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Hintergrund
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Einrichtung zum Bereitstellen einer Dichtung zwischen einem
Schaft und einem Gehäuse.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine dynamische
Dichtungseinrichtung, um zu verhindern, dass Schmierstoff aus einem
Gehäuse
austritt und/oder dass Schmutzstoffe in das Gehäuse eindringen.
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Einrichtungen nach dem Stand der
Technik zum Abdichten eines sich drehenden Schaftes werden in den
US-Patenten Nr. 4 022 479 (Orlowski) und 5 024 451 (Borowski offenbart.
Dichtungseinrichtungen dieser Art können verwendet werden, um zu
verhindern, dass Schmierstoff aus einem Lagergehäuse entweicht und/oder um Schmutzstoffe
daran zu hindern, sich ihren Weg in das Gehäuse zu bahnen. Die Einrichtungen
nach dem Stand der Technik werden aus mindestens zwei ringförmigen Gliedern
gebildet, die sich in Bezug zueinander drehen, wenn der Schaft gedreht
wird. Eines der Glieder ist an dem Gehäuse befestigt und dreht sich
nicht. Das andere Glied dreht sich mit dem sich drehenden Schaft.
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Die beiden Ringglieder sollten sehr
eng gegeneinander anliegen, insbesondere wenn die Dichtungseinrichtung
dazu benutzt wird, das Gehäuse gegenüber feinstverteilten
festen Schmutzstoffen abzuschließen. Selbst kleine Mengen solcher
Schmutzstoffe sind in der Lage, das Lager bedeutend in der Qualität zu beeinträchtigen.
Um eine derartige Verschmutzung zu verhindern, müssen die beiden sich in Bezug
zueinander drehenden Ringglieder sehr eng zusammen gehalten werden,
mit nur einem sehr engen Raum zwischen ihnen.
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Die Ringglieder der Dichtungseinrichtung nach
Orlowski sind durch ein separates Sicherungsmittel miteinander verbunden,
das in dem Patent nach dem Stand der Technik nicht gezeigt wird.
Die Ringglieder selbst haben kein Mittel zum Herstellen und Aufrechterhalten
eines engen Abstandes zwischen ihnen. Deshalb kann die Dichtungseinrichtung nach
dem Stand der Technik nicht als eine Einheit mit einen voreingestellten,
festen Beabstandung hergestellt werden. Der Abstand zwischen den
Ringgliedern muss eingestellt werden, wenn die Dichtungseinrichtung
in das Gehäuse
eingebaut wird. Dies lässt
menschlichem Versagen außerhalb
der Kontrolle des Herstellers der Einrichtung. Insbesondere kann
die Einrichtung nach Orlowski unkorrekt eingebaut werden, mit den
Ringgliedern zu weit auseinanderliegend, um in befriedigender Weise
zu wirken. Ein anderes Problem bei der Einrichtung nach Orlowski
ist, dass die Ringglieder nach dem Einbau getrennt werden können, zum
Beispiel durch Hochdruck- Sprühmittel
zum Reinigen.
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Die Ringglieder der Einrichtung nach
Borowski werden durch einen Wulst und eine Nut zusammengehalten,
die auf den Ringgliedern selbst vorgesehen sind. Der Wulst passt
mit einer Presspassung in die Nut. Diese Anordnung ist eine Verbesserung
gegenüber
dem System nach Orlowski in dem Sinn, dass kein separates Sicherungsmittel
benötigt
wird. Aber die Einrichtung nach Borowski ist noch unbefriedigend,
weil der Wulst elastisch verformt werden muss, um in die Nut positioniert
zu werden, und die Nut muss dementsprechend aufgeweitet werden,
um den verformten Wulst aufzunehmen. Die Verformung des Wulstes
beim Einbau macht es schwierig, die gewünschte enge Positionierung
zwischen den Ringgliedern zu erreichen, wie nachstehend ausführlicher
erläutert
wird.
