WO2007104272A1 - Gleitringdichtung - Google Patents
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- WO2007104272A1 WO2007104272A1 PCT/DE2007/000074 DE2007000074W WO2007104272A1 WO 2007104272 A1 WO2007104272 A1 WO 2007104272A1 DE 2007000074 W DE2007000074 W DE 2007000074W WO 2007104272 A1 WO2007104272 A1 WO 2007104272A1
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- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3436—Pressing means
- F16J15/344—Pressing means the pressing force being applied by means of an elastic ring supporting the slip-ring
Definitions
- the invention relates to a device for sealing rotating at higher speeds components, in particular of construction machine axes, including a formed of sliding and counter ring mechanical seal, in particular drive seal.
- pinion shafts at the differential input are currently sealed with radial shaft seals plus various dirt deflector.
- dirt applied to this particular sealing point would require a wear-resistant mechanical seal, such a sealing element has not hitherto been applicable because the high rotational speeds exceed the specific performance potentials of the available mechanical seals, in particular those formed by drive seals.
- due to the given high centrifugal forces even if small, but measurable amounts of oil would be thrown out of the sealing gap radially outwards and thus be visible as leakage.
- DE-B3 10 2004 036 974 discloses a mechanical seal, in particular a drive seal, comprising a counter and a sliding ring, each having a clamping surface for receiving an elastic spring body, a counter and the sliding ring associated with a housing counter-clamping surface for the spring body , Wherein the housings are connected to one another in an installation unit and an anti-rotation lock is provided in the area of the counter and sliding ring.
- DE-A 103 52 675 describes a mechanical seal, in particular a drive seal, consisting of a metallic sliding and / or counter ring which is provided with a wear protection layer in the region of its running surface.
- the invention has the object of providing a mechanical seal, in particular a drive seal, in such a way that they can be used effectively for special applications that require higher peripheral speeds.
- a device for sealing rotating at higher speeds components including a formed of sliding and counter ring mechanical seal, in particular drive seal, wherein the sliding and counter ring have a rotating component facing sliding surface, one of the rings in Installation state provided on the one hand within a ring receiving and on the other hand in the region of the rotating member rotatably and the other ring is arranged in sealed form against a surrounding stationary component.
- the specific embodiment of the mechanical seal according to the invention thus offers the possibility to be used as an alternative sealing element to a wear-prone radial shaft seal.
- construction machines are vehicles that have constantly changing driving conditions (forward and reverse operation) in the operating state, so that the mentioned anti-rotation devices according to the invention on the one hand between the rotating ring and the associated ring receiver and on the other hand can develop an optimal effect between the rotating ring and the rotating component.
- the mechanical seal is designed in such a way that the oil supply of the sealing gap does not take place as usual from the inside diameter, but rather from the outside diameter. By this measure is effectively ensured that no leakage can take place radially from the inside out. Thus, the centrifugal forces acting on the oil film counteract the direction of leakage, which can no longer lead to the ejection of the lubricant. Since, in the sealing design according to the invention, the dirt to be sealed can pass from the inner diameter to the sealing surface, it must be ensured that the space loaded with dirt is not completely added, as a result of which the function of the mechanical seal could be jeopardized. In order to counteract this, the rotating component or the stationary ring or both components are provided with a radially outwardly acting conveying element (eg a conveying thread).
- a conveying element eg a conveying thread
- the mechanical seal can be designed as an assembly.
- the rotating component is provided with the sealing unit before assembly, for example on a pinion shaft.
- the stationary ring is thereby pushed onto the rotating component.
- a circumferential sealing bead On the back of the stationary ring is a circumferential sealing bead, preferably made of wear-resistant elastomeric material.
- this bead has the task of axially supporting the stationary ring when the entire assembly is pushed onto the rotating component designed as a pinion shaft, so that it can be pressed into the housing.
- the stationary ring is provided with at least one Schmierstoffammelnut in the region of its opposite the rotating ring outside the sliding surface provided Strinfiguration. If the topic of wear of the sliding surface should be taken into account for the particular application of the mechanical seal according to the invention, for example, the prior art according to DE 103 52 675 can be used or other approaches to increase the wear resistance of the sliding surface can be considered.
- the single figure shows a schematic diagram of a cross section through the invention designed as a drive seal mechanical seal.
- the following components are shown:
- a rotating sliding ring 1 a spring element designed as an O-ring 2, a stationary counter-ring 3, a static sealing element 4, a round-wire snap ring 5 as a securing element, a ring receiver 6, a stationary component 7 designed as a housing cover and a rotating component 8 designed as a drive flange in this example
- a static sealing body 9 is provided, which is supported between the counter ring 3 and the component 7.
