DE2313388A1

DE2313388A1 - Verbesserte mechanische gleitringdichtung

Info

Publication number: DE2313388A1
Application number: DE2313388A
Authority: DE
Inventors: Harvey Ernest Richter
Original assignee: TEC GROUP
Current assignee: TEC GROUP
Priority date: 1972-03-20
Filing date: 1973-03-17
Publication date: 1973-10-04
Also published as: US3810635A; GB1388373A; CA970790A; IT981971B; FR2177401A5; JPS496349A

Description

VERBESSERTE- MECHANISCHE GLEITRINGDICHTUNG Sie Erfindung betrifft Dichtungen, insbesondere eine mechanische Gleitringdichtung zum Abdichten des Baums zwischen einem Stator und einem im wesentlichen zylindrischen, in dem Stator drehbar gelagerten Hotor gegenüber einem fließenden Medium mit Dichtringen am Stator und konzentrisch auf dem Rotor befestigten und sich radial zu diesem erstreckenden Dichtungsgegenringen.

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte zwangläufige mechanische Dichtung zu schaffen, die zur Erzielung einer wirksamen Abdichtung bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten besonders geeig-

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net ist und eine schnelle und einfache Versteilung Anpassung des Dichtdrucks an die jeweiligen Betriebsver—

faältnisse ermöglichte

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue und verbesserte mechanische Gleitringdichtung zu schaffen^ die unter Ausnutzung der durch die Drehbewegung eines Rotors erzeugten Zentrifugalkraft etwaige Verunreinigungen von den Gleitflächen der Dichtung fern hält.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Dichtung der oben beschriebenen Art zu schaffen, die besonders geeignet ist, die Abnutzung an den Gleitflächen auszugleichen.

Die Erfindung hat ferner die Aufgabe, eine neue und verbesserte mechanische Gleitringdichtung zur Abdichtung des Raums zwischen relativ zueinander rotierenden zylindrischen Flächen großen Durchmessers gegenüber einem fließenden Medium zu schaffen,,

Biese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtringe des Stators mit den Dichtungsgegen— ringen des Rotors gemeinsam eine ringförmige Kammer zwischen dem Stator und dem Rotor definieren, daß die Dichtringe des Stators und die Dichtungsgegenringe des Rotors sich dichtschließend schleifend berühren und zwei Gleitflächendichtungen bilden, die sich radial zum Rotor er-

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strecken und die ringförmige Kammer abschließen, und daß die ringförmige Kammer radial innen zu den Gleit- ' flächendichtungen angeordnet ist, so daß Stoffe, die sich außerhalb der ringförmigen Kammer befinden, infolge der durch die Drehbewegung des Rotors erzeugten Zentrifugalkraft radial nach außen geschleudert und somit von den Gleitflächendichtungen fern gehalten werden.

Weitere Aufgaben der Erfindung sind teils augenscheinlich, teils werden sie nachstehend im einzelnen aufgezeigt.

Ein besseres Verständnis der Aufgaben, Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Zusammenhänge der Erfindung ergibt sich aus der folgenden eingehenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen die Verwirklichung des Grundgedankens der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels anschaulich dargestellt wird.

In den Zeichnungen ist

Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemaßen Pumpe,

Fig. 2 eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab mit einem Schnitt durch die Pumpe nach Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Teilansicht in vergrößertem Maßstab mit einem Sohnitt durch eine erfindungsgemäße mechanische Gleitringdichtung, und

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Pig. 4 eine isometrische Teilansicht, teils im Schnitt, aus der Einzelheiten bestimmter Teile der Sichtung nach Fig. 3 ersichtlich sind.

