DE2919785A1

DE2919785A1 - Gleitdichtung fuer verzahnte wellenverbindung

Info

Publication number: DE2919785A1
Application number: DE19792919785
Authority: DE
Inventors: Robert Grady Joyner
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1978-06-02
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1979-12-06
Also published as: JPS54158555A; AU4689479A; AR219604A1; BR7903278A; IN151364B; FR2427528A1; ES253359Y; MX148214A; CA1115305A; GB2022198B; GB2022198A; US4153260A; ES253359U

Description

PATENTANWÄLTE ^* I" 'O^ Π

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

u.Z. 5420

Dana Corporation

4500 Dorr Street, Toledo, Ohio 43697

Gleitdichtung für verzahnte Wellenverbindung

Die Erfindung betrifft eine Gleitdichtung für verzahnte Wellenverbindungen, bestehend aus einem flexiblen, insbesondere elastisch verformbaren, Körper mit einer Reihe von sich in Umfangsrichtung abwechselnden Vorsprüngen und Zwischenräumen für einen abdichtenden Verzahnungseingriff mit den Längsrippen und Längsnuten der Welle, wobei die Zwischenräume eine Basis oder Grundfläche aufweisen und zwischen den sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Flanken der VorsprUnge liegen. Die gleiche Dichtung eignet sich ganz besonders für Wellenverdichtungen auf dem Fahrzeuggebiet. Jedoch läßt sie sich mit Vorteil auch bei anderen verzahnten Wellenverbindungen bei Antriebswellen und insbesondere Werkzeugmaschinen anwenden.

Gleitdichtungen für verzahnte Wellenverbindungen sind bekannt. Derartige Gleitdichtungen leiden jedoch an dem Mangel, daß sie nicht ausreichend geschmiert werden können, insbesondere im Bereich und angrenzend an die eigentlichen Dichtflächen. Dieser Nachteil ist in Bezug auf Abdichtungen von großer Bedeutung, die aus kompressiblen oder flexiblen,

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insbesondere elastisch verformbaren Materialien besteht, da der Mangel an ausreichender Schmierung zur vorzeitigen Zerstörung dieser Materialien führt. Die Zahnvorsprünge solcher Dichteinrichtungen sind besonders anfällig gegen Zerstörungen oder auch Abtrennungen.

Die Wirkungen einer Zerstörung werden noch verstärkt bei solchen Abdichtungseinrichtungen, die zur Abdichtung in Verbindungen zwischen verzahnten Wellen und innen verzahnten Hülsen vorgesehen sind, bei denen zugleich eine relative Gleitbewegung zwischen der Welle und der Hülse auftreten kann. Diese Gleitwirkung veranlaßt unter solchen Umständen ein Abbrechen der verzahnten Vorsprünge oder Zähne der Dichtung, sodaß solche Dichteinrichtungen nur eine begrenzte Lebensdauer besitzen und einen häufigen Austausch erfordern. Der daraus resultierende Verlust an Abdichtungsfähigkeit unterstützt die Abnutzung der verzahnten Welle selbst.

Zusätzliche Nachteile der bekannten Vorrichtungen, insbesondere bei verzahnten Wellen und zugehörigen verzahnten Hülsen besteht darin, daß das flexible Material bei Auftreten von Druck-oder Stauchkräften nicht ausreichend ausweichen kann, wodurch die Zerstörungswirkung der Dichtung unterstützt wird. Die Folge ist dabei auch, daß die VorsprUnge zu fest an den Rippen der Welle angreifen und daher übermäßigen Beanspruchungen unterliegen, die zur Abnutzung und zum Abreißen oder Einreißen führen. Ganz besonders typische Gleitdichtungen bekannter Ausführungen sind am

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Ende der Beschreibung anhand der Fig.8 bis Fig. 10 näher erläutert.

