DE1525427B1 - Wellendichtung mit zwei Gleichringdichtungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung mit erwünschten Be- bzw. Entlastungen der Gleitringzwei im Dichtweg axial hintereinander angeordneten anpressung führt.

Gleitringdichtungen, deren einer federbelasteter Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach-

Gleitring axial verschieblich und durch der Gleit- stehend an Hand der einzigen Figur der Zeichnung fläche axial gegenüberliegende, teils vom höheren 5 näher erläutert, in der ein Axialschnitt durch die und teils vom niederen der an der jeweiligen Dich- Wellendichtung dargestellt ist. tung anliegenden Drücke in axialer Richtung gegen In der Zeichnung ist ein Pumpen- oder anderes

den axial feststehenden Gleitring gedrückt ist, wobei Gehäuse 1 mit einem Flansch 2 versehen, auf dem der sich in einer Kammer zwischen den Gleitring- an einem Ende ein Deckel 3 durch Bolzen 4 befestigt dichtungen einstellende Mitteldruck bei einem Druck- io ist, die sich durch den Flansch 2 des Gehäuses und anstieg den hochdruckseitigen Gleitring und bei einem einen entsprechenden Flansch 5 des Deckels erDruckabfall den niederdruckseitigen Gleitring stärker strecken. In einer Ringnut 7 des Flansches 2 ist ein gegen die Gegendichtfläche andrückt. O-Ring 6 angeordnet.

Es ist bekannt, bei einer solchen Wellendichtung Das Gehäuse 1 ist mit einer ersten Gleitringdich-

mit zwei im Dichtweg hintereinander angeordneten, 15 tung auf der Hochdruckseite 8 versehen, und der sich selbst einstellenden Gleitringdichtungen diese Deckel 3 weist eine zweite Gleitringdichtung in einer entweder konzentrisch zueinander (USA.-Patentschrift Kammer 9 auf, die mit der ersten Gleitringdichtung 2 930 636) oder auch axial hintereinander (USA.- axial fluchtet, jedoch durch den Flansch 2 von ihr Patentschrift 2 831712) anzuordnen. Die erstere auf Abstand gehalten ist. Eine Bohrung im Flansch 2 Ausführung hat den Nachteil, daß der außenliegende 20 bildet eine Wellenöffnung 10 und so eine Verbindung Gleitring infolge seines größeren Durchmessers einen zwischen der ersten und der zweiten Gleitringdichhöheren Verschleiß und größere Wärmeentwicklung tung. Eine umlaufende Welle 11 mit einem ver- Λ aufweist. Bei der anderen bekannten Bauweise wird größerten Abschnitt 12 und einem verringerten Ab- ™ der Druck in der Kammer durch ein Ventil geregelt, schnitt 12 α erstreckt sich durch die erste Gleitringdas bei einem Druckanstieg in der Kammer eine 25 dichtung, die Wellenöffnung 10, die zweite Gleitringöffnung zur Niederdruckseite freigibt, während bei dichtung 9 und ein Ende einer konzentrischen öffeinem Druckabfall in der Kammer eine Verbindung nung 13 auf die Niederdruckseite an der Endwand zwischen der Hochdruckseite und der Kammer her- 14 des Deckels 3, z. B. Atmosphärendruck, gestellt wird. Dies kann zu beträchtlichen Druck- Der Wellenabschnitt 12 α ist mit einer mit einem

mittelverlusten führen. 30 Kanal ausgestatteten Hülse 15 versehen, die zum Um-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in ein- lauf mit der Welle 11 angeordnet ist, gegen den verfacher Weise eine verstärkte Reguliermöglichkeit der größerten Abschnitt 12 anstößt und sich durch die hochdruckseitigen Gleitringdichtung im Sinne des Öffnung 10 mit geringem Spielraum hindurch er-Aufrechterhaltens des Mitteldruckes in der Kammer streckt, um einen begrenzten Flüssigkeitsstrom zwivorzusehen. Diese Aufgabe ist bei der Wellendichtung 35 sehen dem Flansch 2 und der Hülse 15 sowie zur der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß da- zweiten Gleitringdichtung zu gestatten. Diese Hülse durch gelöst, daß der hochdruckseitige, axial ver- 15 kann in beliebiger Weise auf der Welle 12 a beschiebliche Gleitring auf seiner vom Mitteldruck be- festigt sein, z. B. durch Keile oder Stellschrauben aufschlagten Seite eine im Sinne des Anpressens vom (nicht gezeigt), und ist mit einem Dichtring 16 an Mitteldruck beaufschlagte, radial über den Gleit- 40 oder neben ihrem Ende neben dem vergrößerten Abflächenbereich hinausgehende Druckfläche aufweist, schnitt 12 der Welle versehen, um Flüssigkeitsverder eine vom Niederdruck axial im Sinne des Ab- histe von der Hochdruckseite im Bereich zwischen hebens des Gleitringes beaufschlagte Druckfläche der Welle 12 α und der Hülse 15 zu verhindern.

