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Die Erfindung betrifft eine Abdichtungsvorrichtung, entwickelt um zwischen einer
Lufteintrittsöffnung und einem Zweikkreisriebwerks-Verdichtergehäuse angebracht zu
werden, insbesondere wenn diese Strukturen Relativbewegungen ausführen, z. B. unter der
Wirkung von Aerodynamik- und Trägheitsbelastungen, denen das Triebwerk während
bestimmter Flugphasen ausgesetzt ist.
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Eine solche Vorrichtung kann bei allen Zweikreistriebwerken verwendet werden,
mit denen Flugzeuge ausgerüstet sind. Sie ist besonders gut an den Fall angepasst, wo die
Lufteintrittsöffnung nicht direkt an der Vorderseite des Bläsergehäuses befestigt ist, kann
aber auch bei Triebwerken verwendet werden, bei denen eine direkte Befestigung existiert.
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Bei einem Zweikreistriebwerk umfasst der mittlere Teil des Motors, von vorn nach
hinten, einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Hochdruckturbine, die den Verdichter
antreibt. Diese verschiedenen Bauteile befinden sich in einem zentralen Gehäuse, das
außerdem, hinter der Hochdruckturbine, eine Niederdruckturbine enthält, die einen Bläser
antreibt, der sich vor dem Verdichter befindet. Der Bläser ist in ein Bläsergehäuse montiert,
das mit dem zentralen Teil des Motors durch einen oder zwei Sätze von Armen verbunden
ist, die in Bezug auf die Längsachse dieses zentralen Teils radial ausgerichtet sind. Der
Bläser erzeugt einen Sekundärluftstrom in einem ringförmigen Bläserkanal, abgegrenzt
zwischen dem zentralen Gehäuse und einer Gondel, die den mittleren Teil des Motors über
den größten Teil seiner Länge umgibt.
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Von vorn beginnend umfasst die Gondel eines Zweikreistriebwerks üblicherweise
ein Formteil, das die Lufteintrittsöffnung des Triebwerks bildet, einen mittleren Teil, dessen
Innenverkleidung auf dem Bläsergehäuse ausgebildet ist, und einen hinteren Teil, gebildet
durch angelenkte Abdeckhauben, die einen Zugang zum mittleren Teil des Triebwerks
ermöglichen. Der mittlere Teil der Gondel umfasst generell ebenfalls angelenkte
Abdeckhauben, die einen Zugang zu den Ausrüstungsteilen ermöglichen, die sich in diesem
Zwischenteil der Gondel befinden.
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Bei den meisten existierenden Strahltriebwerken ist die Lufteintrittsöffnung vom am
Bläsergehäuse durch Bolzenschrauben befestigt, die Flansche bzw. Ringe durchqueren,
die jede dieser Strukturen umfasst.
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Jedoch existieren gewisse Triebwerke, bei denen die Lufteintrittsöffnung von dem
Bläsergehäuse getrennt ist. Dies trifft insbesondere auf das mittlere Triebwerk der
Flugzeuge DC10 und MD11 zu. Außerdem wird im Falle von Triebwerken, die durch einen Mast an
einem Tragflügelelement hängen, die Lufteintrittsöffnung nicht an dem Bläsergehäuse
sondern direkt an dem Mast befestigt.
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Wenn die Struktur der Lufteintrittsöffnung von dem vorderen Ende der
Bläsergehäusestruktur getrennt ist, sind Relativbewegungen zwischen diesen beiden Strukturen
möglich. Insbesondere die Aerodynamik- und Trägheitsbelastungen, die radial auf die
Außenoberfläche der Gondel wirken, vor allem beim Starten und Landen der Flugzeuge sowie
bei Kursänderungen, drücken sich durch Verschiebungen der Achse der Lufteintrittsöffnung
in Bezug auf die Achse des Bläsergehäuses aus. Diese Verschiebungen ereignen sich in
radialen Richtungen, bezogen auf die Achsen der beiden Strukturen, die je nach Art der auf
die Gondel wirkenden Belastungen variieren. Daher muss eine die Dichtheit und die
aerodynamische Kontinuität im Innern der Gondel sicherstellende Vorrichtung zwischen den
beiden Strukturen vorgesehen werden.
