DE3686639T2 - Einkomponenten-abdichtung. - Google Patents

Einkomponenten-abdichtung.

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DE3686639T2 DE8686116294T DE3686639T DE3686639T2 DE 3686639 T2 DE3686639 T2 DE 3686639T2 DE 8686116294 T DE8686116294 T DE 8686116294T DE 3686639 T DE3686639 T DE 3686639T DE 3686639 T2 DE3686639 T2 DE 3686639T2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/36Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member connected by a diaphragm or bellow to the other member

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  • Sealing Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Dichtungsbauteil zum Herstellen einer Dichtung zwischen einer drehbaren Welle und einem Gehäuse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Mechanische Drehdichtungen sind insbesondere für eine große Mengenproduktion von industriellen Pumpen und Haushaltungspumpen konstruiert, welche mit Wasser, Dampf, Öl, hydraulischen Flüssigkeiten, Kühlmitteln und Gasen bei hohen Drucken arbeiten. Durch die US-A-3,185,488 ist beispielsweise eine mechanische Drehdichtung bekanntgeworden, welche ein Dichtungsteil mit Verstärkungsteilen hat, wodurch die Verwendung einer Schraubenfeder nicht erforderlich ist, um die Stirnteile in Position gegeneinander zu halten. Obwohl viele der Nachteile der auf der Schraubenfeder beruhenden Dichtung durch diese Anordnung vermieden werden, bleiben weitere Nachteile und neue Probleme werden geschaffen. Insbesondere bedingen die Einbauverstärkungsteile eine teure Konstruktion. Auch macht es die Anwesenheit solcher Verstärkungsteile schwierig, die Dichtung zu installieren, da sie klemmt, wenn sie an die Welle oder das Gehäuse montiert wird, und zwar wegen der Erfordernis, daß sie in ihrer Position als eine Einheit gleiten muß, um so eine feste Dichtung zu erhalten. Weiterhin haben solche Dichtungen einen sehr kleinen Betriebsbereich im Hinblick auf ihr tatsächliches Zusammendrücken, das nachteilig bei kleinen Toleranzkonstruktionen und Betriebssituationen ist. Hinzu kommt, daß die wirklichen Fälle, über den Betriebsbereich gesehen, beträchtlich variieren.
  • Ein Dichtungsbauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der FR-A-2,370,207 offenbart.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird somit darin gesehen, ein Dichtungsbauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welches einen großen Betriebsbereich von axialer Pressung und weiterhin eine im wesentlichen konstante axiale Kraft über den Betriebsbereich hat.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Dichtungsbauteil gemäß dein Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechend dem kennzeichnenden Teils dieses Anspruchs ausgebildet ist.
  • Das erfindungsgemäße Dichtungsbauteil hat keine große Anzahl von Komponenten, welche die Herstellung kompliziert machen würden, und sorgt trotzdem für eine gleiche niedrige Verteilung auf dem Umfang auf der Carbonfläche. Das Dichtungsbauteil hat keine metallischen Teile, wodurch die Dichtung bei Verwendung von Säuren und hochkorrodierenden Flüssigkeiten verwendbar ist. Es gibt keine Metall-zu-Metall-Beeinflussungen mit dem Pumpengehäuse und kein Bedürfnis für die Verwendung eines O-Rings oder eines Mastix-Dichtungsmaterials. Das Dichtungsbauteil benötigt keine Verstärkungsteile, um die Dichtungsteile ortsfest zu halten. Die Dichtung kann leicht zusammengebaut werden und auf der Welle und dem Gehäuse installiert werden, ohne die Welle und das Gehäuse während des Zusammenbaus zu klemmen. Die erfindungsgemäße Dichtung hat einen großen Betriebsbereich von axialer Pressung und sorgt dabei für eine im wesentlichen konstante axiale Kraft über den Betriebsbereich der axialen Pressung.
  • Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • Hierbei stellen dar:
  • Fig.1 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen auf einer Welle montierten Dichtung in einem nicht zusammengedrückten Zustand,
  • Fig.2 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen, in einer Bohrung montierten Dichtung in einem nicht zusammengedrückten Zustand,
  • Fig.3 einen Querschnitt der Dichtung nach Fig. 1 in einem zusammengepreßten Zustand innerhalb des Betriebsbereichs und
  • Fig.4 einen Querschnitt der Dichtung nach Fig. 2 in einem zusammengepreßten Zustand innerhalb des Betriebsbereichs.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung nach einem Ausführungsbeispiel, bei welchem die Dichtung auf eine Welle montiert ist, ist ein Dichtungsbauteil zum Herstellen einer Dichtung zwischen einer drehbaren Welle und einem Gehäuse geschaffen, mit einem ringförmigen Stirnteil mit einem axialen Stirnabschnitt zum Abstützen, Abdichten und Drehen relativ zu einer gegenüberliegenden Fläche des Gehäuses, mit einem sich axial erstreckenden, rohrförmigen, elastomeren Balg mit einem ersten Endabschnitt zum Abdichten gegenüber dem ringförmigen Stirnteil und einem zweiten Endabschnitt zum Abdichten gegenüber der Welle und mit einem axialen mittleren Abschnitt, welcher sich zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt erstreckt, wobei der axiale mittlere Abschnitt eine Einrichtung enthält, um den Balg über eine umlaufende Fläche des Balgs zu knicken, um so den axialen Stirnabschnitt des Stirnteils zur Dichtung mit einer gegenüberliegenden Oberfläche zu bringen und auch den zweiten Endabschnitt in Dichtung mit der Welle nach dem axialen Zusammendrücken des Balgs zu bringen.
