DE3028537A1

DE3028537A1 - Kaefigring fuer einen zylinder zur aufnahme einer welle

Info

Publication number: DE3028537A1
Application number: DE19803028537
Authority: DE
Inventors: Jean Patricia M St; Jean Richard P St
Original assignee: Chesterton AW Co
Current assignee: Chesterton AW Co
Priority date: 1979-07-27
Filing date: 1980-07-28
Publication date: 1981-02-19
Also published as: ES493683A0; IT8068209A0; BR8004716A; GB2056588B; GB2056588A; ES8106597A1; US4301893A; KR830002703B1; JPS5649464A; KR830003675A; YU189580A; NL8004192A; FI802350A; ZA804522B; AR223057A1; AU6073080A; CA1138487A; SE8005407L; NO802252L

Description

A. W. Chesterton Company Stoneham, Massachusetts, V.St.A.

Käfigring für einen Zylinder zur Aufnahme einer Welle

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch& 1.

Bei zahlreichen Vorrichtungen, z. B. Pumpen, Gebläsen, Mischern oder anderen Produktionseinrichtungen, bei denen eine Welle mit Rotoren zur Bewegung eines Fluids vorgesehen ist, müssen zur Verhinderung von Leckverlusten des Fluids um das bewegliche Glied Wellendichtungen vorgesehen sein. Dichtungen sind insbesondere dann erforderlich, wenn die Vorrichtung teure oder gefährliche Fluide handhabt oder wo das Fluid bei erhöhtem Druck verarbeitet wird.

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Für gewöhnlich werden drei herkömmliche Dichtungsanordnungen verwendet, die bekanntlich stopfbuchsen, mechanische Dichtungen und Labyrithe umfassen. Keine der Vorrichtungen verhindert Leckverluste vollständig. Sie sind aber in der Lage, Leckverluste auf ein Minimum zu bringen oder unter Kontrolle zu halten. Bei anderen Anordnungen, wo Leckverluste am verarbeiteten Fluid nicht zugelassen werden können, kann man ein unschädliches Fluid an der Dichtung in den Prozess strömen lassen.

Die Erfindung ist zwar im gewissen Ausmass bei allen genannten Dichtungsanordnungen von Nutzen, ist aber bei Stopfbuchsen besonders nützlich, die eine Dichtung um eine sich drehende oder in einigen Fällen eine sich hin- und herbewegende Welle bilden. Die Stopfbuchse ist im allgemeinen eine Kammer in einem die Welle umgebenden feststehenden Glied. Zwischen der Welle und der Wand der Kammer, durch die die Welle hindurchtritt, ist ein ringförmiger Kaum vorgesehen, der eine Packung aufnehmen kann, die eine Schnur oder lunge aus neutralem Material umfasst, etwa Asbest mit einem Schmiermittel, wie Graphit. Die .licht um die Welle zusammengedrückte Packung verhindert einen Fluiddurchtritt durch die Stopfbuchse, ermöglicht aber eine Drehung oder Hin- und Herbewegung der Welle. In vielen Fällen wird die Packung durch einen Folgering oder eine Stopfbuchsenbrille in dichtender Beziehung gehalten, die durch einen mit einem Flansch versehenen Deckel oder eine Packungsmutter fortschreitend in die Stopfbuchse gepresst wird, wenn die Packung sich abnützt, um eine gewünschte Zusammendrückung der Packung aufrechtzuerhalten. Die Welle muss eine glatte Oberfläche haben, so dass sie die Packung nicht abnützt. Selbst in diesem Fall erhöht der Druck der Packung die zum Drehen oder sonstigen Bewegen der Welle erforderliche Kraft beträchtlich. Eine Stopfbuchse verhindert selbst unter idealen Bedingungen das Fluid nicht am Austreten. Tatsächlich wird ein zweckmässiger Betrieb der Stopfbuchse in vielen Fällen durch einen geringen Leckverlust durch die Stopfbuchse

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erleichtert, insbesondere wenn das Fluid, dem ein Austreten gestattet wird, ein gutes Schmiermittel ist, und zwar unabhängig davon, ob es im Prozess das Fluid ist, dem ein Austreten gestattet wird, oder ob es ein Fluid ist, das der Stopfbuchse absichtlich zugeführt wird, um in den Prozess einzusickern.

