohrung des äusseren Ringes eingesetzt sind und deren Lippe sich gegen die aussere Schrägfläche des Innenrings abstützt. Diese Schutzvorrichtung hat den Vorteil, daß sie für das Wälzlager geeignet und nicht von den Einbauverhältnissen abhängig ist, sie hat sich aber als ungeeignet für das Fernhalten von Staub und Flüssigkeit erwiesen.

Ferner sind aus der französischen Patentschrift 1 545 der Anmelderin und den zugehörigen Zusatzpatenten Wälzlagerabdichtungen bekannt, bei denen eine nachgiebige reibende Lippe, die axial nach aussen wie ein sich öffnender Kegel geformt ist und sich gegen eine Ablenkfläche legt, kombiniert unter Umständen mit einer der axialen Lippe vergleichbaren radialen Lippe, die einen ein Schmiermittel enthaltenden abgeschlossenen Raum bildet und gleichzeitig einen ausreichenden Schutz vor Staub und äusseren Verunreinigungen durch ihre zweifachen Dichtungslippen gewährt. Aber diese Arten von Abdichtungen sind bestimmten Wälzlagertypen in ihren besonderen Anbringungsmöglichkeiten angepaßt, beispielsweise durch die Anordnung von Anlageflächen für die Lippen in einem gegebenen genauen Abstand der Dichtung, der für eine gute Dichtwirkung der Lippen erforderlich ist.

Derartige Anlageflächen müssen daher durch Bearbeitung an den benachbarten Teilen angebracht oder in Form von aufgesetzten' Ablenkblechen vorgesehen werden.

Die Erfindung, für die derartige einschränkende Bedingungen nicht gelten, führt ebenfalls befriedigende Abdichtungsverhältnisse herbei, läßt sich dabei aber sehr unterschiedlichen Anbaubedingungeη bei genormten Wälzlagern anpassen, an denen die Dichtung in an sich be-

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kannter Weise durch einfaches Aufpressen oder Einrasten in die Bohrung des Aussenringes oder in das Gehäuse ange brac ht wird.

Bei dieser Dichtung handelt es sich um eine Wälzlagerabdichtung mit oder ohne in eine Elastomer- oder sonstige Kunststoffhülle eingesetzte Metallbewehrung, mit zwei Lippen, von denen die eine in einer senkrecht zur Wälzlagerachse verlaufenden Ebene liegt und sich gegen den äusseren Umfang des Innenrings legt, während die andere in Richtung eines sich öffnenden Axialkegels verläuft; die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,daß die genannte äussere Lippe ein flaches Dreiecksprofil aufweist, dessen den kleinsten Winkel einschliessender Rand die reibende Lippe bildet und dessen gegenüberliegender spitzer Winkel das Verbindungsscharnier zu dem Korpus der Dichtung darstellt, daß der kreisförmige Rand mit stumpfem Winkel eine mittlere Verstärkungszone darstellt, und daß das Verhältnis der Breite dieser Lippe zu ihrer größten Stärke grosser als fünf ist, während die Neigung des sich öffnenden Kegels zwischen 10° und 60° bezüglich der Wälzlagerachse beträgt.

Aus dieser Lippenform ergibt sich, daß die Anlage der Aussenkante der Lippe und damit das Abdichtungsvermögen nicht von dem Ausmaß des Aufdrückens auf die Auflagerfläche und damit nicht von deren Abstand von der Dichtung abhängt.

Wegen der auf das flache Dreiecksprofil zurückzuführenden Biegesteifigkeit in der mittleren Verstärkungszone wird die Andruckwirkung im wesentlichen in eine Schwenkung der Lippe um die Verbindungslinie zu dem Dichtungskorpus umgewandelt, welche Verbindung wegen ihrer verminderten

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Stärke und der Komprimierung stärker verbiegbar ist, während umgekehrt die Zugausübung durch Vergrössern des Aussenrandes dessen Steifigkeit erhöht und seine Anlage an der Ablenkfläche äussert sich nur in einer leichten Durchbiegung und einem geringen Anlagedruck.

Somit lassen sich wegen des Fehlens einer mit dem Anlagedruck zunehmenden Durchbiegung erfindungsgemäß Lippen grosser Länge vorsehen, die sich sehr verschieden weit von der Dichtung entfernt liegenden Anlageflächen anpassen können, d.h. aber auch sehr unterschiedlichen Konstruktionsbedingungen, wobei gleichwohl gute Abdichtung an der Anlagestelle erzielt wird.