IM einzelnen zeigen die Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung der Anschaulichkeit halber als Teil einer Pumpe 10. Bei der pumpe 10 handelt es sich um eine Axialpumpe mit zentralem Strömungsdurchlaß der in dem am 4. Oktober I966 erteilten TJ.S. Patent Nr. 3 276 382 der Anmelderin mit dem Titel "Fluid Flow ^v Derice¹¹ (Strömungsmaschine) beschriebenen Art. Die Pumpe 10 besitzt einen zylindrischen Rotor bzw. eine Trommel 12 ait Laufschaufeln 14* die einen Strömungsdurchlaß, beispielsweise für Flüssigkeiten oder Mischungen von Flüssigkeiten und Feststoffen, bilden. Die Trommel 12 ist drehbar in einem als Ganzes mit 16 bezeichneten Stator oder Gehäuse gelagert.

Zu dem Gehäuse 16 gehört ein Unterteil 18, auf dem ein Getriebekasten 20 mit geeigneten Befestigungsteilen vie den Schrauben 22 befestigt ist. Eine Antriebswelle 24 ist in geeigneten Lagern 26 im Getriebekasten 20 drehbar gelagert. An der Antriebswelle 24 ist ein Radialflansch 28 befestigt, an dem sich ein treibendes Zahnrad 30 befindet, das mit einem durch Schrauben 34 an der Außenwandung der Trommel 12 befestigten angetriebenen Zahnkranz 32 in Eingriff steht»

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Vie ,aus Fig. 2 am besten ersichtlich, definiert das Gehäuse 16 eine geschlossene Sohmiermittelkammer 36 mit einen im Unterteil 18 ausgebildeten ringförmigen Teil 38, der die Trommel 12 umschließt und normalerweise durch eine Einfüllschraube 40 oben im Getriebekasten 20 mit einem geeigneten Schmiermittel zur Schmierung der oben beschriebenen Antriebs- und Lagerteile gefüllt wird. Die Lager 26 und die Im Gehäuse 16 angeordneten Lager 42 zur drehbaren Lagerung der Trommel 12 arbeiten ebenso wie die Zahnräder 3Of 3² normalerweise in einem warmen ölbad in der Kammer 36, das gegen das Eindringen ▼on Wasser und anderen Verunreinigungen geschützt werden muß. Zu diesem Zweok sind zwei mechanische Gleitringdichtungen 44» 44 vorgesehen, die sich an entgegengesetzten axialen Enden um den Umfang der Trommel 12 erstrecken. In der dargestellten Ausführungsform sind beide Sichtungen 44, 44 im wesentlichen gleichartig ausgebildet. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird eine der Sichtungen nachstehend beschrieben, wobei zu bemerken ist, daß gleiche Teile in sämtlichen Figuren der Zeichnung mit gleichen Kennzahlen bezeichnet sind.

Um die Montage der Sichtungen 44t 44 zu erleichtern, sind an den Enden der pumpe zwei Flansche 48 und 50 mit Kopfschrauben 52 am Gehäuse 16 befestigt. Siese Flansche haben den Zweck, die Sichtungen 44, 44 in erweiterten ringförmigen Sichtungshohlräumen 54 und 56,

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die «ich umfänglich um entgegengesetzte axiale Endabschnitte der Trommel 12 erstrecken, in ihrer Lage zur Troweel 12 zu fixieren. Die Dichtungshohlräume 54t 56 stehen durch die Lager 42 mit dem benachbarten Teil 38 der Schmiermittelkammer 36 in Verbindung.

Bei der mechanischen Gleitringdichtung 44 in dem Hohl« zaum 56 sind zwei im wesentlichen gleich ausgebildete, aber spiegelbildlich zueinander angeordnete Dichtungsgegenringe 58 und 60 mit axialem Abstand zueinander auf dea rechten Endabschnitt der Trommel 12 befestigt. Siehe Pig« 2 und 3· Die Dichtungsgegenringe 58 und 6o sind jeweils mit eingestochenen Hüten 62, 64 versehen, die sich durchgehend um den Innenumfang der Diehtungsgegen— ringe 58 und 60 erstrecken und gegenüber der Trommel adt geeigneten O-Ring@n 66 und 68 herkömmlicher Ausführung abgedichtet sind, die zur Erzielung einer flüssigkeitsdiohten Abdichtung mit einer Preßpassung nach Wahl in die Nuten 62, 64 eingebracht werden. Die Dichtungsgegenringe 58, 60 werden jeweils über entfernbar© Haltestifte 70, 72 von der Trommel 12 mitgenommen. Die Stifte 70» 72 wirken mit einem Haltering 73 zusammen, tat die Dichtung 44 in lösbarer Verbindung in ihrer Lage auf der Trommel 12 zu fixieren. Einander zugewandte Seitenwandflachen der Dichtungsgegenrxnge 58 und 60 erstrecken sich relativ zur Trommel 12 radial nach außen und bilden zwei Dichtflächen oder Drehsitze 74 und 76«

