DE2535001A1

DE2535001A1 - Abdichtungsvorrichtung fuer eine hinund herbewegbare stange

Info

Publication number: DE2535001A1
Application number: DE19752535001
Authority: DE
Inventors: Alan Wycliffe Sparrow
Original assignee: Perkins Engines Ltd
Current assignee: Perkins Ltd
Priority date: 1974-08-06
Filing date: 1975-08-05
Publication date: 1976-02-19
Also published as: SE7508861L; GB1508312A

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtungsvorrichtung, die dazu dient, die Standhöhe von Öl in einem unter Druck stehenden Behälter aufrechtzuerhalten, bei der das öl eine Abdichtung gegen das Entweichen eines Arbeitsmittels aus dem Behälter bewirkt.

Bei bestimmten Maschinen und anderen Anlagen, insbesondere bei Kraftmaschinen, bei denen mit einem teuren, gefährlichen oder giftigen Arbeitsmittel gearbeitet wird, und bei denen eine hin- und herbewegbare Stange vorhanden ist, die in das Arbeitsmittel eintritt, ist es bereits bekannt, eine Abdichtung gegen das Entweichen des Arbeitsmittels dadurch zu bewirken, daß man einen Ölvorrat verwendet, der sich über einem Pumpring befindet, v/elcher die Stange umschließt und so geformt ist, daß das während eines Hubes entweichende Öl zu dem Ölvon^at während des nächstfolgenden Hubes zurückgepumpt wird, und zwar

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mit einer zusätzlichen ülmenge derart, daß die Standhöhe des Öls in dem zugehörigen Behälter ständig zuηiKirnt. Diese Standhöhe muß geregelt werden, und ein hierzu dienendes, bisher angewendetes Verfahren besteht darin, daß man einen Schwimmerschalter vorsieht, der die jeweilige Standhöhe der Ölfüllung fühlt und nach Bedarf ein Magnetventil betätigt, um eine gewisse Ölmenge abzulassen, sobald der ölstand eine vorbestimmte Höhe erreicht. Bei diesem Verfahren und einer entsprechenden Anordnung können sich Nachteile ergeben, die auf die hohen Kosten und eine unzureichende Betriebssicherheit zurückzuführen sind, denn die betreffende Anordnung muß z.B. bei ihrer Anwendung bei einem Stirlingmotor bekannter Bauart bei sehr hohen Drücken betriebsfähig bleiben, denn ein Versagen dieser Anordnung während des Betriebs würde zum Ausfall des gesamten Motors führen.

Der Erfindung liegt die Aufga.be zugrunde, eine Anordnung zum Regeln der Standhöhe des Abdichtungsöls zu schaffen, bei der diese Nachteile möglichst weitgehend oder vollständig vermieden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung eine Abdichtungsvorrichtung zum Verhindern des Entv.-eichens eines Arbeitsmittels aus einer unter hohem Druck stehenden Zone längs einer hin- und herbewegbaren Stange geschaffen worden, die ein Dichtungsgehäuse aufweist, in dem eine Kammer vorhanden ist, ferner eine Bohrung, mit der das Gehäuse versehen ist, und welche dazu dient, die Kammer mit der unter hohem Druck stehenden Zone zu verbinden, einen Pumpring, der in flüssigkeitsdichter

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Berührung mit dem Gehäuse steht, das obere Ende der Stange umschließt und geeignet ist, Öl in die Kammer hineinzupumpen, wenn die Stange veranlaßt wird, durch den Pumpring hindurch nach oben zu gleiten und in die unter hohem Druck stehende Zone einzutreten, einen zusammen mit der Stange hin- und herbewegbaren Kolben, der in der Bohrung bei jeder Bewegung der Stange entsprechend hin- und herbewegt wird, sowie einen Kanal, der die Kammer mit der unter hohem Druck stehenden Zone verbindet, und in den ein Rückschlagventil eingeschaltet ist, welches das ilindurchströmen von 01 aus der unter hohem Druck stehenden Zone zu der Kammer verhindert, so daß der in der Kammer herrschende hohe Druck auf den Pumpring wirkt, um das Pumpen von Öl an dem Puinpring vorbei zu der Kammer herbeizuführen, wobei der niedrige Druck bzw. der Unterdruck, der durch den Kolben während eines Ansaughubos in der Bohrung erzeugt wird, das Vorbeipumpen von Öl an dem Pumpring verhindert.

Vorzugsweise ist der Kolben an der Stange ausgebildet, und die Stange ragt durch die Bohrung des Gehäuses.