Nachstehend werden mehrere Ausführungsformen der erfindungsgemässen Dichtungen anhand der Zeichnungen beschrieben, die verschiedene Profile für derartige Dichtungen in grösserem Maßstab zeigen, damit die die Erfindung charakterisierende Lippenform besser erkennbar wird,

Fig. 1 zeigt das Profil einer solchen Dichtung, die durch Einrasten in eine Nut der Bohrung eines äusseren Ringes montiert wird;

Fig. 2 ist das Profil einer abgewandelten Ausführungsform, bei der die Montage durch Eindrücken in eine Bohrung passender Abmessungen erfolgt;

Fig, 3 stellt das Profil einer weiteren Variante dar, bei der die Radiallippe der Dichtung ein genau bemessenes Spiel gegenüber der gegenüberliegenden Fläche hat;

Fig. 4 stellt ein pneumatisches Wirkungsschema dar, das

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gleichwertig der in Fig. 3 gezeigten Dichtung ist, sowie die verschiedenen Volumina, die die Dichtung abgrenzt.

Fig. 5 und 6 sind Detailansichten, die weitere Möglichkeiten der Ausführung des Randes der Radiallippe für den in Fig. 3 gezeichneten Fall darstellen.

Die Dichtungen nach den Fig. 1 bis 3 besitzen einen Korpus 1 aus Synthesekautschuk, der eine Metalleinlage 2 teilweise umgibt und dessen Aussenrand 3 eine Form erhalten hat, die ihn in eine Nut einrasten läßt (Fig. 1) oder das Eindrücken in eine Bohrung ermöglicht (Fig. 2 und 3), wobei die letztgenannte Variante insbesondere bei Rollenlagern und die Variante nach Fig. 1 bei Kugellagern angewandt wird.

Der Korpus geht nach innen in eine Lippe M- in einer praktisch senkrecht zur Wälzlagerachse verlaufenden Ebene über; die Lippe U liegt an der Aussenseite des Innenringes des Wälzlagers an und bildet dort eine erste Reibungsabdichtung . . -

Die äussere Dichtungslippe 5 hat einen flachen Dreiecksquerschnitt und schließt an den Korpus 1 der Dichtung mit einer Zone verminderten Querschnitts an, die ein Schwenkscharnier 6 bildet, das näher an der eine Verstärkung bildenden stumpfwinkligen Kante 7 liegt als die entgegengesetzte Kante 8, die die äussere Anlagelippe der Dichtung darstellt. Das Elastomer bzw. das entsprechende Material soll eine Shore-Härte aufweisen, die eine geeignete Elastizität und Festigkeit gewährleistet. Für das Elastomer wurde beispielsweise die Shore-Härte 80 gewählt.

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Die Kreisfläche 9 der Lippe soll, damit das Entformen der Dichtung vereinfacht wird, vorteilhafterweise zylindrisch sein, um eine maximale Verstärkung der Lippe 5 zu erzielen, während die Fläche 10 einen von dem Scharnier 6 her sich öffnenden Kegel darstellt, der einen Winkel zwischen 10° und 60° mit der Wälzlagerachse einschließt.

Die Länge der Lippe zwischen den Linien 6 und 8 ist mindestens fünfmal so groß wie die größte Höhe der Lippe an der Linie 7.

Beim Zusammenbau biegt sich die Lippe 5 an dem Scharnierkreis 6 durch, und die Dichtkante legt sich gegen eine Anlagefläche 11, wie durch die gestrichelte Umrißlinie bei 12 angedeutet ist.

Im Gegensatz zu den Lippen bekannter Art, bei denen der Andruck sich in einer immer stärkeren Durchbiegung, einer grösseren Anlagefläche und einem höheren Anpreßdruck und damit einem höheren Reibungswiderstand und schnellem Verschleiß ausprägt, bleibt die Dichtungslippe gemäß der Erfindung mit ihrer Kreiskante 8 in linsenförmiger Anlage mit praktisch konstantem Druck, unabhängig von dem öffnungswinkel des von der Lippe 5 gebildeten Kegels, d.h. des Abstands der Anlagefläche von dem Dichtungskorpus 1, im Rahmen der durch die Abmessungen der Lippe 5 gegebenen Möglichkeiten,

Dieses wichtige Ergebnis ist durch die Form der Lippe 5 begründet, die in der Zone 6 eine Kompression mit einer Durchbiegung verknüpft, wodurch die Biegeverformung auf diese Zone konzentriert und der Widerstand der unter Zugbeanspruchung stehenden Zonen gegen die Biegeverformung aufgehoben wird.

