DE2817294A1 - LINEAR GUIDE ELEMENT THROUGH BALL TOUCH ON A SHAFT - Google Patents
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Description
G 51 434G 51 434
Denis Sorel, Saint-Blaise (Schweiz)Denis Sorel , Saint-Blaise (Switzerland)
Linearführungselement durch Kugelberührung auf einer WelleLinear guide element through ball contact on a shaft
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Axialführungselement durch Kugelberührung auf einer Welle und mit unbegrenzter linearer Verschiebbarkeit, mit einer äusseren, rohrförmigen Hülse und mit einem rohrförmigen Käfig im Inneren der Hülse, welcher in sich geschlossene Kugelumlaufwege mit Kugeln aufweist, wobei in der Bohrung der Hülse Arbeitsbereiche, in denen Kugeln in Berührung mit der Hülse und auch der Welle stehen, sowie Freigabebereiche für den Rücklauf der Kugeln angebracht sind.The present invention relates to an axial guide element by ball contact on a shaft and with unlimited linear displacement, with an outer, tubular sleeve and with a tubular cage inside the sleeve, which has self-contained ball circulation paths with balls, wherein in the bore of the sleeve, working areas in which balls are in contact with the sleeve and also the shaft, as well as release areas for the return of the balls are attached.
Man kennt bereits Linearführungselemente mit Kugeln mit den verschiedensten Bezeichnungen, beispielsweise Axiallager, Lager mit unbegrenzter linearer Verschiebbarkeit, Hülsenlager mit Kugeln und mit Kugelumlauf, Kugellager usw. Diese Bezeich-We already know linear guide elements with balls with a wide variety of names, for example axial bearings, Bearings with unlimited linear displacement, sleeve bearings with balls and with recirculating ball bearings, ball bearings, etc. These designations
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nungen beziehen sich, sämtlich auf die gleiche Funktion, nämlich die Führung eines zylindrischen Elementes mittels eingesetzter Kugeln auf einer Welle, wobei die Kugeln auf einer oder mehreren endlosen Bahnen umlaufen, wodurch eine unbegrenzte Verschiebbarkeit erreicht wird. Dieses System verleiht der Bewegung der seitlichen Verschiebung Vorteile, die denen der Kugellager vergleichbar sind, welche lediglich für die Rotation vorgesehen sind, beispielsweise die niedrigen Reibungskoeffizienten , die Betriebssicherheit und die hohe Lebensdauer. Dabei unterscheidet man zwei Sorten von Axiallagern, nämlich die geschlossenen Lager und die offenen Lager für eine Verschiebung über grössere Strecken; die letztgenannte Ausführungsform ist zum Betrieb auf einer Welle vorgesehen, die über die ganze Länge der Bewegung des Elementes unterstützt ist. Ueber die ganze Länge des Elementes ist eine Längsöffnung vorgesehen, welche das Hindurchgehen der Träger der Welle gestattet.All references to the same function, namely the guidance of a cylindrical element by means of inserted balls on a shaft, the balls on one or revolve around several endless tracks, which means that it can be moved indefinitely. This system gives the movement the lateral displacement advantages that are comparable to those of the ball bearings, which are only intended for rotation are, for example, the low coefficient of friction, the operational reliability and the long service life. It differs There are two types of thrust bearings, namely the closed bearings and the open bearings for displacement over longer distances; the latter embodiment is intended for operation on a shaft which extends over the entire length of the movement of the element is supported. A longitudinal opening is provided over the entire length of the element, which allows the carrier to pass through Wave allowed.
Andererseits gibt es zwei Konstruktionssysteme für Axiallager, nämlich das System mit massiver Hülse, d.h. die äussere Hülse besteht aus Metall und aus einem Stück, und das System der Hülse mit Lagerschiene, wobei die äussere Hülse aus Kunststoff besteht und längsgerichtete Metallschienen aufweist, welche die Berührung des Lagers sicherstellen.On the other hand, there are two construction systems for axial bearings, namely the system with a solid sleeve, i.e. the outer one Sleeve is made of metal and in one piece, and the system of the sleeve with a bearing rail, with the outer sleeve made of plastic exists and has longitudinal metal rails which ensure contact with the bearing.
