DE2431217A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents
DichtungsanordnungInfo
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- DE2431217A1 DE2431217A1 DE2431217A DE2431217A DE2431217A1 DE 2431217 A1 DE2431217 A1 DE 2431217A1 DE 2431217 A DE2431217 A DE 2431217A DE 2431217 A DE2431217 A DE 2431217A DE 2431217 A1 DE2431217 A1 DE 2431217A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C19/00—Sealing arrangements in rotary-piston machines or engines
- F01C19/08—Axially-movable sealings for working fluids
- F01C19/085—Elements specially adapted for sealing of the lateral faces of intermeshing-engagement type machines or engines, e.g. gear machines or engines
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Description
Dichtungsanordnung
Die Erfindung bezieht sich, auf eine Dichtungsanordnung für eine
Strömungsmitteldruckvorrichtungünd insbesondere für Zahnradpumpen und -motoren, Pumpen und Motoren mit Nockensteuerung, Drehkolbenpumpen
und -motoren und für Flügelpumpen und -motoren, bei denen das Strömungsmittel zwangsläufig durch eine Drehbewegung verdrängt
wird.
Derartige Vorrichtungen können mit einer druckbelasteten Verschieß-
bzw. Druckplatte versehen sein, die zwischen dem Gehäuse und dem sich drehenden Arbeitselement oder den Elementen angeordnet
ist und die beim Betrieb das Arbeitselement belasten und mit diesem eine Abdichtung bilden kann, wodurch die Wirksamkeit der
Pumpe gesteigert wird, indem die volle Druckdifferenz am Arbeits-,element
erhalten wird.
Derart aufgebaute Zahnradpumpen sind in der US-PS 3 348 49 2 und in
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der US-PS 3 371 615 beschrieben. In jeder dieser darin beschriebenen
unterschiedlichen Dichtungsanordnungen ist die Verschleißplatte relativ zu den Arbeitselementen (d.h. zu den ineinandergreifenden
Pumpenzahnrädern) in axialer Richtung beweglich, wobei eine Nut in der Fläche der Verschleißplatte vorgesehen ist, die der eine
Seitenfläche der Druckkammer oder des Arbeitsraumes der Pumpe DiI-denden
Innenfläche des Gehäuses gegenüberliegt. Die Fläche auf der entgegengesetzten Seite der Verschleißplatte liegt dabei den Seitenflächen
der Zahnräder gegenüber. Eine in die Nut eingesetzte Dichtung weist eine an der gegenüberliegenden Gehäusefläche angreifende
Dichtfläche auf. Kanäle in der Verscnleißplatte lassen das Strömungsmittel von der Hochdruckseite der Arbeitskammer in die Nut eindringen,
so daß beim Betrieb der Pumpe der Strömungsmitteldruck die Dichtung bezüglich zur Nut nach außen und gegen die gegenüberliegende
Seitenfläche in dichtende Anlage drückt und vorgegebene Druckbelastungszonen auf der Verschleißplatte bestimmt werden, wodurch
der auf die Verschleißplatte ausgeübte Strömungsmitteldruck, wie er durch die Druckoelastungszonen bestimmt ist, die Verschleißplatte
von der Seitenfläcne des Gehäuses weg und gegen die Seitenflächen der Zahnräder drückt. Die Seitenflächen der Zahnräder auf der der
Verscnleißplatte abgewandten Seite werden ihrerseits gegen die andere Seitenfläche des Arbeitsraumes gedrückt. Auf diese Weise wird
die Pumpe beim Betrieb für eine erhöhte Leistung druckbelastet, wobei durch die besondere Form der Verschleißplatte, der Nut und
der Dichtung die Druckbelastungszonen auf der Verschleißplatte so bestimmt sind, daß damit den Strömungsmittelkräften wirksam entgegengewirkt
werden kann, die bei verschiedenen Betriebsdrehzanlen
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auftreten.
Bei den einzelnen Dichtungsanordnungen gemäß den oben genannten Patentschriften ist auch für eine Vorspannung gesorgt, d.h.,daß
die Dichtung in jeder Ausführungsform mit den Wänden der Nut so zusammenwirkt, daß für eine die Dichtfläche der Dichtung in Anlage
mit der gegenüberliegenden Seitenfläche des Arbeitsraumes drückende mechanische Kraft bei Stillstand der Pumpe gesorgt ist, wodurch
bereits beim Anlaufen der Pumpe Druckbelastungszonen geschaffen werden.
Für zusätzliche Merkmale und Einzelheiten im Aufbau und Betrieb kann auf die oben genannten Patentschriften zurückgegriffen werden,
woßei viele dieser Merkmale in Zusammenhang mit der Erfindung sehr
nützlicn sein können.
Erfindungsgemäß ist die Dichtung mit einer zweiten Dichtfläche verseilen
, die sich relativ zur Nut von der oben genannten Dichtfläche nach innen erstreckt und in Anlage mit einer der Seitenwände der
Nut kommt. Die Dichtung ist mit einer Vorspanneinricntung versehen, die an der anderen Seitenwand zur Ausübung einer Vorspannkraft auf
die Dicntung in einr Querrichtung relativ zur Nut und senkrecht zur zuvor erwännten Vorspannkraft angreift, wodurch die Dichtung
und die zuerst genannte Seitenwand zur Schaffung einer mechanischen Dichtung zusammenwirken, die bei der Bestimmung und Aufrechterhaltung
der Druckbelastungszonen entlang der Verschleißplatte beim
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Anlaufen der Strömungsmitteldruckvorrichtung mitwirkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwischen der Dichtung und der anderen Seitenwand der Nut Zwischenräume ausgebildet,
die beim Betrieb das Strömungsmittel in die Nut und über einen beträchtlichen Längenabschnitt davon eintreten lassen.