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Auf den existierenden mittleren Motoren, bei denen die Lufteintrittsöffnung von dem
Bläsergehäuse getrennt ist, wird die Dichtheit durch eine Ω-förmige Dichtung aus Elastomer
sichergestellt, deren Enden jeweils an der Lufteintrittsöffnung und an dem Bläsergehäuse
befestigt sind. Zusätzlich ist ein Lippendichtring an der Lufteintrittsöffnung befestigt, im
Innern der Ω-förmigen Dichtung, sodass sie mit der Innenoberfläche des vorderen Endes des
Bläsergehäuses Kontakt hat, um die aerodynamische Kontinuität im Innern der Gondel
sicherzustellen.
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Diese bekannte Lösung weist verschiedene Nachteile auf.
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Als erstes sind die Teile des Ω-förmigen Dichtrings, die sich in einer zur
Relativbewegungsebene senkrechten Ebene befinden, Faltungen ausgesetzt, die die Lebensdauer
dieses Dichtrings wesentliche verkürzen.
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Außerdem, da der Ω-förmigen Dichtring an beiden Strukturen befestigt ist, muss er
jedes Mal demontiert werden, wenn die Luft-eintrittsöffung abgenommen wird, z. B. um den
Motor auszutauschen. Die Ausfallzeit des Flugzeugs erhöht sich dadurch.
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Schließlich werden die Funktionen der Dichtheit und der aerodynamischen
Kontinuität durch zwei verschiedene Bauteile sichergestellt, was die Kosten erhöht.
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In dem Dokument DE-A-17 51 558, auf das sich der Oberbegriff des Anspruchs 1
bezieht, wird die Dichtheit durch einen aufblasbaren Dichtring sichergestellt.
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Die Erfindung hat genaugenommen eine Abdichtungsvorrichtung in einem
Zweikreistriebwerk zwischen einer Lufteinlassöffnung und einem Bläsergehäuse zum
Gegenstand, ohne dass die Relativbewegungen zwischen den beiden Strukturen Faltungen
verursachen, die die Lebensdauer der Vorrichtung reduzieren könnten.
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Die Erfindung hat auch eine Abdichtungsvorrichtung zum Gegenstand, die nicht
demontiert werden muss, wenn der Motor ausgetauscht wird, sodass die Ausfallzeit des
Flugzeugs sich verkürzt.
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Die Erfindung hat auch eine Abdichtungsvorrichtung zum Gegenstand, die durch
ein einziges Element gebildet wird, das ermöglicht, zugleich die Dichtheit und die
aerodynamische Kontinuität im Innern der Gondel sicherzustellen.
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Erfindungskonform erzielt man dieses Resultat mittels einer
Abdichtungsvorrichtung zwischen einer Lufteintrittsöffnung und einem Zweikreistriebwerk-Bläsergehäuse.
Diese Vorrichtung umfasst eine elastische Hülse, von der ein Endteil an einem ersten der
durch den Lufteintritt und das Bläsergehäuse gebildeten Bauteile befestigt ist, und ist
dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Endteil auf eine Außenfläche eines benachbarten
Teils des zweiten Elements gesteckt wird, so dass der Durchmesser des zweiten Endteils
der Hülse im entspannten Zustand kleiner ist als der Durchmesser der Außenoberfläche
des genannten benachbarten Teils, wobei eine Einrichtung zur Faltenverhinderung in der
Hülse vorgesehen ist, um eine Umfangs-Relativbewegung zwischen den beiden Endteilen
der Hülse zu verhindern.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die
Faltenverhinderungseinrichtungen einen kammförmigen Einsatz, eingebettet in die Hülse, mit
gleichmäßig über den Umfang der Hülse verteilten flexiblen Lamellen, nach Mantellinien der Hülse
ausgerichtet, und einem die flexiblen Lamellen aufweisenden ringförmigen Bund,
eingebettet in den ersten Endteil der Hülse.
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Vorteilhafterweise ist dieser kammförmige Einsatz aus Federstahl.
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Bei bestimmten Herstellungsformen kann der elastischen Hülse ein aufblasbares
Organ zugeordnet sein, um das zweite Ende der Hülse herum angeordnet.
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Vorteilhafterweise ist das aufblasbare Organ dann mit der Hülse fest verbunden,
was insbesondere ermöglicht, dieses Organ zu benutzen, um den Durchmesser des
zweiten Endes der Hülse zu vergrößern, wenn der Motor ausgebaut bzw. ausgewechselt wird.