- the rotating member 8 is provided in the region of its inner diameter with a toothed portion 10 which is brought into operative connection in the installed state with a pinion shaft not shown.
- the rotating member 8 is provided with slots / webs 11 specifiable length, which engage in the installed state correspondingly formed radial webs 12 of the slide ring 1, such that between the slide ring 1 and the rotating member 8, a first rotation is formed.
- the ring receiver 6 is provided with axially directed lugs 13, which engage in corresponding grooves 14 provided on the sliding ring side. Thus, a second anti-rotation is formed between the seal ring 1 and the ring holder 6.
- the spring element 2 extends between conically extending surfaces 15,16 on the one hand of the sliding ring 1 and on the other hand the Ring recording 6.
- the range of the respective anti-rotation 11,12, respectively 13,14, can also be formed by vulcanized elements, so that when changing directions of rotation and unfavorable tolerances, the noise behavior remains low. Any dirt that has penetrated from the outside can be shredded here so that transport to the outside is easier.
- the stationary counter-ring 3 facing end face 17 of the rotating member 8 is formed in the manner of a conveying thread in this example.
- the counter-ring 3 is provided in the region of its face 17 facing the end face 18 with a shoulder 19 which receives a sealing bead 9 formed on the sealing bead 20.
- the designed as a drive seal mechanical seal is designed as an assembly. That is, the rotating member 8 is assembled before mounting on the not shown pinion shaft as follows:
- the stationary counter ring 3 is pushed onto the rotating component 8.
- the circumferential bead 20 preferably made of wear-resistant elastomeric material.
- this bead 20 has the task of axially supporting the counter ring 3 when pushing the entire assembly onto the pinion shaft, so that it can be pressed into the stationary component 7.
- this bead 20 is subjected to specific wear. After appropriate wear of the bead 20 remains a small gap between the end faces 17 and 18, so that the mentioned conveyor for penetrated dirt particles can be effective.
- the package consisting of sliding ring 1 and spring element 2 is pre-mounted pushed into the ring holder 6 and thus generates a rotation 13, 14.
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Abstract
Einrichtung zur Abdichtung von mit höheren Drehzahlen umlaufenden Bauteilen, insbesondere von Baumaschinenachsen, beinhaltend eine aus Gleit- und Gegenring gebildete Gleitringdichtung, insbesondere Laufwerkdichtung, wobei Gleit- und Gegenring eine einem rotierenden Bauteil zugewandte Gleitfläche aufweisen, einer der Ringe im Einbauzustand einerseits innerhalb einer Ringaufhahme und andererseits im Bereich des rotierenden Bauteils drehfest vorgesehen und der andere Ring in abgedichteter Form gegenüber einem umgebenden stationären Bauelement angeordnet ist.
Description
Gleitringdichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abdichtung von mit höheren Drehzahlen umlaufenden Bauteilen, insbesondere von Baumaschinenachsen, beinhaltend eine aus Gleit- und Gegenring gebildete Gleitringdichtung, insbesondere Laufwerkdichtung.
Insbesondere Ritzelwellen am Differentialeingang, vornehmlich von Baumaschinenachsen, werden derzeit mit Radialwellendichtringen zuzüglich diverser Schmutzabweiser abgedichtet. Obgleich der auf diese spezielle Dichtstelle einwirkende Schmutz eine verschleißfeste Gleitringdichtung erfordern würde, ist ein solches Dichtelement bislang nicht einsetzbar, weil die hohen Drehzahlen die spezifischen Leistungspotenziale der zur Verfügung stehenden, insbesondere durch Laufwerkdichtungen gebildeten Gleitringdichtungen, überschreiten. Zudem würde infolge der gegebenen hohen Zentrifugalkräfte, wenn auch geringe, jedoch messbare Ölmengen aus dem Dichtspalt radial nach außen geschleudert und somit als Leckage sichtbar werden.