gegenübersteht, die gegenüber dem Mitteldruck ab- An ihrem anderen Ende ist die Hülse 17 unter- f

gedichtet ist. 45 schnitten. Von dort erstreckt sich ein axial verlaufen-

Steigt somit der Mitteldruck in der Kammer in- der Kanal 18, der in eine Ringnut 19 mündet, folge eines erhöhten Leekflusses durch die hoch- Der Außenumfang der Hülse 15 ist mit zwei auf

druckseitige Gleitringdichtung an, so beaufschlagt Abstand gehaltenen Vorsprüngen 20 und 21 verdieser Mitteldruck den hochdruckseitigen, axial ver- sehen, zwischen denen eine Dichtung 22 angeschieblichen Gleitring im Sinne eines verstärkten An- 50 ordnet ist.

drückens an die Gegendichtfläche. Darüber hinaus Auf der Welle 12 α erstreckt sich eine zweite Hülse

beaufschlagt der Mitteldruck aber auch die über den 23, und zwar von dem Ende der Hülse 15 zu der Gleitflächenbereich hinausgehende Druckfläche des Öffnung 13 in der Endwand 14 des Deckels 3, die Gleitringes, so daß dieser Gleitring noch stärker an ebenfalls zum Umlauf mit der Welle auf ihr bedie Gegendichtfläche angedrückt wird, da dieser vom 55 festigt ist. Die Hülse 15 und die zweite Hülse 23 Mitteldruck beaufschlagten Druckfläche die vom werden außerdem durch einen Gewindering 24, der Niederdruck axial im Sinne des Abhebens des Gleit- gemäß der Darstellung auf die Welle 11 aufgeringes beaufschlagte Druckfläche gegenübersteht. Da- schraubt ist, an der Ausführung einer Axialbewegung mit wird der hochdruckseitige Gleitring stärker ange- gehindert.

drückt, und der Mitteldruck in der Kammer erreicht 60 Die Hülse 23 ist auf ihrem Außenumfang ebenwieder den gewünschten Mittelwert zwischen dem falls mit zwei auf Abstand gehaltenen Vorsprüngen Hochdruck und dem Niederdruck. Es ist somit eine 25 und 26 versehen, zwischen denen sich ein Dichverstärkte Reguliermöglichkeit im Sinne des Auf- tungsring27 befindet. Es ist außerdem ersichtlich, rechterhaltens des Mitteldruckes in der Kammer ge- daß die zweite Hülse 23 so angeordnet ist, daß sie schaffen. Dies läßt sich nicht ohne weiteres durch 65 den Eintritt zur Nut 18 nicht verschließt, wozu die eine Vergrößerung der vom Mitteldruck im an- leichte Unterschneidung bei 17 beiträgt, drückenden Sinne der im Gleitflächenradiusbereich In einer Bohrung 28 befindet sich ein nicht umbeaufschlagten Druckfläche erzielen, da dies zu un- laufender Gleitring 29, der konzentrisch zu der Hülse

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15 angeordnet ist und einen leichten Spielraum zu jede Richtung bewegen, wie aus der Zeichnung herihr hat, um einen begrenzten Flüssigkeitsstrom zwi- vorgeht.