  • Nach dem Ausführungsbeispiel Fig. 1 bildet ein Dichtungsbauteil 30 eine Dichtung zwischen einer drehbaren Welle 32 und einem Gehäuse 34. Das Dichtungsbauteil 30 weist ein ringförmiges Stirnteil, beispielsweise ein Carbonstirnteil 36 auf, welches einen axialen Stirnabschnitt, beispielsweise eine Oberfläche 38 zum Abstützen, Abdichten und Drehen relativ zu einer gegenüberliegenden Oberfläche des Gehäuses, wie z.B. eine Gehäusefläche 40, hat. Ein sich axial erstreckender, rohrförmiger, elastomerer Balg 42 weist einen ersten Endabschnitt 44 auf, welcher einen Block aus elastomerem Material enthält, welches gegen den hinteren Abschnitt 46 des Stirnteils 36 abdichtet. Der Balg 42 weist auch einen zweiten Endabschnitt 48 auf, um gegen die Welle 32 abzudichten. Weiterhin enthält der Balg 42 einen axialen mittleren Abschnitt 50 mit einer Einrichtung, um den Balg 42 um eine umlaufende Fläche zu knicken, wie beispielsweise eine konstruktiv geschwächte Halsfläche 52, um die Stirnfläche 38 des Stirnteils 36 in Dichtung mit der gegenüberliegenden Oberfläche 40 zu halten und um den zweiten Endabschnitt 48 in Dichtung mit der Welle 32 nach dem axialen Zusammendrücken des Balgs 42 zu halten. Vorzugsweise besteht der Balg 42 aus einem Stück eines elastomeren Materials, welches aus Ethylenpropylen, Fluorcarbon, Buna, Neopren oder ähnlichem Material besteht.
  • Das Stirnteil 36 und der Balg 42 sind separat geformt und werden mittels einer Schnappbewegung zusammengefügt, um so den Zusammenbau zu erreichen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Balg 42 nicht verstärkt und enthält keinen metallischen oder mit Plastik verstärkten Ring, um so den Balg 42 auf einer drehbaren Welle 32 oder einen Stirnteil 36 festzulegen. Deshalb dichtet der erste Endabschnitt 44 an dem Stirnteil 36 ohne eine Verstärkung und ohne ein Mastix-Dichtungsmaterial. Weiterhin dichtet auch der zweite Endabschnitt 48 an der Welle 32 ohne eine Verstärkung.
  • Nach der vorliegenden Erfindung weist die Einrichtung zum Knicken und Aufrechterhalten Mittel zum Knicken des mittleren Abschnitts 50 gegen die Welle 32 auf, so daß der zweite Endabschnitt 48 die Welle 32 mit einer zunehmenden Kraft erfaßt, wenn der Balg 42 in axialer Richtung zusammengedrückt wird. Die geometrische Anordnung des Balgs 42 ist das Mittel, wodurch dies erreicht wird.
  • Insbesondere weist die Einrichtung zum Knicken und Aufrechterhalten der Dichtung eine Halsfläche 52 mit einem engen Querschnitt auf, welche an der Verbindung zwischen dem mittleren Abschnitt 50 und ersten Endabschnitt 44 angeordnet ist. Der mittlere Abschnitt 50 hat einen dünnen, radialen Querschnitt und die ersten und zweiten Endabschnitt 44 und 48 haben vergleichsweise große radiale Querschnitte relativ zu dem mittleren Abschnitt 50. Der radiale Querschnitt des mittleren Abschnitts 50 ist vorzugsweise weniger als etwa die Hälfte seines axialen Querschnitts. Der mittlere Abschnitt 50 erstreckt sich im wesentlichen länglich in axialer Richtung und die Halsfläche 52 ist radial auswärts an der Verbindung zwischen dem mittleren Abschnitt 50 und dem zweiten Endabschnitt 48 angeordnet. Weiterhin divergiert der mittlere Abschnitt 50 vom zweiten Endabschnitt 48 zum ersten Endabschnitt 44 um einen Winkel im Bereich von etwa 100 bis etwa 45º. Der mittlere Abschnitt 50 hat einen radialen Querschnitt, welcher in seiner Breite in der Richtung von dem ersten Endabschnitt 44 zu dem zweiten Endabschnitt 48 ansteigt.