Der Pumpring wird an seinem unteren Ende vorzugsweise in enger Anlage an der Stange gehalten, und es ist eine Einrichtung vorhanden, die das Aufbringen eines hohen Drucks auf das untere Ende des Pumprings verhindert, jedoch zuläßt, daß ein hoher Druck auf das obere Ende des Pumprings wirkt, damit dieses obere Ende fest an die Stange angedrückt wird, um das hydrodynamische Hineinpumpen von Öl in die Kammer zu unterstützen oder nur einen geringen Druck hervorzurufen, um den Anpreßdruck zwischen dem Pumpring und der Stange zu verringern,

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darait das Flud in einem vorbestimmten Ausmaß aus der Kammer entweichen kann.

Ferner ist durch die Erfindung eine Abdichtungsvorrichtung zum Verhindern des Entveichens eines Fludes aus einer unter hohem Druck stehenden Zone längs einer in dieser Zone hin- und herbev/egbaren Stange geschaffen worden, zu der ein Dichtungsgehäuse gehört, in dem eine Kammer ausgebildet ist, eine Bohrung, mit der das Gehäuse versehen ist, und die dazu dient, die Kammer mit der unter hohem Druck stehenden Zone zu verbinden, ein Pumpring, der in der Kammer in flüssigkeitsdichter Berührung mit dem Gehäuse angeordnet ist und an seinem oberen Ende die Kolbenstange eng umschließt, wobei die Stange und der Pumpring geeignet sind, so zusammenzuarbeiten, daß Öl in die Kammer hineingepumpt wird, wenn sich die Stange in der Aufwärtsrichtung bzw. in Richtung auf die unter hohem Druck stehende Zone gleitend durch den Pumpring hindurch bewegt, sowie ein zusammen mit der Stange hin- und herbewegbarer Kolben, der geeignet ist, bei jeder Abwärtsbewegung der Stange in die Bohrung des Gehäuses einzutreten und Öl aus der Bohrung zu der Kammer zu pumpen, so daß der Kolben dann, wenn die Kammer und die Bohrung eine ausreichende Ölmenge enthalten, in der Kammer einen hohen Druck erzeugt und die Geschwindigkeit, mit der das Flud entweichen kann, dadurch zeitweilig steigert, daß er den Druck in der Kammer erhöht.

Der Kolben ist vorzugsweise=an der Stange ausgebildet, und die Stange ragt durch die Bohrung des Gehäuses.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung v/erden im folgenden anhand scheraatischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Abdichtungsvorrichtung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Abdichtungsvorrichtung; und

Fig. 4 wiederum eine weitere Ausführungsform einer Abdichtungsvorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Abdichtungsvorrichtung dargestellt, die dazu bestimmt ist, zu verhindern, daß Wasserstoff oder Helium aus einem unter Druck stehenden Behälter entweicht. Die nur bruchstückweise angedeutete Wand 1 des Behälters trennt eine ein unter hohem Druck stehendes Gas enthaltende Zone 2 von der Umgebung 3, in welcher der atmosphärische Druck herrscht. Damit Energie übertragen v/erden kann, wird eine Stange 4 benötigt, die es ermöglicht, Energie von einer Seite der Wand 1 zur entgegengesetzten Seite der Wand zu übertragen; bei einem Stirlingmotor wird zu diesem Zweck die Stange 4 hin- und herbewegt.

Die Stange 4 ragt durch eine Abdichtungsvorrichtung mit einem Dichtungsgehäuse 5, das mit einer Kammer 6 und einer Bohrung 7 versehen ist. In der Kammer G ist ein Purapring bzw.

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eine Buchse 8 angeordnet, welche die Stange 4 eng umschließt. Der untere Teil 9 der Buchse 8 wird durch das Gehäuse 5 in seiner Lage gehalten, und ein O-Ring 10 verhindert, daß derc in der Kammer 6 normalerv/eise herrschende hohe Druck auf den unteren Abschnitt 9 der Buchse 8 wirkt. Eine Aufwärtsbewegung der Buchse 8 wird durch eine Ringschulter 11 im Inneren des Gehäuses 5 verhindert; eine Längsnut 12, mit der die Wand der Kammer 6 versehen ist, gewährleistet, daß in allen Teilen der Kammer der gleiche Druck herrscht.