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Die DichtungBgegenringe f>8t 60 können beispielsweise aus gehärtetem Edelstahl bestehen. Die Sitze 74/76 werden vorzugsweise durch Läppen als Präzisionsdichtflächen ausgebildet.

Um die Getriebe- und Lagerkammer 38 gegen das Eindringen von Wasser und sonstigen Verunreinigungen zu schützen und gleichzeitig zu gewährleisten, daß die Lager 42 infolge der Dichtwirkung der Dichtungen 44» 44 nicht mit axialem Druck belastet werden, sind die Dichtungen jeweils mit einer mit Flüssigkeit beaufschlagten mittigen Dichtungskomponente 80 versehen, die besonders geeignet ist, eine optimale Dichtung durch Berührung mit den Sitzen 74 und 76 zu gewährleisten, wobei auß beide Drehsitze 74 und 76 jeweils ausgeglichene Dichtkräfte mit Vorspannung ausgeübt werden.

Im einzelnen besteht die mittige Dichtungskomponente 80 aus einem Dichtelement 82, das sich im mittleren Teil einer unbeweglichen Dichtungseinheit befindet und den betreffenden Hohlraum 56 in getrennte, abgedichtete Hohlraumabschnitte 56a und 56b unterteilt (siehe Fig. 5)» und zwei in den Hohlraumabschnitten 56a und 56b angeordneten Dichtringen 84 bzw. 86. Die Dichtringe 84 und 86 bestehen aus einem geeigneten Material wie z.B, Kohlenstoff und sind vorzugsweise so ausgebildet, daß die Hinge 84, 86 im wesentlichen

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gleich, aber spiegelbildlich zueinander angeordnet Bind· Die radiale Dichtfläche dieser Dichtringe 84, 86 wird Ton relativ dünnen, ringförmigen tragenden Flächen 88, 90 an Vorsprüngen 92, 94 gebildet, die axial zur Trommel 12 in entgegengesetzten Richtungen verlaufen und jeweils eine radial angeordnete geläppte Dichtfläche für eine innige dichtende Berührung mit den zugewandten radialen Sitzen 74» 76 der benachbarten Dichtungsgegenringe 5Bf 60 bilden. Die Dichtringe 84, 86 weisen jeweils einen im wesentlichen C-fÖrmigen Querschnitt mit zwei paarweise einander zugewandten Klemmbunden 96, 96a und 98, 98b zur Aufnahme des mittigen Dichtelements 62 auf· Der Innendurchmesser der Dichtringe 84, 86 ist jeweils größer als der Außendurchmesser der Trommel Dadurch ergibt sich eine die Trommel 12 umgebende und radial innen zu den durch Berührung der tragenden Flächen 88, 90 mit den Sitzen 74, 76 gebildeten Gleitflächendichtungen angeordnete geschlossene innere Ringkammer 100.

Zur Erzielung einer optimalen Dichtung durch Berührung an den Gleitflächen bei schwankenden Betriebsbedingungen, einer größeren Lebensdauer der Dichtungen 44» 44 und ausgeglichener, axial gerichteter Dichtkräfte bzw. Anpreßdrücke um den umfang der Trommel 12 bei gleichzeitiger Fixierung der Dichtringe, 84 und 86 in ihrer Lage sum Gehäuse 16, enthält das mittige Dichtelement der