sehen dem Gleitring 29 und der Hülse 15 zu ermög- Auf dem Absatz 47 des Halterings 37 ist eine ringlichen, d. h., es ist eine Flüssigkeitsverbindung zwi- förmige Dichtungsnut 52 vorgesehen, in der eine sehen der ersten Gleitringdichtung und der Kammer 9 5 O-Ringdichtung 53 angeordnet ist. Ein hierfür mit durch die Wellenöffnung 10 hindurch vorhanden. einer Bohrung versehener umlaufender Gleitring 54 Dieser feststehende Gleitring 29 besteht aus einem ist konzentrisch auf den Absätzen 47 und 48 des entsprechenden Material, ζ. B. Metall oder Kohle, Halterings 37 angeordnet und erstreckt sich an dem wird vorzugsweise in einem Paßsitz angeordnet und Ende des Halterings 37 vorbei radial nach innen, durch irgendwelche Mittel, z. B. durch einen oder io wobei sein Innendurchmesser einen geringen lichten mehrere Stellstifte 30, die in der Innenseite der Raum 55 aufweist, um einen begrenzten Flüssigkeits-Gegenbohrung 28 gebildete Schlitze 31 hineinpassen, strom zwischen seinem Innendurchmesser und dem gegen Drehung festgehalten. Der Gleitring 29 legt sich Außendurchmesser der Hülse 15 zu gestatten. Der gegen die Rückwand der Gegenbohrung 28 an, und Gleitring 54 wird auf seiner senkrechten Gleitfläche eine Dichtungsscheibe 32 bildet eine Dichtung gegen- 15 56 elastisch gegen die feststehende Gleitfläche 33 des über dem Durchgang von Flüssigkeit zwischen dem nicht umlaufenden Gleitringes 29 gedrückt. Der Gleitring 29 und der Rückwand der Gegenbohrung. Gleitring 54 ist aus beliebigem Material, z. B. Kohle,

Der Gleitring 29 ist mit einer Gleitfläche 33 ver- Metall oder einem anderen Material, hergestellt. Es sehen, die sich auf einem Ringvorsprung 34 befindet, sei darauf hingewiesen, daß der Gleitring 54 durch dessen Fläche vorzugsweise glatt geläppt ist. Der 20 axial verlaufende Finger 57 gedreht wird, die sich Ringvorsprung 34 ist radial außerhalb des Innen- in entsprechende axiale Schlitze 58 (in gestrichelten radius des Gleitringes 29 angeordnet und bildet so Linien gezeigt) hinein erstrecken, die auf dem Außeneinen Ringraum 35 in Verbindung mit dem Flüssig- umfang des Halterings 37 gebildet sind. Somit ist der keitsweg zur Kammer 9. Der Vorsprung 34 ist auch Gleitring 54 begrenzt axial verschieblich. Zwischen vom äußeren Radius des Gleitringes 29 nach innen 25 dem Gleitring 54 und dem Haltering 37 ist eine Zwiangeordnet und bildet so einen Ringraum 36 in Ver- schenlegscheibe 59 aus Gummi oder ähnlichem Matebindung mit der Flüssigkeit in der Kammer 8. Die rial vorgesehen, die auf dem infolge der Absätze 47 Gleitfläche 33 liegt vorzugsweise senkrecht zu der und 48 des Halterings 37 versetzten Endabschnitt Welle 11. angeordnet ist.

Auf der Welle 11 und der Hülse 15 ist zur Aus- 30 In dem Haltering 37 ist wenigstens eine axial verführung einer Axialbewegung ein Haltering 37 be- laufende Bohrung 60 ausgebildet, die sich von einem festigt, dessen einer Abschnitt mit einer Gegenboh- Raum 61 zwischen dem Haltering 37 und dem Gleitrung 37 α versehen ist, die auf dem vergrößerten ring 54 einerseits und der Kammer 41 andererseits Ende 12 aufliegt. Der Haltering ist in der Lage, eine erstreckt, wodurch der in dem Raum 61 vorhandene Schraubenfeder 38 aufzunehmen und zu halten, wo- 35 Flüssigkeitsdruck in die Kammer 41 übertragen wird, bei das Gegenbohrungsende eine Schulter 39 bildet, In gleicher Weise ist die zweite Gleitringdichtung

gegen die ein Ende der Feder 38 anliegt. In einer in der Kammer 9 angeordnet.