Bei Anwendungen, bei denen die Verhinderung irgendwelcher Fluidverluste erwünscht ist, und der Stopfbuchse ein neutrales Fluid zugeführt werden soll, kann in der Stopfbuchse vorteilhaft eine laternen- oder käfigförmige Stopfbuchsenbrille verwendet werden. Für gewöhnlich ist eine käfigförmige otopfbuchsenbrille ein Ring zur Aufnahme einer Welle, wobei diese Stopfbuchsenbrille-Wellenanordnung in der Kammer der Stopfbuchse aufgenommen ist und sich die Packung auf irgendeiner Seite der Stopfbuchsenbrille befindet. Bei einigen früheren Anordnungen ist der Käfigring im Querschnitt H-förmig und hat durch den Steg des H gebohrte Löcher, die senkrecht zur Achse der Welle verlaufen, wobei der Innenumfang des Jvärigrings die Welle aufnimmt und der Aussenumfang des Käfj ^rin^s die Innenfläche der Stopfbuchse berührt. Die Wand der L-_i:iner der Stopfbuchse trägt eine Leitung, die Fluid zu oder aus dem Käfigring fördert. Lern Käfigring kann beispielsweise ein neutrales Fluid zugeführt werden, das beide Wege längs der Welle aus dem Käfigring und durch die Packung strömt. -Bei einigen Anwendungen wird alternativ ein Vakuum auf die Stopfbuchsenleitung ausgeübt zum Entfernen des zum Käfigring strömenden Fluids.

Ein Käfigring wird auch zur Schaffung eines Zutritts für ein Fluid verwendet, das die abreibenden Teilchen von der stopfbuchse in dem Prozess spülen soll, um sie daran zu hindern, dass sie die Packung erreichen_s wo sie diese zerstören und/oder die Welle beschädigen würden. Das durch einen Käfigring eingeführte Fluid ist auch von Nutzen zur Kühlung der Welle und der Packung während des Betriebs der mit der Welle verbundenen Vorrichtung.

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Gegenwärtig werden, wie oben beschrieben und in der US-PS 1 830 286 gezeigt, Xäfigringe verwendet, bei denen das in die Käfigring-ßtopibuchsenbrille eingeführte Fluid durch die Löcher im Steg des .kings und von dort aus in den und aus dem Käfigring strömt, so dass etwas Fluid vorwärtsspült zur Verhinderung des Eintritts von Prozessfluid und von abreibenden Teilchen in die Stopfbuchse, wobei etwas Fluidd rückwärts strömt und an der Rückseite der Stopfbuchse verloren geht. Das Fluid wird im allgemeinen der Käfig-Stopfbuchsenbrille bei erhöhtem Druck zugeführt, so dass das an der Rückseite der Stopfbuchse verlorene Fluid einen Verlust des Werts des Dluids und auch einen Verlust der Energie darstellt, die zur Zuführung des Fluids zum Käfigring benötigt wird. Beim Versuch zur Verminderung dieses Verlusts wurde bisher die Packungsmutter oder das Folgeglied in grösstmöglichem Ausmass abgedichtet, wobei es noch einen annehmbaren Betrieb zuliess. Je grÖBser Jedoch die Zusammendrückung der Packung ist, umso grosser ist ,iedoch die erzeugte Reibungswärme und die erhöhte Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Welle und der Packung.

Es wurde bisher kein Käfigring vorgesehen, der den Fluidstrom in einer Richtung vom Käfigring auf ein Maximum bringt, während der Fluiddurchsatz aus dem Käfigring längs der Welle in entgegengesetzter Richtung ohne übermässige Zusammendrückung selektiv vermindert wird.

Die Erfindung schafft einen Käfigring zur Verwendung beispielsweise in einer Stopfbuchse, wobei Mittel vorgesehen sind zum selektiven Richten des der Käfigringkammer zugeführten Fluids vorwiegend in einer gewählten Richtung längs der Welle.