Ein einen größeren Durchmesser aufweisender Abschnitt der Stange 4 bildet einen Kolben 13, der in Fig. 1 annähernd das obere Ende seiner Hubstrecke erreicht ha.t, und der unter Einhaltung einer engen Passung in die Bohrung 7 des Gehäuses eintreten kann. Die unter hohem Druck stehende Zone 2 ist mit der Kammer 6 durch einen Kanal 14 verbunden, in den ein Pälckschlagventil 15 eingeschaltet wird, so daß ein Strömen eines Fludes aus der Zone 2 zu der Kammer 6 verhindert wird. Gemäß Fig. 1 ist ferner eine Düse 16 vorhanden, die geeignet ist, Öl abzugeben; und die so angeordnet ist, daß das abgegebene Öl die Stange 4 benetzt.

Kachstehend ist die V/irkungsweise der Abdichtungsvorrichtung nach Fig. 1 beschrieben. Ohne Rücksicht darauf, ob die Kammer 6 Öl enthält oder nicht, ist der obere Abschnitt 18 der Buchse 8 einem hohen Druck ausgesetzt, der bestrebt ist, diesen oberen Abschnitt sogar noch fester an die Stange.4 anzudrücken als den unteren Abschnitt 9 der Buchse, so daß die innere Unfangsfläche der Buchse in einem sehr geringen Ausmaß eine

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konische Form annimmt. Der infolgedessen vorhandene, sehr enge und in geringem Maße konische Ringraum genügt, um es der Stange 4 zu ermöglichen, während ihres Aufwärtshubes einen hohen hydrodynamischen Druck zu erzeugen, der bewirkt, daß öl von der Umfangsfläche der Stange 4 aus an der Buchse 8 vorbei nach oben zu der Kammer 6 gefördert wird. Somit kommt die Buchse 8 als Pumpring zur Wirkung.

Zwar entweicht während jedes Abwärtshubes der Stange 4 eine gewisse Ölmenge, doch wird während jedes Aufvärtshubes eine größere Ölmenge in die Kammer 6 zurückgepumpt, so daß die Standhöhe des Öls in der Kammer fortschreitend zunimmt und das in der Kammer vorhandene Gas verdrängt wird, so daß es durch den Kanal 14 zu der Zone 2 strömt.

Schließlich werden die gesamte Kammer 6 und der Kanal mit Öl gefüllt, so daß das obere Ende der Bohrung 7 überflutet wird und das Öl in der Zone 2 die Standhöhe erreicht, die in Fig. 1 durch die Linie 19-19 angedeutet ist. Sobald der Kolben 13 einen Abwärtshub ausführt, verdrängt er Öl aus der Bohrung 7 in Richtung auf die Kammer 6 sowie durch den Kanal 14 hindurch. Während des nächsten Aufwärtshubes bewirkt der Kolben 13 jedoch, daß sich der Druck in der Kammer 6 verringert, da kein Öl an dem Rückschlagventil 15 vorbei in die Kammer eintreten kann, und da der Spielraum zwischen der Bohrung 7 und dem Kolben 13 so gering ist, daß ein schnelles Zurückströmen des Öls verhindert wird. Infolgedessen wird der auf den oberen Abschnitt 18 der Buchse 8 wirkende Druck verringert, so daß die Buchse aufhört, als Pumpring zu arbeiten. Infolgedessen hört

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die Aufwärtsbewegung von öl während eines großen Teils des Aufwärtshubes auf, während im Verlauf des Abwärtshubes weiterhin Öl in der normalen Weise entweicht. Insgesamt verliert hierbei die Kammer 6 einen Teil ihrer Ölfüllung, so daß die Standhöhe des Öls bis unter die Linie 19-19 zurückgeht. Im Verlauf des Betriebs pendelt der Ölstand in der Zone 2 gegenüber der Linie 19-19 nach unten und oben.

Fig. 2 zeigt eine Abdichtungsvorrichtung, die derjenigen nach Fig. 1 ähnelt, bei der jedoch in den Kanal 14 kein Rückschlagventil eingeschaltet ist, und bei der sich die obere Stirnfläche 20 der Buchse 8 an einem O-ning 21 abstützt, so daß der obere Abschnitt 18 der Buchse wie zuvor radial nach innen belastet ist, wobei diese Belastung jedoch bei der Anordnung nach Fig. 2 niemals beseitigt wird. Ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. 1 wird Öl nach oben gefördert, bis der Abwärtshub des Kolbens 13 in der Bohrung 7 einen Druck erzeugt, der ausreicht, um den normalen Leckverlust zu vergrößern und hierdurch die Aufnahme von nach oben gefördertem öl auszugleichen. -

Zwar ist die Ausführungsform nach Fig. 2 von äußerst einfacher und robuster Konstruktion, doch haftet ihr der Nachteil an, daß die Abdichtungsvorrichtung Energie sowohl während des Aufwärtshubes als auch während des Abwärtshubes aufnimmt.