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Sichtung 44 jeweils eine mit Flüssigkeit beaufschlagte,« dehnbare hohle Blase 82. Sie Blase 82 ist zwischen den Klemmbunden 96, 96a und 98, 98b der Dichtringe 84 und 86 eingespannt und definiert eine durchgehende Kammer 102, die sich innerhalb der durch die Dichtringe 84, 86 gesteckten Grenzen um die Trommel 12 erstreckt· Wie an besten aus Fig./"4 ersichtlich, weist die Blase 82 einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt am Außen-UHfang mit einem eingeschnürten radial verlaufenden Teil 104 zwischen den oberen Klemmbunden 96, $8 der Binge 84, 86 und einen erweiterten Bund IO6 am Außenumfang auf, der sich in besonderer Weise zur Einspannung in eine Aussparung 108 im Gehäuse 16 mittels eines von den Flanschen an den pumpenenden axial nach innen ragenden ringförmigen Ansatzes 110, wie z.B. mittels des Ansatzes 110 an Flansch 50, eignet. Die Kairoer 102 weist einen£wesentliehen ovalförmigen Querschnitt auf, dessen Hauptachse axial zur Trommel 12 verläuft, so daß sich die Blase 82, wenn sie mit Druck beaufschlagt wird, in vorbestimmter Weise in einer im vesentlichen horizontalen Richtung axial zur Trommel 12 ausdehnt und auf die Dichtringe.84, 86 gleiche, aber entgegengesetzte Dichtkräfte bzw. Anpreßdrücke ausübt, die von den Dichtringen auf die entsprechenden Drehsitze 74f 76 übertragen werden. Auf diese Weise werden die Hohlraumabschnitte 5^^a» 56b zwangläufig mit /~3 und (C_ im . ■

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ausgeglichenem Anpreßdruck an den radialen Gleitflächen gegenüber der Kammer 100 abgedichtet. Diese Form der Dichtung reduziert nicht nur die Axialdruckbelastung der Lager 42 auf ein Mindestmaß, sondern gewährleistet auch selbst bei hohen Drücken eine gleichmäßigere Abnutzung der tragenden Flächen 88, 90· Bemerkenswert ist ferner, daß der Abstand zwischen den Dichtungsringen 84t ^Q6 extrem klein gehalten wird, damit die Ringe sich bei einem schnellen Start nicht nach innen bewegen können, was dazu führen könnte, daß sioh die Dichtungsgegenringe 58, 60 von ihren Stiften 70, 7² lösen.

Zwischen der Kammer 102 der Blase 82 und einer geeigneten Druckflüssigkeitsquelle zur Beaufschlagung der

nittigen Dichtungskomponente 80 der Dichtungen 44 kann grundsätzlich jede beliebige, geeignete Verbindung vorgesehen werden. Lediglich als Anschauungsbeispiel ist die bevorzugte Ausführungsform der.Erfindung mit einem Flüssigkeitsvorratstank 112 versehen, in dem mit einer Handpumpe 114 ein vorbestimmter Luftdruck erzeugt werden kann, damit die in dem Tank 112 enthaltene Flüssigkeit 116 durch ein Einweg-Rückschlagventil 118 fließt, das zu einem gewöhnlichen T-Verbindungsstück 120 und Flüssigkeitsvorlaufleitungen 122 und 124 führt, die mit den Kammern 102, 102 der Dichtungen 44, 44 in Verbindung stehen. Über· ein einstellbares Überdruckventil 126 im oberen Bereich des Tante 112 wird der Tank automatisch

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entlastet, wenn der Druck im Tank den am Überdruckventil 126 eingestellten Druck übersteigt.

