CH658707A5 - TOUCH-FREE SEAL. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine berührungsfreie Dichtung zum Abdichten eines ruhenden Maschinenteiles gegenüber einer relativ dazu drehbaren Welle, insbesondere einer Welle eines Getriebegehäuses bestehend aus einem ersten, drehfest mit der Welle verbundenen, als Spritzring ausgebildeten Dichtteil und einem zweiten, im ruhenden Maschinenteil ortsfest angeordneten Dichtteil, das einen Fangraum mit einem äusseren Ringkanal und mindestens einer Abflussbohrung aufweist sowie eine in radialer Richtung ausgebildete Dichtfläche besitzt, welche gegen die lagerabgewandte Stirnseite des Spritzringes gerichtet ist, und mit ihr zusammen einen ringförmigen Dichtspalt bildet. The present invention relates to a non-contact seal for sealing a stationary machine part with respect to a shaft which can be rotated relative thereto, in particular a shaft of a transmission housing consisting of a first sealing part which is connected to the shaft in a rotationally fixed manner and is designed as a splash ring and a second sealing part which is arranged in a stationary manner in the resting machine part. that has a catch chamber with an outer ring channel and at least one drain hole and has a radial-shaped sealing surface, which is directed against the end of the spray ring facing away from the bearing, and together with it forms an annular sealing gap.
Mit solchen Anordnungen werden beispielsweise an Getriebegehäusen die Lagerungen abgedichtet, um - insbesondere bei hohen Temperaturen und Tourenzahlen - das Eindringen von Staub, Schmutz und Feuchtigkeit sowie das Austreten von Schmiermittel zu verhindern. With such arrangements, the bearings on transmission housings are sealed, for example, in order to prevent the ingress of dust, dirt and moisture and the escape of lubricants, particularly at high temperatures and speeds.
Es sind verschiedene Ausführungen berührungsfreier Dichtungen bekannt, die als wesentliche Elemente Spritzringe, Labyrinthe und Rückfördergewinde enthalten. Various designs of non-contact seals are known which contain splash rings, labyrinths and return threads as essential elements.
So ist z.B. in der DE-OS Nr. 1 775 479 eine Wellenabdichtung für Wellen hoher Drehzahlen beschrieben, die neben einer Labyrinthspalt- auch eine Schleuderdichtung enthält, bei der austretendes Schmiermittel von der Spritzkante einer mit der Welle fest umlaufenden Schleuderscheibe in einen gegenüberliegenden Ringkanal, mit mehreren am Umfang verteilten radialen Abflussbohrungen, geschleudert wird, von wo es aus dem Lagergehäuse abgeleitet wird. Zusätzlich ist ein feststehender Dichtring vorgesehen, der mit seiner in axialer Richtung ausgebildeten Dichtkante gegen die lagerabgewandte Stirnseite der Schleuderscheibe gerichtet ist und mit ihr zusammen einen ringförmigen radialen Dichtspalt bildet. Die Einstellung des Dichtspaltes erfolgt durch Planschleifen der Dichtkante oder durch kurzes Einlaufen, während dem Material von der Dichtkante und der Schleuderscheibe abgetragen wird, wodurch sich ein gleichmässiger Ringspalt von etwa 0,02-0,03 mm ergibt. Dabei ist die gegen den Dichtring gerichtete lagerabgewandte Stirnseite der Schleuderscheibe als Ebene senkrecht zur Drehachse ausgebildet, welche nach Erreichen eines grösseren Durchmessers als den der Dichtkante des Dichtringes in eine Kegelform übergeht. For example, DE-OS No. 1 775 479 describes a shaft seal for high-speed shafts which, in addition to a labyrinth gap, also contains a centrifugal seal in which lubricant escaping from the spray edge of a centrifugal disc which rotates firmly with the shaft into an opposite annular channel, with several on Circumferentially distributed radial drain holes, is thrown from where it is derived from the bearing housing. In addition, a fixed sealing ring is provided which, with its sealing edge formed in the axial direction, is directed against the end of the centrifugal disk facing away from the bearing and together forms an annular radial sealing gap. The sealing gap is adjusted by grinding the sealing edge or by running in briefly while the material is being removed from the sealing edge and the centrifugal disc, resulting in a uniform annular gap of approximately 0.02-0.03 mm. The face of the centrifugal disc facing away from the sealing ring is designed as a plane perpendicular to the axis of rotation which, after reaching a larger diameter than that of the sealing edge of the sealing ring, changes into a conical shape.
