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Taumelscheiben-Kühlmittelkompressor
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlmittelkompressor mit einem
Taumelscheiben-Antriebsmechanismus, und insbesondere auf ein System zur Schmierung
eines Antriebswellendichtungselementes, das in einer Kammer des Taumelscheiben-Kompressors
eingeschlossen ist, unter Verwendung von Schmieröl, das in dem Kühlmittel enthalten
ist bzw.
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von diesem mitgerissen wird.
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In einem Kühlmittelkompressor, bei dem ein Taumel scheiben-Antriebsmechanismus
verwendet wird, ist zwischen der inneren Umfangsfläche seines vorderen Gehäuses
und einem Ende einer Antriebswelle des Kompressors ein ringförmiger Spalt ausgebildet,
in dem eine Wellendichtungskammer vorgesehen ist, um darin ein Wellendichtungselement
zum Abdichten des Endes der Antriebswelle aufzunehmen.
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Ein bekanntes System zur Schmierung der Wellendichtungs-
kammer
ist so ausgeführt, daß ein Teil des Kühlgases abgeleitet und der Kammer zugeführt
wird, so daß das Ö1, das in dem Kühlmittel enthalten ist bzw. von diesem mitgerissen
wird, auf das Wellendichtungselement aufgebracht wird.
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Ein typisches Beispiel eines bekannten Schmierungssystems ist in Fig.
3 dargestellt. Zum besseren Verständnis des Hintergrundes, auf dem die Erfindung
basiert, wird im folgenden dieses Beispiel unter Bezugnahme auf Fig. 3, die entsprechende
Anordnungen von Saug- und Ausströmkammern und einem Wellendichtungselement in dem
vorderen Gehäuse des Kompressors zeigt, beschrieben.
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Eine Vielzahl von kühlgasfördernden Durchlässen 24 und 24a sind so
ausgebildet, daß sie durch einen vorderen Zylinderblock 2F des Kompressors verlaufen
und an einem Ende mit einer Taumelscheibenkammer (nicht dargestellt), die das Kühlgas
empfängt, in Verbindung stehen. An ihrem anderen Ende stehen die Zuführdurchlässe
24 direkt mit jeder der Saugkammern 13F, 13F in Verbindung, während ein Durchlaß
24a, der sich gemäß der Zeichnung im unteren Bereich befindet, mit der gemäß der
Zeichnung linksseitigen Saugkammer 13F über einen Bypass-Kanal 26A, eine Wellendichtungskammer
22 und einen weiteren Bypass-Kanal 26B in Verbindung steht. Bei Betrieb des Kompressors
wird Kühlgas aus der Taumelscheibenkammer durch jeden Zuführdurchlaß 24 in die Saugkammern
13F befördert, während ein Teil des Gases den Durchlaß 24a und den Bypass-Kanal
26A durchströmt und dann in die Wellendichtungskammer 22 eingeleitet wird, wo ein
Teil des Öls, das in dem Kühlmittel enthalten ist, zur Schmierung einer Wellendichtung,
die in der Wellendichtungskammer angeordnet ist, verwendet wird.
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Das Kühlgas in der Wellendichtungskammer wird weiter über den Bypass-Kanal
26B in die Saugkammer 14F, in die er
mündet, befördert.
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In dem oben beschriebenen Kompressor wird das Kühlgas in die Wellendichtungskammer
22 mittels einer Sogwirkung gefördert, die nahe der Auslaßöffnung des Bypass-Kanals
26B infolge einer Druckdifferenz zwischen der Saugkammer 13F und dem Zuführdurchlaß
24a auftritt, die durch einen Unterdruck, der in den Zylindern 7 entsteht, bewirkt
wird.