Der DE-B3 10 2004 036 974 ist eine Gleitringdichtung, insbesondere eine Laufwerkdichtung, zu entnehmen, beinhaltend einen Gegen- und einen Gleitring mit je einer Spannfläche zur Aufnahme eines elastischen Federkörpers, ein dem Gegen- und Gleitring zugeordnetes Gehäuse mit einer Gegenspannfläche für den Federkörper, wobei die Gehäuse ineinander liegend zu einer Einbaueinheit verbunden sind und im Bereich des Gegen- und des Gleitrings eine Verdrehsicherung vorgesehen ist.
hi der DE-A 103 52 675 wird eine Gleitringdichtung, insbesondere Laufwerkdichtung, beschrieben, bestehend aus einem metallischen Gleit- und/oder Gegenring, der im Bereich seiner Lauffläche mit einer Verschleißschutzschicht versehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleitringdichtung, insbesondere eine Laufwerkdichtung, dergestalt weiterzubilden, dass sie auch für spezielle Anwendungen, die höhere Umfangsgeschwindigkeiten bedingen, wirksam eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zur Abdichtung von mit höheren Drehzahlen umlaufenden Bauteilen, insbesondere von Baumaschinenachsen, beinhaltend eine aus Gleit- und Gegenring gebildete Gleitringdichtung, insbesondere Laufwerkdichtung, wobei Gleit- und Gegenring eine einem rotierenden Bauteil zugewandte Gleitfläche aufweisen, einer der Ringe im Einbauzustand einerseits innerhalb einer Ringaufnahme und andererseits im Bereich des rotierenden Bauteils drehfest vorgesehen und der andere Ring in abgedichteter Form gegenüber einen umgebenden stationären Bauelement angeordnet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die konkrete Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung, insbesondere Laufwerkdichtung, bietet somit die Möglichkeit, als alternatives Dichtelement zu einem verschleißanfälligen Radialwellendichtring zum Einsatz zu gelangen. Insbesondere Baumaschinen sind Fahrzeuge, die im Betriebszustand ständig wechselnde Fahrzustände (Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb) aufweisen, so dass die angesprochenen erfindungsgemäßen Verdrehsicherungen einerseits zwischen dem rotierenden Ring und der zugehörigen Ringaufnahme und andererseits zwischen dem rotierenden Ring und dem rotierenden Bauteil eine optimale Wirkung entfalten können.
Die Gleitringdichtung wird dergestalt ausgeführt, dass die Ölversorgung des Dichtspaltes nicht wie üblich vom Innendurchmesser her erfolgt, sondern vielmehr vom Außendurchmesser her. Durch diese Maßnahme ist wirkungsvoll sichergestellt, dass keine Leckage radial von innen nach außen stattfinden kann. Somit wirken die auf den Ölfilm einwirkenden Zentrifugalkräfte entgegen der Leckagerichtung, wodurch es nicht mehr zum Ausschleudern des Schmierstoffes kommen kann.
Da bei der erfindungsgemäßen Dichtungskonzeption der abzudichtende Schmutz vom Innendurchmesser her an die Dichtfläche gelangen kann, ist dafür Sorge zu tragen, dass der mit Schmutz beladene Raum nicht völlig zugesetzt wird, wodurch die Funktion der Gleitringdichtung gefährdet werden könnte. Um dem entgegen zu wirken wird das rotierende Bauteil, bzw. der stationäre Ring oder aber beide Bauteile stirnseitig mit einem radial nach außen wirkenden Förderelement (z. B. einen Fördergewinde) versehen.
Je nach gewählter Toleranz kann der Bereich der Verdrehsicherung wie eine Schlagschere ausgebildet werden, wodurch eingedrungener Schmutz stetig zerkleinert und damit einfacher wieder nach außen gefordert werden kann.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß kann die Gleitringdichtung als Baugruppe konzipiert werden. Dies bedeutet, dass das rotierende Bauteil vor der Montage, beispielsweise auf einer Ritzelwelle, mit der Dichteinheit versehen wird. Der stationäre Ring wird hierbei auf das rotierende Bauteil geschoben. Durch den umlaufenden Steg am Innendurchmesser des rotierenden Bauteils erfolgt die nötige Zentrierung für die spätere Montage in ein umgebendes, beispielsweise als Gehäusedeckel ausgebildetes, stationäres Bauelement. Auf der Rückseite des stationären Ringes befindet sich eine umlaufende Dichtwulst, vorzugsweise aus verschleißarmem elastomeren Werkstoff. Diese Wulst hat zum einem die Aufgabe, den stationären Ring beim Aufschieben der gesamten Baugruppe auf das als Ritzelwelle ausgebildete rotierende Bauteil axial zu unterstützen, so dass er in das Gehäuse eingedrückt werden kann. Zum anderen wird nach kurzer Gebrauchsdauer der Gleitringdichtung dieser Wulst einem spezifischen Verschleiß ausgesetzt, so dass der stationäre Ring keinen Kontakt mehr mit dem rotierenden Bauteil hat. Der stationäre Ring ist im Bereich seiner dem rotierenden Ring gegenüberliegenden außerhalb der Gleitfläche vorgesehenen Strinfläche mit mindestens einer Schmiermittelsammelnut versehen.