Der besondere Nachteil dieser Dichtungskombination liegt in der unvollständigen Dichtwirkung der Schleuderdichtung. Schleuderscheibe, Ringkanal und Dichtring sind nämlich nicht so aufeinander abgestimmt, dass sich mit dem Schleudereffekt eine vollständige Dichtwirkung erzielen Hesse. In Fällen, wo die zugeführte Schmierölmenge oder der Schmieröldruck gross sind oder als Folge von Herstellungsund Montagefehlern kein gleichmässiger Ringspalt zwischen Dichtring und Schleuderscheibe besteht, kann selbst bei rotierender Welle Schmieröl aus der Schleuderdichtung austreten. Hiezu kommt, dass bei stillstehender Welle, das aus dem Ringkanal oder von den Wänden des Fangraumes abtropfende Schmieröl sich in dem radial nach aussen erweiternden Raum zwischen der Wand des Fangraumes und der Schleuderscheibe sammelt und durch den Dichtspalt zwischen Dichtring und Schleuderscheibe nach aussen gelangen kann. In der vorgenannten Wellenabdichtung war es deshalb notwendig, eine zweite Schleuderdichtung mit Labyrinthspaltdichtung einzubauen, um das aus der ersten Schleuderdichtung austretende Lecköl abzuführen. Im weiteren ist die Labyrinthspaltdichtung als Einheit zwischen die zweite The particular disadvantage of this combination of seals lies in the incomplete sealing effect of the centrifugal seal. The centrifugal disc, ring channel and sealing ring are not coordinated with one another in such a way that the centrifugal effect achieves a complete sealing effect. In cases where the amount of lubricating oil supplied or the lubricating oil pressure is large or there is no uniform annular gap between the sealing ring and centrifugal disc as a result of manufacturing and assembly errors, lubricating oil can escape from the centrifugal seal even when the shaft is rotating. In addition, when the shaft is at a standstill, the lubricating oil dripping from the ring channel or from the walls of the trap chamber collects in the space that widens radially outwards between the wall of the trap chamber and the centrifugal disc and can escape to the outside through the sealing gap between the sealing ring and centrifugal disc. In the aforementioned shaft seal, it was therefore necessary to install a second centrifugal seal with a labyrinth gap seal in order to discharge the leakage oil emerging from the first centrifugal seal. Furthermore, the labyrinth gap seal is a unit between the second
2 2nd
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Schleuderdichtung und die nachgeschalteten Kohleringdichtungen eingebaut. Dies bedeutet grosse Baulänge in axialer Richtung, zusätzlich zum bereits erhöhten Platzbedarf für die zweite Schleuderdichtung. Die gesamte Dichtungskombination nimmt deshalb an der Maschine einen verhältnismässig grossen Raum ein. Nachteilig ist aber auch der zusätzliche Aufwand, der für die Herstellung und den Unterhalt der zweiten Schleuderdichtung, der zusätzlichen Labyrinthspaltdichtung sowie der nachgeschalteten Kohleringdichtungen notwendig ist. Eine derart ausgebildete Dichtung ist kompliziert aufgebaut und in ihrer Herstellung teuer. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Centrifugal seal and the downstream carbon ring seals installed. This means a large length in the axial direction, in addition to the increased space required for the second centrifugal seal. The entire seal combination therefore takes up a relatively large amount of space on the machine. Another disadvantage is the additional effort that is necessary for the production and maintenance of the second centrifugal seal, the additional labyrinth gap seal and the carbon ring seals connected downstream. Such a seal is complicated and expensive to manufacture. The invention seeks to remedy this.
Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, stellt sich deshalb die Aufgabe, eine berührungsfreie Dichtung zu schaffen, die bei rotierender wie bei stillstehender Welle eine im wesentlichen vollständige Dichtwirkung besitzt und dieselbe auch bei Herstellungsungenauigkeiten und erhöhtem Öldruck gewährleistet. Im weiteren soll die Dichtung ohne Schwächung der Welle eine reduzierte axiale Baulänge aufweisen und für den Einsatz bei hohen Temperaturen und hohen Tourenzahlen gleichermassen geeignet sein. The invention, as characterized in the claims, therefore has the task of creating a non-contact seal which has a substantially complete sealing effect when the shaft is rotating or at a standstill and also ensures the same in the case of manufacturing inaccuracies and increased oil pressure. Furthermore, the seal should have a reduced axial length without weakening the shaft and should be equally suitable for use at high temperatures and high speeds.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den Mitteln gelöst, wie sie in der Fassung des unabhängigen Anspruches gekennzeichnet sind. This object is achieved according to the invention with the means as characterized in the version of the independent claim.
Verschiedene mit der Erfindung erzielte Vorteile ergeben sich aus dem Umstände, dass in der vorgeschlagenen Neuerung eine Schleuderdichtung und eine Labyrinthspaltdichtung zu einer vollintegrierten Einheit vereinigt sind. Gegenüber einer nicht integrierten Lösung, bei der Schleuderdichtung und Labyrinthspaltdichtung als separate Einheiten ausgebildet sind, ergibt sich daraus eine wesentliche Platzersparnis. Da im weiteren die verschiedenen Dichtspalten vertikal, horizontal und schräg zu Drehachse stehend zwischen Spritzring und feststehendem Dichtteil angeordnet sind, kann der durch die Schleuderdichtung gegebene Raum für die Labyrinthspaltdichtung optimal genutzt werden. In einer relativ kleinen Schleuderdichtung lässt sich so eine hinsichtlich Zahl und Länge der Dichtspalte sehr wirkungsvolle Labyrinthspaltdichtung unterbringen und so - ohne zusätzlichen Raumbedarf - die Dichtwirkung der Schleuderdichtung ver-grössern und das Lager insbesondere gegen Staub und Feuchtigkeit schützen. Auch hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die erfindungsgemässe Dichtung vollkommen berührungs-und verschleissfrei arbeitet, was Wartung und Unterhalt erleichtert und - insbesondere bei hohen Drehzahlen - die Gebrauchsdauer erhöht. Montageungenauigkeiten, bei denen ein drehendes Dichtteil auf einem feststehenden Dichtteil leicht zum Anliegen kommt, werden in kurzer Einlaufzeit durch Abtragen von Material selbsttätig behoben. Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass im Betrieb, wegen der hohen Drehzahl des Spritzringes gegenüber den feststehenden Dichtteilen in den beiden Dichtspalten beidseits der Schleuderscheibe ein Sog in radialer Richtung zur Spritzkante erzeugt wird, der ein in entgegengesetzter Richtung mögliches Fliessen oder Kriechen verunreinigten Schmieröles in das Lager oder nach aussen verhindert. Various advantages achieved with the invention result from the fact that in the proposed innovation a centrifugal seal and a labyrinth gap seal are combined to form a fully integrated unit. Compared to a non-integrated solution in which the centrifugal seal and the labyrinth gap seal are designed as separate units, this results in a significant space saving. Since the various sealing gaps are arranged vertically, horizontally and at an angle to the axis of rotation between the splash ring and the fixed sealing part, the space provided by the centrifugal seal can be optimally used for the labyrinth gap seal. In a relatively small centrifugal seal, a labyrinth gap seal that is very effective with regard to the number and length of the sealing gaps can be accommodated, thus increasing the sealing effect of the centrifugal seal without requiring additional space and protecting the bearing in particular against dust and moisture. It has also proven to be advantageous that the seal according to the invention operates completely without contact and wear, which makes maintenance and maintenance easier and, in particular at high speeds, increases the service life. Assembly inaccuracies, in which a rotating sealing part easily comes to rest on a fixed sealing part, are automatically eliminated in a short running-in period by removing material. Another advantage lies in the fact that during operation, due to the high speed of the spray ring compared to the fixed sealing parts in the two sealing gaps on both sides of the centrifugal disc, suction is generated in a radial direction to the spraying edge, which contaminates a lubricating oil that can flow or creep in the opposite direction prevents the camp or to the outside.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Anlage beigefügten Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigt: The invention is explained below by way of example with reference to the accompanying drawing. It shows:
Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Dichtung im Axialschnitt und in Betriebslage. Fig. 1 shows an embodiment of the seal according to the invention in axial section and in the operating position.