Die Durchmesserzunahme der Zone 8 äussert sich gleichzeitig durch eine Längung und eine Zugbeanspruchung der Lippe. Die Zugbeanspruchung wirkt an der Lippe wie ein Spannring, wodurch die Komprimierung der Zone 6 verstärkt und ihre Durchbiegung begünstigt wird bei schwacher und praktisch gleichbleibender Andruckwirkung an der Fläche 11, unabhängig von deren Abstand von dem Korpus 1 der Dichtung.

Auf diese Weise ergeben sich gleichartige Abdichtungsund Rexbungsverhältnxsse für ein und dieselbe Dichtung unter den verschiedensten Aufbau- und Anbringungsverhältnissen·

Bei der Ausführung nach Fig. 1 ragt die Dichtung mit ihrer Fläche 13 über die Aufnahme für das Wälzlager hinaus und hat einen Durchmesser, der etwas grosser ist als der der Aufnahmeöffnung. Beim Zusammenbau wird die Dichtung somit zwischen der Nut der Aufnahme und der Schulter, gegen die das Wälzlager gelegt ist, eingeklemmt und die Kontaktfläche ist grosser. Es besteht auch viel weniger die Gefahr, daß die Dichtung von dem auf die Lippen ausgeübten Reibungsmoment mitgenommen wird.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 wird das gleiche Problem durch eine Vergrösserung der Kontaktfläche und die Anbringung von Nuten gelöst, die das Einsetzen erleichtern, das Herausziehen aus der Aufnahme aber erschweren. Die Nuten drücken die Oberfläche des Dichtungswerkstoffs stärker zusammen und erhöhen dadurch dessen Andruckkraft.

Die hier vorgesehene Form der Lippen erlaubt es auf einfache Weise, nach beliebigen Verfahren, etwa durch Tau-

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chen, einen anderen Werkstoff an der Kante 8 der Dichtung anzubringen. Dadurch kann man den Lippen spezielle Eigenschaften verleihen, beispielsweise hinsichtlich der ifeibungsverhaltnisse, des Verschleisses und der Wärmebeständigkeit .

Wie bereits erwähnt, kann man wegen des Ausbleibens einer mit der Andruckkraft zunehmenden Verbiegung dieser •Abdichtungen Lippen grosser Länge vorsehen, die sich gegen Stützflächen legen können, die sehr unterschiedlich grossen Abstand von der Dichtung haben, wobei trotzdem gute Andruck- und Dichtungsverhältnxsse geschaffen werden, die trotz des mit Reibung verbundenen Kontakts eine gasdichte Abdichtung ermöglichen» Diese Eigenschaft wird in der Variante nach Fig. 3 ausgenützt, wenn Wälzlager in abgeschlossenen Aufnahmen untergebracht werden, wobei die Luft in der Aufnahme sich während des Betriebes erwärmt, sich ausdehnt und einen für das richtige Arbeiten des Wälzlagers nachteiligen Überdruck erzeugt, wenn er nicht durch eine dazu vorgesehene öffnung entweichen kann.

Die Dichtung nach Fig, 3 beseitigt die durch diese Erscheinung hervorgerufenen Störungen nachhaltig, ohne daß andere besondere Vorkehrungen für die Montage des Wälzlagers getroffen werden müssen.

Diese Dichtung zeichnet sich dadurch aus, daß ein begrenztes Spiel zwischen dem Ende der in einer senkrecht zur Wälzlagerachse stehenden Ebene verlaufenden Radiallippe und der gegenüberliegenden, zu dem Innenring dieses Wälzlagers gehörxgen Fläche vorgesehen ist. Auf diese Weise wird, wenn die Wälzlager in durch die Abdichtungsmittel abgeschlossenen Räumen arbeiten, die Ventilwirkung der Dichtung reguliert.

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Beim Inbetriebsetzen erwärmt sich die in dem Wälzlagergehäuse auf Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck befindliche Luft, dehnt sich aus, und das zwischen dem Ende der Radiallippe und der gegenüberliegenden, dem Innenring des Wälzlagers zugehörigen Fläche vorgesehene Spiel ermöglicht den Durchtritt des durch die Wärmeausdehnung entstandenen Luftvolumens durch die Dichtung und den aufliegenden Rand der Axiallippe und beseitigt dadurch den Oberdruck. Bei der Abkühlung entsteht durch die Zusammenziehung der erwärmt gewesenen Luft in dem Wälzlager ein Unterdruck, der durch die Stellung der Axiallippe, die einen Saugnapf bildet, aufrechterhalten wird.