Sofern für den jeweiligen Einsatzfall der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung das Thema Verschleiß der Gleitfläche zu berücksichtigen sein sollte, kann beispielsweise auf den Stand der Technik gemäß DE 103 52 675 zurückgegriffen oder andere Lösungswege zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit der Gleitfläche angedacht werden.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.
Die einzige Figur zeigt als Prinzipskizze einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße als Laufwerkdichtung ausgebildete Gleitringdichtung. Dargestellt sind folgende Bauteile:
ein rotierender Gleitring 1, ein als Runddichtring 2 ausgebildetes Federelement, ein stationärer Gegenring 3, ein statisches Dichtelement 4, ein Runddrahtsprengring 5 als Sicherungselement, eine Ringaufnahme 6, ein stationäres als Gehäusedeckel ausgebildetes Bauelement 7 sowie ein rotierender in diesem Beispiel als Antriebsflansch ausgebildetes Bauteil 8. Schließlich ist ein statischer Dichtkörper 9 vorgesehen, der sich zwischen dem Gegenring 3 und dem Bauelement 7 abstützt.
Das rotierende Bauteil 8 ist im Bereich seines Innendurchmessers mit einem verzahnten Bereich 10 versehen, der im Einbauzustand mit einer nicht weiter dargestellten Ritzelwelle in Wirkverbindung gebracht wird.
Das rotierende Bauteil 8 ist mit Schlitzen/Stegen 11 vorgebbarer Länge versehen, in welche im Einbauzustand entsprechend ausgebildete radiale Stege 12 des Gleitringes 1 eingreifen, dergestalt, dass zwischen dem Gleitring 1 und dem rotierenden Bauteil 8 eine erste Verdrehsicherung gebildet wird. Die Ringaufnahme 6 ist mit axial gerichteten Ansätzen 13 versehen, die in entsprechenden gleitringseitig vorgesehenen Nuten 14 eingreifen. Somit wird zwischen dem Gleitring 1 und der Ringaufnahme 6 eine zweite Verdrehsicherung gebildet. Das Federelement 2 erstreckt sich zwischen konisch verlaufenden Flächen 15,16 einerseits des Gleitringes 1 und andererseits der
Ringaufnahme 6. Der Bereich der jeweiligen Verdrehsicherang 11,12, respektive 13,14, kann auch durch anvulkanisierte Elemente gebildet werden, so dass bei wechselnden Drehrichtungen und ungünstigen Toleranzen das Geräuschverhalten gering bleibt. Eventuell von außen eingedrungener Schmutz kann hier zerkleinert werden, so dass ein Transport nach außen einfacher vonstatten geht. Um dies zu gewährleisten, ist in diesem Beispiel die dem stationären Gegenring 3 zugewandte Stirnfläche 17 des rotierenden Bauteils 8 nach Art eines Fördergewindes ausgebildet. Der Gegenring 3 ist im Bereich seiner der Stirnfläche 17 zugewandten Stirnfläche 18 mit einem Absatz 19 versehen, der eine am Dichtkörper 9 angeformte Dichtwulst 20 aufnimmt.
Die als Laufwerkdichtung ausgebildete Gleitringdichtung ist als Baugruppe konzipiert. Das heißt, dass das rotierende Bauteil 8 vor der Montage auf die nicht weiter dargestellte Ritzelwelle wie folgt bestückt wird:
der stationäre Gegenring 3 wird auf das rotierende Bauteil 8 geschoben. Auf der Rückseite des Gegenringes 3 befindet sich die umlaufende Wulst 20, vorzugsweise aus verschleißarmem elastomeren Werkstoff. Diese Wulst 20 hat zum einen die Aufgabe den Gegenring 3 beim Aufschieben der gesamten Baugruppe auf die Ritzelwelle axial zu unterstützen, so dass er in das stationäre Bauelement 7 eingedrückt werden kann. Zum anderen wird nach kurzer Gebrauchsdauer der Einheit diese Wulst 20 einem spezifischen Verschleiß ausgesetzt. Nach entsprechendem Verschleiß der Wulst 20 verbleibt ein geringer Spalt zwischen den Stirnflächen 17 und 18, so dass die angesprochene Fördereinrichtung für eingedrungene Schmutzpartikel wirksam werden kann. Das Paket, bestehend aus Gleitring 1 und Federelement 2, wird vormontiert in die Ringaufnahme 6 aufgeschoben und damit eine Verdrehsicherung 13, 14 erzeugt. Danach erfolgt das Aufschieben des Bauteils 8 und die Verdrehsicherung 11, 12 wird herbeigeführt. Die Baueinheit 6, 1, 2 wird dann axial so weit verschoben, dass der Runddrahtsprengring 5 in seine Nut einschnappt. Die statische Abdichtung erfolgt über einen handelsüblichen Rundschnurring 4. Nach erfolgter Vormontage des rotierenden Bauteiles 8 auf der nicht dargestellten Ritzel welle kann eine Verbindung mit dem stationären Bauelement 7 durch Eindrücken der vormontierten Einheit herbeigeführt
werden. Die Ölversorgung des Dichtspaltes zwischen Gleitring 1 und Gegenring 3 erfolgt radial von außen, wobei der Gegenring 3 gleitringseitig mit einer Schmiermittelsammelnut 21 versehen ist. Damit der Verschleiß der Gleitflächen 22 auch bei höheren Drehzahlen gering bleibt, sind zumindest die Gleitflächen 22 in verschleißfester Ausführung vorgesehen. Hier bieten sich wärmeleitfahige Werkstoffe mit eventuell zusätzlicher Laserhärtung an. Der Fachmann wird in Abhängigkeit vom Einsatzfall geeignete Werkstoffe sowie deren Bearbeitung auswählen.