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Da die Saugkammer 13F, in die der Bypass-Kanal 26B mündet, so ausgebildet
ist, daß sie mit einer Vielzahl von Zylindern 7 in Verbindung steht, und deshalb
der Sogeffekt in der Kammer 13F nacheinander mit einer geringen zeitlichen Verzögerung
zu der Taumelbewegung der Taumelscheibe des Kompressors erzielt wird, neigt der
Gasdruck in der Saugkammer 13F dazu, während des Kompressorbetriebes von einem Abschnitt
zum anderen zu variieren. Aus diesem Grunde stabilisiert sich der Sogeffekt an der
Auslaßöffnung des Bypass-Kanals 26B infolge der oben beschriebenen Druckdifferenz
nicht. Obwohl eine relativ große Druckdifferenz zur Förderung des Kühlgases in die
Wellendichtungskammer 22 erzeugt werden kann, wenn der Kolben eines nahe der Öffnung
des Bypass-Kanals 26B angeordneten Zylinders 7 in seiner Saugphase ist, wird die
Druckdifferenz geringer, wenn der Kolben eines Zylinders, der von oben erwähnter
Öffnung entfernt angeordnet ist, in seiner Saugphase ist, während der das Kühlgas
dazu neigt, in der Wellendichtungskammer 22 zu verbleiben und diese nicht mit glattem,
stetigem Fluß zu durchströmen. Ein solches Verbleiben des Kühlgases in der Wellendichtungskammer
22 kann insbesondere während des Betriebes mit hoher Geschwindigkeit zu einer unzulänglichen
Schmierung führen. Folglich kann auf den Gleitkontaktflächen der Dichtungselemente,
die in der Wellendichtungskammer vorgesehen sind, infolge einer unzulänglichen Ausbildung
eines Öl films auf diesen Oberflächen eine erhöhte Wärmebildung auftreten. Als Folge
davon neigen die Dichtungsoberflächen, die üblicherweise aus Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen
bestehen, zu erhöhter Rauhigkeit, wodurch eine Verschlechterung der Dichtungswirkung
hervorgerufen wird.
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Da die Saugkammer 13F bei dieser Ausführung in direkter Verbindung
mit den Kühlgas-Zuführdurchlässen 24 ausgebildet ist, wird der Sog, der in der Saugkammer
erzeugt wird, von dem Gas, das aus den Durchlässen 24 ausströmt, beeinflußt, was
die Entwicklung des Soges in der Kammer 13F beeinträchtigt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes System zur
Schmierung einer Wellendichtungskammer in einem Taumelscheiben-Kühlmittelkompressor
vorzusehen, das die vorgenannten Nachteile überwindet, indem der Fluß des Kühlgases
durch die Wellendichtungskammer zur Sicherung ihrer Schmierung geglättet wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Kühlgaskompressor gemäß
Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist das vordere Gehäuse eines Kompressors, das in
seinem Inneren eine Wellendichtungskammer aufweist, eine begrenzte Saugkammer auf,
die so ausgebildet ist, daß sie mit einem der Kompressorzylinder und mit der Wellendichtungskammer
über einen Bypass-Kanal in Verbindung steht, so daß die Sogwirkung, die in der Saugkammer
infolge einer Druckdifferenz auftritt, durch einen Unterdruck erzeugt wird, der
in dem einen Zylinder entsteht. Mittels des so aufgebauten Kompressors steht der
Sogeffekt, der hoch genug ist, um eine sichere Schmierung der Wellendichtungskammer
zu gewährleisten, im wesentlichen jederzeit in der Saugkammer zur Verfügung, was
zur Folge hat, daß die Zuführung des Kühlgases in die Wellen-
dichtungskammer und somit deren Schmierung mit einer größeren Konstanz und Glätte
als zuvor bewirkt wird.
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Weitere Ziele, Anwendungen und Vorteile der Erfindung werden aus der
folgenden ausführlichen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig ersichtlich, von denen eine
den Stand der Technik darstellt, auf dem ein verbessertes Schmiersystem in einem
Kühlmittelkompressor gemäß der Erfindung basiert, und von denen zwei ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.
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Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung eines Taumelplatten-Kühlmittelkompressors,
in den das bevorzugte, erfindungsgemäß aufgebaute Ausführungsbeispiel des Schmiersystems
eingebaut ist, Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in Fig.
1 und zeigt die Anordnung der Saug- und Ausströmt kammern, der Wellendichtungskammer
und deren Bypass-Öffnungen, und Fig. 3 ist eine Fig. 2 ähnliche Schnittdarstellung
und zeigt Einzelheiten des Standes der Technik, die im vorhergehenden unter Bezug
auf den Erfindungshintergrund beschrieben worden sind.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß
aufgebauten Kompressors bzw.
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Verdichters dargestellt, der einen Zylinderblock 1 mit einem vorderen
Zylinderblock 1F und einem hinteren Zylinderblock 1R aufweist, die in Fluchtung
miteinander abdichtend verbunden sind. Ein vorderes Gehäuse 2F ist unter Zwischenschaltung
einer vorderen Ventilscheibe 3F abdichtend an dem vorderen Zylinderblock 1F angebracht.