Es ist Aufgabe der Erfindung die aufgezeigten Nachteile bei einfacher Ausbildung und billiger Herstellungsmöglichkeit der Gleitdichtung weitgehend zu eliminieren. Zu diesem Zweck umfaßt die Erfindung einen flexiblen Körper mit einer Reihe von sich abwechselnden Vorsprüngen und Zwischenräumen für den abdichtenden Verzahnungseingriff mit den abwechselnden Längsnuten und Rippen der verzahnten Welle.

Gemäß der Erfindung ist wenigstens eine Vertiefung oder Ausnehmung in der Basis und/einer oder beiden Flanken in Form einer ein Schmiermittel und/oder verdrängtes Material des zusammengepreßten Dichtungskörpers aufnehmenden Tasche ausgebildet. Diese Vertiefungen oder Ausnehmungen liegen jeweils in den Hauptdichtungsflächen und grenzen unmittelbar an den Oberflächen der Rippen der verzahnten Welle an. Eine solche Ausnhemung ist wenigstens in einer, vorzugsweise jedoch in jeder der direkt an der Welle angreifenden Abdichtungsflächen vorgesehen. Diese Aust nehmungen bilden Taschen. Diese Taschen nehmen ein Schmiermittel auf, wodurch zuverlässig und ständig eine Schmierung der unmittelbaren Dicht- und Kontaktflächen gewährleistet ist, so daß die in diesem Zusammenhang aufgezeigten Schwierigkeiten bekannter Gleitdichtungen auf diese Weise zuverlässig vermieden werden. Zusätzlich ist jede Vertiefung oder Ausnehmung so ausgebildet, daß sie zugleich Bereiche bilden, in welche das flexible Material des flexiblen Körpers hineinverdrängt werden kann,

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wenn die Vorsprünge des flexiblen Körpers unter Stauchspannung stehen oder zusammengepreßt werden, wie dies beispielsweise beim Einpassen oder bei der Gleitbewegung der Dichteinrichtung auf der verzahnten Welle auftreten kann. Ein Verdrängen des Materials in der beschriebenen Weise verhindert den Aufbau übermäßiger Spannungen, wie diese charakteristisch sind für zusammengepreßte flache Abdichtflächen. Weiterhin trennen die Ausnehmungen jede einzelne Dichtfläche in zwei getrennte Kontaktbereiche oder Dichtbereiche und zwar jeweils an jeder Seite der Längsrippen der Welle. Dadurch wird die Dichtwirkung wesentlich verbessert und kann auch noch an einem dieser beiden Punkte zuverlässig aufrechterhalten werden, falls der andere Kontaktpunkt auf irgendeine Weise beschädigt oder beeinträchtigt sein sollte.

Während die oben beschriebenen Vertiefungen Entlastungen gegen übermäßige Spannungen im Dichtungsmaterial liefern, bei Zusammenpressungen der flexiblen Vorsprünge in Längsrichtung oder axialer Richtung der Welle, kann eine entsprechende Spannungsentlastung durch näpfchenartige Vertiefungen erreicht werden, die in den diametral gegenüber liegenden oberen und unteren Seiten der VorsprUnge vorgesehen sind. Da diese Seitenin einer Ebene senkrecht zur Achse der Welle liegen, bilden diese näpfchenartige Vertiefungen in erster Linie Entlastung bei Zusammenpressung des Materials in radialer Richtung.

Bei Einsatz der Gleitdichtung zum Abdichten einer Wellenzahnverblndung zwischen einer verzahnten Welle und einer komplimentären Hülse treten Gleitbewegungen zwischen der Hülse und der

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Welle auf. Dabei wird der flexible Körper innerhalb einer äußeren Kappe eingesetzt oder unmittelbar oder einstückig mit dieser ausgebildet, die eine zylindrische Bohrung aufweist. Fenne eine Gleitbewegung zwischen Welle und Hülse nicht auftritt, braucht eine solche Kappe nicht unbedingt vorgesehen zu sein und sind auch die Beanspruchungen der Dichtung nicht so stark, wie bei einer Gleitdichtung, für die der neue Gegenstand insbesondere vorgesehen ist. Die verzahnte Welle greift mit den Vorsprüngen des flexiblen Körpers zahnartige zusammen und ragt durch die zylindrische Bohrung der Kappe. In diesem Falle ist auch eine Anordnung vorgesehen, um die Dichtung mit der Hülse zu verriegeln, so daß Hülse und Dichtung gemeinsam Gleitbewegungen gegenüber der Welle ausführen können.