Die Erfindung wird nun an Ausführungsbeispielen und anhand der beiliegenden
Figuren näher erläutert. Es zeigt:
eine Endansicht einer Zahnradpumpe gemäß der Erfindung, einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 2-2 der
Fig. 1;
einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2; einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 2;
einen Schnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 2;
eine perspektivische Ansicht einer Verschleißplatte für die Zahnradpumpe gemäß den Fig. 1 bis 6;
Fig. 8 einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie 8-8 der Fig. 7;
Fig. 9 eine Draufsicht auf die Verschleißplatte der Fig. 7 mit eingesetztem Dichtungskörper;
Fig. 9A eine Seitenansicht des Aufbaues in Fig. 9;
Fig. Io eine vergrößerte Draufsicht auf die zu der in Fig. 9
dargestellten Seite entgegengesetzte Seite des Dichtungskörpers ;
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Fig. 11 eine Seitenansicht des Dichtungskörpers der Fig. Io;
Fig. 12 eine Endansicht des Dichtungskörpers der Fig. Io und 11;
Fig. 13 einen vergrößerten Querschnitt des Dichtungskörpers entlang
der Linie 13-13 der Fig. Io;
Fig. IU ein vergrößerter Querschnitt des Dichtungskörpers entlang
der Linie IU-Ii+- der Fig. Io;
Fig. 15 einen vergrößerten Querschnitt des Dichtungskörpers entlang
der Linie 15-15 der Fig. Io;
Fig. 16 einen vergrößerten Querschnitt des Dichtungskörpers entlang
der Linie 16-16 der Fig. Io;
Fig. 17 einen erheblich vergrößerten Querschnitt des Dichtungskörpers entlang· der Linie 17-17 der Fig. lo, wobei der
Dichtungskörper umgekehrt und teilweise benachbarte Elemente im Querschnitt dargestellt sind.
In den Fig. 1 bis 6 ist eine einfache Zahnradpumpe 2o gezeigt, obwohl die Erfindung auch bei anderen Strömungsmitteldruckvorrichtungen
angewendet werden kann, z.B. bei Zahnradpumpen und -motoren mit pfeilverzahnten oder schräg verzahnten Rädern, bei Pumpen und
Motoren mit Nockensteuerung (löbe-type), Drehkolbenpumpen und -motoren
und 2 Flügelpumpen und -motoren (pivoting-vane and slidingvane types). Kurzum, kann die Erfindung praktisch bei jeder Strömungsmittelpumpe
bzw. -motor angewendet werden,bei der die Verdrängung des Strömungsmittels zwangsläufig erfolgt und die mindestens
ein sich drehendes und einer Druckdifferenz oder einem Druckgradienten
ausgesetztes Arbeitselement mit einem Arbeitsabschnitt auf seinem Umfang und nicht arbeitenden Seitenflächen aufweist.
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Die Zahnradpumpe .2o weist ein zweistückiges Gehäuse auf, das aus einem Gehäuseteil 2 2 und einem daran Defestigten (z.B.
mittels Schrauben 26) Gehäuseteil 24 als Seitenabdeckung besteht.
Außerdem können zur Erleichterung des Zusammenbaues Fixierstifte 2 8 vorgesenen sein. Das Gehäuseteil 24· weist eine Niederdruck-Einlai6öf
fnung 3o und eine Hochdruck-Auslaßöffnung 32 auf, die
über eine Schraubverbindung oder anderweitig mit einer Strömungsmittelquelle und einem Strömungsmittelempfänger verbunden sein
können, von denen keiner gezeigt ist. Die Öffnungen 3o und 32 sind an ihren inneren Enden erweitert, wie in den Fig. 4 und b
gezeigt ist.
Das Gehäuseteil 22 ist mit einer inneren gekrümmten Oberfläche versehen, die im allgemeinen die Form von zwei ineinander übergehenden
parallelen Zylindern beschreibt. Eine innere ebene Fläche 36 des Gehäuseteils 22 schneidet die gekrümmte Fläche 34. Das Gehäuseteil
24 ist mit einer ebenen Oberfläche 3 8 versehen, die ebenfalls die gekrümmte Fläche 34 scnneidet und der Fläche 36 gegenüDerliegt,
wenn das Gehäuseteil 24 am Gehäuseteil 22 befestigt ist.
Die Flächen 34, 36 und 38 bestimmen eine Druckkammer bzw. einen Arbeitsraum 4o, bei dem die Oberfläche 34 eine Umfangsflache und
die Flächen 36 und 38 Seitenflächen bilden.
Innerhalb des Arbeitsraumes 4o sind zwei sich drehende Arbeitselemente
in Form von sich kämmenden Zahnrädern 4 2 und 44 angeordnet,
von denen jedes auf seinem Umfang mit einem durch die Zähne 4 6
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gebildeten Aroeitsabschnitt versehen ist. Bei der dargestellten
Pumpe 2o handelt es sich um eine Zahnradpumpe mit Geradverzahnung,
bei der die Längsachsen der Zähne 4ö parallel zu den Drehachsen
der Zahnräder 42 und 44 liegen, jedoch können ebensogut auch andere Zannradformen verwendet werden. In jedem Fall ergänzen sich die
Spitzen der Zähne 46 und die benachbarten Abschnitte der Umfangsflache-34.