Die Verwendung von Käfigringen nach der Erfindung vermindert zusätzlich merklich die Gesamtmenge des für einen zufriedenstellenden Betrieb der Stopfbuchse benötigten Spülfluids, da der verringerte Strömungsdurchsatz in einer Richtung und

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in allen Fällen eine Verminderung der Zusaramendrückung der Packung ergibt, wodurch der Wärme^aufbau und die Wahrscheinlichkeit des Fressens oder einer Beschädigung der Welle vermindert wird. Die wirksame Lebendauer der Packung wird hierdurch erhöht.

Die Erfindung schafft auch eine Anordnung, die dort von Nutzen ist, wo der Hauptzweck der käfigförmigen Stopfbuchsenbrille in der Schaffung einer Kühlung für die. Packung besteht und wo es erwünscht ist, die in den Prozess eingeführte Flüssigkeitsmenge auf ein Minimum zu bringen, und zwar entweder auf Grund der Art des Fluids im Prozess oder einfach weil eine Zufuhr von mehr Fluid zum Prozess die Menge des später zu behandelnden Fluids erhöht, wobei der Hauptfluidstrom von der käfigförmigen Stopfbuchsenbrille längs der Welle zur Atmosphäre gerichtet ist.

Die Erfindung ist kurz zusammengefasst auf eine Käfigringanordnung zur Verwendung in einer Fluiddichtungsanordnung mit Stopfbuchsen gerichtet, die zum Verhindern von Fluidleckverlusten an sich drehenden Wellen verwendet werden. Die durch die Erfindung geschaffenen Käfigringe zeichnen sich im allgemeinen aus: durch einen Ring mit ersten und zweiten im Abstand angeordneten Seiten einschliesslich darin ausgebildeter erster bzw. zweiter Öffnungen und mit einer inneren Umfangsflache und einer äusseren Umfangsflache, wo der Ring in einer zylindrischen Kammer aufgenommen werden kann, wobei seine Längsachse parallel zur Längsachse des Zylinders verläuft, durch erste und zweite Flansche von im allgemeinen gleich er Länge, die sich radial nach aussen von einem und um einen Teil des Umfangs der Aussenfläche des Rings im Abstand längs dessen Längsachse derart erstrecken, dass der Aussenumfang des ersten und des zweiten Rings den Innenumfang der zylindrischen Kammer berührt, so dass eine erste ringförmige Kammer gebildet ist um einen Teil der Aussenseite des Rings zwischen dessen Aussenfläche, der Innenfläche des Zylinders und dem ersten und dem zweiten Flansch, wobei eine am Innenumfang vorgesehene erste

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K"ut gewählter Tiefe, deren maximaler Durchmesser grosser als der Durchmesser der ersten Ringöffnung ist, um die Innenfläche des Rings angrenzend an die erste Öffnung zum Ring vorgesehen ist, wobei der erste Offnungsdurchmesser gewählt ist zur Aufnahme einer darin drehbaren Welle, durch einen sich radial einwärts erstreckenden Flansch gewählter Tiefe innerhalb des Rings angrenzend an den inneren Rand der ersten Nut und um einen Teil des Innenumfangs des Rings zur Bildung einer zentralen Öffnung im Ring von geringerem Durchmesser als der Durchmesser der ersten Ringöffnung und zur drehbaren Aufnahme der Welle, wobei der Innendurchmesser des Rings zwischen dem Flansch und der zweiten Öffnung des Rings grosser als der Durchmesser der Öffnung auf Grund des Flansches ist, der auch die Welle drehbar aufnehmen kann, durch eine erste üffnungsanordnung, die mit der ersten Kammerund der Nut in Verbindung steht, und durch eine zxveite Üffnungsanordnung, die mit der ersten Kammer und der Innenfläche des Rings zwischen dem Flansch und der zweiten Seite in Verbindung steht.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Schrägansicht eines Ausführungsbeispiels eines Käfigrings nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt einer Stopfbuchse bei einer Anwendung des in Fig. 1 gezeigten ICäfigrings.