Mit der neuen Dichtung wird eine zuverlässige Abdichtung des Innenspaltes zwischen einer außenverzahnten Welle und einer innenverzahnten Hülse erreicht. Besonders vorteilhaft kommen die Wirkungen der neuen Dichtung zum Tragen, wenn es sich um eine Gleitverbindung zwischen den beiden Wellenteilen handelt, an welchen Gleitbewegungen die Dichtung teilnimmt. Aufgrund der Ausbildung wird eine zuverlässige Schmierung aller Hauptdichtungsflächen gewährleistet. Dadurch verlängert sich die Lebenszeit der Dichtung wesentlich. Außerdem wird dafür gesorgt, daß innerhalb der Vorsprünge die Belastungen und Spannungen in Grenzen bleiben, so daß auch von daher die Lebensdauer der Dichtung wesentlich verbessert wird. Die Abnutzung wird wesentlich kleiner gehalten und Einschnitte oder Abtrennung von Vorsprüngen können

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nicht auftreten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen :

Fig.1 in perspektivischer und auseinandergezogener Darstellung eine verzahnte Welle in Verbindung mit der neuen Dichtung.

Fig.2 im Ausschnitt und im axialen Schnitt die Wellenverbindung im zusammengebauten Zustand.

Fig.3 im größeren Maßstabe einen Teilschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 der Fig.2.

Fig.4 einen Teilschnitt entlang der Schnittlinie 4-4 der Fig.2; Fig.5 einen -Teilschnitt entlang der Schnittlinie 5-5 der Fig.3;

Fig.6 im Ausschnitt und größeren Maßstabe einen Teilschnitt entlang der Schnittlinie 6-6 der Fig.3.

Fig.7 die schematische Ansicht einer abgewandelten Ausftihrungsform der neuen Dichtung und

die Fig.8 bis Fig.10 in ähnlicher Darstellung wie die voranstehenden Figuren eine Dichtung, wie sie häufig im Stand der Tech-

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nik zu finden ist.

In Fig.1 ist generell eine Gleitdichtung für Wellenverzahnungen gezeigt. Diese ist gemäß der Erfindung ausgebildet und mit 10 bezeichnet. Die zugehörige verzahnte Welle ist mit 11 bezeichnet. Die Welle 11 umfaßt einander abwechselnde Längsnuten 12 und Längsrippen 13, welche in entsprechendem Eingriff mit einer komplimentär ausgebildeten Hülse 14 (Fig.2) gebracht werden kann. Die Längsrippen 13 sind im wesentlichen rechteckförmig im Querschnitt, was aufgrund der allgemeinen zylindrischen Gestalt der Welle 11 dazu führt, daß die Längsnuten 12 im Querschnitt im wesentlichen gleichschenklige Trapezolde sind.

Die Abdichtung 10 umfaßt zwei Hauptkomponenten :

eine Kappe 15, sowie einen flexiblen Körper 16. Die Kappe 15 ist gemäß Fig.2 zylindrisch und weist einen umfänglichen und nach innen vorspringenden Flansch 17 an einem Ende 18 auf. Der flexible Körper 16 sitzt innerhalb der Kappe 15 und zwar anliegend an der inneren Bohrung 19 und an dem Flansch 17. Auf der Seite des Flansches 17 weist der flexible Körper 16 eine umfängliche und nach innen gerichtete Reihe von sich abwechselnden Vorsprüngen 20 und Zwischenräumen 21 auf, um in verzahntem Eingriff mit der verzahnten Welle 11 zu treten. Der flexible Körper 16 oder wenigstens die Vorsprünge 20 bestehen aus einem nachgiebigen elastischen Material, z.B. Gummi, Nitril, Polyacrylat, oder Silikon-Verbindungen, wie sie in der Industrie für Abdichtungszwecke allgemein bekannt sind. Die Vorsprünge 20 und die Zwi-

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schenräume 21 sind in den Fig.3 bis Fig.6 in größeren Einzelheiten gezeigt.