Die Zahnräder 42 und 44 sind an einer Seite mit zylindrischen Drehzapfen
48 versehen, die zur Drehung in komplementären zylindrischen Bohrungen 5o im Gehäuseteil 2 2 angeordnet sind und die Seitenfläche
36 durchsetzen. Ebene Seitenflächen 51 der Zahnräder umgeben die inneren Enden der Drehzapfen 4 8 und stehen zu den Drehachsen
der Zahnräder 42 und 44 senkrecht. Der Drehzapfen 48 des Zannrades 44 weist einen Fortsatz 52 auf, der z.B. über eine Keilnut
5 4 und einen darin aufgenommenen Keil 5 6 mit einer Antriebsquelle verbunden werden kann. Auf den den Drehzapfen 48 entgegengesetzten
Seiten der Zahnräder 4 2 und 44 sind koaxial dazu zylindrische Drehzapfen 5 8 für eine Drehung in im Gehäuseteil 24 ausgebildeten,
komplementären zylindrischen Blindbohrungen Bo angeordnet, wobei sie die Seitenfläche 3 8 durchsetzen. Ggf. können die
Bohrungen 6o sich durch das Gehäuseteil 24 nach außen hindurch erstrecken, wie es in den oben genannten Patentschriften gezeigt
ist. Ebene Seitenflächen 61 der Zannräder 4 2 und 44 umgeben die inneren Enden der Drehzapfen 5 8 und stehen zu den Drehachsen der
Zahnräder senkrecht. Die Seitenflächen bl sind gleich den Seiten-
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flächen 61,so wie diese aus Fig. b hervorgehen.
Zwei Ausnehmungen 62 und 64 stehen in Verbindung mit dem Aroeitsraum
4o und unterbrechen dessen Fläche 34 . Die Ausnenmungen fluchten
mit den zugeordneten Öffnungen 3o und 3 2 und wirken mit den erweiterten inneren Enden der Öffnungen zusammen, um die ungehinderte
und kontinuierliche Einführung von Strömungsmittel sowie den Austritt des Strömungsmittels aus den Arbeitsabschnitten der Zahnräder
42 und 44 zu erleichtern. Offensichtlich steht beim Betrieb
der Pumpe das Strömungsmittel in der Ausnehmung 64 unter einem höheren Druck als das Strömungsmittel in der Ausnehmung 62, wodurch
die Ausnehmung 64 und die benachbarten Bereiche des Arbeitsraumes 4o als eine Strömungsmitteldruckquelle beschrieben werden können.
In den Fig. 7 bis 9 einschließlicn Fig. 9A ist insbesondere ehe
Verschleißplatte 6b gezeigt, deren gekrümmte äußere Umfangsflache
ü8 zwei gegenüberliegende Ausnehmungen 7o und 7 2 aufweist. Die
äußere Umfangsflache 6 8 ist im allgemeinen komplementär zur inneren
Umfangsflache 34 des Arbeitsraumes 4o ausgebildet, weist aber
aus einem bestimmten, noch später zu erläuternden Grund einen etwas kleineren Umriß auf, wie in übertriebener Form aus den Fig.
und 6 hervorgeht. Die Umfangsflache 68 wird von zwei parallelen
ebenen Oberflächen 74 und 76 senkrecht geschnitten, wobei die Fläche 74 eine Druckfläche und die Fläche 7o eine Verschleißfläche
der Verschleißplatte ist,wie später noch erklärt werden wird.
-ύ-
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Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Verschleißfläche 76 mit zwei
flacnen Ausnenmungen 78 und 8o versehen, durch die sonst auftretende üoergroiäe und schädliche Drücke vermieden werden, indem das
zwischen den sich kämmenden Zähnen eingefangene Strömungsmittel entlastet wird.
In der Druckfläche 74 der Verschleißplatte 66 ist eine Nut 82 vorgesehen,
die durch zwei Seitenwände 84- und 86 und einen die Seitenwände schneidenden Boden 8 8 bestimmt ist. Während die Seit-enwände
84 im Querschnitt im allgemeinen senkrecht zum Boden stehen, Dilden sie vorzugsweise mit dem Nutboden einen Winkel, der ein wenig größer
als 9o° ist; z.B. etwa 9 5° in der bevorzugten Ausführungsform,
so daß sicn die Nut von der Fläche 74 zum Nutboden 8 8 hin ein wenig verengt.
Ferner sind in der Druckfläche 74 zwei die Ausnehmung 7o der äußeren
Umfangsflache 6 8 schneidende und mit der Nut 8 2 verbundene Kanäle 9o für den Zutritt von Strömungsmittel vorgesehen. Die Kanäle
9o sind vorzugsweise in jenen Bereichen der Druckfläche 74 angeordnet, die sich zwischen der Ausnehmung 7o und den der Ausnehmung
am nächsten liegenden Punkten der Nut 8 2 befinden. Zylindrische Bohrungen 9 2 sind an den Verbindungsstellen zwischen den Kanälen
9o und der Nut 8 2 vorgesehen, um eine ungedrosselte VerDindung sicherzustellen.
Zwei zylindrische Bohrungen 94 sind in der Verschleißplatte 6b vorgesehen
und scnneiden die Oberflächen 74 und 76. Die Bohrungen 94
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- Io -
sollen die Drehzapfen 78.der Zahnräder 42 und 44 umgeben, naben
aber,wie in Fig. 3 übertrieben dargestellt ist, eine ÜDergröße,
d.h., ihr Durchmesser ist aus einem bestimmten, noch später erläuterten Grund ein wenig größer als der des Drenzapfens 48. Wie
zu sehen ist, umgibt die Nut 82 teilweise die ßonrungen und läuft dicht an der Ausnehmung 7o vorbei.