inneren Ringnut in der Gegenbohrung des Halte- In der Kammer 9 ist ein zweiter, feststehender

rings 37 ist ein Dichtungsring 40 angeordnet und bil- Gleitring 62 so angeordnet, daß er gegen die Enddet eine flüssigkeitsdichte Abdichtung mit dem ver- 40 wand 14 des Deckels 3 anstößt und die Hülse 25 umgrößerten Abschnitt 12 der Welle 11. gibt, jedoch von ihr auf Abstand gehalten ist, um

Die Gegenbohrung 37 a erstreckt sich an dem ver- einen begrenzten Durchtritt zur Niederdruckseite, größerten Abschnitt 12 der Welle vorbei und endet z.B. der Atmosphäre, bei der Öffnung 13 zu gestatten, in einer Ringkammer 41, die durch eine Einfräsung Der Gleitring 62 wird durch beliebige Mittel, z. B. gebildet ist. Der Haltering ist von seinem anderen 45 einen Feststellstift 63, gegen Drehung festgehalten Ende her 41 α ausgebohrt, so daß er auf die Hülsen- und ist durch eine Dichtungsscheibe 64 gegen die vorsprünge 20 und 21 paßt, und ist mit inneren, auf Endwand 14 abgedichtet. Der feststehende Gleitring Abstand gehaltenen Vorsprüngen 42 und 43 ver- 62 ist mit einer senkrechten Gleitfläche 65 versehen, sehen, zwischen denen sich eine Ringdichtung 44 be- In der Kammer 9 ist ein Haltering 66 angeordnet,

findet. Es sei darauf hingewiesen, daß im zusammen- 50 dessen eines Ende von der Hülse 15 aufgenommen gebauten Zustand der Vorsprung 43 auf dem Halte- wird und zum Antrieb daran befestigt ist, und zwar ring mit axialem Abstand von dem Hülsenvorsprung durch einen Antriebsstift 67 und einen Ring 68. Der 20 angeordnet ist, wodurch eine Ringkammer 45 ge- Haltering 66 ist axial verschieblich und erstreckt sich bildet wird. Die Ringkammer 45 ist durch eine oder an dem Ende der Hülse 15 vorbei auf das angrenmehrere Bohrungen 46 durch die Hülse 15 mit der 55 zende Ende der Hülse 23 zu.
Ringnut 19 der Hülse 15 verbunden. Eine Dichtung dichtet den Raum zwischen der

Der Haltering 37 weist auf seinem Außenumfang Hülse 15 und dem Haltering 66 ab. Diese Dichtung einen Absatz 47 und einen weiteren Absatz 48 auf. ist in einer Ringnut 69 in dem Haltering 66 ange-An seinem Ende gleitet der Haltering 37 über einen ordnet. Auch der Raum zwischen der zweiten Hülse Ring 49, der auf der Welle 11 befestigt ist (nicht ge- 60 23 und dem Haltering 66 ist durch eine Dichtung 70 zeigt). In diesem Ring sind Antriebsstifte 50 ange- abgedichtet, die in einer Ringnut 71 auf dem Innenordnet, die sich durch einen Schlitz 51 in dem Halte- durchmesser des Halterings 66 angeordnet ist.
ring 37 hindurch erstrecken. Der Ring 49 dient als Auf dem Ende des Halterings 66 ist eine Gleit-

Sitz, an welchem die Feder 38 festgehalten ist. fläche 72 angeordnet, die entsprechend der festste-

Bei der beschriebenen Anordnung wird der Halte- 65 henden Gleitfläche 65 des feststehenden Gleitrings ring 37 durch die Feder 38 nach rechts gedrückt, 62 ausgebildet ist. Diese Gleitfläche 72 ist an dem wie es in der Zeichung dargestellt ist, kann sich je- Gleitring 73 ausgebildet, der die zweite Hülse 23 umdoch unter dem Einfluß der Druckkräfte axial in gibt und durch den Haltering 66 mittels der Ver-