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US-Patent Nr. 5 316 317 offenbart
ein System zum Bereitstellen einer Dichtung zwischen einem Gehäuse und
einem Schaft. Das System wird gebildet aus mindestens zwei Ringgliedern,
die miteinander durch relative Ausweitung des Durchmessers verbunden
sind, wobei die elastische axiale Verformung reduziert oder beseitigt
ist. Die Ringglieder können
durch eine in einer Ausnehmung befindliche ringförmige Auskragung zusammen gehalten
werden. Um Spiel zwischen der Auskragung und der Ausnehmung auszuschließen, kann
die Einrichtung zusammengebaut werden, indem die Ausnehmung erwärmt wird
und die Auskragung in die Ausnehnung eingesetzt wird, während die
Ausnehmung aufgeweitet ist. Das verbesserte System kann genau zusammengebaut
werden, mit sehr eng aneinander anliegenden Ringgliedern. Das System
hat verbesserte Eigenschaften bezüglich Ölzurückhaltung und Wasserausschluss.
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US-Patent Nr. 4 114 902 offenbart
Dichtungsringe mit zwei komplementären Teilen. Die Dichtungsringen
werden an den Schäften
sich drehender Elemente verwendet. Der erste Ring hat eine ringförmige Fläche mit
einer Ausnehmung darin, die dazu angepasst und konstruiert ist,
in einen sich axial erstreckenden Flansch zu passen, der sich von
der ringförmigen
Fläche
des zweiten Rings erstreckt. Der Flansch hat Nuten an der radial
nach außen
gerichteten Oberfläche.
Die nach innen gerichtete Wand der Ausnehmung besitzt ebenfalls
Nuten. Zusätzlich ist
eine Verbindungsöffnung
durch den ersten Ring vorhanden, um mit der Ausnehmung in Verbindung zu
stehen. Die verschiedenen Nuten sind dazu bestimmt, Fremdteilchen
anzusammeln, die in ein Achslagermittel eines Antriebs- oder angetriebenen Gerätes eindringen
können.
Diese Fremdteilchen werden dann in Folge von Zentrifugalkräften durch die
vorher erwähnte Öffnung herausgeschleudert, während das
Gerät verwendet
wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird
eine Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Ein Gegenstand der Erfindung ist
es, eine zusammengeschlossene zweistückige Labyrinthdichtung bereitzustellen.
Die Dichtung aus nur zwei Stücken
zu bilden, ist vorteilhaft. Eine zweistückige Dichtung kann weniger
Austrittswege haben als eine dreistückige Dichtung. Überdies
kann eine zweistückige
Dichtung billiger in der Herstellung und zuverlässiger sein.
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Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Dichtungseinrichtung bereitzustellen, die genau, mit
sehr wenig Spiel, zusammengebaut werden kann.
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Ein anderer Gegenstand der Erfindung
ist es, eine Hochleistungs-Dichtungseinrichtung
bereitzustellen, die billig hergestellt werden kann.
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Noch ein anderer Gegenstand der Erfindung ist
es, eine Dichtungseinrichtung bereitzustellen, die besonders gut
für den
Einsatz in einem Schmierungsumfeld geeignet ist.
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Andere Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den folgenden
Figuren ersichtlich werden, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung veranschaulichen.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 ist
eine Draufsicht von vorne einer bekannten Dichtungseinrichtung.
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2 ist
eine Seitenansicht im teilweisen Querschnitt der Dichtungseinrichtung
von 1, aufgenommen entlang
der Linie 2-2 von 1.
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3 ist
eine Seitenansicht im teilweisen Querschnitt wie 2, jedoch die Dichtungseinrichtung innerhalb
eines abgedichteten Systems verwendet zeigend.
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4 ist
eine Draufsicht der Hinterseite des Statorgliedes für die Dichtungseinrichtung
der 1.
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5 ist
eine Ansicht der Dichtungseinrichtung von 1 von unten.
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6 ist
eine vergrößerte Ansicht
der in dem Kreis 6 von 2 gezeigten
Schnittstelle.
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7 ist
eine vergrößerte Ansicht
der in dem Kreis 7 von 2 gezeigten
Verbindungsbereiche.
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8 ist
eine Ansicht im teilweisen Querschnitt einer anderen bekannten Dichtungseinrichtung.
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9 ist
eine Ansicht im teilweisen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform
einer gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestalteten Dichtungseinrichtung.
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Ausführliche
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Mit Bezug nun auf die Figuren; in
denen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen, wird in
den 1-7 eine bekannte ringförmige
Dichtungseinrichtung 10 gezeigt.