In den Fig. Io bis 17 ist eine Dichtungseinrichtung in Form eines
einstückigen Dichtungskörpers too dargestellt. Der Dichtungskörper loo kann aus irgendeinem elastischen Material hergestellt werden,
das im Hinblick auf Verschleiß und Extrusion genügend Widerstandsfest ist. Viele gefüllte Kunststoffe können diesen Anforderungen
genügen, z.B. gefülltes Nylon, das von der Polymer Corporation unter dem Namen "Nylatron GS31" auf den Markt gebracht wird. Dem
Fachmann jedoch ist klar, daß sogar Materialien wie Metall verwendet
werden können.
Der Dicntungskörper loo weist im Prinzip eine erste üichtungswand Io2 und eine zweite Dichtungswand Io4 auf, die über eine gemeinsame
Kante miteinander verbunden sind, Die Dichtungswand Io2 liefert eine erste äußere Dichtfläche loo, die in einer einzigen Ebene
liegt, und eine der ersten Dichtfläche gegenüberliegende innere Druckfläcne Io8. Auf ähnliche Weise wird mit der zweiten üichtungs-
für
wand Io4/eine zweite äußere Dichtfläcne Ho gesorgt, die zum Eingriff
mit der Seitenwand 84 der Verschleißplatte 66 ausgebildet ist, sowie für eine der zweiten Dicntflache gegenüberliegende innere
Druckfläche 112. Wenn der üichtungskörper loo von der Nut 8 2
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aufgenommen wird, sind die Dicntungswand Io2 und ihre Dichtfläche
loö quer zur Nut 8 2 angeordnet, wohingegen die Dichtungswand Io4
und inre Dichtfläche Ho sicn nach innen relativ zur Nut von der Wand Io2 und der Flache Io6 erstrecken, wie in Fig. 17 gezeigt ist.
Ks ist wichtig, daß die Dichtflächen Io6 und Ho frei von Graten,
GrüDchen und anderen Unregelmäßigkeiten sind. Obwohl die Dichtflächen
Io6 und Ho im allgemeinen senkrecht zueinander stehen, bilden
sie jedoch vorzugsweise den Supplementwinkel zu dem durch die Seitenwände 84 und 88 der Nut 82 bestimmten Winkel, so daß der
Dicntungskörper loo sich mit seiner an der Seitenwand 84 kontinuierlicn
angreifenden, zweiten Dichtfläche Ho sicher in der Nut befindet. Daher wird in der oevorzugten Ausführungsform der durch
die Dichtfläcnen loo und Ho gebildete Winkel etwa 85° betragen.
Gemäß Fig. 17 kann nach bekannten mathematiscnen Gesetzen für die
einem Querschnitt der Dichtungswände Io2 und Io4 darstellende ebene
Figur ein Schwerpunkt bzw. Mittelpunkt 114 (centroid) bestimmt werden. Abgesehen von den noch später beschriebenen Strukturen des
Dichtungskörpers loo bilden die gedankenmäßig miteinander verbundenen
Mittelpunkte aller Querschnitte der Dichtungswände Io2 und Io4 eine imaginäre Mittelpunktslinie, die in einer einzigen, durch
eine unterbrochene Linie 116 dargestellten Ebene liegt. In der bevorzugten Ausführungsform hat die schlangenförmige Mittelpunktslinie die Form eines W. Dabei sind die Dichtungswände derartig um
die MittelpunKtslinie angeordnet, daß die Dichtfläche lob relativ
zur HittelpunKtslinie außen an der Jichtungswand Io2 und parallel
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zur Ebene 116 liegt und daß die üicntfläche Ho relativ zur Mittelpunktslinie
außen an der Dichtungswand Io4 gelegen ist und die Ebe-
bleibendem
ne 116 in gleich / Abstand von der Mittelpunktslinie schneidet. Daher
folgen in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Dichtungswände Io2 und Io4 und ihre zugeordneten Dichtflächen Io6 und Ho
(undtiamit der Dichtungskörper loo ganz allgemein) der W-artigen
Form der imaginären Mittelpunktslinie, wie am besten aus den Figuren 9 und Io zu sehen ist, wobei die Wände der Nut 8 2 für die Aufnahme
des Dichtungskörpers eine komplementäre Form bestimmen. Andererseits ist klar, daß die Nut 82 und der Dicntungskörper loo jede
andere Form gemäß der Erfindung aufweisen kann, einschließlich der in den zuvor genannten Patentschriften beschriebenen Formen. Die
besondere Form einer bestimmten Dichtung wird sich im allgemeinen aus der Art und der Funktion der Vorrichtung ergeben, in der die
neue Dichtungsanordnung verwendet werden soll, und im besonderen durch die Größen, Richtungen und Quellen der während des Betriebes
auftretenden Strömungsmittelkräfte
Die Dichtungswände Io2 und Io4 sind mit freien, der gemeinsamen
Kante entgegengesetzten Kanten 118 und 12o versehen. Ferner sind auf dem Dichtungskörper loo auf Abstand gehaltene, längliche Spannelemente
122 vorgesehen, um auf den Dichtungskörper loo eine Vorspannkraft auszuüben, die den Dichtungskörper nach außen aus der
Nut 8 2 zu drücken versucht, wenn der Dichtungskörper und die Verscnleißplatte
66 in die Zahnradpumpe 2o eingebaut sind. Jedes Spannelement einer ersten Reihe von Spannelementen 12 2a erstreckt sich
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— ld —
von. der Oberfläche Io8, und jedes Spannelement einer zweiten
Reihe von Spannelementen 122b erstreckt sich von der Kante 12o
der Dichtungswand Io4. Die Längsachsen der Spannelemente laufen
parallel zueinander und erstrecken sich in einer im allgemeinen zur Dichtfläche Io6 senkrechten Richtung, wobei die freien Enden
der Spannelemente alle den gleichen. Abstand zur Dichtfläche loo
haben. Die Spannelemente bestimmen die Höhe des Dichtungskörpers loo, wie in Fig. 17 zu sehen ist, wobei die Höhe ein wenig größer
als die Tiefe der Nut 8 2.gewählt wird, so daß die Dichtfläche Io6
ein wenig oberhalb der Fläche 74 der Verschleißplatte 66 und parallel
zu ihr liegt, wenn der Dichtungskörper mit seinen am Nutboden
88 angreifenden Elementen 122 in der Nut eingesetzt ist. Zu den Elementen 122 ähnliche Spannelemente sind in den zuvor genannten
Patentschriften beschrieben.