  • Erfindungsgemäß enthält die konstruktiv geschwächte Halsfläche 52 vorzugsweise einen ersten V-Abschnitt 54 an der radialen Außenseite des Dichtungsbauteils 30 und einen zweiten V-Abschnitt 56 an der radialen Innenseite des Dichtungsbauteils 30. Der Konvergenzpunkt des ersten V-Abschnitts liegt radial innerhalb des Konvergenzpunktes 60 des zweiten V-Abschnitts.
  • Die Geometrie, welche für das Knicken sorgt, gestattet dem Balg 42 für eine im wesentlichen konstante axiale Kraft über den Betriebsbereich des axialen Zusammendrückens des Balgs 42 zu sorgen. Weiterhin ist der Betriebsbereich des Balgs 42 gegenüber herkömmlichen Dichtungen, welche einen Betriebsbereich von ungefähr 0.040 inches haben, wesentlich vergrößert, hin zu einem wesentlich größeren Betriebsbereich von etwa 0.140 inches. Dieser größere Betriebsbereich und die konstante axiale Kraft über den Betriebsbereich gestatten es, daß die erfindungsgemäße Dichtung in Situationen mit kleiner Toleranz verwendet wird, bei denen ein axiales Spiel mitwirkt.
  • Gemäß Fig. 3 ist die Dichtung in einem zusammengepreßten Zustand innerhalb des Betriebsbereichs gezeigt. Die Dichtung kann weiter oder weniger weit als in diese Position zusammengepreßt werden und ist dann immer noch in einem Betriebsbereich, in dem eine Dichtung stattfindet und eine konstante axiale Kraft vorhanden ist.
  • Eine Kraft wird zwischen den Stirnteilen 38 und 40 aufrechterhalten, welche genügend groß ist, um für eine gute Dichtung zu sorgen, und genügend klein ist, um nicht übermäßige Hitze aufgrund von Reibung zu schaffen. Zusätzlich ist aufgrund der Abwesenheit von Verstärkungsringen und der Knickanordnung der innenseitige Durchmesser 64 des zweiten Endabschnitts 48 genügend groß relativ zu dem Außendurchmesser 66 der Welle 32, so daß das Dichtungsbauteil 30 nicht geklemmt wird, wenn es auf die Welle 32 montiert wird. Dies ist der Fall, obwohl der Innendurchmesser des zweiten Endabschnitts vorzugsweise kleiner ist als der Außendurchmesser der Welle.
  • Eine derart leichte Montage ist wichtig und wäre nicht möglich mit herkömmlichen Dichtungen, welche Verstärkungsringe verwenden, weil sie sowohl während der Installation als auch während des Betriebs fest angepaßt sind, was eine Bedingung darstellt, welche aufgrund der geometrischen Anordnung des Balgs 42 nach der vorliegenden Erfindung unnötig ist.
  • Weitere geometrische Merkmale der vorliegenden Erfindung helfen diese Eigenschaften zu etablieren und helfen auch Eigenschaften zu etablieren, welche es dem Balg 42 gestatten, an dem Stirnteil 36 gesichert zu sein, und dabei ein unerwünschtes Drehmoment an dem Stirnteil 36 aufgrund des axialen Zusammenpressens des Balgs 42 während des Betriebs zu vermeiden. Die äußere Oberfläche 62 des mittleren Abschnitts 50 und der Konvergenzpunkt 60 des zweiten V-Abschnitts sind im allgemeinen auf der gleichen konischen Oberfläche ausgerichtet, so daß eine Projektion der Oberfläche 62 dem Konvergenzpunkt 60 schneiden würde. Weiterhin sind der Konvergenzpunkt 60 des zweiten V-Abschnitts 56 und das Zentrum 46 des radialen Querschnitts des Stirnteils 36 im gleichen radialen Abstand von der Längsachse 68 des Dichtungsbauteils 30 angeordnet.
  • Aufnahmemittel, wie beispielsweise ein Hohlraum 70, ist in der axialen Stirnfläche des ersten Endabschnitts 44 angeordnet. Der hintere axiale Abschnitt 46 des Stirnteils 36 weist einen konvex ausgebildeten, zentralen Querschnitt 72 und einen vorwärts- und auswärtsgewinkelten, radialen, äußeren Abschnitt 74 auf. Diese geometrische Anordnung gestattet es der Kraft des Balgs 42, um die Teile des Stirnteils 36 herumzufließen, welche den konvex geformten, zentralen Querschnitt 72 und den vorwärts- und auswärtsgewinkelten, radialen, äußeren Abschnitt 74 aufweisen, um so für eine Haltekraft auf dem radialen Außenteils des Stirnteils 36 zu sorgen.