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Entsprechend ist ein hinteres Gehäuse 2R unter Zwischenschaltung einer
hinteren Ventilscheibe 3R an dem hinteren Zylinderblock 1R angebracht. Das vordere
und hintere Gehäuse 2F und 2R und der vordere und hintere Zylinderblock 1F und 1R
sind mittels einer Vielzahl von durchgehenden Bolzen bzw. Schrauben 4, die von dem
vorderen Gehäuse 2F zum hinteren Gehäuse 2R verlaufen, in Fluchtung miteinander
sicher befestigt. Die Zylinderblöcke 1F und 1R weisen in ihrem Inneren axiale Mittelbohrungen
5', 5' auf, die in Fluchtung zueinander ausgebildet sind. Der Kompressor weist des
weiteren eine Antriebswelle 5 auf, die durch die gefluchteten Bohrungen 5' , 5'
verläuft und drehbar mittels radialer Lager 6, 6 gehalten ist. Wie Fig. 1 zu entnehmen
ist, ragen die entgegengesetzten Enden der Antriebswelle 5 in das vordere bzw. hintere
Gehäuse 2F und 2R hinein und das in dem vorderen Gehäuse 2F angeordnete Ende der
Antriebswelle 5 weist eine (nicht dargestellte) Magnetkupplung auf, die den Antrieb
von einer (nicht dargestellten) Maschine auf die Antriebswelle 5 übertragen kann,
wenn sie im Eingriff steht.
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Jeder Zylinderblock weist in seinem Inneren eine bestimmte Anzahl
von Bohrungen oder Zylindern 7 (7a) auf, z.B. fünf Zylinder in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel, die mit gleichem Winkelabstand zueinander um die Antriebswelle
5 herum angeordnet sind und von denen jedes Zylinderpaar in dem vorderen und dem
hinteren Zylinderblock 1F und 1R zueinander ausgefluchtet ist. Wie in Fig. 2 zu
sehen ist, ist ein Zylinder 7a, der im folgenden ausführlich beschrieben wird, in
dem vorderen Gehäuse 2F ausgebildet und im oberen Bereich angeordnet. Jedes Paar
der ausgefluchteten Zylinder verläuft parallel zu der Antriebswelle 5 und nimmt
in seinem Inneren einen doppelköpfigen Kolben 9 auf, der eine hin- und hergerichtete
Gleitbewegung in dem Zylinder ausführen kann. Die Antriebswelle 5 trägt eine
Taumelscheibe
10, die bei Drehung mit der Antriebswelle 5 eine Taumel- oder Wackelbewegung in
einer Taumelscheibenkammer 8 ausführen kann, die zwischen dem vorderen und dem hinteren
Zylinderblock 1F und 1R ausgebildet ist und mit einem Ansaugstutzen 27 in Verbindung
steht, durch den Kühlgas in den Kompressor eingeführt wird. Der Nabenabschnitt der
Taumelscheibe 10 ist durch ein Paar Drucklager 11, 11 zur axialen Auflagerung und
Halterung der Taumelscheibe 10 flankiert.
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Jeder zweiköpfige Kolben 9 ist über ein Paar halbkugelförmiger Schuhe
bzw. Lager 12 so an dem schrägen Abschnitt der Taumelscheibe 10 gehalten, daß die
Taumelbewegung der Taumelscheibe in eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 9 in dem
Zylinder umgesetzt werden kann. Auf diese Weise kann mittels der Hin- und Herbewegung
des Kolbens 9 eine Druckkammer alternierend ausgebildet werden.
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Das vordere Gehäuse 2F weist zwei längliche bogenförmige Öffnungen
oder Saugkammern 13F und eine ringförmige Öffnung oder Ausströmkammer 14F in seinem
Inneren auf, wobei die Ausströmkammer 14F mittels eines im wesentlichen ringförmigen
Wandabschnitts 15 des Gehäuses 2F von den Saugkammern 13F abgetrennt ist. Das vordere
Gehäuse 2F weist desweiteren eine Öffnung oder eine separate Saugkammer 13a auf,
die unabhängig von den anderen beiden bogenförmigen Saugkammern 13F mittels eines
Trennwandabschnittes 20 ausgebildet ist. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, steht jede
bogenförmige Saugkammer 13F mit zwei Zylindern 7 in Verbindung, während die Saugkammer
13a alleine mit dem Zylinder 7a in Verbindung stehend ausgebildet ist. Wie aus Fig.