Erfindungsgemäß ist der Dichtungskörper loo ferner mit einer zusätzlichen
Vorspanneinrichtung versehen, die aus mehreren, auf Abstand
gehaltene quer verlaufende Spannelemente 124 besteht, die auf der
-Kante 118 der Dichtungswand Io.2 ausgebildet und an der Seitenwand
86 angeordnet sind, wenn sich der Dichtungskörper in der Nut 8 2 befindet. Wie am besten aus den Fig» 3 und Io hervorgeht, bilden
vier der quer verlaufenden Spannelemente VorSprünge 124b auf der
Kante 118 an den äußersten Enden der Kante und des üxchtungskorpers
loo, wooei jeder Vorsprung 124b einen Teil eines erweiterten Endes
I126 bildet, was später noch genauer beschrieben werden wird.
tJedes quer verlaufende Spannelement weist eine äußere Oberfläche
Α09884/0Λ53 - l* -
128a oder 128b auf, wie am besten aus Fig. 9 nervorgeht, die mit
der Dichtfläche lob koplanar ist und an sie angrenzt und daher einen Fortsatz von der üicntfläcne bildet. Außerdem weist jedes
Element 124 eine Spannfläche 13oa oder 13ob auf, die im allgemeinen
senkrecht zur äußeren Oberfläche 128a oder 128b verläuft, jedoch vorzugsweise einen Supplementwinkel zu dem durch die Wände
86 und 88 der Nut 82 bestimmten Winkel bildet. Daher ßilden in der bevorzugten AusfUhrungsform die äußere Oberfläche 128a, 128b
und die Spannfläche 13oa, 13ob einen Winkel von etwa 8S°. Zusätzlich
ist jede Spannfläche 13oa,13ob zur Anpassung an die benachbarte Fläche der Seitenwand 86 entsprechend geformt, wie am besten
aus Fig. 9 hervorgeht, wodurch die Spannfläcne mit der Seitenwand 86 in kontinuierlicher Berührung steht. Jene zwischen einander benacnbarten
Elementen 124- geJqgenen Bereiche der Kante 118 bilden
Ausnehmungen der Dichtfläche Io6.
Jedes erweiterte Ende 126 weist eine Enddchtfläcne 132 auf, die
im allgemeinen rechteckförmig ist und im allgemeinen senkrecht zur
Dicntfläche Io6 verläuft und die einen spitzen Winkel mit der Dicntflache Io8 bildet. Die erweiterten Enden sind derart bemessen,
daß sie die Enden der Nut 32 schließen, wie am besten in Fig. 9A gezeigt ist, wobei sie sich über die Kanten 118 und 12o hinaus erstrecken.
Die Endflächen sind zur Anpassung an die Umfangsflache
entsprechend
68 der Verschleißplatte 66/geformt und gehen glatt in diese über, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Jedes erweiterte Ende 126 ist außerdem mit einer inneren Druckfläche 134 versehen, die im allgemeinen senk-
68 der Verschleißplatte 66/geformt und gehen glatt in diese über, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Jedes erweiterte Ende 126 ist außerdem mit einer inneren Druckfläche 134 versehen, die im allgemeinen senk-
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recht zur inneren Druckfläcne I08 steht und einen spitzen Winkel
mit der inneren Druckfläche 112 bildet.
Somit ist nun leicht zu sehen, daß die erweiterten Enden 126 aufgrund
der eben beschriebenen Form drei Funktionen erfüllen, nämlich die Enden der Nut zu schließen, eine Vorspannkraft in einer Richtung
in der Weise wie die Elemente 122 zu vermitteln und eine Vorspannkraft
in einer zweiten Ricntung zu vermitteln, wie jetzt im folgenden näher beschrieben wird.
Die Abmessung in Querrichtung der Dichtungswand Io2 an den quer verlaufenden
Spannelementen 124 und einschließlich dieser wird derart gewänlt, daß die quer verlaufenden Spannelemente und die Seitenwand
8b zur Schaffung einer quer gerichteten Vorspannkraft auf die Üicntungswand Io2 in einer zur Kraftrichtung der Spannelemente 12
senkrechten Richtung zusammenwirken, wodurch eine mechanische Dichtung
zwischen der zweiten Dichtfläche Ho und der Seitenwand 84
immer erhalten wird. Die quer gericntete Vorspannkraft liegt/dann vor,
wenn aer elastische Dichtungskörper loo fest in der Nut einsitzt.
Aus den Fig. 2, 9 und 17 geht hervor, daß Abschnitte der Kante von der Seitenwand 8 6 aufgrund der quer verlaufenden Spannelemente
124 auf Abstand gehalten sind und daß deshalb mit der Nut 82 in Verbindung stehende Zwischenräume 126 durch die einander benachbarten
quer verlaufenden Spannelemente 124, die Kante 118 (oder die dadurch gecildeten Ausnehmungen der Dichtfläche lob) und die
benacnbarte o> itenwand 86 bestimmt werden, wobei mit den Zwischen-
409884/0453 - io -
— 2ο —
räumen für einen Strömungsmittelzugang zur Nut und zu den inneren
Drucjcf lachen loß und 112 gesorgt ist.