Man sieht also, daß die Dichtung nach Fig. 3, entstanden aus der Kombination einer Axiallippe, wie sie die Dichtungen nach den Figuren 1 und 2 besitzen, mit einer Radiallippe, die ein Spiel vorgegebener Grosse an der gegenüberliegenden Fläche des Wälzlagers aufweist, eine Ventilwirkung herbeiführt, die den Betrag des im Betrieb auftretenden Oberdrucks und des Unterdrucks im Ruhezustand in dem Wälzlagergehäuse begrenzt. Die Zwischenkammer, die von dem Raum gebildet wird, der zwischen den beiden Lippen abgeteilt ist, bildet einen Pufferraum, der nach einem ersten Betriebszustand und dem Entstehen eines Unterdrucks in dem Wälzlagergehäuse, das durch das Anliegen der einen Saugnapf bildenden Axiallippe abgeschlossen ist, die Ausdehnungen und Schrumpfungen der Luft in dem Wälzlagergehäuse auffängt, ohne daß die Axiallippe noch einmal gehoben und die Abdichtung durchbrochen wird.

Je nach den Umständen läßt sich dieser Zustand erreichen, indem man das Spiel zwischen der Radiallippe und der gegenüberliegenden, dem Innenring des Wälzlagers zugeord-

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neten Fläche einstellt und dadurch eine Drosselstelle für einen voreingestellten Druckabfall zwischen dem Volumen des Wälzlagergehäuses und dem Puffervolumen der Dichtung bildet.Diese Drosselstelle bewahrt das Puffervolumen vor jeder plötzlichen Druckänderung und damit vor jeder aussergewohnlichen Anlage- oder Abhebewirkung an der ventilartigen Axiallippe.

Übrigens ermöglichen die dieser Lippe zugeordneten Parameter, etwa ihr Neigungswinkel und ihre Länge, ebenso wie die Viskosität des Schmiermittels eine Regulierung der zulässigen Höhe des während des Betriebes auftretenden Überdrucks als auch des Unterdrucks im Ruhezustand in allen Volumenabschnitten des Wälzlagers oder der Wälzlager sowie der Dichtung oder der Dichtungen.

Die Fig. 3 zeigt eine Dichtung der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Art, bestehend aus einem Hauptteil la und der zugehörigen Bewehrung 2a, eingepaßt in das Wälzlagergehäuse mit seinem Rande 3a und einerseits durch eine Radiallippe 4a verlängert, die in einer senkrecht auf der Wälzlagerachse stehenden Ebene verläuft und andererseits durch eine Axiallippe 5a mit dem Querschnitt eines abgeflachten Dreiecks (6a, 7a, 8a, 9a, 10a), gelenkig angebracht an dem Scharnier 6a und mit dem Lippenrand 8a an die Auflagefläche lla gelehnt.

Gemäß der Erfindung ist ein Radialspiel 14 zwischen der Lippe 4a und der gegenüberstehenden, zu dem Innenring desWälzlagers gehörigen Fläche 17 vorgesehen. Dieses Spiel bildet die Verbindung zwischen dem geschlossenen Raum 15, der das Wälzlager aufnimmt und dem durch die Lippen 4a und 5a und die Flächen 11 und 17 abgegrenzten, geschlossenen Raum 16.

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Das Ende der Lippe kann Rechteckquerschnitt haben, wie in Fig. 3 gezeichnet, es kann aber auch, wie in Fig. 5 als AusführungsVariante wiedergegeben, einen leistenförraigen Querschnitt in Form eines Ansatzes 18 enthalten, dessen Breite 19 das Maß der Drosselwirkung bei gegebenem Spiel 14 bestimmt. Nach einer anderen, in Fig. gezeichneten Variante besitzt der Ansatz an seiner die Drosselwirkung regulierenden Seite ein labyrinthartiges Relief 20.

Fig. 4 zeigt schematisch das pneumatische Funktionsbild dieser Anordnung: die beiden abgeschlossenen Räume 15 und 16 sind durch eine genau bemessene Drosselstelle 14 miteinander verbunden, die durch das Spiel an der Lippe 4a gebildet wird, und der Raum 16 ist ausserdem mit einem einstellbaren Rückschlagventil ausgestattet, das durch die Lippe 5a verwirklicht ist.

Jeder in dem Raum 15 plötzlich auftretende starke Überdruck, der etwa durch eine schlagartige Erhitzung im Wälzlagerbereich auftreten kann, wird fortlaufend in den Raum 16 übertragen, einen vorübergehenden Überdruck in dem Raum 15 ausgleichend, und die Axiallippe 5a wird sich von der Anlagefläche 11 nur im Falle einer zufälligen aussergewöhnlichen Erhitzung abheben. Im normalen Betrieb werden die DruckSchwankungen durch den Raum 16 der Dichtung aufgenommen, ohne daß die Abdichtung an der Lippe 5a aufgehoben wird.