1 zu sehen ist, weist das vordere Gehäuse 2F einen Wandabschnitt 21 auf, der eine
Wellendichtungskammer 22 bildet, in die eine mechanische Dichtung 23 eingebaut ist.
Die mechanische Dichtung 23 weist einen Sitzring 23a,
der an der
inneren Umfangsfläche des vorderen Gehäuses 2F befestigt ist, und einen angetriebenen
Ring 23b auf, der verschiebbar auf der Antriebswelle 5 angeordnet ist und mittels
einer Feder 23b, die zwischen dem Ring 23b und einem Federsitz 23d angeordnet ist,
gegen den Sitzring 23a gedrückt wird.
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Das hintere Gehäuse 2R ist mit einer Saugkammer 13R und einer Ausströmkammer
14R in der bekannten Art und Weise ausgebildet.
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Die vordere und die hintere Ventilscheibe 3F und 3R weisen Ansaugöffnungen
16F und 16R, die mit den Saugkammern 13F, 13a, und 13R in Verbindung stehen, und
Ausströmöffnungen 17F und 17R auf, die mit den Ausströmkammern 14F bzw. 14R in Verbindung
stehen. Jede Ansaugöffnung 16F und 16R weist ein Ansaugventil 18F bzw. 18R auf der
dem Zylinder 7 zugewandten Seite auf, das während eines Saugtaktes des Kolbens 9
geöffnet werden kann, wobei dieser sich von seinem jeweiligen Ansaugventil 18F oder
18R wegbewegt.
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Andererseits weist jede Ausströmöffnung 17F und 17R ein Ausströmventil
19F bzw. l9R auf der der Ausströmkammer 14F bzw. 14R zugewandten Seite auf, daß
während eines Ausströmtaktes des Kolbens 9 geöffnet werden kann, wobei dieser sich
auf sein entsprechendes Ausströmventil l9F oder 19R zubewegt.
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Durch den vorderen und den hinteren Zylinderblock 1F und 1R verlaufen
Paare von ausgefluchteten Durchlässen 24 (24a) zur Durchförderung des Kühlgases,
die auch zur Aufnahme der vorerwähnten durchgehenden Bolzen 4 verwendet werden.
Die inneren Endabschnitte der jeweiligen Durchlässe 24 münden in die Taumelscheibenkammer
8, während die entgegengesetzten äußeren Endabschnitte außer dem der einen Öffnung
24a, die gemäß Fig. 2 im unteren Bereich des
vorderen Zylinderblocks
1F ausgebildet ist, so verlaufen, daß sie mit den Saugkammern 13F und 13R direkt
in Verbindung stehen. Der Durchlaß 24a steht an seinem äußeren Ende mit einer Einlaßöffnung
25 eines Bypass-Kanals 26A in Verbindung, der in dem vorderen Gehäuse 2F zu der
Wellendichtungskammer 22 verläuft. Ein zweiter Bypass-Kanal 26B ist in dem vorderen
Gehäuse 2F ausgebildet und verläuft von der Wellendichtungskammer 22 zu der vorerwähnten
separat abgetrennten Saugkammer 13a. Auf diese Weise steht der Zuführdurchlaß 24a
mit der Saugkammer 13a über den ersten Bypass-Kanal 26A, die Wellendichtungskammer
22 und den zweiten Bypass-Kanal 26B in Verbindung.
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Der so aufgebaute Kühlmittelkompressor arbeitet wie folgt.
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Über den Eingriff der Magnetkupplung, die am vorderen Ende der Antriebswelle
5 angeordnet ist, wird eine Drehung der Maschine auf die Antriebswelle 5 übertragen.
Wenn die Welle 5 auf diese Weise angetrieben ist, dreht sich der angetriebene Ring
23b der mechanischen Dichtung 23 in der Wellendichtungskammer 22 zusammen mit der
Antriebswelle und steht mit dem Sitzring 23a im Gleitkontakt, so daß die Antriebswelle
5 mittels der mechanischen Dichtung 23 fluiddicht abgedichtet ist. Andererseits
wird die Drehung der Antriebswelle auf die Taumelscheibe 10 übertragen, die sich
in der Taumelscheibenkammer 8 taumelnd dreht. Diese Taumelbewegung der Scheibe 10
wird über die Schuhe 12 auf jeden Kolben 9 übertragen, was deren kontinuierliche
Hin-und Herbewegung in den entsprechenden Zylindern 7 bewirkt.