Bei der zusammengebauten Zahnradpumpe 2o ist der Dichtungskörper
loo in der Nut 8 2 so angeordnet, wie es in den Fig. 9, 9A und 17 gezeigt ist, und die Verscnleißplatte ob ist in der Pumpe derart
angeordnet, daß inre Druckfläche 74 der Fläche 3b des Hohlraumes 4o und inre Verschleißflache 7ö den Seitenfläcnen Sl der Zahnräder
42 und 4-4- gegenüberliegt. Die Ausnehmungen 7o und 72 der Umfangsfläcne
ö8 der Verschleißplatte sind den Strömungsnitteldrücken in den jeweiligen Ausnehmungen 64 und 62 ausgesetzt, und die Drenzapfen
48 sitzen etwas locher in den Bonrungen 94 der Verscnleiß-.platte.
Die Abmessungen des Aroeitsraumes 4o, Jer Zannräder ^i und 44,
der Verschleißplatte 56 und des Dichtungskörpers loo sind derart gewänlt, daß zum Eingriff der ersten Dichtfläche lob des Dichtungskörpers mit der Seitenfläcne 36 des Arjeitsraumes und zum Andrücken
der Verschleißplatte an die Seitenfläcnen Sl der Zahnräder durcn die Spannelemente 122 eine Vorspannkraft in der entsprecnenden
Ricntung ausgeübt wird. Auf diese Weise wird ein Zwischenraum 13
zwischen den gegenüberliegenden Fläcnen 36 und 74 bestimmt, der eine Verbindung zwischen der Ausnenmung 64 auf der einen Seite und
den Zwischenräumen 136 und damit der Nut 82 auf der anderen Seite herstellt. Gleicnzeitig wird durch die Vorspannxraft der quer verlaufenden
Spannelemente 124 der Eingriff der zweiten Dichtfläcne
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Ho an der' Seitenwand 84 der Nut 82 erhalten.
Arbeitsweise:
Die prinzipielle Arbeitsweise von Zahnradpumpen ist allgemein bekannt
und wird daher nur kurz beschrieben. Die Einlaßöffnung 3o ist mit einer geeigneten Strömungsmittelquelle verbunden, und die
Auslaßöffnung 32 ist mit einem geeigneten Strömungsmittelempfänger
verbunden. Der Fortsatz 52 des Drenzapfens 48 wird mit Hilfe des Keils Sb zum Antrieb des Zahnrades 44 in Drehung versetzt, das
üoer die sicn Kämmenden Zähne 4b das Zahnrad 4 2 antreibt. Die
iJrehricntungen der Zahnräder sind in Fig. 6 durch Pfeile angedeutet.
Jas Strömungsmittel wird durch die sicn drehenden Zähne in sicn- längs erstreckenden, rotierenden Kammern oder Zwischenräumen
eingefangen, die kontinuierlich durch die benachbarten Zähne zusammen mit aen Flächen 34, 36 und 38 gebildet werden, wobei das Strömungsmittel
zur Ausnehmung ö4 geliefert wird , wenn sich die Zähne außer Eingriff bewegen und bevor die Zähne wieder ineinander eingreifen.
Das Strömungsmittel wird dadurch kontinuierlich in die Ausnehmung t>2 Dei einem relativ niedrigen Druck über die Einlaßöffnung
3o gezogen und kontinuierlicn bei einem relativ hohen Druck über die Ausnehmung 64 und die Auslaßöffnung dl augegeben.
Jowie eine Strömungsmitteldruckdifferenz an den Zahnrädern 4^ und
44 nerrscnt, d.a. zwischen den Ausnenmungen 62 und 64, wird die
Verschleiiipl atte ob in der Fig. 3 nacn liriKS geidrückt. Di(1^e iiewe-
-M-
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gung ist durch die unterbemessene Umfangsfläche 6 8 und die überbemessenen
Bohrungen 94 möglich, wie es zuvor bereits erwähnt wur-
und
de/in der Fig. 3 übertrieben gezeigt ist. Wie außerdem aus Fig. 3 hervorgeht, bildet dadurch die linke Seite der Umfangsfläche 68 eine Dichtung mit dem gegenüberliegenden Abschnitt der Fläche 3 4 des Arbeitsraumes 4o. Die'Endflächen 132 des Dichtungskörpers loo werden gleichfalls an der Fläche 34 angreifen und die Enden der Nut 8 2 abdienten. Zur gleichen Zeit kann Hochdruck-Strömungsmittel aus der Ausnehmung b4 und deren Nachbarscnaft über die Kanäle 9o und einen den Zwischenraum 13 8 und die damit verbundenen Zwischenräume 13b umfassenden Kanal in die Nut 82 eintreten. Das so eingetretene riochdruck-Strömungsmittel sorgt nun durch seinen auf die üruckfläcnen Io8 und 112 wirkenden Druck für Dichtkräfte, die die Dichtfläche loo gegen die gegenüberliegende Fläche des Arbeitsraumes 4o und die Dichtfläche Ho gegen die Seitenwand 84 der Nut 82 drücken. Die Vorspanneigenschaften des Dichtungskörpers loo erleicntern die Druckbeaufschlagung des Dichtungskörpers beim Anlaufen der Pumpe, indem bei abgeschalteter Pumpe für eine mechaniscne Dichtung gesorgt ist.