  • Vorzugsweise enthält der radial äußere Abschnitt des Hohlraums 70 eine Arretierungseinrichtung 76, um einen formschlüssigen Halt gegen relative axiale Bewegung zwischen dem Stirnteil 36 und dem Balg 42 vorzusehen. Die Arretierungseinrichtung 76 weist Lippen in dem Balg 42 auf, welche in eine Ausnehmung im Stirnteil 36 eingreifen. Bei einer derartigen Ausbildung können die zwei Stücke getrennt geformt werden und dann zusammengefügt werden, indem sie eingeschnappt werden, um so die Verbindung herzustellen. Radiale Innen- und Außenabschnitte 76 und 78 werden verwendete um das Stirnteil 36 und den elastomeren Balg 42 fester zu sichern.
  • Das erfindungsgemäße Dichtungsbauteil ist herkömmlichen Dichtungsbauteilen nicht ähnlich und besteht nur aus einem weiteren Element außer dem Stirnteil 36, nämlich dem Balg 42, welcher als ein nicht verstärktes, einzelnes Bauteil die Erfordernisse vieler Elemente von herkömmlichen Dichtungen, welche in dieser Anordnung nicht erforderlich sind, erfüllt. Insbesondere sind vier Erfordernisse bei den Dichtungen zu erfüllen. Sie bestehen aus der Vorsehung für eine axiale Kraft, eine drehbare Bewegung, einer ersten Dichtung zwischen relativ zueinander drehbaren Gegenflächen und einer zweiten Dichtung zwischen statischen Oberflächen. Der erfindungsgemäße Balg sieht all diese Erfordernisse außer derjenigen der ersten Dichtung vor.
  • Wenn die Dichtung verwendet wird, dann besteht Atmosphärendruck P&sub0; auf dem radialen inneren Teil der Dichtung und ein höherer Druck P&sub1; besteht auf dem radialen äußeren Teil der Dichtung aufgrund des Druckes der Dichtungsflüssigkeit. Der zweite Endabschnitt 48 enthält eine axiale Dichtungsoberfläche 80, um gegen einen axialen Abschnitt der Welle 32 abzudichten und einen inneren radialen Dichtungsabschnitt 64, um gegen den äußeren radialen Abschnitt der Welle abzudichten. Gemäß Fig. 3 wird dies erreicht, indem eine Welle 32 mit einem so geformten Absatz verwendet wird, daß ein geringerer und ein größerer äußerer Radius und ein mittlerer axialer Abschnitt erreicht wird.
  • Der zweite Endabschnitt 48 weist eine zweite axiale Oberfläche 82 mit einem Innenradius 84 auf, welcher geringer ist als der Außenradius 86 des axialen Abschnitts der Welle. Da P&sub1; größer ist als P&sub0;, bewirkt diese Beziehung, daß der axiale Abschnitt 80 des zweiten Endabschnitts 48 gegen den axialen Abschnitt der Welle abgedichtet wird. Die Dichtungskraft wächst an, wenn der Flüssigkeitsdruck P&sub1; ansteigt, wobei eine noch festere Dichtung unter hohem Druck gebildet wird. In gleicher Weise enthält der erste Endabschnitt 44 eine hintere axiale Oberfläche 88 mit einem minimalen Außenradius, welcher geringer ist als der Außenradius des Stirnteils 36, so daß der Druck P&sub1; den ersten Endabschnitt 44 gegen die Gehäusefläche 40 drückt und dazu neigt, diese Druckkraft zu erhöhen, wenn der Druck der Dichtungsflüssigkeit P&sub1; ansteigt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung nach einem Ausführungsbeispiel, bei welchem die Dichtung auf eine Welle montiert ist, ist ein Dichtungsbauteil zum Herstellen einer Dichtung zwischen einer drehbaren Welle und einem Gehäuse geschaffen, mit einem ringförmigen Stirnteil mit einem axialen Stirnabschnitt zum Abstützen, Abdichten und Drehen relativ zu einer gegenüberliegenden Fläche der Welle, mit einem sich axial erstreckenden, rohrförmigen, elastomeren Balg mit einem ersten Endabschnitt zum Abdichten gegenüber dem ringförmigen Stirnteil und einem zweiten Endabschnitt zum Abdichten gegenüber dem Gehäuse und mit einem axialen mittleren Abschnitt, welcher sich zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt erstreckt, wobei der axiale mittlere Abschnitt eine Einrichtung enthält, um den Balg über eine umlaufende Fläche des Balgs zu knicken, um so den axialen Stirnabschnitt des Stirnteils zur Dichtung mit einer gegenüberliegenden Oberfläche zu bringen und auch den zweiten Endabschnitt in Dichtung mit dem Gehäuse nach dem axialen Zusammendrücken des Balgs zu bringen.