Das erstgenannte Konstruktionssystem ist starrer und genauer, und die Erfindung bezieht sich auf solche Systeme.The former construction system is more rigid and precise and the invention relates to such systems.
Das Axial-Kugellager ist schon seit mehreren Jahrzehnten bekannt. Es ist ständig verbessert worden und ersetzt heute mit Vorteil andere Lagerformen, beispielsweise glatte Hülsen, Schalenlager, geschabte oder geschliffene Gleitlager und Rollenlager. Es scheint jedoch, dass das Axiallager häufig aufgrund einer relativ komplizierten Ueberlegung konstruiert ist. Das Element besteht im allgemeinen aus einer äusseren, rohrförmigen Hülse, einem inneren rohrförmigen Kugelkäfig und Mittel zur Ver-The thrust ball bearing has been around for several decades known. It has been continuously improved and nowadays advantageously replaces other types of bearings, for example smooth sleeves, Shell bearings, scraped or ground plain bearings and roller bearings. However, it seems that the thrust bearing is often due to a relatively complicated consideration is constructed. The element generally consists of an outer, tubular Sleeve, an inner tubular ball cage and means for
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bindung dieser beiden hauptsächlichen Teile, wobei diese Mittel oft kompliziert sind und aus einer zu grossen Anzahl von Werkstücken bestehen, wodurch zusätzliche IConstruktions- und Montageoperationen erforderlich werden. Weiterhin sind die Enden der Elemente oft nicht einfach und sauber geschlossen, sie weisen oft unästhetische Spalten auf, durch die ausserdem das Eindringen von Fremdkörpern in das Element möglich ist.binding these two main parts, these means are often complicated and consist of too large a number of workpieces exist, which means additional I design and assembly operations will be required. Furthermore, the ends of the elements are often not closed simply and neatly, they point often unaesthetic gaps through which foreign bodies can also penetrate the element.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Ausschaltung dieser Nachteile und die Schaffung eines neuen Linearführungselementes, welches die bereits bestehenden Vorrichtungen ersetzen kann und die schon angedeuteten Nachteile nicht besitzt, sondern folgende Vorteile aufweist:The object of the present invention is to eliminate these disadvantages and to create a new linear guide element, which can replace the already existing devices and does not have the disadvantages already indicated, but has the following advantages:
- einfacher Aufbau mit einen Minimum an Bestandteilen,- simple construction with a minimum of components,
- grosse Festigkeit,- great strength,
- günstiger Gestehungspreis,- favorable cost price,
- angenehmes Aussehen,- pleasant appearance,
- präzise Führungseigenschaften,- precise leadership properties,
- die Möglichkeit, zusätzliche Teile an den Enden des Elementes anbringen zu können, damit die Elementlänge veränderlich wird und sich an die verschiedenen Industrienormen anpasst,- The possibility of attaching additional parts to the ends of the element so that the element length can be changed and adapts to the various industrial standards,
- die Möglichkeit, je nach Wunsch die zusätzlichen Teile gegen andere Teile austauschen zu können, die gleichzeitig als Dichtungen dienen.- the possibility of countering the additional parts as desired to be able to exchange other parts that also serve as seals.
Das erfindungsgemässe Element ist dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig auf seiner Aussenfläche an den Stellen, wo sich geradlinige Kugelrücklaufwege befinden, Längserhebungen in Form von Rippen über die gesamte Käfiglänge besitzt, die präzise in entsprechenden Längsnuten der Hülsenbohrung liegen und zur Rollentlastung längs der geraden Kugelrücklaufwege dienen, und dass Mittel zur Arretierung des Käfigs in Längsrichtung gegenüber der Hülse vorhanden sind.The element according to the invention is characterized in that that the cage on its outer surface at the points where there are straight ball return paths, longitudinal elevations in Has the shape of ribs over the entire length of the cage, which lie precisely in corresponding longitudinal grooves of the sleeve bore and serve to relieve the rollers along the straight ball return paths, and that means are present for locking the cage in the longitudinal direction with respect to the sleeve.