de/in der Fig. 3 übertrieben gezeigt ist. Wie außerdem aus Fig. 3 hervorgeht, bildet dadurch die linke Seite der Umfangsfläche 68 eine Dichtung mit dem gegenüberliegenden Abschnitt der Fläche 3 4 des Arbeitsraumes 4o. Die'Endflächen 132 des Dichtungskörpers loo werden gleichfalls an der Fläche 34 angreifen und die Enden der Nut 8 2 abdienten. Zur gleichen Zeit kann Hochdruck-Strömungsmittel aus der Ausnehmung b4 und deren Nachbarscnaft über die Kanäle 9o und einen den Zwischenraum 13 8 und die damit verbundenen Zwischenräume 13b umfassenden Kanal in die Nut 82 eintreten. Das so eingetretene riochdruck-Strömungsmittel sorgt nun durch seinen auf die üruckfläcnen Io8 und 112 wirkenden Druck für Dichtkräfte, die die Dichtfläche loo gegen die gegenüberliegende Fläche des Arbeitsraumes 4o und die Dichtfläche Ho gegen die Seitenwand 84 der Nut 82 drücken. Die Vorspanneigenschaften des Dichtungskörpers loo erleicntern die Druckbeaufschlagung des Dichtungskörpers beim Anlaufen der Pumpe, indem bei abgeschalteter Pumpe für eine mechaniscne Dichtung gesorgt ist.
üurcn die so gebildete Abdichtung zwischen dem Dichtungskörper loo,
der Verschleißplatte 66 und der Fläche 36 des Arbeitsraumes 4o
werden genau oestinunte Druckbelastungszonen auf der Druckfläcne//1+
der Verschleißplatte geschaffen. Wie insbesondere aus Fig. y zu erkennen ist, umfaßt die Hochdruckzone denjenigen Bereich der Fläche
74, der oberhalu, unterhalb und links vom Dichtungskörper loo
- 1-J -
409884/0453
liegt, während die Niederdruckzone den Bereich rechts vom Dichtungsköprer
umfaßt. .
Offensichtlich wirken die Kräfte, die sich aus den auf die jeweiligen
Belastungszonen ausgeübten Drücke ergeben, in wirksamer Weise den innerhalb des Aroeitsraumes Ho erzeugten Strömungsmittelkräften
entgegen und drücken die Verschleißplatte 66 in Fig. 2 nach links in Eingriff mit den Seitenfläcnen 51 der Zahnräder 42 und 44, wodurch
die Zahnräder im Bereich zwischen den Seitenflächen 51 und
der Verschleißfläche 7 6 und in dem Bereich zwischen den Seitenfläcnen 61 und der Seitenfläche 3 8 belastet werden. Dieser kräfteausgleichende
Effekt kann unabhängig von der Drehzanl der Zahnräder
hervorgerufen werden.
Es ist nicht wesentlich, daß die Verschleißplatte auf der rechten
Seite des Arbeitsraumes 4o angeordnet ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Dichtungsanordnung arbeitet genau so gut, wenn die Verschleißplatte
umgedreht, umgekehrt und an der linken Seite des Arbeitsraumes mit der Druckfläche 74 an der Seitenfläche 38 und
der VerschleBflache 76 an den Seitenflächen 61 der Zahnräder angeordnet
wird. In diesem Fall werden natürlich die Zahnräder in Fig. I nacn recnts gedrückt, wobei ihre Seitenflächen 51 unmittelbar
an der Seitenfläche 3 6 zu liegen kommen. In ännlicner Weise können zwei Verschleißplatten auf jeder Seite des Arbeitsraumes 4o vorgesehen
werden.
Obwohl das Teil 66 andauernd als Verschleißplatte bezeichnet wurde,
409884/0453 " 2o "
- 2ο -
ist es klar, daß es auch die Funktion einer Druckplatte erfüllen kann ^ auf die auf die Zahnräder einwirkende unausgeglichene Axialkräfte
ausgeübt werden, wie sie z.B. in einer schräg verzahnten Zahnradpumpe (oder Motor) auftreten könnten.
Jedem Fachmann ist klar, daß.die als Zahnradpumpe beschriebene
Strömungsmitteldruckvorrichtung 2o auch als Strömungsmittelmotor verwendet werden könnte, indem die Öffnung 32 an eine äußere Strömungsmitteldruckquelle
angeschlossen wird. Das so mit Druck in die Ausnehmung 64 eingeführte Strömungsmittel treibt dann die Zahnräder
12 und 44 in zu den in Fig. 6 dargestellteiYRichtungen entgegengesetzten
Richtungen an, wobei über die Ausnehmung 6 2 und die Öffnung 3o Strömungsmittel mit relativ niedrigem Druck abgegeben wird. Der
Drehzapfenfortsatz 5 2 wird dann zu einem Antriebsglied. Es wird jedoch besonders darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung
dabei genauso funktioniert, wie vorher beschrieben worden ist.
Andererseits kann die Verschleißplatte so ausgebildet werden, daß sie umkehrbar ist, indem geeignete Nut- und Dichtungskörperformen
vorgesehen werden, wie sie z.3. in der zuvor genannten Patentschrift
3 348 49 2 beschrieben sind. Bei einer umkehrbaren Verschleißplatte
können die Hoch- und Niederdruckseiten des Arbeitsraumes 4o vertauscht werden, wenn die Vorrichtung als Strömungsmittelmotor verwendet
wird. In einem derartigen Fall drehen sich dann die Zahnräder in denselben Richtungen weiter und die Öffnungen 3o und 3 2 blei-Den
jeweils die Einlaß- und die Auslaßöffnung. Auf der anderen
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Seite kann mit der Verschleißplatte und dem Dichtungskörper, wie
sie hier gezeigt sind, dieselbe Arbeitsweise realisiert werden, indem
einfach die Verschleißplatte ausgebaut, umgedreht und mit dem Dicntungskörper wieder an der Seitenfläche 36 eingebaut wird.