Die Dichtungseinrichtung 10 schließt ein Statorglied 12 und
ein Rotorglied 14 ein (2).
Ein O-Ring 16 ist zwischen dem Statorglied 12 und
einem Gehäuse 18 vorgesehen (3), und ein O-Ring 20 ist
zwischen dem Rotorglied 14 und einem Schaft 22 vorgesehen.
Die ringförmigen
Stator- und Rotorglieder 12, 14 können aus einem
geeigneten Metall hergestellt werden. Die Stator- und Rotorglieder 12, 14 können aus
Polytetrafluorethylen (PTFE) oder einer PTFE-Legierung hergestellt
werden, Die O-Ringe 16, 20 können aus einem geeigneten elastomeren
Material hergestellt werden.
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Der Stator-O-Ring 16 stellt
eine dichte Abdichtung zwischen dem Statorglied 12 und
dem Gehäuse 18 bereit.
Darüber
hinaus ist die radiale Pressung des O-Rings 16 zwischen dem Statorglied 12 und
dem Gehäuse 18 ausreichend,
eine Drehung des Statorgliedes 12 mit Bezug auf das Gehäuse 18 zu
verhindern. Der Rotor-O-Ring 20 stellt eine dichte Abdichtung
zwischen dem Rotorglied 14 und dem Schaft 22 bereit,
und die Pressung des O-Rings 20 zwischen dem Rotorglied 14 und
dem Schaft 22 ist ausreichend, das Rotorglied 14 sich
im Gleichlauf mit dem Schaft 22 drehen zu lassen.
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Im Betrieb verhindert der Stator-O-Ring 16, dass Öl um die
Außenseite
des Statorgliedes 12 herum aus dem Gehäuse 18 entweicht,
und der Rotor-O-Ring 20 verhindert, dass Verschmutzungsstoffe
entlang der Oberfläche
des Schaftes 22 in das Gehäuse 12 gelangen. Öl und Verschmutzungstoffe werden
in dynamischer Weise daran gehindert, in einer radialen Richtung
durch die Schnittstelle zwischen den beiden ringförmigen Gliedern 12, 14 zu gelangen,
wie nachstehend ausführlicher
erklärt wird.
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Weil das Statorglied 12 sich
in Bezug auf das Gehäuse 18 nicht
dreht, ist der Stator-O-Ring 16 keiner Reibung unterworfen.
Deshalb hat der Stator-O-Ring 16 eine lange Gebrauchsdauer.
Weil sich das Rotorglied 14 in gleicher Weise nicht in
Bezug auf den Schaft 22 dreht, ist der Rotor-O-Ring 20 keiner
Reibung unterworfen und hat eine lange Gebrauchsdauer.
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Der Stator-O-Ring 16 befindet
sich innerhalb einer ringförmigen
Ausnehmung 24. Wie in 3 veranschaulicht,
hat die Ausnehmung 24 einen rechtwinkligen Querschnitt.
Der Rotor-O-Ring 20 befindet sich ebenfalls innerhalb einer ringförmigen Ausnehmung 26 mit
rechtwinkligem Querschnitt. Der Zweck der Ausnehmungen 24, 26 ist,
sicher zu stellen, dass die O-Ringe 16, 20 sich
in ihren richtigen Stellungen befinden, wenn die Dichtungseinrichtung 10 in
dem Gehäuse 18 eingebaut
wird, um eine Dichtung um den Schaft 22 herum bereit zu
stellen.
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Zur Verdeutlichung der Illustration
werden die O-Ringe 16, 20 nicht in den 1 und 4 gezeigt.
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Mit Bezug auf 2 hat das Statorglied 12 eine
Reihe von sich abwechselnden ringförmigen Wülsten 28, 30, 32 und
ringförmigen
Nuten 34, 36. Die Nuten 34, 36 befinden
sich zwischen den Wülsten 28, 30, 32.
Eine axiale Nut 38 ist am untersten Teil der Dichtungseinrichtung 10 vorgesehen,
um die Nuten 34, 36 mit dem Inneren des Gehäuses 18 zu
verbinden.
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Im Betrieb wird Schmieröl, das entlang
der Oberfläche
des Schaftes 22 nach dem ersten Wulst 28 nach
außen
gelangt, von dem sich drehenden Schaft 22 gedreht und durch
die Zentrifugalkraft in die erste ringförmige Nut 34 geschleudert.