Die berührungsfreie Dichtung gemäss Fig. 1 besteht aus einer als Teil des drehbaren und des feststehenden Dichtteiles ausgebildeten Schleuderdichtung, in welche eine Labyrinthspaltdichtung integriert ist. Damit soll ein in einem Getriebegehäuse 17 eingesetztes Wälzlager 1 abgedichtet werden, welches in geeigneter Weise von innen mit Schmieröl versorgt wird. 1 consists of a centrifugal seal designed as part of the rotatable and the fixed sealing part, in which a labyrinth gap seal is integrated. This is intended to seal a rolling bearing 1 used in a gearbox housing 17, which is suitably supplied with lubricating oil from the inside.
Auf der im Wälzlager 1 gelagerten Welle 8 ist der Spritzring 2 in koaxialer Lage und unter axialer Vorspannung durch das Endstück 6 und die Gewindemutter 7 drehfest aufgesetzt. Er besteht aus einer Schleuderscheibe 2.1, einem zylindrischen Teil, der als Nabe 2.2 anzusehen ist und einer als Eindrehung zwischen Schleuderscheibe 2.1 und Nabe 2.2 ausgebildeten Fangrinne 2.3. Das feststehende Dichtteil setzt sich aus den Elementen 9 und 10 zusammen. Diese bilden einen Fangraum 3 mit äusserem Ringkanal 4 sowie innerem Ringkanal 5 und besitzen verschiedene, mit dem Spritzring 2 zusammenwirkende Dichtflächen. Zum Schutze gegen herabfallende Partikel ist am Element 9 ein Abweiskragen 9.4 angebracht. Das der erfindungsgemässen Neuerung zugrundeliegende Prinzip besteht im wesentlichen darin, dass der Spritzring 2 und die Elemente 9, 10 des feststehenden Dichtteiles im Sinne einer vollkommenen Dichtwirkung aufeinander abgestimmt sind. Hiezu besitzt die Schleuderscheibe 2.1 auf der lagerabgewandten Seite eine auf der Wellenachse 8.1 senkrecht stehende Begrenzungsfläche 2.7 und auf der lagerzugewandten Seite eine spitzwinklig auf der Wellenachse 8.1 stehende Begrenzungsfläche 2.6. Beide Begrenzungsflächen laufen radial nach aussen zu einer Spritzkante 2.4 zusammen. Im weiteren ist der innnere Ringkanal 5 des Fangraumes 3 lagerseitig durch einen Tropfkragen 9.3 begrenzt, der von der Spritzkante 2.4 der Schleuderscheibe 2.1 in lagerabgewandter Richtung axial überdeckt ist. Zur Integration der Labyrinthspaltdichtung in die Schleuderdichtung sind die Begrenzungsflächen des Spritzringes 2 sowie jene der feststehenden Dichtteile 9,10 so aufeinander abgestimmt, dass sich Dichtspalte ausreichender Länge ergeben. Hiezu bestehen zwischen den Begrenzungsflächen 2.6 und 2.7 der Schleuderscheibe 2.1 und den Begrenzungsflächen 9.3 und 10.1 der feststehenden Dichtteile 9,10 ein zur Wellenachse 8.1 schrägstehender Dichtspalt 11 und ein radial verlaufender Dichtspalt 12. Weiter bilden die Begrenzungsflächen 9.1 und 9.2 des Elementes 9 mit der Nabe 2.2 einen abgesetzten Spalt, bestehend aus den beiden axialen Dichtspalten 13 und dem radialen Dichtspalt 14. On the shaft 8 mounted in the rolling bearing 1, the splash ring 2 is placed in a coaxial position and under axial prestress by the end piece 6 and the threaded nut 7. It consists of a centrifugal disc 2.1, a cylindrical part, which can be seen as the hub 2.2 and a gutter 2.3 designed as a screw-in between the centrifugal disc 2.1 and the hub 2.2. The fixed sealing part is composed of elements 9 and 10. These form a catch chamber 3 with an outer ring channel 4 and an inner ring channel 5 and have different sealing surfaces which interact with the spray ring 2. A protection collar 9.4 is attached to element 9 to protect against falling particles. The principle on which the innovation according to the invention is based essentially consists in that the splash ring 2 and the elements 9, 10 of the fixed sealing part are matched to one another in the sense of a perfect sealing effect. For this purpose, the centrifugal disc 2.1 has on the side facing away from the bearing a boundary surface 2.7 perpendicular to the