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Damit der durch das aufblasbare Organ auf das zweite Ende der Hülse ausgeübten
Druck direkt durch den Bläser geliefert wird, kann eine Leitung die Verbindung zwischen
diesem aufblasbaren Organ und dem Bläserkanal des Triebwerks herstellen.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Ende der Hülse
an der Lufteintrittsöffnung befestigt und die Hülse ist aus Elastomer.
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Nun wird beispielartig und nicht einschränkend eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, bezogen auf die beigefügten Zeichnungen:
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- die Fig. 1 ist eine partiell geschnittene Seitenansicht, die sehr schematisch ein
mit einer erfindungsgemäßen Abdichtungsvorrichtung ausgestattetes Zweikreistriebwerk
darstellt;
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- die Fig. 2 ist eine Querschnittansicht, die im vergrößerten Maßstab die das
Triebwerk der Fig. 1 ausrüstende Abdichtungsvorrichtung darstellt; und
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- die Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht mit partiellem Ausbruch, die einen Teil
der elastischen Hülse der Abdichtungsvorrichtung der Fig. 2 zeigt.
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In der Fig. 1 ist sehr schematisch ein Doppelkreistriebwerk 10 dargestellt,
aufgehängt an einem Flügelelement 12 eines Flugzeugs durch einen Mast 14.
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Der mittlere Teil des Triebwerks 10, generell mit 16 bezeichnet, weist eine
konventionelle Struktur auf. Zum besseren Verständnis der Fig. 1 wurde er nicht dargestellt. Es
sei hier nur daran erinnert, dass dieser mittlere Teil 16 von vorn nach hinten einen
Verdichter, eine Brennkammer, eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine umfasst.
Diese letztere treibt einen Bläser 18 an, der sich vor dem mittleren Teil 16 befindet. Der
Bläser 18 erzeugt einen Sekundärluftstrom in einem ringförmigen Bläserkanal 20 zwischen
dem mittleren Teil 16 und der Gondel 22, die diesen mittleren Teil koaxial umgibt.
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Der vordere Teil der Gondel 22 bildet eine Lufteintrittsöffnung 24, die den in die
Gondel 22 eintretenden Luftstrom zum Bläser 18 hin kanalisiert. Hinter der
Lufteintrittsöffnung 24 wird die Innenverkleidung der Gondel 22 durch die Innenoberfläche eines
Bläsergehäuses 26 gebildet. Dieses Bläsergehäuse 26 umgibt den Bläser so, dass zwischen den
Enden der Blätter dieses letzteren und dem Gehäuse ein möglichst kleines Spiel vorhanden
ist. Das Bläsergehäuse 26 ist mit den nicht-rotierenden Strukturen des mittleren Teils 16
des Triebwerks durch wenigstens eine Serie von bezüglich der Längsachse des Triebwerks
radial ausgerichteten Armen 28 verbunden.
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Der Rest der Struktur der Gondel 22 wurde in der Fig. 1 nicht im Detail dargestellt.
Hier sei nur daran erinnert, dass die Außenverkleidung der Gondel 22, um das
Bläsergehäuse 26 herum, im allgemeinen von zwei direkt an dem Mast 14 angelenkten Hauben
gebildet wird, die einen Zugang zu Ausrüstungsteilen ermöglichen, die sich in dem
Zwischenteil der Gondel 22 befinden. Außerdem wird der hintere Teil der Gondel 22 generell durch
zwei C-förmige Hauben gebildet, die ebenfalls an dem Mast 14 angelenkt sind und den
Zugang zu dem mittleren Teil 16 des Triebwerks ermöglichen.
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Wie in der Fig. 1 dargestellt, betrifft die Erfindung vorzugsweise die
Zweikreistriebwerke, bei denen es keine direkten mechanischen Verbindungen zwischen dem
vorderen Ende des Bläsergehäuses 26 und der Lufteintrittsöffnung 24 gibt. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn die Gondel 22 direkt durch den Mast 14 getragen wird, während das
Bläsergehäuse 26 vom Mast 14 mittels Armen 28 und der nicht-rotierenden Struktur des
mittleren Teils 16 des Triebwerks 10 getragen wird.
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Unter diesen Bedingungen kann es zwischen der Gondel 22 und dem
Bläsergehäuse 26 zu Relativbewegungen in radialen Richtungen kommen, bezogen auf die
Längsachse des Motors. Solche Bewegungen können insbesondere durch Aerodynamik- und
Trägheitsbelastungen verursacht werden, die während bestimmter Flugphasen wie z. B.
dem Start, der Landung oder einer Kursveränderung auf die Gondel 22 einwirken.