Die in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen unterscheiden sich von den anhand von Fig. 1 und 2 beschriebenen dadurch, daß längs der Buchse bzw. des Pumprings 8a ein Druckunterschied aufrechterhalten wird. In Fig. 3 und 4 sind Bau-

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teile, die in Fig. 1 und 2 dargestellten Bauteilen ähneln, jeweils mit den gleichen Bezugszahlen, jedoch unter Beifügung des Buchstaben a bezeichnet. Die Aufrechterhaltung des genannten Di'uckunterschiedes gewährleistet, daß die Förderung von Öl längs der Stange 4a zu der unter hohem Druck stehenden Zone 2a auf ein Minimum verringert wird, wenn der Druck in der Kammer 6a durch den Kolben 4a verringert wird.

Gemäß Fig. 3 bewegt sich der Kolben bzw. die Kolbenstange 4a abwechselnd nach oben und unten gegenüber dem Punpring 8a, der in einem Gehäuse 5a festgelegt ist. O-Ringe 10a und 21a bewirken eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse 5a und dem unteren Abschnitt 9a des Pumprings bzw. zwischen der oberen Stirnfläche 20a des Pumprings und dem Gehäuse. Der Purapring Sa und das Gehäuse 5a begrenzen eine Ringkanimer Ga, und eine Bohrung 7a verbindet die Kammer 6a mit der unter hohem Druck stehenden Zone 2a. Ferner ist ein Kanal 14a vorhanden, der die Hochdruckzone 2a mit der Kammer 6a verbindet, und in den ein Rückschlagventil 15a eingeschaltet ist, um das Entweichen von Fluden aus der Zone 2a zu verhindern.

Mit der Stange 4a ist durch ein Bundteil 22 ein kleiner Kolben 13a verbunden, der mit der Bohrung 7a mit enger Passung zusammenarbeitet und sich in ihr hin- und herbewegt, während die Kolbenstange 4a abwechselnd nach oben und unten bewegt wird. In der Kammer 6a nimmt die Standhöhe des Öls in der beschriebenen Weise zu, bis die Linie 19a-19a erreicht ist. Sobald dies geschehen ist, bewirkt die Bewegung des Kolbens 13a längs der Bohrung 7a, daß zuerst Öl über den Kanal 14a verdrängt wird,

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sobald der Kolben 13a nach unten in die Kammer 6a eintritt, und zweitens wird danach der Druck in der Kammer Ga verringert, sobald sich der Kolben 13a gegenüber der Kammer nach oben bewegt. Diese Verringerung des Drucks verhindert, daß der obere Abschnitt des Pumprings 8a an die Kolbenstange 4a angedrückt wird, so daß keine hydrodynamischen Kräfte erzeugt werden. Außerdem verhindert der längs des Pumprings 8a vorhandene Druckunterschied ein weiteres Einströmen von öl in die Hochdruckzone 2a. Es kann zweckmäßig sein, die Bohrung 7a über der oberen Stirnfläche 20a des Pumprings 8a anzuordnen, um zu gewährleisten, daß oberhalb des Pumprings ständig Kperröl vorhanden ist.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Kammer 6a die Stange 4a umgibt und die Stange mit einem Kolben 13a versehen ist. Der Pumpring weist an seiner oberen Stirnfläche eine Vertiefung 24 auf, und der Pumpring ist gegenüber der Kammer 6a durch einen O-Ring 25 abgedichtet. Der Vertiefung 24 wird Ol von der Hochdruckzone 2a aus über einen Kanal 26 zugeführt, so daß der in der Zone 2a herrschende Druck dazu beiträgt, den Pumpring 8a so zu verformen, daß die Erzeugung hydrodynamischer Kräfte verhindert wird, wenn der Druck in der Kammer 6a verringert wird.

Die durch das Vorhandensein des Öls bewirkte Abdichtung gewährleistet, daß gefährliche Arbeitsmittel wie Wasserstoff oder kostspielige Arbeitsmittel wie Helium nur in einem minimalen Ausmaß ent\/eichen können. Somit gewährleistet die Erfindung, daß unter geringem Kostenaufwand in der Abdichtungsvor-

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richtung stets eine ausreichende Ölmenge bereitgehalten wird.

Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merlanale, insbesondere die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.