shaft axis 8.1 and on the bearing facing side a boundary surface 2.6 standing at an acute angle on the shaft axis 8.1. Both boundary surfaces converge radially outwards to form a spray edge 2.4. Furthermore, the inner ring channel 5 of the trap chamber 3 is delimited on the bearing side by a drip collar 9.3, which is axially covered by the splash edge 2.4 of the centrifugal disc 2.1 in the direction away from the bearing. To integrate the labyrinth gap seal into the centrifugal seal, the boundary surfaces of the splash ring 2 and those of the fixed sealing parts 9, 10 are matched to one another in such a way that sealing gaps of sufficient length result. For this purpose, between the boundary surfaces 2.6 and 2.7 of the centrifugal disc 2.1 and the boundary surfaces 9.3 and 10.1 of the fixed sealing parts 9, 10 there is a sealing gap 11 which is inclined to the shaft axis 8.1 and a radially extending sealing gap 12. Furthermore, the boundary surfaces 9.1 and 9.2 of the element 9 with the hub form 2.2 a stepped gap, consisting of the two axial sealing gaps 13 and the radial sealing gap 14.
Für die Funktion der erfindungsgemässen Neuerung sei wieder auf die Fig. 1 verwiesen. Während des Laufes der Welle erzeugt die Schleuderscheibe 2.1 infolge der hohen Drehzahl in den ringförmigen Dichtspalten 11 und 12 einen Sog in radialer Richtung zur Spritzkante 2.4. Eine entgegengesetzt gerichtete Bewegung vom Fangraum 3 in das Wälzlager 1 bzw. nach aussen ist deshalb verunmöglicht, so dass das Wälzlager 1 nach aussen vollkommen abgedichtet ist. Aus dem Wälzlager 1 austretendes Schmieröl sowie von aussen entlang der Nabe 2.2 eingedrungene Stoffe gelangen auf die Schleuderscheibe 2.1 und werden von dieser in den Fangraum 3 geschleudert. Schmieröl, das an der lagerabgewandten Wand des Fangraumes 3 abläuft, wird in dem aus dieser Wand und dem Tropfkragen 9.3 gebildeten inneren Ringkanal 5 aufgefangen und tropft über den Tropfkragen 9.3 auf die Schleuderscheibe 2.1, von wo es wieder abgeschleudert wird. Schmieröl, das vom oberen Teil der zylindrischen Wand des Fangraumes 3 abtropft, fällt entweder in den inneren Ringkanal 5 oder auf die Schleuderscheibe 2.1. Ungeachtet des Abtropfmechanismus sammelt sich das weggeschleuderte Schmieröl letztlich im unteren Teil des äusseren Ringkana-les 4 und fliesst durch die Abflussbohrung 10.2 in den Ölsumpf des Getriebes zurück. Selbstverständlich verliert diese Schleuderdichtung ihre Wirksamkeit, wenn die Welle 8 zum Stillstand kommt. In diesem Falle fliesst das Schmieröl auf der lagerzugewandten Begrenzungsfläche 2.7 der Schleuderscheibe 2.1 in das Wälzlager 1 zurück oder gelangt in den unteren Teil des äusseren Ringkanals 4. Schmieröl von der lagerabgewandten Begrenzungsfläche 2.6 sammelt sich dagegen in der am Übergang von der Schleuderscheibe 2.1 zur Nabe 2.2 des Spritzringes 2 ausgebildeten Fangrinne 2.3 und For the function of the innovation according to the invention, reference is again made to FIG. 1. During the running of the shaft, the centrifugal disc 2.1 generates a suction in the radial direction to the spraying edge 2.4 due to the high speed in the annular sealing gaps 11 and 12. An oppositely directed movement from the catching space 3 into the rolling bearing 1 or outwards is therefore impossible, so that the rolling bearing 1 is completely sealed off from the outside. Lubricating oil emerging from the rolling bearing 1 and substances which have penetrated from outside along the hub 2.2 reach the centrifugal disc 2.1 and are thrown by the latter into the trap chamber 3. Lubricating oil that runs on the wall of the trap chamber 3 facing away from the bearing is collected in the inner annular channel 5 formed from this wall and the drip collar 9.3 and drips over the drip collar 9.3 onto the centrifugal disc 2.1, from where it is