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Um diesen Relativbewegungen zwischen der Gondel 22 und dem Bläsergehäuse
26 Rechnung zu tragen, wird eine Abdichtungsvorrichtung 30 in dem Bläserkanal 20
angeordnet, zwischen der Lufteintrittsöffnung 24 und dem vorderen Ende des Bläsergehäuses
26. Zusätzlich zu ihrer Abdichtungsfunktion gewährleistet diese Vorrichtung 30 die
aerodynamische Kontinuität der Innenverkleidung der Gondel 22 in dem Bereich, der sich
zwischen der Lufteintrittsöffnung 24 und dem Bläsergehäuse 26 befindet.
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Erfindungskonform verwendet man eine Abdichtungsvorrichtung 30 mit einer neuen
Struktur, die nun mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 im Detail beschrieben wird.
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Diese Abdichtungsvorrichtung 30 umfasst eine elastische Hülse 32 aus einem
Elastomer-Material wie z. B. Kautschuk bzw. Weichgummi und weist einen im wesentlichen
geradlinigen Querschnitt auf, wenn sie sich im Ruhezustand befindet.
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Diese elastische Hülse 32 ist an ihrem vorderen Ende mittels nicht dargestellten
Befestigungseinrichtungen, z. B. Bolzenschrauben, Nieten etc., die gleichmäßig über den
gesamten Umfang der Hülse verteilt sind, an der Lufteintrittsöffnung 24 befestigt. Diese
Befestigungseinrichtungen durchqueren Löcher 34, vorgesehen im vorderen Teil der Hülse
32, wie dargestellt in der Fig. 3. Diese Befestigung ist derart, dass die elastische Hülse 32
die Innenverkleidung der Lufteintrittsöffnung 24 nach hinten verlängert, praktisch ohne
Unterbrechung, wie zu sehen in der Fig. 2.
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Die elastische Hülse 32 erstreckt sich hinten über den vorderen Rand des
Bläsergehäuses 26 hinaus, indem sie auf einen vorderen Teil dieses Gehäuses gesteckt ist. Noch
genauer ist der Durchmesser des hinteren Teils der elastischen Hülse 32 im entspannten
Zustand kleiner als der Außendurchmesser des Vorderteils des Bläsergehäuses 26, sodass
dieser hintere Teil der Hülse 32 die Außenfläche des Vorderteils des Bläsergehäuses 26
permanent elastisch umspannt.
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Wie in der Fig. 2 strichpunktiert dargestellt, ermöglicht die oben beschriebene
Anordnung dem hinteren Teil der Hülse 32, mit dem Bläsergehäuse 26 permanent einen
dichten Kontakt aufrechtzuerhalten, trotz der Relativbewegungen, die sich zwischen der
Lufteintrittsöffnung 24 und diesem Gehäuse 26 ereignen können. Die Dichtheit des
Bläserkanals 20 sowie die aerodynamische Kontinuität der Innenverkleidung der Gondel sind also
gewährleistet.
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Wenn man die Verformungen der Hülse 32 während der Relativbewegungen
zwischen der Lufteintrittsöffnung 24 und dem Bläsergehäuse 26 genauer untersucht, stellt man
fest, dass diese Verformungen ein einfaches relatives Gleiten zwischen der Hülse und der
Außenfläche des Bläsergehäuses in der Nähe der Ebene der Relativbewegung zwischen
diesen beiden Strukturen zur Folge haben, d. h. im wesentlichen in der Ebene der Fig. 2.
Hingegen ist die Hülse in der zu dieser Relativbewegungshülse senkrechten Ebene Scher-
bzw. Querkräften ausgesetzt, die zu ihrer Faltung führen können.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist erfindungsgemäß eine
Faltenverhinderungseinrichtung der Hülse 32 vorgesehen, die an jedem Punkt der Hülse eine Umfangs-
Relativbewegung der Hülse zwischen ihren beiden Enden verhindert.
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Bei der in der Fig. 3 genauer dargestellten Ausführungsform umfasst diese
Faltenverhinderungseinrichtung einen in die elastische Hülse 32 eingegossenen Einsatz.