Gemäss Fig. 1 ist ein beispielsweise aus Kunststoff oder Metall bestehender Käfigring 1 hauptsächlich durch eine zylindrische Wand 2 gebildet, wobei sich Flansche 3 und 4· von dieser Wand radial nach aussen erstrecken, und zwar im allgemeinen längs dieser Wand im Abstand um eine gleich und gewählte Strecke zur Bildung eines zylindrischen Kanals.

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Eine Nut 11 ist in der Innenwand angrenzend an eine erste Seite 5 des Rings 1 eingeschnitten und durch nach aussen abgeschrägte Wände 7 und 8 gebildet, die sich V-förmig in einer Schnittlinie 11A schneiden, deren Radius durch einen Pfeil 6D angegeben ist. Eine Öffnung zum Ring ist durch einen Rand 9 gebildet, der vorzugsweise an der Seite 5 vorgesehen ist. Der auf die Längsmittellinie 6 bezogene innere Radius des Rands 9 ist durch eine Linie 6E angegeben.

An der innersten Kante der Wand 7 ist ein einwärtsgerichteter Flansch 12 vorgesehen, der sich um eine gewählte Strecke einwärts in den Ring 1 erstreckt, wobei der Innenradius des Flansches 12 durch einen Radius 6B angegeben ist. Der Radius 6ß ist in den meisten Anwendungen der kleinste aller Radien und hat mit der zum Ring gehörigen Welle ein minimales Spiel.

Gemäss Fig. 1 ist in dem Teil des Rings zwischen dem Flansch und der zweiten Seite 14- des Rings ein Innenwandsegment 13 vorgesehen, dessen Radius 6A grosser als der Radius 6E ist.

Gemäss der Erfindung sind Öffnungen 16 mit gewähltem durchmesser im Abstand um den Ring 1 vorgesehen und stehen mit der Fläche 2 und der durch die Wandteile 7 und 8 gebildeten Nut in Verbindung, wobei jede Öffnung 16 eine Achse 17A aufweist, die unter einem gewählten Winkel 17B gegenüber einer Querachse 17c des Rings 1 derart verläuft, dass vorteilhaft die Achse 17A jeder Öffnung 16 zur Seite 5 des Rings 1 geneigt istin ähnlicherw weise sind Öffnungen 18 von gewähltem Durchmesser im Abstand um den Ring 1 vorgesehen und stehen mit der Fläche 13 in Verbindung, wobei die Achse 19A jeder Öffnung unter einem gewählten Winkel 19G gegenüber einer Querachse 19B des Rings 1 verläuft.

Fig. 1 zeigt ein Anwendungsbeispiel des Rings 1 in einer zylindrischen Stopfbuchse. Die Stopfbuchse bildet eine Dichtung

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für eine Welle 21, die sich durch eine Wand 24, z. B. ein lampengehäuse, erstreckt, wobei das Ende I der Welle 21 mit einem Rotor verbunden ist. Wenn die Wand 24 die Wand eines Behälters ist, kann das Ende I der Welle 1 mit einem Lüfterflügel verbunden sein.

Die Welle 21 erstreckt sich durch die Längserstreckung der Stopfbuchse 22 und durch die Öffnung 23 der Wand 24. Die Welle 21 wird vom .Ring 1 aufgenommen, wobei dieser in der durch die Stopfbuchse 21 gebildeten Kammer angeordnet ist und wobei der Durchmesser der Plansche 3 und 4 so gewählt ist, dass diese die Innenfläche der Stopfbuchse 22 lose berühren. Der Ring 1 befindet sich etwas in der Mitte der Längsachse der Stopfbuchse 22, wobei innere Packungsringe 24A aneinander liegend zwischen dem Ring 1 und einer abgeschrägten üidwand 26 der Stopfbuchse vorgesehen sind, während äussere Packungsringe 24B zwischen dem Ring 1 und der Aussenseite der Stopfbuchse 22 vorgesehen sind.

Beim dargestellten Beispiel drückt eine Zusammendrückung der Packung den innersten Packungsring 24C in Berührung mit der abgeschrägten Wand 26 der Stopfbuchse 22, wodurch der Ring radial nach innen zur Welle 21 gedrückt wird. Die Käfigringe nach der Erfindung gestatten in vorteilhafter Weise eine Dichtungsfunktion bei verminderter Packungszusammendruckung, wodurch eine Verringerung der Seitenkraft am rotierenden Glied bei Anordnungen gemäss Fig. 2 möglich ist.