spun off again. Lubricating oil that drips from the upper part of the cylindrical wall of the trap chamber 3 either falls into the inner annular channel 5 or onto the centrifugal disk 2.1. Regardless of the dripping mechanism, the lubricating oil thrown away ultimately collects in the lower part of the outer ring channel 4 and flows back through the drain hole 10.2 into the oil sump of the transmission. Of course, this centrifugal seal loses its effectiveness when the shaft 8 comes to a standstill. In this case, the lubricating oil on the bearing surface 2.7 of the centrifugal disc 2.1 flows back into the rolling bearing 1 or reaches the lower part of the outer ring channel 4. In contrast, lubricating oil from the boundary surface 2.6 facing away from the bearing collects in the transition from the centrifugal disc 2.1 to the hub 2.2 the splash ring 2 trained gutter 2.3 and
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tropft nacher ebenfalls über die Spritzkante 2.4 ab. In beiden Fällen erreicht das Schmieröl durch die Abflussbohrung 10.2 wieder den Ölsumpf des Getriebes. Neben dieser Schleuderdichtung besteht zwischen den feststehenden und den drehbaren Dichtteilen eine Labyrinthspaltdichtung, welche sich aus den ringförmigen Dichtspalten 11, 12,13 und 14 zusammensetzt. Sie dichtet das Wälzlager 1 zusätzlich ab, insbesondere gegen Staub und Feuchtigkeit von aussen und ist im Gegensatz zur Schleuderdichtung sowohl bei rotierender wie bei stillstehender Welle 8 wirksam. then also drips over the splash edge 2.4. In both cases, the lubricating oil reaches the oil sump of the transmission again through the drain hole 10.2. In addition to this centrifugal seal, there is a labyrinth gap seal between the fixed and the rotatable sealing parts, which is composed of the annular sealing gaps 11, 12, 13 and 14. It additionally seals the roller bearing 1, in particular against dust and moisture from the outside, and, in contrast to the centrifugal seal, is effective both when the shaft 8 is rotating and when it is stationary.
Anstelle der im Beispiel vorgeschlagenen Ausführung kann die Anzahl der Dichtspalte sowie deren Gestaltung und gegenseitige Anordnung beliebig variiert werden, um z.B. Instead of the design proposed in the example, the number of sealing gaps as well as their design and mutual arrangement can be varied as desired, e.g.
konstruktiven Gegebenheiten besser Rechnung zu tragen. Voraussetzung ist lediglich, dass sich die Labyrinthspalte in die Schleuderdichtung integrieren lassen und dabei die erfin-dungsgemässe Abstimmung zwischen rotierenden und festste-5 henden Dichtteilen nicht stören. Auch können zum genauen Einstellen der Dichtspalte die feststehenden Dichtteile 9,10 so in axialer Richtung fixiert werden, dass sie mit ihren Begrenzungsflächen ganz oder teilweise am Spritzring 2 gerade zur Anlage kommen. Während einer kurzen Einlauf-io zeit findet dann ein Abtragen von Material statt, was zur selbsttätigen Einstellung gleichmässiger und insbesondere enger Dichtspalte führt. to take better account of design conditions. The only requirement is that the labyrinth gaps can be integrated into the centrifugal seal and do not interfere with the coordination between rotating and fixed sealing parts according to the invention. For precise adjustment of the sealing gaps, the fixed sealing parts 9, 10 can also be fixed in the axial direction in such a way that their boundary surfaces come fully or partially into contact with the spray ring 2. Material is then removed during a short run-in period, which leads to the automatic setting of even and, in particular, narrow sealing gaps.
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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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PL | Patent ceased |