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Während eines Ansaugtaktes des Kolbens 9, der von dem in dem Zylinder
7a verschieden ist, wird eine Menge des Kühlgases aus der Taumelscheibenkammer 8
durch den Durchlaß 24 unter dem Einfluß des Saugeffektes infolge der Druckdifferenz
zwischen der Saugkammer und der Taumelscheibenkammer 8 in jede der vorderen und
hinteren Saug-
kammern 13F und 13R gefördert. Dieser Saugeffekt
entwickelt sich auch in der Saugkammer 13a, aber sie erhält das Kühlgas durch den
Zuführdurchlaß 24a, den ersten Bypass-Kanal 26A, die Wellendichtungskammer 22 und
den zweiten Bypass-Kanal 26B. Auf diese Weise durchströmt das Kühlgas die Wellendichtungskammer
22 in Richtung auf die Saugkammer 13a, was ermöglicht, daß ein Teil des darin enthaltenen
Öls auf die mechanische Dichtung 23 zu deren Schmierung aufgebracht wird. Da die
Saugkammer 13a unabhängig von den anderen zwei vorderen Saugkammern 13F ausgebildet
ist und allein mit dem Zylinder 7a in Verbindung steht, kann die Druckdifferenz,
die zwischen der der Saugkammer 13a zugewandten Auslaßöffnung des Bypass-Kanals
26B und der dem Zuführdurchlaß 24a zugewandten Öffnung des Bypass-Kanals 26A während
eines Saugtaktes des Kolbens 9 in dem Zylinder 7a entsteht, gehalten werden, ohne
daß sie durch andere Zylinder 7 beeinflußt wird, so daß das Kühlgas, daß das Schmieröl
enthält, aus der Taumelscheibenkammer 8 in die Wellendichtungskammer 22 mit einem
verbesserten glatten Fluß zur Sicherung der Schmierung der Wellendichtung befördert
wird. Da die Saugkammer 13a mit keinem Durchlaß 24, sondern nur über die Wellendichtungskammer
22 mit dem Durchlaß 24a in Verbindung steht, wird sie von dem Gas, das aus den Durchlässen
24 ausströmt, nicht beeinflußt, was ansonsten den Saugeffekt in der Saugkammer 13a
vermindern würde.
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Bei einem Test, der von dem Erfinder durchgeführt wurde, ergab sich
für die Temperatur der Gleitflächen zwischen dem Sitzring und dem angetriebenen
Ring der mechanischen Dichtung im Falle des Standes der Technik, wie er in Fig.
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3 dargestellt ist, etwa 1500C, während die Temperatur im erfindungsgemäßen
Fall mit etwa 1340C gemessen wurde, was einem Abfall von etwa 240 entspricht. Dies
bedeutet, daß die Bildung eines Öl films auf den Gleitflächen durch das
erfindungsgemäße
Schmiersystem gesichert werden kann, was dazu führt, daß die Gleitfähigkeit und
die Haltbarkeit der mechanischen Dichtung in großem Maße verbessert werden kann.
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Vorstehend sind nur einige Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert
worden. Es liegt jedoch für den Fachmann auf der Hand, daß zahlreiche Änderungen
und Abwandlungen ausführbar sind, ohne den Rahmen und den Grundgedanken der Erfindung
zu verlassen.
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Es wird ein Schmiersystem in einem Taumelscheiben-Kühlgaskompressor
beschrieben, bei dem zur Schmierung einer Wellendichtungskammer, die zwischen einem
Ende einer Antriebswelle und der inneren Umfangsfläche eines vorderen Gehäuses des
Kompressors ausgebildet ist, mittels der Verwendung von im Kühlgas enthaltenen Schmieröls
die Wellendichtungskammer mit einem, eine unabhängige begrenzte Öffnung bildenden
Teil der Saugkammer im vorderen Geäuse in Verbindung steht, die so angeordnet ist,
daß sie mit einem der Kompressorzylinder in Verbindung steht. Das Kühlgas, das Schmiermittel
enthält, wird mittels der Saugwirkung, die durch den Unterdruck, der in dem mit
der Öffnung in Verbindung stehenden Zylinder erzeugt wird, hervorgerufen wird, über
die Wellendichtungskammer und die Bypass-Kanäle zu der Öffnung befördert.
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