Nach weiterer Erfindung weisen die FreigabebereicheAccording to a further invention, the release areas
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der Hülse an den Seiten zwei ebene Flächen auf, welche radial gerichtet sind, wobei mindestens eine dieser Flächen genau auf den Kittelpunkt" des Elements gerichtet ist, und die Aussenfläche des Käfigs fällt genau mit der Innenfläche der Hülse zusammen.the sleeve has two flat surfaces on the sides, which are directed radially are, at least one of these surfaces is directed exactly to the center point "of the element, and the outer surface of the The cage coincides exactly with the inner surface of the sleeve.
Das Element kann an seinen Enden lösbar befestigte Zusatzteile aufweisen, die durch ihre Anwesenheit oder Abwesenheit eine Aenderung der Gesamtlänge des Elementes bewirken.The element can have releasably attached additional parts at its ends, which by their presence or absence cause a change in the total length of the element.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing shown.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform des Axialführungseleüientes mit zwei abnehmbaren Zusatzteilen,Fig. 1 is a partially sectioned side view of an embodiment of the Axialführungseleüientes with two removable Additional parts,
Fig. 2 eine teilgeschnittene Vorderansicht der Ausführungsform gemäss Fig. 1,FIG. 2 is a partially sectioned front view of the embodiment according to FIG. 1,
Fig. 3 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer Variante der Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2 mit zwei abnehmbaren Seitenteilen, von denen eines eine Abstreifdichtung ist,3 shows a partially sectioned side view of a variant of the embodiment according to FIGS. 1 and 2 with two removable ones Side panels, one of which is a wiper seal,
Fig. 4 eine teilgeschnittene Vorderansicht der Variante gemäss Fig. 3,Fig. 4 is a partially sectioned front view of the variant according to Fig. 3,
Fig. 5 eine teilgeschnittene Vorderansicht eines der Zusatzteile, undFig. 5 is a partially sectioned front view of one of the Additional parts, and
Fig. 6 eine teilgeschnittene Seitenansicht des Zusatzteiles gemäss Fig. 5·6 shows a partially sectioned side view of the additional part according to FIG.
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Das Axialführungselenent durch Kugelberührung auf einer Welle und mit unbegrenzter linearer Verschiebbarkeit, welches in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, weist eine äussere rohrförmige Hülse 1 aus gehärtetem Stahl, Kugeln 2, die in geschlossenen Umlaufwegen 3 eines im Inneren der Hülse 1 befindlichen rohrförmigen Käfigs 4 angebracht sind, auf. In der Bohrung der Hülse 1 sind geschliffene Bereiche 5 vorgesehen, die die Arbeitswege der Kugeln bilden, und radial abgesetzte Bereiche 8, die zusammen mit kreisförmigen Absätzen 7 die Rücklaufwege der Kugeln bilden. Der rohrförmige Käfig 4 ist gegen eine Verdrehung gegenüber der Hülse 1 durch eine Kombination der inneren Form der Hülse 1 mit Längsnuten 8 und dem Äusseren des Käfigs 4 mit Längsrippen 9 entsprechender Form gesichert. Das Profil der Nuten 8 und der Rippen 9 entspricht einander genau, und insbesondere die Flächen 10 und 11 dienen zur Verdrehungssicherung des Käfigs 4 gegenüber der Hülse 1. Die Ruten 8 bilden gleichzeitig die Freigabebereiche, in denen sich die geradlinigen Kugelrücklaufwege befinden. Damit befinden sich die Längsrippen 9 auf der äusseren Zylinderfläche des Käfigs an den Stellen, wo sich die geradlinigen Kugelrücklaufwege befinden. Diese Lösung ist daher besonders zweckmässig, da sie es gestattet, in Element über den Winkel zusätzlichen Platz für Kugelumlaufwege zu schaffen, wodurch die Kurven 6 einen grösseren Radius erhalten können und es möglich wird, Kugeln mit einem beträchtlich grösseren Durchmesser als bisher zu verwenden.The axial guide element by ball contact on a Shaft and with unlimited linear displacement, which is shown in Fig. 1 and 2, has an outer tubular Sleeve 1 made of hardened steel, balls 2, which are in closed circulation paths 3 of a tubular inside the sleeve 1 Cage 4 are attached. In the bore of the sleeve 1 ground areas 5 are provided that the working paths of the Balls form, and radially offset areas 8, which together with circular shoulders 7 form the return paths of the balls. Of the tubular cage 4 is against rotation with respect to the sleeve 1 by a combination of the inner shape of the sleeve 1 with longitudinal grooves 8 and the exterior of the cage 4 with longitudinal ribs 9 corresponding Form secured. The profile of the grooves 8 and the ribs 9 correspond exactly to one another, and in particular the surfaces 10 and 11 serve to prevent the cage 4 from rotating with respect to the sleeve 1. The rods 8 simultaneously form the release areas, in which the rectilinear ball return paths are located. The longitudinal ribs 9 are thus located on the outer cylinder surface of the cage at the points where the straight ball return paths are. This solution is therefore particularly useful because it allows to create additional space for recirculating ball paths in element over the angle, whereby the curves 6 a can get larger radius and it becomes possible to use balls with a considerably larger diameter than before.