Das Öl
fällt dann
durch die Schwerkraft in die axiale Nut 38 und wird dadurch
zurück
in das Gehäuse 18 gerichtet. Öl, das seinen
Weg hinter die erste Nut 34 und hinter den zweiten Wulst 30 findet,
wird von der Zentrifugalkraft in die zweite Nut 36 geschleudert
und dann von der Schwerkraft in die axiale Nut 38 abgeleitet,
um in das Gehäuse 18 zurückgeführt zu werden.
Auf diese Weise wirken das Statorglied 12 und der sich
drehende Schaft 22 dynamisch zusammen, um Öl daran
zu hindern, aus dem Gehäuse 18 zu
entweichen. Im Wesentlichen entweicht kein Öl hinter der zweiten Nut 36 und
dem dritten Wulst 32 nach außen. Es werden zwei Nuten gezeigt,
es kann aber eine ausreichen, und es können mehr als zwei verwendet
werden.
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Das Statorglied 12 hat eine
nach innen gerichtete Schulterfläche 40,
um eine Außenwand 42 des
Gehäuses 18 zu
berühren
(3). Die Schulterfläche 40 wird
während
des Einbaus verwendet, um das Statorglied 12 in Bezug auf
das Gehäuse 18 richtig
anzuordnen. Das heißt,
das Statorglied 12 kann einfach in das Gehäuse 18 gedrückt werden,
bis die Schulterfläche 40 gegen
die Gehäusewand 42 anstößt. Die
Schulterfläche 40 hindert
das Statorglied 12 daran, sich zu weit in das Gehäuse 18 hinein
zu bewegen. Die Schulterfläche
40 kann
in einer alternativen Einrichtung weggelassen werden. Räumliche Begrenzungen
können
den Einsatz der Schulterfläche 40 verhindern.
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Das Statorglied 12 hat auch
eine ringförmige Abdeckung 44.
Die Abdeckung 44 erstreckt sich von der Schulterfläche 40 axial
nach außen.
Die Abdeckung 44 umgibt mindestens teilweise den äußeren Durchmesser
des Rotorgliedes 14. Die Abdeckung 44 hat eine
nach außen
gerichtete Endfläche 46,
die mit einer nach außen
gerichteten Endfläche 48 des Rotorgliedes 14 koplanar
ist. Die Abdeckung 44 hat eine radiale schlitzförmige Öffnung 50.
Die Öffnung 50 befindet
sich an der Unterseite der Dichtungseinrichtung 10 (wie
die axiale Nut zum Ablassen 38 des Statorgliedes 12).
Die Abdeckungsöffnung 50 wird dazu
verwendet, Verschmutzungsstoffe aus der Dichtungseinrichtung 10 heraus
zu leiten.
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Eine andere bekannte Dichtungseinrichtung 400 wird
in 8 veranschaulicht.
Das Rotorglied 404 für
die Dichtungseinrichtung 400 hat einen Abdeckungsflansch 406 mit
einem Außendurchmesser, der
größer als
der Außendurchmesser
der äußeren Oberfläche des
Rotorgliedes 260 ist. Der Abdeckungsflansch 406 hilft
dabei, zu verhindern, dass Material sich in den Raum zwischen der
Abdeckung 244 und der äußeren Oberfläche des
Rotorgliedes 260 bewegt. Zur Verdeutlichung der Illustration
werden die O-Ringe 16, 20 nicht
in der 8 veranschaulicht.
Im Betrieb befänden
sich die O-Ringe 16, 20 in den jeweiligen Ausnehmungen 224, 228.
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Dichtungseinrichtung 500,
entworfen in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, wird in 9 veranschaulicht. Die Dichtungseinrichtung 500 schließt ein Statorglied 512 und
ein Rotorglied 514 ein. Im eingebauten Zustand ist ein
O-Ring 516 zwischen dem Statorglied 512 und dem
Gehäuse 518 vorgesehen,
und ein O-Ring 520 ist zwischen dem Rotorglied 514 und
dem Schaft 522 vorgesehen. Die O-Ringe 516 und 520 befinden
sich innerhalb der Ausnehmungen 524 beziehungsweise 528, ähnlich wie
in der in 8 veranschaulichten
Einrichtung. Die ringförmigen
Stator- und Rotorgliedes 512 und 514 können aus
den gleichen Materialien wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
gebildet sein. Der gesamte Dichtungsvorgang der Dichtungseinrichtung 500 ist
gleich wie der Vorgang der in 8 veranschaulichten
Einrichtung.