  • Nach dem Ausführungsbeispiel Fig. 2 bildet ein Dichtungsbauteil 130 eine Dichtung zwischen einer drehbaren Welle 132 und einem Gehäuse 134. Das Dichtungsbauteil 130 weist ein ringförmiges Stirnteil, beispielsweise ein Carbonstirnteil 136 auf, welches einen axialen Stirnabschnitt 138 zum Abstützen, Abdichten und Drehen relativ zu einer gegenüberliegenden Oberfläche der Welle, wie z.B. eine Wellenfläche 140 hat. Ein sich axial erstreckender, rohrförmiger, elastomerer Balg 142 weist einen ersten Endabschnitt 144 auf, welcher einen Block aus elastomerem Material enthält, welches gegen den hinteren Abschnitt 146 des Stirnteils 136 abdichtet. Der Balg 142 weist auch einen zweiten Endabschnitt 148 auf, um gegen das Gehäuse 134 abzudichten. Weiterhin enthält der Balg 142 einen axialen mittleren Abschnitt 150 mit einer Einrichtung, um den Balg 142 um eine umlaufende Fläche zu knicken, wie beispielsweise eine konstruktiv geschwächte Halsfläche 152, um die Stirnfläche 138 des Stirnteils 136 in Dichtung mit der gegenüberliegenden Oberfläche 140 zu halten und um den zweiten Endabschnitt 148 in Dichtung mit der Welle 132 nach dem axialen Zusammendrücken des Balgs 142 zu halten. Vorzugsweise besteht der Balg 142 aus einem Stück eines elastomeren Materials, welches aus Ethylenpropylen, Fluorcarbon, Buna, Neopren oder ähnlichem Material besteht.
  • Das Stirnteil 136 und der Balg 142 sind separat geformt und werden mittels einer Schnappbewegung zusammengefügt, um so den Zusammenbau zu erreichen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Balg 142 nicht verstärkt und enthält keinen metallischen oder mit Plastik verstärkten Ring, um so den Balg 142 auf einer drehbaren Welle 132 oder einen Stirnteil 136 festzulegen. Deshalb dichtet der erste Endabschnitt 144 an dem Stirnteil 136 ohne eine Verstärkung und ohne ein Mastix-Dichtungsmaterial. Weiterhin dichtet auch der zweite Endabschnitt 148 an der Welle 132 ohne eine Verstärkung.
  • Nach der vorliegenden Erfindung weist die Einrichtung zum Knicken und Aufrechterhalten Mittel zum Knicken des mittleren Abschnitts 150 gegen die Welle 132 auf, so daß der zweite Endabschnitt 148 das Gehäuse 134 mit einer zunehmenden Kraft erfaßt, wenn der Balg 142 in axialer Richtung zusammengedrückt wird. Die geometrische Anordnung des Balgs 142 ist das Mittel, wodurch dies erreicht wird.
  • Insbesondere weist die Einrichtung zum Knicken und Aufrechterhalten der Dichtung eine Halsfläche 152 mit einem engen Querschnitt auf, welche an der Verbindung zwischen dem mittleren Abschnitt 150 und zweiten Endabschnitt 148 angeordnet ist. Der mittlere Abschnitt 150 hat einen dünnen, radialen Querschnitt und die ersten und zweiten Endabschnitt 144 und 148 haben vergleichsweise große radiale Querschnitte relativ zu dem mittleren Abschnitt 150. Der radiale Querschnitt des mittleren Abschnitts 150 ist vorzugsweise weniger als etwa die Hälfte seines axialen Querschnitts. Der mittlere Abschnitt 150 erstreckt sich im wesentlichen länglich in axialer Richtung und die Halsfläche 152 ist radial auswärts an der Verbindung zwischen dem mittleren Abschnitt 150 und dem ersten Endabschnitt 144 angeordnet. Weiterhin divergiert der mittlere Abschnitt 150 vom ersten Endabschnitt 144 zum zweiten Endabschnitt 148 um einen Winkel im Bereich von etwa 10º bis etwa 45º. Der mittlere Abschnitt 150 hat einen radialen Querschnitt, welcher in seiner Breite in der Richtung von dem zweiten Endabschnitt 148 zu dem ersten Endabschnitt 144 ansteigt.
  • Erfindungsgemäß enthält die konstruktiv geschwächte Halsfläche 152 vorzugsweise einen ersten V-Abschnitt 154 an der radialen Außenseite des Dichtungsbauteils 130 und einen zweiten V-Abschnitt 156 an der radialen Innenseite des Dichtungsbauteils 130. Der Konvergenzpunkt des ersten V-Abschnitts liegt radial innerhalb des Konvergenzpunktes 160 des zweiten V-Abschnitts.
  • Die Geometrie, welche für das Knicken sorgt, gestattet dem Balg 142 für eine im wesentlichen konstante axiale Kraft über den Betriebsbereich des axialen Zusammendrückens des Balgs 142 zu sorgen. Weiterhin ist der Betriebsbereich des Balgs 142 gegenüber herkömmlichen Dichtungen, welche einen Betriebsbereich von ungefähr 0.040 inches haben, hin zu einem wesentlich größeren Betriebsbereich von etwa 0.140 inches. Dieser größere Betriebsbereich und die konstante axiale Kraft über den Betriebsbereich gestatten es, daß die erfindungsgemäße Dichtung in Situationen mit kleiner Toleranz verwendet wird, bei denen ein axiales Spiel mitwirkt.