Die Zwischenräume 21 werden durch einen Basisabschnitt 25 und sich gegenüberliegenden Flächen 26 der aufeinanderfolgenden Vorsprünge 20 begrenzt. Die Zwischenräume 21 sind somit im wesentlichen rechteckförmig und wirken eingriffsmäßig mit den Rippen 13 der verzahnten Welle 11 zusammen. In ähnlicher Weise sind die Vorsprünge 20 trapezförmig in radialem Schnitt ausgebildet und stehen in zusammenwirkendem Eingriff mit den aufeinanderfolgenden Nuten 12 der Welle 11. Die oben beschriebene Verzahnungsverbindung führt so zu einer wirksamen Abdichtung, um die Nuten 12 und die Rippen 13 der Welle.

Jede der Flächen 26 und die Basis 25 umfassen eine Ausnehmung oder Vertiefung 30. Diese bildet eine Tasche für ein Schmiermittel sowie einen Bereich zum Verdrängen dsr flexiblen Vorsprünge 20, wenn diese zusammengepreßt werden. Ohne solche Vertiefungen oder Ausnehmungen 30 werden die flexiblen Vorsprünge 20 zusammengepreßt und wölben sich auf oder stauchen sich, wenn die Einrichtung 10 auf die Welle 11 aufgeschoben wird, wodurch der Widerstand gegen Gleiten ebenso wie die Abnutzung und der Abrieb wesentlich erhöht würde.

Die Vertiefungen 30 liefern außerdem für die Flächen 26 zwei getrennte Berührungspunkte 26a und 26b. Entsprechend weist auch die Basis 25 auf diese Weise zwei getrennte Berührungspunkte 25a und 25b in Bezug auf die Längsrippen 13 der Welle 11 (vergl. da-

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zu die Fig.5 und 6). Somit wird gewährleistet, daß selbst dann, wenn einer der Kontaktpunkte auf einer Fläche 26 oder der Basisfläche 24 durch Abnutzung oder Zerstörung oder auf andere Weise den abdichtenden Kontakt verliert, der verbleibende Kontaktpunkt weiterhin wirksam wird, so daß zusätzliche und zur Erhöhung der Sicherheit beitragende Dichtwirkung und Schutzwirkung erzielt wird.

Vorsprünge 20 umfassen weiterhin sich diametral gegenüberliegende obere und untere Seiten 31 und 32. Diese liegen in einer Ebene senkrecht zu den Längsnuten der Welle 11 und besitzen eine näpfehenartige Vertiefung 33, in die das Material der Vorsprünge 20 bei deren Zusammenpressung aufgenommen oder verdrängt werden kann. Es sollte bemerkt werden, daß die Vertiefungen 30 vornehmlich verdrängtes Material von den Vorsprüngen 20 bei Zusammenpressung in Längsrichtung oder axialer Richtung der Welle aufnehmen, während die schalenförmigen Vertiefungen 33 hauptsächlich das Material aufnehmen, wenn die Vorsprünge in radialer Richtung zusammengepreßt werden. Beide Einrichtungen für die Verdrängung des Materials erhöhen die Flexibilität der Abdichtungseinrichtung 10 und verlängern somit auch die Verwendungsdauer der Dichteinrichtung.