Claims
1. Einrichtung zur Abdichtung von mit höheren Drehzahlen umlaufenden Bauteilen, insbesondere von Baumaschinenachsen, beinhaltend eine aus Gleit- (1) und Gegenring (3) gebildete Gleitringdichtung, insbesondere Laufwerkdichtung, wobei Gleit- (1) und Gegenring (3) eine einem rotierenden Bauteil (8) zugewandte Gleitfläche (22) aufweisen, einer der Ringe (1) im Einbauzustand einerseits innerhalb einer Ringaufnahme (6) und andererseits im Bereich des rotierenden Bauteils (8) drehfest vorgesehen und der andere Ring (3) in abgedichteter Form (9) gegenüber einem umgebenden stationären Bauelement (7) angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ringaufhahtne (6) und dem zugehörigen Ring (1) ein elastisches Federelement (2) vorgesehen ist, das sich an etwa konisch verlaufenden Flächen (15,16) einerseits der Ringaufhahme (6) und andererseits des Ringes (1) abstützt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringaufnahme (6) durch einen im Querschnitt etwa U-förmigen Körper gebildet ist, der mittels eines Sicherungselementes (5) relativ zum rotierenden Bauteil (8) fixiert ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung zwischen dem Ring (1) und der Ringaufhahme (6) durch korrespondierende ineinander liegende Ansätze (13) und Nuten (14) gebildet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringaufnahme (6) über in Richtung des Ringes (1) weisende Ansätze (13) verfugt, die ringseitig in entsprechenden Nuten (14) geführt sind.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung zwischen Ring (1) und rotierendem Bauteil (8) durch korrespondierende ineinandergreifende Stege (12) und Schlitze (8) gebildet ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Ring (1) radial verlaufende Stege (12) vorgesehen sind, die in im rotierenden Bauteil (8) eingebrachten Schlitzen (11) geführt sind.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Ansätze/Nuten (13,14) respektive der Stege/Schlitze (11,12) elastisch wirkende Materialien vorgesehen sind.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansätze/Nuten (13,14), respektive die Stege/Schlitze (11,12), durch anvulkanisierte elastisch wirkende Elemente gebildet sind.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringaufhahme (6) mit definiertem radialen Spiel zum umgebenden stationären Bauelement (7) vorgesehen ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der andere stationäre Ring (3) außerhalb seiner Gleitfläche (22) einen abgesetzten Bereich (19) aufweist, in welchem ein mit einem Dichtkörper (9) zusammenwirkender Dichtwulst (20) vorgesehen ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Bauteil (8) und/oder die gegenüberliegende Stirnfläche (18) des stationären Ringes (3) mit einem radial nach außen wirkenden Fördermittel für eingedrungene Schmutzpartikel versehen ist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Ring (3) radial außerhalb seiner Gleitfläche (22) eine dem rotierenden Ring (1) zugewandte umlaufende Sammeltasche (21) für Schmiermittel beinhaltet.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Ring (3), der rotierende Ring (1) , der Dichtkörper (2) und die Ringaufhahme (6) auf das rotierende Bauteil (8) aufbringbar sowie durch das Sicherungselement (5) in ihrer Position fixierbar sind, und dass die so vormontierte Baueinheit unter Einbeziehung des Dichtwulstes (20) samt Dichtkörper (9) unter Bildung eines Axialanschlages in das stationäre Bauelement (7) eindrückbar ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (22) des stationären (3) und des rotierenden Ringes (1) verschleißfest angeführt ist.
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