riegelungsschlitze und -finger 74 angetrieben wird, wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Eine aus Faserstoff oder Gummi bestehende Zwischenlegscheibe 75 hält den axialen Abstand zwischen dem umlaufenden Gleitring 73 und dem Haltering 66 aufrecht, wodurch zwischen dem Ende des Halterings 66 und dem umlaufenden Gleitring 73 ein Raum 76 vorhanden ist. In dem Haltering 66 ist wenigstens eine waagerechte Bohrung 77 vorgesehen, die sich zwischen dem Raum 76 und einer Ringkammer 78 erstreckt, die in dem Haltering 66 im Endbereich der Hülse 15 und dem angrenzenden Ende der zweiten Hülse 23 vorgesehen ist. Dadurch ist der Druck in dem Raum 76 gleich dem der Kammer 78 und ist aus den folgenden Gründen wieder gleich dem Druck in dem axial verlaufenden Kanal 18. Vorzugsweise ist zwischen dem Haltering 66 und dem umlaufenden Gleitring 73 eine Dichtung in Form eines O-Ringes

79 vorgesehen, die hier als in der Ringnut auf dem Außenumfang des Halterings 66 angeordnet gezeigt so ist.

Bei dieser Anordnung ist außerdem eine Bohrung

80 vorgesehen, die sich durch den Haltering 66 hindurch und in eine Kammer 81 hinein erstreckt. Die Bohrung 80 hat durch den Zwischenraum zwischen dem Gleitring 73 und dem Haltering 66 eine Verbindung mit der Kammer 9. Somit beaufschlagt der in der Kammer 9 herrschende Druck durch die Bohrung 80 den Haltering 66 und sucht diesen und die Gleitfläche 72 von der Ggendichtfläche 65 fortzudrücken.

Die Funktionsweise der Wellendichtung ist wie folgt: Der wirksame Druck zum Anpressen des umlaufenden Gleitringes 54 an dem feststehenden Gleitring 29 im Bereich der Gleitfläche 33 ist durch die Drücke bestimmt, die zwischen dem Innendurchmesser des O-Ringes 44 und dem Außendurchmesser der Gleitfläche 33 wirksam sind. Ein veränderlicher Teil dieses Drucks ist der zwischen dem Innendurchmesser des O-Ringes 44 und dem Außendurchmesser des O-Ringes 22 herrschende, die Druckfläche 44 a beaufschlagende Druck, der infolge der Verbindung des in der Kammer 9 herrschenden Drucks durch die Wellenöffnung 10 und den lichten Raum 55 zu dem Raum 61 und durch die Bohrung 60 zur Ringkammer 41 gleich dem Druck in der Kammer 9 ist.

Dieser auf die Druckfläche 44 α des Halteringes ausgeübte Druck ist eine Funktion des Leckflusses durch die erste Gleitringdichtung der Hochdruckseite 8 und der Kammer 9. Eine Zunahme des Leckflusses längs der Gleitfläche 33 führt zu einem Druckanstieg in der Kammer 9 und damit (wenn nicht zur Atmosphäre freigegeben) zu einem Druckanstieg in der Ringkammer 41. Dadurch wird der Druck, der den umlaufenden Gleitring 54 gegen den feststehenden Gleitring 29 drückt, erhöht. Der Niederdruck in der Ringkammer 45 wirkt somit dem Druck in der Kammer 41 auf einer Druckfläche 22 α entgegen, die der Druckfläche 44 α in der Kammer 41 gleich ist, so daß sich eine den Gleitring54 an den Gleitring andrückende resultierende Kraft ergibt, die vom Differenzdruck abhängig ist. Umgekehrt gestattet ein Druckabfall in der Ringkammer 41 eine Bewegung des umlaufenden Gleitringes 54 zur Verringerung des Anpreßdruckes. Es fließt dann mehr Flüssigkeit über den Gleitflächenbereich sowie durch die Wellenöffnung 10 in die Kammer 9. Diese zusätzliche Flüssigkeit baut (soweit nicht zur Atmosphäre gelüftet wird) den Druck in der Kammer 9 auf und beaufschlagt durch die Wellenöffnung 10, den Raum 61 sowie durch die Bohrung 60 die Ringkammer 41 und die Druckfläche 441, so daß der umlaufende Gleitring 54 stärker gegen den feststehenden Gleitring29 gedrückt wird.