Beim dargestellten Beispiel hat ein .Folgeglied 27 eine zusammenwirkende Öffnung 28 zur drehbaren Aufnahme der Welle Das Folgeglied 27 kann in einem offenen Ende 28 der Stopfbuchse 22 darin längsverschieblich aufgenommen werden, so dass das innere Ende des Folgeglieds 27 die Packungsringe 24A und 24B dadurch berührt und zusammendrückt, dass es die Ringe 24B längs der Welle 21 bewegt.

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Das Folgeglied 27 ist mit einem Flansch. 29 mit Öffnungen versehen,, die sich, mit Öffnungen eines Flansches 31 der Stopfbuchse 22 decken, wobei Befestigungsmittel, z. B» Schrauben . und Muttern 32 bzw. 33, vorgesehen sind, so dass ein Anziehen der Muttern 33 bewirkt, dass das Folgeglied 27 die Packungsringe 24A und 24B zusammendruckt.

Ein Fluideinlass, z. B. eine mit Gewinde versehene Öffnung 34, ist in der Seitenwand der Stopfbuchse 22 mit einer daran z. B. mit Gewinde befestigten Leitung 36 versehen, für den Zutritt eines gewählten Fluidstroms 38 in eine ringförmige Kammer 37 zwischen den Flanschen 3 und 4, der Innenwand der Stopfbuchse 22 und der Fläche 2 des Rings 1. Das Fluid strömt von der Kammer 37 durch die Leitungen 18 zur ringförmigen Kammer 39 zwischen der Fläche 13 des Rings 1 und der Aussenflache der Welle 21 und zu den äusseren Packungsringen 24B. In ähnlicher Weise strömt das Fluid durch die Leitung 16 zur ringförmigen Kammer zwischen den Seitenwänden 7 und 8 und der Fläche der Welle 21 und tritt durch den Ringraum zwischen dem Rand 9 und der Welle 21 zu den inneren Packungsringen 24A.

Wenn auch nicht immer erforderlich, so ist es in einigen Anwendungsfällen von Nutzen, wenn die Leitungen 16 und 18 gegenüber der Querachse des Rings 1 in der jeweiligen Strömungsrichtung der Fluidströme derart gerichtet sind, dass das Fluid beim Austritt aus den jeweiligen Leitungen so zweckmässig gerichtet ist, dass die Fluidturbulenz verringert wird und grössere Zuverlässigkeit sowie Strömungsdurchsatzkontrolle vorgesehen sind.

Zusätzlich sind die Wände 7 und 8 geneigt zur Bildung eines V-förmigen Seitenwand, die vorteilhaft in der dargestellten Weise ausgebildet ist, um den Fluidstrom zur ringförmigen Öffnung zwischen dem Ring 9 und der Welle 2 so zu richten, dass die kinetische und die statische Energie des Fluidstroms bei der Erzeugung eines gewünschten gleichmässigen Leckverlust-

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durchsatzes durch die Öffnungen von Nutzen sind. Gemäss einem v/eiteren Merkmal der Erfindung kann der Durchmesser der Öffnungen 16 und 18 für die Lieferung von Fluid zur Packung 24A und 24-B in Bezug auf das gewünschte relative Fluidstromverhältnis in jeder fiichtung bemessen werden, z. B. auf ein Verhältnis von 3:1.

Beim dargestellten Beispiel ist der Durchmesser der Leitungen 16 grosser als der Durchmesser der Leitungen 18 zur Erzeugung eines grösseren Fluidstroms zur Packung 24A. Die relativen Strömungsdurchsätze hängen auch von den relativen Spielen zwischen dem Hand 9i der Fläche 13 und der Welle 21 ab.

Beim Beispiel von Fig. 2 ist der Eing 1 so angeordnet, dass der Hauptfluidstrom zur Packung 24-A erfolgt, wobei die Konstruktion der Wand 24· ein Teil ist. Durch Umkehren des Hings kann der Hauptstrom zur Packung 24B und durch Folgeglied 2^r/ zur Atmosphäre gerichtet werden.