Die Einrichtung nach Fig. 3 weist ausserdem noch die folgenden zusätzlichen Vorzüge auf: Beseitigung der Erhitzung infolge Reibung der Radiallippe, die wegen der massiven Ausführung der Lippe sehr erheblich war; leichteres Einsetzen der Dichtung; Vermeidung von Zusatzorganen zur

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Verbindung nach aussen (Schmiernippel, Unterdruckventil usf.); besseres Betriebsverhalten bei hoher Geschwindigkeit bei trotzdem guter Abdichtung. Der letztgenannte Vorteil ergibt sich einerseits aus der Herabsetzung der Reibung und damit der Erwärmung und andererseits der Abbauwirkung des zwischen den beiden Lippen befindlichen Raums, der eine grössere Druckänderung, d,h, eine grössere Erwärmung aufzufangen erlaubt, wobei er gleichbleibenden Maximaldruck in dem Wälzlager gewährleistet.

Schließlich erfordern diese Vorteile auch keine zusätzlichen Kosten, denn die Anordnung nach Fig. 3 erhöht den Herstellungspreis der Dichtungsvorrichtung nicht«

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

Wälzlagerdichtung mit einem kreisförmigen Korpus aus elastischem Werkstoff, mit zwei Dichtungslippen, von denen eine den Dichtungskorpus in einer senkrecht zu der Wälzlagerachse verlaufenden Ebene fortsetzt und sich auf den Aussenmantel des Innenrings des Wälzlagers abstützt, während die andere axial nach aussen in Form eines von dem Dichtungskörper aus sich öffnenden Kegels verläuft,

dadurch gekennzeichnet, daß die äussere Axiallippe (5) ein flaches Dreiecksprofil besitzt, bei dem die dem kleinsten spitzen Winkel zugeordnete Kante (8) die reibende Lippe bildet und die dem größten spitzen Winkel (6) zugeordnete Kante das kreisförmige Verbindunbsscharnier mit dem Dichtungskorpus (1) darstellt, daß die kreisförmige, von einem stumpfen Winkel gebildete Kante eine steife Verstärkungszone zwischen den Ränd-arn (6, 8) der genannten Lippe (5) bildet, deren Breite mindestens fünfmal so groß ist wie ihre größte Stärke und deren Neigung zwischen 10° und 60° gegenüber der Wälzlagerachse beträgt und daß der Aussenrand des Dichtungskorpus in an sich bekannter Weise in die Bohrung des Wälzlagers gepreßt ist, um dem auf die Reibung der Lippen zurückzuführenden Antriebsdrehmoment Widerstand leisten zu können.
2. Wälzlagerdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Scharnier und der Kante (7) an

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dem stumpfen Winkel gelegene Innenfläche der Lippe zylindrische Form hat.
3. Wälzlagerdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Dichtungskorpus und die Lippen der Dichtung bildende Synthesekautschuk eine Shore-Härte von ungefähr 80 hat.
4·. Wälzlagerabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Aussenrandes des Dichtungskorpus etwas grosser ist als derjenige des Wälzlagergehäuses, und daß der Aussenrand etwas vor dem Gehäuse liegt.
5. Wälzlagerdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äussere Axiallippe (5) an ihrem Rand (8) mit einem. Werkstoff bedeckt ist, der eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen der Lippe herbeiführt.
6. Wälzlagerdichtung nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, daß die den Dichtungskorpus (la) fortsetzende, in einer senkrecht zur Wälzlagerachse liegenden Ebene verlaufende Lippe (4a) m±t einem begrenzten, an die gegenüberliegende, dem Wälzlagerinnenring zugehörigen Fläche (17) anschliessenden Spiel (14) montiert ist, das eine genau bemessene Drosselstelle zwischen dem das Wälzlager enthaltenden abgeschlossenen Raum (15) und

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dem von der Axial- und der Radiallippe (5a, 4a) der Dichtung und den ihnen zugeordneten Wälzlagermontageflächen (lla, 17) abgeschlossenen Raum (16) bildet.
7. Wälzlagerdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Radiallippe (4a) eine Leiste in Form eines Ansatzes (18) aufweist, dessen Breite (19) bei gegebenem Spiel (14) den Grad der Drosselwirkung reguliert«
8. Wälzlagerdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein labyrinthartiges Relief (20) an der die Drosselwirkung regulierenden Seite des Ansatzes (18) vorgesehen ist.

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