Ansprüche:

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Claims

A N S P R U C H E

/1) Abdichtungsvorrichtung zum Verhindern des Entweichens eines Fludes aus einer Hochdruckzone längs einer gegenüber der Hochdruckzone hin- und herbewegbaren Stange, gekennzeichnet durch ein Dichtungsgehäuse (5), das mit einer Kammer (6) versehen ist, eine in dem Gehäuse ausgebildete Bohrung (7) zum Verbinden der Kammer mit der Hochdruckzone (2), einen Pumpring (S), der in flüssigkeitsdichter Berührung mit dem Dichtungsgehäuse steht und mit seinem oberen Ende (IS) die Stange (4) eng umschließt, wobei die Sta.nge und der Pumpring geeignet sind, zusammenzuarbeiten, um Öl in die Kammer hinein zu fördern, wenn die Stange in Richtung auf die Hochdruckzone von unten nach oben durch den Pumpring gleitet, sowie einen Kolben (13), der geeignet ist, in die Bohrung einzutreten, wenn sich die Stange nach unten bewegt, um Öl aus der Bohrung zu der Kammer zu fördern, so daß dann, wenn die Kammer und die Bohrung eine ausreichende Ölmenge enthalten, der Kolben in der Kammer einen hohen Druck erzeugt, um eine zeitweilige Zunahme der Leckverluste dadurch herbeizuführen, daß der Druck in der Kammer erhöht wird.
2. Abdichtungsvorrichtung zum Verhindei-n des Entweichens eines Arbeitsmittels aus einer Hochdruckzone längs einer gegenüber der Hochdruckzone hin- und herbewegbaren Stange, g e -

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kennzeichnet durch ein Dichtungsgehäuse (5), eine in dem Dichtungsgehäuse ausgebildete Kammer (6), eine in dem Dichtungsgehäuse ausgebildete Bohrung (7), die geeignet ist, die Kammer mit der Hochdruckzone (2) zu vei-binden, einen Pumpring (8), der in flüssigkeitsdichter Berührung mit dem Dichtungsgehäuse steht und an seinem oberen Ende (13) die Stange (4) eng umschließt, γ/obei die Stange und der Pumpring geeignet sind, so zusammenzuarbeiten, daß Öl in die Kammer gepumpt wird, wenn die Stange gegenüber dem Pumpring eine gleitende Bewegung nach oben in Richtung auf die Hochdruckzone ausführt, einen zusammen mit der Stange hin- und herbewegbaren Kolben (13), der bei der Ein- und Herbewegung der Stange längs der Bohrung hin- und herbewegt wird, sowie einen Kanal (14), der die Kammer mit der Hochdruckzone verbindet, und in den ein Rückschlagventil (15) eingeschaltet ist, welches das Hindurchströmen von Öl von der Hochdruckzone aus zu der Kammer verhindert, so daß ein in der Kammer herrschender hoher Druck so auf den Pumpring· wirkt, daß das Pumpen von Öl an dem Pumpring vorbei zu der Kammer unterstützt wird, und daß ein Unterdruck, der durch einen Ansaughub des Koloens gegenüber der Bohrung erzeugt wird, das Pumpen von Öl an dem Pumpring vorbei verhindert.
3. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolben (13) an der Stange (4) ausgebildet ist und sich die Stange durch die Bohrung (7) erstreckt.

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4. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet; daß der Pumpring (8a) an seinem unteren Ende (9a) in enger Anlage an der Stange (4a) gehalten wird, und daß eine Einrichtung (10a) vorhanden ist, die das Aufbringen von hohem Druck auf das untere Ende des Pumprings verhindert, jedoch zuläßt, daß ein hoher Druck auf das obere Ende des Pumprings wirkt, um das obere Ende des Pumprings an die Stange anzudrücken, damit ein hj'drodynamisches Pumpen von Öl zu der Kammer (6a) unterstützt wird, bzw. damit ein niedriger Druck zur Virkung gebracht v/ird, um den Anpreßdruck zwischen dem Pumpring und der Stange zu verringern, damit das Entweichen des Flüdes aus der Kammer unterstützt wir,d.
5. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (Ga) und die Hochdruckzone (2a) durch einen Kanal (14a) verbunden sind, in den ein Rückschlagventil (15a) eingeschaltet ist, welches das Strömen von Gl oder des Arbeitsmittels von der Hochdruckzone zu der Kammer verhindert.
6. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinrichtung zum Verhindern des Aufbringens von hohem Druck auf das untere Ende (Sa) des Pumprings (Sa) ein Dichtungsring (10a) ist, der den Pumpring an seinem unteren Ende umschließt und in einer Ringnut des Dichtungsgehäuses (5a) angeordnet ist.
7. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (20a) des Pumprings (Sa)

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ständig dem in der Hochdruckzone (2a) herrschenden Druck ausgesetzt ist.
8. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der in der Hochdruckzone (2a) herrschende Druck den Pumpring (8a) wirkungslos macht.

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