  • Gemäß Fig. 4 ist die Dichtung in einem zusammengepreßten Zustand innerhalb des Betriebsbereichs gezeigt. Die Dichtung kann weiter oder weniger weit als in diese Position zusammengepreßt werden und ist dann immer noch in einem Betriebsbereich, in dem eine Dichtung stattfindet und eine konstante axiale Kraft vorhanden ist.
  • Eine Kraft wird zwischen den Stirnteilen 138 und 140 aufrechterhalten, welche genügend groß ist, um für eine gute Dichtung zu sorgen, und genügend klein ist, um nicht übermäßige Hitze aufgrund von Reibung zu schaffen. Zusätzlich ist aufgrund der Abwesenheit von Verstärkungsringen und der Knickanordnung der außenseitige Durchmesser 164 des zweiten Endabschnitts 148 genügend klein relativ zu dem Innendurchmesser 166 des Gehäuses 134, so daß das Dichtungsbauteil 130 nicht geklemmt wird, wenn es auf das Gehäuse 134 montiert wird. Dies ist der Fall, obwohl der Außendurchmesser des zweiten Endabschnitts vorzugsweise größer ist als der Innendurchmesser des Gehäuses. Eine derart leichte Montage ist wichtig und wäre nicht möglich mit herkömmlichen Dichtungen, welche Verstärkungsringe verwenden, weil sie sowohl während der Installation als auch während des Betriebs fest angepaßt sind, was eine Bedingung darstellt, welche aufgrund der geometrischen Anordnung des Balgs 142 nach der vorliegenden Erfindung unnötig ist.
  • Weitere geometrische Merkmale der vorliegenden Erfindung helfen diese Eigenschaften zu etablieren und helfen auch Eigenschaften zu etablieren, welche es dem Balg 142 gestatten, an dem Stirnteil 136 gesichert zu sein, um dabei ein unerwünschtes Drehmoment an dem Stirnteil 136 aufgrund des axialen Zusammenpressens des Balgs 142 während des Betriebs zu vermeiden. Die äußere Oberfläche 162 des mittleren Abschnitts 150 und der Konvergenzpunkt 160 des zweiten V-Abschnitts sind im allgemeinen auf der gleichen konischen Oberfläche ausgerichtet, so daß eine Projektion der Oberfläche 162 dem Konvergenzpunkt 160 schneiden würde. Weiterhin sind der Konvergenzpunkt 160 des zweiten V-Abschnitts 156 und das Zentrum 146 des radialen Querschnitts des Stirnteils 136 im gleichen radialen Abstand von der Längsachse 168 des Dichtungsbauteils 130 angeordnet.
  • Aufnahmemittel, wie beispielsweise ein Hohlraum 170, ist in der axialen Stirnfläche des ersten Endabschnitts 144 angeordnet. Der hintere axiale Abschnitt 146 des Stirnteils 136 weist einen konvex ausgebildeten, zentralen Querschnitt 172 und einen vorwärts- und auswärtsgewinkelten, radialen, äußeren Abschnitt 174 auf. Diese geometrische Anordnung gestattet es der Kraft des Balgs 142, um die Teile des Stirnteils 136 herumzufließen, welche den konvex geformten, zentralen Querschnitt 172 und den vorwärts- und auswärtsgewinkelten, radialen, äußeren Abschnitt 174 aufweisen, um so für eine Haltekraft auf dem radialen Außenteils des Stirnteils 136 zu sorgen.
  • Vorzugsweise enthält der radial äußere Abschnitt des Hohlraums 170 eine Arretierungseinrichtung 176, um einen formschlüssigen Halt gegen relative axiale Bewegung zwischen dem Stirnteil 136 und dem Balg 142 vorzusehen. Die Arretierungseinrichtung 176 weist Lippen in dem Balg 142 auf, welche in eine Ausnehmung im Stirnteil 136 eingreifen. Bei einer derartigen Ausbildung können die zwei Stücke getrennt geformt werden und dann zusammengefügt werden, indem sie eingeschnappt werden, um so die Verbindung herzustellen.
  • Das erfindungsgemäße Dichtungsbauteil ist herkömmlichen Dichtungsbauteilen nicht ähnlich und besteht nur aus einem weiteren Element außer dem Stirnteil 136, nämlich dem Balg 142, welcher als ein nicht verstärktes, einzelnes Bauteil die Erfordernisse vieler Elemente von herkömmlichen Dichtungen, welche in dieser Anordnung nicht erforderlich sind, erfüllt. Insbesondere sind vier Erfordernisse bei den Dichtungen zu erfüllen. Sie bestehen aus der Vorsehung für eine axiale Kraft, eine drehbare Bewegung, einer ersten Dichtung zwischen relativ zueinander drehbaren Gegenflächen und einer zweiten Dichtung zwischen statischen Oberflächen. Der erfindungsgemäße Balg sieht all diese Erfordernisse außer derjenigen der ersten Dichtung vor.