Wenn die Pumpe 10 durch die in der Zeichnung gezeigte Antriebsvorrichtung in Betrieb gesetzt wird, - wobei Torausgesetzt wird, daß die Antriebswelle 24 mit einer geeigneten Kraftquelle gekuppelt ist, - erhöht eich die durch die Gleitflächendichtungen in den ringför-Bigen Dichtungshohlräumen 54» 56 bewirkte zwangläufige Dichtung noch beträchtlich infolge der oben beschriebenen konstruktiven Ausbildung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die abgedichteten Ringkammern 100, 100 radial innen zu den Gleitflächendichtungen in den mit der Kammer 38 in Verbindung stehenden Dichtungshohlraumabschnitten 56a und 56b angeordnet sind und daß das gepumpte Medium beim Durchströmen der Trommel 12 den Spalt 130 zwischen dem Gehäuse 16 und der Trommel 12 passiert. Die Drehbewegung der rotierenden Trommel 12 erzeugt also eine Zentrifugalkraft, durch die, insbesondere bei Trommeln mit relativ grißem Durchmesser und hoher Umfangsgeschwindigkeit, flüssige ader feste Teilchen in den Hohlräumabschnitten 56a und 56b radial nach außen geschleudert und somit von den Gleitflächendichtungen fern gehalten werden. Dadurch wird die Gefahr einer Erosion der durch Anpreßung der mit Druck beaufschlagten Dichtungskomponente 80 bewirkten Dichtung durch einen hydrodynamischen Film oder

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Fremdkörper oder sonstige Verunreinigungen der Flüssigkeiten in den Hohlraumabschnitten 56a, 56b auf ein Mindestmaß reduziert. Auf Grund der beschriebenen konstruktiven Ausbildung bleiben die inneren Hingkammern 100, 100 der Dichtungen 44» 44 von Öl, Wasser und Fremdkörpern frei. Die Zentrifugalwirkung dient also nicht nur dem Schutz der Dichtungen 44, 44» sondern erhöht auch deren Dichtwirkung und führt zu dem zu einer größeren Lebensdauer der Dichtungen 44» 44 bei minimalen Versohleiß-und Erosionsproblemen, die anderenfalls eine¹ aufwendige Wartung erforderlich machen würden. Gleichzeitig wird die Gefahr einer Verschmutzung des Schmiermittels in der Kammer 36 in wirksamer Weise auf ein Mindestmaß reduziert. Ferner können die erfindungsge-■äBen Dichtungskomponenten 80, BO durch Vorspannen der Mittigen Dichtelemente 82, 82 mit einer regulierten Druckflüssigkeit schnell und leicht verstellt werden, na die ausgeglichenen Wirkdichtkräfte bzw. Anpreßdrücke unterschiedlichen Betriebsbedingungen anzupassen. Dadurch wird ohne Verminderung der Lebensdauer der Dichtungsteile eine wirksame Abdichtung erzielt und gleichzeitig die Abnutzung der Dichtungen bei hohen Drücken gleichmäßiger verteilt.

Dem Fachmann dürfte klar sein, daß innerhalb des durch die Lehren dieser Erfindung abgesteckten Rahmens diverse Abänderungen, Anpaßungen und Variationen -des vor-

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stehend an Hand eines spezifischen Beispiels Offenbarten möglich sind.

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tor (12) erstrecken und die ringförmige Kammer (100) abschließen, und daß die ringförmige Kammer (100) radial innen zu den Gleitflächendichtungen angeordnet ist, so daß Stoffe, die sich außerhalb der ringförmigen Kammer (100) befinden, infolge der durch die Drehbewegung dee Rotors (12) erzeugten Zentrifugalkraft radial nach außen geschleudert und somit von den Gleitflächendichtungen fern gehalten werden.
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsgegenringe (58» 60) aus zwei mit axialem Abstand zueinander auf dem Rotor (12) befestigten Ringen und die Dichtringe (84, 86) aus zwei zwischen den Dichtungsgegenringen (58, 60) mit begrenztem Spiel axial zum Rotor (12) am Stator (16) befestigten Ringen bestehen und daß die Dichtringe (84, 86) gegenüber dea Stator (16) gegen Verdrehung gesichert sind.
3· Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung der Dichtringe (84, 86) gegen Verdrehung eine zwischen den Dichtringen (84, 86) in unveränderlicher Lage zum Stator (16) angeordnete dehnbare, ringförmige Blase (82) und eine mit der Blase (82) verbundene Flüssigkeitsversorgungseinrichtung zum Verspannen der Dichtringe (84, 86) in entgegengesetzten Richtungen axial zum Rotor (12) verwendet werden.
4. Dichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,