Die Enden 34 der Vorsprünge 20 sind relativ flach, so daß eine kontinuierlicheMaterialbrücke 34 von der oberen Seite 31 bis zur unteren Seite 32 reicht. DieBrücke 35 liefert eine konstruktive Unterstützung für die Vorsprünge 20 und eliminiert

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das Vorhandensein von Laschen oder flatternden Dichtungsarmen, wie sie weiter unten in Verbindung mit bekannten Ausführungsformen anhand der Fig.8 bis Fig.10 erläutert werden, welche Dichtungsarme zur raschen Abnutzung und auch zum Abbrechen neigen.

Der flexible Körper 16 weist zusätzlich zu den abwechselnden Vorsprüngen 20 und Zwischenräumen 21 einen umfänglichen Schnappringabschnitt 36 auf. Dieser erstreckt sich entlang der zylindrischen Innenfläche 37 und zwar nahe dem Ende 38. Der Schnappringabschnitt 36 rastet kraftvoll in einen komplementären Schlitz 39 an der umfänglichen Außenseite 40. der Hülse 14 ein, wie dies Fig.2 veranschaulicht. Wenn somit die Hülse 14 entlang der verzahnten Welle 11 verschoben wird, wird auch die gesamte Dichteinrichtung 10 an dieser Verschiebebewegung teilnehmen. Die Wellenzahnverbindung zwischen der Welle 11 und der Hülse ist gegenüber der Atmosphäre zuverlässig aufgrund des Eingriffes der Vorsprünge 20 in die Nuten der verzahnten Welle 11 und durch den unter Kraftvorspannung erfolgenden Sitz zwischen dem Schnappring 36 und dem Schlitz 39 der Hülse. Das Schmiermittel ist somit im Inneren abgedichtet und es wird eine zuverlässige Abdichtung gegen Eindringen von Staub und anderen Fremdverunreinigungen erzielt.

Während die Außenseite 41 der Kappe 15 als zylindrische beschrieben ist, ist die Außenform nicht kritisch und bildet auch nicht Teil der Erfindung. Andere Formen, z.B. eine hexagonale Außenform, wie bei 45 in Fig.7 geeigt, kann ebenfalls im Zusammenhang mit der Erfindung verwendet werden.

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BAD ORIGINAL

Auch können weitere Modifikationen vorgesehen sein. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.7 ist der in die Kappe 45 eingesetzte flexible Körper 46 mit aufeinander folgenden und sich abwechselnden Vorsprüngen 47 und Zwischenräumen oder Vertiefungen 48 versehen.

Hierbei ist jedoch der flexible Körper lediglich ein einfacher streifen aus flexiblem und elastischem Material, von dem die Vorsprünge 47 und Zwischenräume 48 ausgehen. Dieser Streifen ist dann in einen Ring überführt, wie dies durch die Trennlinie 49 in Fig.7 angedeutet ist. In dieser Form ist der flexible Körper indie Kappe 45 abdichtend eingesetzt. Die Kappe 45 selbst kann Mittel aufweisen, um einen verriegelten Eingriff mit der Hülse herzustellen, so daß hierfür der flexible Körper 46 nicht herangezogen zu werden braucht.

Die am besten bekannten früheren Dichteinrichtungen 55 sind in Fig.8 bis 10 dargestellt. Die Einrichtung 55 umfaßt auch eine Kappe 56, sowie einen flexiblen Körper 57 mit einander abwechselnden Vorsprüngen 58 und Zwischenräumen 59. Jeder Zwischenraum 59 wird durch eine Basis 60 und zwei sich gegenüberliegende Flanken oder Seitenflächen 61 der benachbarten Vorsprünge 58 begrenzt. Die Basis 60 und die sich gegenüberliegenden Flächen 61 der Anordnung 55, welche in hauptsächlichem abdichtendem Kontakt mit der verzahnten Welle treten, weisen jedoch keine Vertiefungen oder Ausnehmungen auf, sondern sind im wesentlichen eben und flach. Die Dichtflächen sind.'daher nicht