Wie oben erläutert und gemäss einem weiteren Merkmal der .Erfindung können die relativen Fluidströme auch durch das relative Spiel zwischen dem Rand 9, der Fläche 13 und der Welle 21 bestimmt werden. Auch wird der Innendurchmesser des Flansches 12 so klein wie möglich gemacht, um den am Flansch vorbei erfolgenden Fluidstrom zu verringern, damit der gewünschte relative Fluidstrom aus jedem Ende des Hings gewährleistet ist.

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-At-

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Claims

Patentanwälte

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ
München 22 - Steinsdorfstr. 10

O21-31.24ΊΡ(31.242H) 28. Juli 198o

Ansprüche

( 1. Käfigring für einen Zylinder zur Aufnahme einer Welle,

- wobei die Welle im Zylinder bewegbar und im Abstand von den Seitenwänden des Zylinders angeordnet ist und die Längsachse der Welle parallel zur Längsachse des Zylinders verläuft zur Bildung einer ringförmigen Packungskammer im Zylinder,

gekenn ze ichnet

- durch einen Käfigring mit einer Aussenflache, mit einer Innenfläche und mit ersten und zweiten axial im Abstand angeordneten Seitenwänden, deren gewählter Aussendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders ist, dessen Innenfläche einen Durchmesser hat, der kleiner als der Aussendurchmesser der Welle ist und die Welle aufnehmen kann, um den Käfigring ausgefluchtet auf der Welle zu halten, wo eine erste Nut mit gewähltem Durchmesser in die Innenfläche des Käfigrings angrenzend an die erste Seitenwand eingeschnitten ist, wo ein Rand, dessen gewählter Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Welle ist, zwischen der Nut und der ersten Seitenwand vorgesehen ist und eine erste Öffnung zum Käfigring bildet,

- durch erste und zweite gleich lange Flansche, die sich parallel, radial auswärts von einem und um einen Teil der Aussenflache des Käfigrings derart erstrecken, dass ein Teil des Aussenumfangs der ersten und zweiten

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Flansche die Innenfläche des Zylinders berührt, so dass durch die ersten und zweiten Flansche, die Innenfläche des Zylinders und die Aussenflache des Käfigrings eine erste ringförmige Kammer gebildet ist, und

- durch einen sich radial einwärts erstreckenden Flansch gewählter Tiefe, der innerhalb des Käfigrings zwischen dem inneren Rand der ersten Hut und der zweiten Seitenwand angeordnet ist und sich um einen Teil des Innenumfangs des Käfigrings erstreckt zur Bildung einer zentralen Öffnung im Käfigring, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Welle ist und die die Welle aufnehmen kann,

- wobei wenigstens eine erste Leitung mit der Nut und der ersten ringförmigen Kammer in Verbindung steht zur Herstellung eines dazwischen erfolgenden Fluidstroms und

- wobei wenigstens eine zweite Leitung mit dem zwischen dem inneren Flansch und der ersten ringförmigen Kammer gelegenen Teil der Innenfläche des Käfigrings in Verbindung steht.

2. Käfigring nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- dass der Durchmesser der ersten Leitung grosser als der Durchmesser der zweiten Leitung ist.

3· Käfigring nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- dass die erste Leitung sich längs einer Achse unter einem spitzen Winkel bezüglich einer Querebene des Käfigrings zur ersten Seite des Käfigrings erstreckt.

4-. Käfigring nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- dass sich die zweite Leitung zwischen dem inneren Flansch und der zweiten Seite von der ersten ringförmigen Kammer

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zur Innenfläche des Käfigrings durch den Käfigring unter einem spitzen Winkel zu einer Querachse des Käfigrings zur zweiten Seitenwand hin erstreckt.

5. Käfigring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Durchmesser der zentralen Öffnung kleiner als der Durchmesser der ersten Öffnung ist.

6. Käfigring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Nut einen V-förmigen Querschnitt hat.

7· Käfigring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Durchmesser der zentralen Öffnung zwischen dem inneren Flansch und der zweiten Seite kleiner als der Durchmesser der Innenfläche des Käfigrings ist.

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