Dieser Einsatz 38 weist im wesentlichen die Form eines Kamms auf. Noch genauer wird er
durch ein Federband gebildet, z. B. aus Federstahl, und umfasst einen ringförmigen Bund
40 sowie flexible Lamellen 42.
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Der ringförmige Bund 40 ist in den vorderen Teü der Hülse 32 eingegossen, die an
der Lufteintrittsöffnung 24 befestigt ist, und er erstreckt sich über den gesamten Umfang der
Hülse. Wie die Fig. 3 zeigt, befindet sich dieser ringförmige Bund 40 Löchern 34
gegenüber, durch die die Hülse an der Lufteintrittsöffnung 24 befestigt ist. Er umfasst also diesen
Löchern 34 gegenüberstehende Löcher 44 zum Durchstecken von
Befestigungseinrichtungen wie Bolzenschrauben oder Nieten, mit denen die Hülse an der Lufteintrittsöffnung
befestigt wird.
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Der ringförmige Bund 40 trägt die flexiblen Lamellen so, dass diese letzteren
gleichmäßig über den gesamten Umfang der Hülse verteilt sind. Die flexiblen Lamellen 42
sind gemäß Mantellinien der Hülse 32 ausgerichtet und verlängern sich in dieser letzteren
bis in den hinteren Teil der Hülse, der auf das Bläsergehäuse 26 gesteckt ist.
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Das Vorhandensein des Einsatzes 38 in der elastischen Hülse 32 ermöglicht deren
Biegung in der Ebene der Relativbewegung zwischen den Strukturen 24 und 26, wie
dargestellt in der Fig. 2. Die flexiblen Lamellen 42 hingegen hindern den hinteren Teil der Hülse
32, der auf dem Bläsergehäuse 26 sitzt, sich in Umfangsrichtung bezüglich des vorderen
Teils der Hülse 32 zu bewegen, der an der Lufteintrittsöffnung 24 in einer zur erwähnten
Relativbewegungsebene senkrechten Ebene befestigt ist. Jede Faltung der Hülse 32, die
ihr Reißen verursachen könnte, wird dadurch verhindert. Die Lebensdauer der
Abdichtungsvorrichtung 32 erhöht sich dadurch wesentlich in Bezug auf eine Hülse ohne den
Einsatz 38.
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Die erfindungsgemäße Abdichtungsvorrichtung ermöglicht außerdem ein
Abnehmen der Lufteintrittsöffnung 24, um z. B. den Motor auszutauschen, ohne dass es nötig
wäre, die elastische Hülse 32 zu demontieren.
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Wie in der Fig. 2 strichpunktiert dargestellt, kann die erfindungsgemäße
Abdichtungsvorrichtung 30 auch ein aufblasbares Organ 46 umfassen, das um den hinteren Teil
der Hülse 32 herum angeordnet ist, das auf dem Bläsergehäuse 26 sitzt. Noch genauer ist
das aufblasbare Organ 46 vorzugsweise fest mit dem hinteren Teil der Hülse 32 verbunden.
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Das aufblasbare Organ 46 ermöglicht dann, wenn nötig, den hinteren Teil der
Hülse 32 mit einer erheblichen Kraft gegen das Bläsergehäuse 26 zu pressen, um z. B. die
Dichtheit für den Fall aufrechtzuerhalten, dass der Druckgradient von einer Seite der Hülse
zur anderen exzessiv ist. Dieses Unterdrucksetzen des aufblasbaren Organs 46 kann
insbesondere erreicht werden, indem man dieses aufblasbare Organ mit dem Bläserkanal 20
(Fig. 1) kommunizieren lässt, hinter dem Bläser 18, durch eine Leitung 48.
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Festzustellen ist, dass das aufblasbare Organ 46 auch benutzt werden kann, um
das hintere Ende der Hülse 32 bei der Montage oder Demontage der Lufteintrittsöffnung 24
provisorisch auszudehnen. Zu diesem Zweck kann das aufblasbare Organ 46 durch eine
andere Leitung (nicht dargestellt) mit einer Vakuumquelle verbunden sein.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht beschränkt auf die oben beschriebene
Ausführungsform, sondern deckt alle ihre technischen Entsprechungen ab. So kann man
die Hülse 32, anstatt sie an der Lufteintrittsöffnung zu befestigen und auf das
Bläsergehäuse zu stecken, an diesem Gehäuse befestigen und auf eine Trennwand stecken, die die
Innenverkleidung der Lufteintrittsöffnung nach hinten verlängert.