  • Wenn die Dichtung verwendet wird, dann besteht Atmosphärendruck P&sub0; auf dem radialen inneren Teil der Dichtung und ein höherer Druck P&sub1; besteht auf dem radialen äußeren Teil der Dichtung aufgrund des Druckes der Dichtungsflüssigkeit. Der zweite Endabschnitt 148 enthält eine axiale Dichtungsoberfläche 180, um gegen einen axialen Abschnitt des Gehäuses 134 abzudichten und einen äußeren radialen Dichtungsabschnitt 164, um gegen den inneren radialen Abschnitt des Gehäuses 134 abzudichten. Gemäß Fig. 4 wird dies erreicht, indem ein Gehäuse 134 mit einem so geformten Absatz verwendet wird, daß axiale und radiale Oberflächen gebildet werden.
  • Die äußere radiale Oberfläche des Gehäuses 136 hat einen Außenradius, welcher größer ist als der minimale Radius des Balgs 142, so daß der Druck P&sub1; den ersten Endabschnitt 144 gegen die Dichtfläche 140 drückt und dazu neigt, diese Druckkraft zu erhöhen, wenn der Druck der Dichtungsflüssigkeit P&sub1; ansteigt.
  • Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Anordnung ist, daß jede Größe, welche für einen Balg gebildet ist, sowohl als eine auf einer Welle oder an einem Gehäuse montierten Dichtung dienen kann, wobei lediglich kleinere Änderungen in der Bildung notwendig sind. Die folgende Tabelle zeigt, daß ein Balg, welcher durch eine besondere Formung hergestellt ist, als eine Dichtung für eine unterschiedliche Schaftgröße dienen kann, wenn er in einer auf einer Welle montierten Dichtungsanordnung bzw. in einer Bohrung montierten Anordnung verwendet wird. Tabelle I Formnummer Typ 6 Wellendurchmesser Typ 7 Wellendurchmesser
  • Ebenso ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Anordnung einen größeren Toleranzbereich als herkömmliche Anordnungen hat, da sie leicht zu installieren ist, sie sich an verschiedene Oberflächenrauheiten einer Welle oder eines Gehäuses anpaßt und sie es außerdem ermöglicht, sich an Wellen und Gehäuse anzupassen, welche sowohl in englischen und metrischen Einheiten aus einem Formungssatz gemacht sind. Die folgende Tabelle zeigt beispielsweise, wie jede Form in einer Formungsserie eine Dichtung herstellen kann, welche sowohl verwendbar ist auf einer Welle, welche in dem englischen System geeicht ist, und einer leicht unterschiedlichen Wellengröße, welche in dem metrischen System geeicht ist. Tabelle II Formnummer englischer Wellendurchmesser metrischer Wellendurchmesser
  • Weitere Vorteile und Änderungen sind dem Fachmann geläufig. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele und spezielle Daten beschränkt.

Claims (13)

1. Dichtungsbauteil zum Herstellen einer Dichtung zwischen einer drehbaren Welle und einem Gehäuse, umfassend:
einen sich axial erstreckenden rohrförmigen elastomeren Balg (42; 14) mit einem ersten Endabschnitt (44; 148), einem zweiten Endabschnitt (48; 144) und einem sich dazwischen erstreckenden axial mittleren Abschnitt (50; 150), der den ersten Endabschnitt (44; 148) axial von dem ersten Endabschnitt (48; 144) beabstandet, um bei axialer Zusammendrückung des elastomeren Balges (42; 142) den ersten Endabschnitt (44; 148) bezüglich einer entsprechenden Gehäuseoberfläche und den zweiten Endabschnitt (48; 144) bezüglich einer entsprechenden Wellenfläche in Position zu halten;
einen ringförmigen Stirndichtring (36; 136), der in einem des ersten oder zweiten Endabschnittes (144; 144) angeordnet ist, wobei der ringförmige Stirndichtring (36; 136) eine vordere axiale Fläche (38; 138) zum Abstützen, Abdichten und Drehen relativ gegenüber dem einen des Gehäuses (34) oder der Welle (132), das zu dem einen von ersten oder zweiten Endabschnitten (44; 144) korrespondiert, in welchem der ringförmige Stirndichtring (36; 136) angeordnet ist;
wobei der andere des ersten oder zweiten Endabschnitts (48; 148), in dem der ringförmige Stirndichtring nicht angeordnet ist, zum Herstellen einer Dichtung mit dem entsprechenden Gehäuse (34) oder der Welle (132) ausgebildet ist;