Der Käfig 4 ist in der Länge in den beiden Richtungen über die Achse der Hülse 1 durch ejuaen ringförmigen StahldrahtThe cage 4 is lengthwise in both directions about the axis of the sleeve 1 by means of an annular steel wire
12 arretiert, der abwechselnd in einer Kreisnut 13» die an einem Ende der Hülse 1 in deren Innenbohrung angebracht ist und die Arbeitsbereiche 5 schneidet, und in einer entsprechenden Kreisnut 14 liegt, die an der Aussenf lache des Käfigs 4 gegenüber der liut12 locked, the alternating in a circular groove 13 »the on a The end of the sleeve 1 is mounted in its inner bore and intersects the working areas 5, and in a corresponding circular groove 14 is located on the outer surface of the cage 4 opposite the liut
13 angebracht ist. Diese Nut 14 ist an beiden Enden des Käfigs 4 eingelassen, obschon nur eine einzige Kreisnut 14 gebraucht wird. Es ist nämlich zweckmässig, die Montage umzusetzen, falls die Nut 13 der Hülse sich am falschen Ende befindet.13 is attached. This groove 14 is let into both ends of the cage 4, although only a single circular groove 14 is used will. It is in fact advisable to carry out the assembly if the groove 13 of the sleeve is at the wrong end.
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Die Kreisnut 13 wird beim Ausdrehen der Hülse angebracht. Ihre Breite entspricht dem Durchmesser des ringförmigen Stahldrahtes 12 und ihre Tiefe derjenigen der Längsnuten 8. Bei einer nicht dargestellten Variante kann diese Nut 13 eine Keilnut sein, deren Seitenflächen um ungefähr 10 geneigt sind. Diese Möglichkeit bietet den Vorteil, den ringförmigen Stahldraht 12 ohne Spiel einzuspannen, und solche Keilnuten gestatten die Verwendung eines Drehstahles mit Keilform, der viel widerstandsfähiger ist, insbesondere auf Drehautomaten.The circular groove 13 is made when unscrewing the sleeve. Their width corresponds to the diameter of the ring-shaped steel wire 12 and their depth to that of the longitudinal grooves 8 In a variant not shown, this groove 13 can be a keyway, the side surfaces of which are inclined by approximately 10. These Possibility offers the advantage of clamping the annular steel wire 12 without play and such keyways permit use a wedge-shaped turning tool that is much more resistant, especially on automatic lathes.