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geeignet, um eine Schmierung zu ermöglichen, wodurch die Zerstörung dieser Dichtflächen rascher fortschreitet. Außerdem haben diese Flächen auch keine Möglichkeit, das verdrängte Material des flexiblen Körpers bei Verdrängung aufzunehmen, wenn das Material unter Druck steht. Die Enden 62 der Vorsprünge 58 weisen im bekannten Falle jedoch einen Schlitz 68, der sich zwischen den axial verlaufenden Stirnflächen 61 jedes Vorsprunges 58 erstreckt. Dadurch werden zwei getrennte Abdichtarme oder Lippen 64 an den Enden 62 geschaffen. Diese Abdichtarme 64 biegen zurück und nach vorne, wenn die Anordnung 55 entlang der verzahnten Welle verschoben wird. Dies kann dazu führen, daß sich die Arme ö4 vom elastischen oder flexiblen Körper im Bereich der Punkte 65 trennen, so daß eine durchbrochene Abdichtung vorliegt.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis der Probleme solcher bekannten Einrichtungen und überwindet diese Probleme durch ungewöhnliche oder sehr einfache Veränderungen.

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Leerseite

Claims

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DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

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Ansprüche

MJ Gleitdichtung für verzahnte Wellenverbindungen, bestehend aus einem flexiblen, insbesondere elastisch verformbaren, Dichtungskörper mit einer Reihe von sich in Umf angsrichtung abwechselnden VorsprUngen und Zwischenräumen für einen abdichtenden Verzahnungseingriff mit den Längsrippen und Längsnuten der Welle, wobei die Zwischenräume eine Basis oder Grundfläche aufweisen und zwischen den sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Flanken der Vorsprünge liegen, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine Vertiefung oder Ausnehmung (30) in der Basis (25) und/oder in einer oder beiden Flanken (26) in Form einer ein Schmiermittel und/oder verdrängtes Material des zusammengepreßten Dichtungskörpers (16) aufnehmenden Tasche ausgebildet ist·
2. Gleitdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Basis (25) und jede Flanke (26) eine Ausnehmung (30) aufweist.
3. Gleitdichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Vorsprünge sich diametral gegenüberliegende obere und untere Begrenzungsflächen aufweisen, dadurch gekenn ze 1 chn e t , daß in diesen im wesentlich senkrecht zu den Längs-

_ nuten (12) der Welle (11) verlaufenden Begrenzungsflächen

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ORIGINAL INSPECTED

wenigstens eine näpfchenförmige Vertiefung (33) zur Aufnahme von bei Zusammendrückung des Körpers (16) verdrängtem Material aufweist.
4. Gleitdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet , daß eine Kappe (15) vorgesehen ist, welche eine im wesentlichen zylindrische Bohrung und an einem axialen Ende.einen umfänglichen und radial nach innen ragenden Flansch (17) aufweist und daß der flexible Körper (16) in der Kappe und an den Flansch aufgenommen ist, derart, daß die Welle (11) durch den flexiblen Körper (16) und die Kappe (15) ragt.
5. Gleitdichtung nach Anspruch 4, bei der die Wellenverbindung eine außenverzahnte Welle aufweist, die in eine innenverzahnte Hülse eingreift, dadurch gekennzeichnet , daß die Gleitdichtung eine formschlüssige Verriegelung (36, 39) mit der Hülse (14) aufweist, derart, daß die Kappe (15) und die Hülse (14) einheitlich entlang der Welle (11) verschiebbar sind. :
6. Gleitdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet , daß die Reihe von Vorsprüngen und Zwischenräumen an einem axialen Ende des im wesentlichen zylindrischen oder hülsenfönnigen flexiblen , Körpers (16) vorgesehen sind und daß die formschlüssige Verriegelung zwischen der Gleitdichtung und der Hülse (14) nahe dem anderen axialen Ende (38) des hülsenföreigen Abschnittes

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des flexiblen Körpers (16) vorgesehen ist.
7. Gleitdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Abschnitt des flexiblen Körpers (16) eine in axiale Richtung breite umfängliche, radial nach innen vorspringende Rippe aufweist, die in eine entsprechende Umfangsnut der Buchse (14) eingreift,

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