wobei der axial mittlere Abschnitt (50; 150) von dem zweiten Endabschnitt (48; 144) zum ersten Endabschnitt (44; 148) unter einem Winkel im Bereich von ungefähr 10º bis 45º divergiert, wobei der mittlere Abschnitt (50; 150) eine in den Balg (42; 142) integrierte Einrichtung aufweist, die dimensioniert und gestaltet ist, um den Balg zur Welle (132) hin zu knicken, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbindungen zwischen dem mittleren Abschnitt und dem ersten Endabschnitt (44; 148) ein konstruktiv geschwächter Hals (52; 152) angeordnet ist und dadurch das eine von Gehäuse (34) oder Welle (132), das dem anderen Endabschnitt (48; 144) entspricht, mit ansteigender Kraft ergreift, wenn der rohrförmige elastomere Balg (42; 142) axial zusammengedrückt wird, wobei der konstruktiv geschwächte Hals (52; 152) definiert wird durch eine erste umlaufende Gestalt (54; 154) mit einem V-förmigen Querschnitt an der radial äußeren Seite des Dichtungsteils und durch eine zweite umlaufende Gestalt (56; 156) mit einem V-förmigen Querschnitt an der radial inneren Seite des Dichtungsteiles, und dadurch, daß der Bereich mit der geringsten Dicke des mittleren Abschnitts zwischen dem Scheitel (58; 158) der ersten V-förmigen umlaufenden Gestalt (54; 154) und einem Schenkel der V-förmigen zweiten umlaufenden Gestalt (56; 156) angeordnet ist, wobei der Scheitel (58; 158) der V-förmigen ersten umlaufenden Gestalt (54; 154) radial innerhalb des Scheitels (60; 160) der V-förmigen zweiten umlaufenden Gestalt (56; 156) angeordnet ist, und wobei der Scheitel (60; 160) der V-förmigen zweiten umlaufenden Gestalt (56; 156) im wesentlichen auf einer Linie liegt, die an die Außenfläche (62; 162) des mittleren Abschnitts (50; 150) angrenzt und mit dieser fluchtet.
2. Dichtungsteil nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser des mittleren Abschnitts (50; 150) ansteigt je weiter sich der mittlere Abschnitt (50; 150) von dem zweiten Endabschnitt (48; 144) in Richtung des konstruktiv geschwächten Halses (52; 152) erstreckt.
3. Dichtungsteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die radial Dicke des mittleren Abschnitts (50; 150) abnimmt je weiter sich der mittlere Abschnitt (50; 150) von dem zweiten Endabschnitt (48; 144) in Richtung des konstruktiv geschwächten Halses (52; 152) erstreckt.
4. Dichtungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mittlere Abschnitt (50; 150) eine sich radial erstreckende Dicke aufweist, die geringer ist, als ungefähr die Hälfte der sich axial erstreckenden Länge des mittleren Abschnitts (50; 150).
5. Dichtungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Außendurchmesser des ersten Endabschnitts (148) zum Dichten gegen das Gehäuse (134) so dimensioniert ist, daß er zur Zeit, wenn das Dichtungsteil am Gehäuse montiert wird, im Gleitsitz in das Gehäuse (134) paßt.
6. Dichtungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Innendurchmesser des zweiten Endabschnitts (48) zum Abdichten gegen die Welle (32) so dimensioniert ist, daß er zur Zeit, wenn das Dichtungsteil auf die Welle montiert wird, im Gleitsitz auf die Welle (32) paßt.
7. Dichtungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der eine des ersten oder zweiten Endabschnitts (44; 144), in dem der ringförmige Stirndichtring (36; 136) angeordnet ist, eine interierte elastomere Kontakteinrichtung zum Berühren des ringförmigen Stirndichtringes (36; 136) aufweist.
8. Dichtungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mittlere Abschnitt (50; 150) einen schlanken radialen Querschnitt aufweist relativ zum Querschnitt seiner axialen Länge.
9. Dichtungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei sowohl der erste als auch der zweite Endabschnitt (44; 148; 144; 148) einen radialen Querschnitt größerer Breite aufweist als der radiale Querschnitt des mittleren Abschnitts(50; 150).
10. Dichtungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der eine von dem ersten oder zweiten Endabschnitt (44; 144), in dem der Stirndichtring angeordnet ist, eine Aufnanmeeinrichtung (70; 170) zum Aufnehmen und Stützen des Stirndichtringes (36; 136) aufweist.
11. Dichtungsteil nach Anspruch 10, wobei der Stirndichtring (36; 136) und der radial äußere Abschnitt der Aufnahmeeinrichtung (70) eine Arretierungseinrichtung (76; 176) aufweist, um einen formschlüssigen Halt gegen relative axiale Bewegung vorzusehen.
12. Dichtungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der elastomere Balg (42; 142) einstückig aus homogenem elastomeren Material aufgebaut ist.
13. Dichtungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Scheitel (60; 160) der V-förmigen zweiten umlaufenden Gestalt (56; 156) und der Mitte des radialen Querschnitts des Stirndichtringes (36; 136) auf ungefähr demselben radialen Abstand von der Längsachse des Dichtungsteil angeordnet sind.
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