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Die in 9 veranschaulichte
Dichtungseinrichtung 500 ist besonders gut zur Verwendung
bei einer Schmiereinrichtung geeignet, bei der das Schmiermittel
unter Druck ist und aus dem Gehäuse 518 von
links nach rechts, wie in 9 gezeigt,
herausgetrieben wird.
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Um bei der Überwindung des Problems zu helfen,
dass die Dichtungseinrichtung 500 von dem Druck getrieben
wird, sich aus ihrer Stellung zwischen dem Gehäuse 518 und dem Schaft 522 herauszulösen, ist
eine auslenkbare Stufe 530 an einer inneren Seite 532 des
Stators 512 vorgesehen. Um die Dichtungseinrichtung 500 einzubauen,
wird der äußere Durchmesser
der Stufe 530 des Statorgliedes 512 zeitweilig
verringert, um in den inneren Durchmesser der Bohrung 519 des
Gehäuses 518 hineinzupassen.
Eine Abschrägung 534 ist
auf der Stufe 530 vorgesehen, und eine Abschrägung 536 ist
an der Bohrung 519 vorgesehen, um das Einsetzen des Statorgliedes 512 zu
erleichtern. Beim Einsetzen springt das Statorglied 512 nach
außen,
so dass die Wand des Gehäuses 518 in
der zwischen dem Rückflussventilsitz 592 und
der Stufe 530 gebildeten Ausnehmung 588 in Position
gehalten wird: In der veranschaulichten Ausführungsform ist ein Sprengring 570 an
dem Schaft 522 befestigt und außerhalb des Rotorgliedes 514 befindlich,
um das Rotorglied 514 gegenüber Druck aus dem Inneren des
Gehäuses 518 abzustützen.
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Ein anderes Merkmal der Dichtungseinrichtung 500 ist,
dass eine Passage 594 durch das Statorglied 512 hindurch
vorgesehen ist. Schmiermittel kann unter Druck durch die Passage 594 fließen, zum
Beispiel während
des Spülens.
Es ist allgemein üblich,
Systeme wie das in 9 gezeigte
System so lange zu spülen,
bis man Schmiermittel, dort wo eine Dichtung benötigt wird, aus. dem System
herausfließen
sieht. Das Schmiermittel wirkt als ein Stopfen, um Wasser und Schmutz
heraus zu halten.
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Die Öffnung der Passage 594 wird
von einem in dem Rückflussventilsitz 592 befindlichen O-Ring 590 (oder
durch ein anderes elastisches Glied oder eine in sich geschlossene
ringförmige Schraubenfeder)
abgedeckt. Der O-Ring 590 weist eine solche Größe auf und
ist aus einem geeigneten Material zusammengesetzt, so dass er durch
den Druck des Schmiermittels nach außen gepresst wird, wobei der
O-Ring 590 und/oder der Sitz 592 verformt wird
und das Schmiermittel entweichen lässt. Nachdem das Schmiermittel
durch das Statorglied 512 entlüftet ist, kehrt der O-Ring
590 in die veranschaulichte Stellung zurück, um die Öffnung der Passage 594 abzudecken
und Wasser, Schmutz und/oder andere Verschmutzungsmittel daran zu
hindern, durch die Passage 594 in das Gehäuse einzutreten.
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Die Passage 594 ist durch
den äußeren Passagenbereich 598 nach
unten hin abgewinkelt, indem dieser sich von dem inneren Passagenbereich 596 in Richtung
des Überdruckventilsitzes 592 erstreckt, wodurch
es noch weniger wahrscheinlich wird, dass Wasser jemals durch die
Passage 594 in das Gehäuse
hinein läuft.
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In einer alternativen Ausführungsform
können
mehrere Passagen vorhanden sein, die jede gleich wie die in 9 veranschaulichte Passage 594 aufgebaut
sind.