Die zwei in der Hülse 1 angebrachten kreisförmigen Freigabebereiche 7, die zur Arbeitsentlastung im ersten Bereich der Kurven der Kugelrücklaufwege dienen, befinden sich lediglich gegenüber den Kurven 6. Der innere Käfig 4 und die äussere Hülse 1 haben demnach ein gemeinsames Profil über ihre gesamte Länge, wodurch es möglich ist, ein genaues Ineinandergreifen an den beiden Enden des Elementes zu erzielen, wodurch ein gegenseitiges Verdrehen des Käfigs 4 gegenüber der Hülse 1 verhindert wird und sich ausserdem ein Verschluss an beiden Enden des Elementes bildet, welcher einfach ist und ansprechend aussieht.The two circular release areas 7 mounted in the sleeve 1, which are used to relieve work in the first area the curves of the ball return paths are only located opposite the curves 6. The inner cage 4 and the outer sleeve 1 therefore have a common profile over their entire length, which makes it possible to achieve an exact meshing of the two To achieve ends of the element, whereby a mutual rotation of the cage 4 relative to the sleeve 1 is prevented and also forms a closure at both ends of the element which is simple and attractive in appearance.
Die Kreisnuten 14 des Käfigs sind so tief, dass beim Zusammenbau der ringförmige Stahldraht 12 vollständig im Käfig verschwindet. Der abwechselnde Eingriff des Stahldrahtes 12 in die Nuten 13 und 14 ist durch das sternförmige Ineinandergreifen der Innenseite der Hülse 1 mit der Aussenseite des Käfigs 4 gegeben, welches durch die Nuten 8 und die Rippen 9 ermöglicht wird.The circular grooves 14 of the cage are so deep that when assembling the ring-shaped steel wire 12 completely in the cage disappears. The alternating engagement of the steel wire 12 in the grooves 13 and 14 is due to the star-shaped interlocking the inside of the sleeve 1 with the outside of the cage 4, which is made possible by the grooves 8 and the ribs 9.
Die Hülse 1 besteht aus einem Stahl, der bis zu einer Härte von ungefähr 63 RC gehärtet und an den Arbeitsbereichen 5 und am Aussendurchmesser geschliffen ist. Diese Operationen ergeben mit der Präzision der verwendeten Kugeln die Führungsqualitäten des Elementes. Es sei darauf hingewiesen, dass die Zentrumswinkel der Arbeitsbereiche 5 eine Endbearbeitung des inneren Durchmessers durch Honen ermöglichen, wodurch die Werk-The sleeve 1 is made of a steel that is hardened to a hardness of approximately 63 RC and at the working areas 5 and is ground on the outside diameter. These operations result with the precision of the balls used, the leadership qualities of the element. It should be noted that the The center angle of the working areas 5 allow the inner diameter to be finished by honing, thereby making the work
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zeugkosteri wesentlich gesenkt -werden. Die Form der Bohrung der Hülse 1 nit den Nuten 8 wird vor den Härten durch Stossen erzeugt, wodurch man das allgemeine Profil mit guter Genauigkeit erhält. Der Käfig 4 besteht aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyamid 6; er wird durch Formguss hergestellt. Die verwendeten Kugeln bestehen aus Chromstahl mit einer Härte von ungefähr 62 RC und mit einer Präzision der Kugelf ons und- des Durchmessers in der Grössenordnung des Mikrometers. Der ringförmige Stahldraht 12 erstreckt sich über ungefähr 300 und besteht aus Federstahl mit rundem Querschnitt.Zeugkosteri significantly reduced. The shape of the bore of the Sleeve 1 with the grooves 8 is produced by poking before hardening, thereby getting the general profile with good accuracy receives. The cage 4 is made of plastic, for example of polyamide 6; it is made by molding. The used Balls are made of chrome steel with a hardness of approximately 62 RC and with a precision of the ball shape and diameter in the order of magnitude of the micrometer. The annular steel wire 12 extends approximately 300 and is made of spring steel with a round cross-section.
Der Zusammenbau des Elementes ist einfach, und man bringt den ringförmigen Stahldraht 12 nach dem Einbringen der Kugeln 2 an. Dabei ist es sogar möglich, die Funktionstüchtigkeit des Elementes vor der endgültigen Verriegelung zu prüfen.The assembly of the element is simple, and one brings the ring-shaped steel wire 12 after the introduction of the Balls 2 on. It is even possible to check the functionality of the element before it is finally locked.