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daß die Blase (82) so ausgebildet und bemessen ist, daß sie eine axial ausgeglichene Dichtung durch Berührung zwischen den Dichtringen (84, 86) und den Dichtungsgegenringen (58, 60) bewirkt.
5. Dichtung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß die Plussigkeitsversorgungseinrichtung zusätzlich mit einer Flüssigkeitsdruckregeleinrichtung zur Einstellung der Dichtkraft'zwischen den Dichtringen (84, 86) und den Dichtungsgegenringen (58, 60) versehen ist.
6· Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsgegenringe (58, 60) aus zwei mit Abstand zueinander konzentrisch auf dem Rotor (12) befestigten Ringen und die Dichtringe (84, 86) aus "einem ringförmigen mittigen Dichtelement (82) und zwei zwischen den Dichtungsgegenringen (58, 60) und auf entgegengesetzten Seiten des mittigen Dichtelements (82) spiegelbildlich zueinander angeordneten Ringen fflit im wesentlichen C-förmigem Querschnitt bestehen und daß die Dichtringe (84, 86) jeweils einen axialen ringförmigen Vorsprung {32, 94) mit einer durchgehenden radialen tragenden Fläche (88, 90) aufweisen, die mit dem benachbarten Dichtungsgegenring (58, 60) in Berührung gebracht werden kann»
7. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

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daß das mittige Dichtelement (82) als hohles, dehnbares Teil ausgebildet ist und daß eine Flüssigkeitsvorlaufleitung (122, 124) so mit dem mittigen Dichtelement (82) verbunden ist, daß, wenn das mittige Dichtelement (82) mit Druck beaufschlagt wird, die tragenden Flächen (88, 90) der Dichtringe (84, 86) sich axial zum Rotor (12) nach außen bewegen und durch Berührung mit den benachbarten Dichtungsgegenringen (58, 60) dichten.
8. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mittige Dichtelement (82) und die Dichtringe (84f 86) in ihrer Lage zueinander und zum Stator (16) unveränderlich sind und daß das mittige Dichtelement (82) relativ zur Ringkammer (100) radial nach außen verläuft und den Raum zwischen dem Stator (16) und SLem Rotor (12) gegen das fließende Medium abdichtet·
9. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mittige Dichtelement (82) einen radial zum Rotor (12) verlaufenden Umfangsteil (I04) aufweist und daß der Stator (16) an seinen Enden jeweils mit einem Flansch (48, 50) versehen ist, der am Umfangsteil (104) des mittigen Dichtelements (82) anliegt und dieses in seiner Lage zum Stator (16) fixiert.
10. Dichtung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß das mittige Dichtelement (82) einen, eine Kammer (102) definierenden, im wesentlichen gleichför-

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migeη Querschnitt aufweist und so ausgebildet und bemessen ist, daß axial zum Rotor (12) gleiche Anpreßdriicke in entgegengesetzten Sichtungen ausgeübt werden, um die tragenden Flächen (88, 90) der Dichtringe (84» 86) in axial ausgeglichener dichtender Berührung mit den Dichtungsgegenringen (58, 60) des Rotors (12) zu halten. .
11. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (16) aus einem den Rotor (12) umschliessenden Gehäuse und der Rotor (12) aus einem Zylinder mit einem mittigen Strömungsdurchlaß besteht, an dessen Innenwandung Laufschaufeln (14) angeordnet sind.
12. Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (84, 86) auf dem Rotor (12) aus zwei mit Abstand zueinander konzentrisch auf einer Außenwandung des drehbaren Zylinders angeordneten Ringen bestehen ., daß zwischen dem Dichtring (84, 86) und dem Zylinder zur Erzielung einer flüssigkeitsdichten Abdichtung jeweils ein 0-Ring/angeordnet ist und daß die Dichtringe (84, 86) durch entfernbare Halterungen (70, 72) lösbar mit dem Zylinder verbunden sind. /■(66, 68)

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