Andererseits sucht der Leckfluß durch die zweite Gleitringdichtung den Druck in der Kammer 9 zu senken, was zur Folge hat, daß auch der Druck in der Ringkammer 41 geringer ist. Wenn daher der Leckfluß an der Gleitfläche 33 größer ist als der Leckfluß an der Gleitfläche 65, steigt der Druck an dem Haltering 37, der die umlaufende Gleitfläche 56 gegen die feste Gleitfläche 33 drückt, an und verursacht ein Herabsetzen des Leckflusses an der Gleitfläche 33. Umgekehrt hat ein Anstieg des Druckes in der Kammer 9 zur Folge, daß dieser Druck durch die öffnung 80 die Ringkammer 81 beaufschlagt, was wieder die auf die Gleitfläche 72 wirksame Belastung verringert und einen verstärkten Leckfluß an den Gleitflächen 72 und 65 verursacht und dadurch die Wellendichtung ins Gleichgewicht zu bringen sucht. Dieses Gleichgewicht ist einstellbar durch die ™ Größe der zwischen dem Innendurchmesser des Dichtungsringes 70 und dem Außendurchmesser des Dichtringes 27 bestimmten Fläche, die vom Druck in der Bohrung 80 beaufschlagt ist.

Es ist somit ersichtlich, daß sich beide Gleitringdichtungen ständig einstellen. Wenn eine Dichtung einen größeren Durchfluß aufweist als die andere, dann wird der Anpreßdruck der ersten Dichtung erhöht und der der zweiten Dichtung verkleinert. Dieses ständige Zusammenwirken dient zur Aufteilung der gesamten Druckdifferenz auf die beiden Dichtungen. Druckschwankungen auf der Hochdruckseite 8 und in der Kammer 9 werden durch das selbsttätige Einstellen der Dichtungen sofort aufgehoben. Der in einer Gleitringdichtung stattfindende Ausgleich wird wenigstens teilweise durch den Zustand bewirkt, der in der anderen Gleitringdichtung herrscht. Es ist möglich, sehr starke Drücke auszugleichen. An Stelle zweier Dichtungen können jedoch auch drei oder mehr axial untereinanderliegende Dichtungen vorgesehen sein. (

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wellendichtung mit zwei im Dichtweg axial hintereinander angeordneten Gleitringdichtungen, deren einer federbelasteter Gleitring axial verschiebbar und durch der Gleitfläche axial gegenüberliegende, teils vom höheren und teils vom niederen der an der jeweiligen Dichtung anliegenden Drücke in axialer Richtung gegen den axial feststehenden Gleitring gedrückt ist, wobei der sich in einer Kammer zwischen den Gleitringdichtungen einstellende Mitteldruck bei einem Druckanstieg den hochdruckseitigen Gleitring und bei einem Druckabfall den niederdruckseitigen Gleitring stärker gegen die Gegendichtfläche andrückt, dadurch gekennzeichnet, daß der hochdruckseitige, axial verschiebliche Gleitring (37, 54) auf seiner vom Mitteldruck beaufschlagten Seite eine im Sinne des Anpressens vom Mitteldruck beaufschlagte, radial über den Gleitflächenbereich (33, 56) hinausgehende Druck·

fläche (44 α) aufweist, der eine vom Niederdruck axial im Sinne des Abhebens des Gleitringes beaufschlagte Druckfläche (22 ä) gegenübersteht, die gegenüber dem Mitteldruck abgedichtet ist (22, 44).

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei auf der Welle angeordnetem axial verschieblichem Gleitring zur Druckverbindung zwischen dem Niederdruck und der vom Niederdruck beaufschlagten Druckfläche des hochdruckseitigen Gleitringes (37, 54) in einer am Innenumf ang einer auf der Welle (12) ange-

ordneten Hülse (15) ein sich in axialer Richtung erstreckender Kanal (18) vorgesehen ist.

3. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschiebliche hochdruckseitige Gleitring (37, 54) dicht und mit dem Gleitring axial verschieblich in einem Haltering angeordnet ist, der die im Sinne des Anpressens des Gleitringes vom Mitteldruck beaufschlagte, radial über den Gleitflächenbereich hinausgehende Druckfläche (44 a) trägt, und daß zur Zuleitung des Mitteldruckes eine den Haltering durchquerende Bohrung (60) vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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