Der Durchmesser der Kugeln schwankt zwischen 1/5 des V.'ellendurchmessers bei kleinen Modellen und 1/9 des Wellendurchmessers für grosse Modelle. Es sind Elemente für Wellen von 6 mm bis zu 60 mm vorgesehen. Par Elemente, die auf Wellen von mehr als 10 mm bestimmt sind, beträgt die Anzahl der Kugelumlaufwege vier, für Wellen über 20 mm sieht man fünf Kugelumlaufwege vor, und sechs bei noch grösseren Modellen. Bei offenen Ausführungsforaien, beispielsweise denjenigen gemäss Fig. 3 und 4, vermindert man die Anzahl der Kugelumlaufwege um einen; Elemente mit weniger als vier Umlaufwegen werden in dieser Ausführung nicht hergestellt. Diese Ausführungsform des Lagers für Wellen, die über der Arbeitslänge des Lagers unterstützt sind, besitzt die gleichen konstruktiven und Verwendungseigenschaften. In diesem Falle umschliesst der Innenkäfig radial einen Teil des geschnittenen Sektors 19 der Hülse (Fig. 4). Ausser dieser Eigenschaft weist die Variante gemäss Fig. 3 und 4 die gleichen Bauteile auf, die mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie die Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2. Damit man die Elemente der Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2 oder der Variante gemässThe diameter of the balls varies between 1/5 of the shaft diameter in small models and 1/9 of the shaft diameter for large models. They are elements for shafts of 6 mm up to 60 mm provided. Par elements on waves of more are determined as 10 mm, the number of recirculating ball paths is four, for shafts over 20 mm there are five recirculating ball paths, and six for even larger models. In the case of open execution fora, for example those according to FIGS. 3 and 4, the number of recirculating ball paths is reduced by one; Elements with less than four circulation routes are not established in this version. This embodiment of the bearing for shafts that over the working length of the bearing is supported, has the same constructive and usage properties. In this The case encloses the inner cage radially part of the cut sector 19 of the sleeve (Fig. 4). Except for this property the variant according to FIGS. 3 and 4 has the same components, which are provided with the same reference numerals as the embodiment according to FIGS. 1 and 2. So that the elements the embodiment according to FIGS. 1 and 2 or the variant according to
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Fig. 3 "und 4 mit unterschiedlichen normalisierten Längen verwenden kann, welche handelsüblich sind, und um die Anwendungsmöglichkeiten· zu verbessern, können zusätzliche Teile 16 (Fig. 1) angebracht werden, welche sich je nach Wunsch gegen Dichtungsteile (Fig. 3) von gleicher Form auswechseln lassen, die jedoch eine weiche ringförmige Lippe 20 aufweisen. An jedem Ende des Innenkäfigs 4 befinden sich zylindrische Aussparungen 15 geringer Tiefe, die parallel zur Achse des Elementes liegen. In diesen Ausnehmungen 15 können die Zusatzteile 16 oder 18 befestigt werden, welche mit Befestigungsstiften 17 versehen sind. Diese Zusatzteile können aus geformtem Kunststoff hergestellt werden, und ihre Stifte 17 können mit Pressitz in die Ausnehmungen 15 des Käfigs 4 eingesetzt werden. Dadurch können die Zusatzteile auch wieder entfernt werden.Use Figures 3 "and 4 with different normalized lengths can, which are commercially available, and in order to improve the application possibilities, additional parts 16 (Fig. 1) be attached, which can be exchanged as desired by sealing parts (Fig. 3) of the same shape, but which have a soft annular lip 20. At each end of the Inner cage 4 are cylindrical recesses 15 smaller Depths that are parallel to the axis of the element. The additional parts 16 or 18 can be fastened in these recesses 15, which are provided with fastening pins 17. These Attachments can be made from molded plastic and their pins 17 can be press fit into the recesses 15 of the cage 4 are used. This means that the additional parts can also be removed again.
Die Teile 18 (Fig. 3), welche mit einer ringförmigen Lippe ausgerüstet sind, haben den Vorteil, auf der Welle, auf der sich das Element verschiebt, eine Abstreifwirkung auszuüben.The parts 18 (Fig. 3), which are equipped with an annular lip, have the advantage on the shaft on the the element shifts to exert a wiping effect.
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