Es sei insbesondere bemerkt, daß die Nut 82 ebensogut in der Seitenfläche
36 anstelle der Druckfläche 74 der Verschleißplatte vorgesehen sein kann. Bei dieser Änderung weist die Druckfläche 74 keine
Unterbrechungen auf, und die gegebenenfalls vorgesehenen Kanäle 9o
werden in der Fläche 36 ausgebildet -und verbinden die Nut direkt'
mit der Ausnehmung 64. Die Arbeitsweise der Dichtungsanordnung
bleibt dabei im wesentlichen die gleiche. Durch die Vorspannung
wird eine mechanische Abdichtung zwischen dem Dichtungskörper und
einer Seitenwand der Nut und zwischen dem Dichtungskörper und der Druckfläche 74 der Verschleißplatte geschaffen, wodurch
die Druckbelastungszonen auf der Verschlexßplatte bestimmt werden.
Durch das Eindringen von Hochdruck-Strömungsmittel in die Nut (in !derselben Weise wie zuvor beschrieben) wird die Dichtung mit Druck
•belastet, und die Kräfte, die sich aus den auf die Bdastungszonen
wirkenden Drücke ergeben, werden die Verschleißplatte in einaföichtung
für die Belastung der Zahnräder drücken.
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409884/0453
Claims (8)
1.) Dichtungsanordnung für eine Strömungsmitteldruckvorrichtung,
mit Hilfe der eine vollständige Abdichtung zwischen zwei ebenen Flächen in dieser Vorrichtung erzielt werden kann, gekennzeichnet
durch eine Nut (82) in einer der ebenen Flächen (74), einen in die Nut einzusetzenden Dichtungskörper (loo), wobei die Nut
auf Abstand voneinander gehaltene Seitenwände (84,86) und der Dichtungskörper zwei Dichtflächen (Io6,llo) aufweist, von denen
oei eingesetztem Dichtungskörper die erste quer zur Nut liegt
und an der anderen ebenen Fläche (36) anliegt und de zweite
(llo) an einer der Seitenwände (84) anliegt und sich von der ersten
Dichtfläche nach innen bezüglich der Nut erstreckt, eine
an der anderen Seitenwand (86) angreifende, am Dichtungskörper vorgesehene Vorspanneinrichtung (124) zur Ausübung einer Vorspannkraft
auf den Dichtungskörper in einer Querrichtung zur Nut. um die zweite Dichtfläche in Anlage mit der einen Seitenwand zu
drücken, und durch Einrichtungen (9o,136), mit deren Hilfe das Strömungsmittel in die Nut eindringen und den Dichtungskörper
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gegen die eine Seitenwand und gegen die andere ebene Fläche drükken
kann.
2. Dicntungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorspanneinrichtung mehrere, voneinander auf Abstand gehaltene
Spannelemente (124) auf der bei eingesetztem Dichtungskörper an der anderen Seitenwand (86) angeordneten Kante (118) der ersten
Dichtfläche (Io6) aufweist, wobei zumindest ein Teil der Kante zwischen benachbarten Spannelementen ausgenommen ist, und
daß die Einrichtungen, mit deren Hilfe das Strömungsmittel in
die Nut eindringen kann, einen mit der Nut in Verbindung stehenden Zwischenraum (136) aufweisen, der durch diese Ausnehmung
die andere Seitenwand und die benachbarten Spannelemente bestimmt
ist.
3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
eine erste Dichtungswand (Io2), die quer zur Nut (82) verläuft, wenn der Dichtungskörper (loo) derart eingesetzt ist, daß sich
die Dichtfläche (lio) der zweiten Dichtungswand (Io4) in Anlage
mit der einen Seitenwand (84) der Nut befindet, wobei die erste
Dicntungswand derart bemessen ist, daß mindestens ein zu dieser einen Kante entgegengesetzter Teil ihrer Kante (118) von der
anderen Seitenwand der Nut unter der Druckwirkung der Vorspanneinrichtung auf Abstand gehalten ist, um so einen Strömungsmittelzugang
zur Nut und zu den inneren Druckflächen der Dichtungs* wände zu schaffen.
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409884/04 5 3
4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorspanneinrichtung mehrere, auf dieser entgegengesetzten Kante (118) der ersten Dichtungswand (Io2) in Abständen zueinander
angeordnete Spannelemente (124) aufweist, wobei die entgegengesetzte
Kante zwischen benachbarten Spannelementen ausgenommen ist, und den von der einen Seitenwand (86) auf Abstand
gehaltenen Teil zu schaffen.
5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Nut (82) einen jede der Seitenwände (82,84)schneidenden Boden
(88) aufweist und daß der Dichtungskörper (loo) mit weiteren Spannelementen (122) versehen ist, die am Boden der Nut zur Ausübung
einer Vorspannkraft auf den Dichtungskörper angreifen und den Dichtungskörper aus der Nut (82) zu drücken versuchen.
6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Platte (66) mit ebenen Flächen (74,76), eine Nut (82) mit zwei
auf Abstand voneinander gehaltenen Seitenwänden (84,86) in einer der ebenen Bächen, einen in die Nut eingesetzten elastischen
Dichtungskörper (loo) mit zwei Dichtflächen (Io6,llo), von
denen die erste quer zur Nut liegt und nach außen von- der Nut
; wegschaut und die zweite (llo) sich in Anlage mit einer der
Seitenwände (84) befindet und sich von der ersten Dichtfläche relativ zur Nut nach innen erstreckt, und durch eine am Dichtungskörper
vorgesehen Vorspanneinrichtung (124), die zur Aus-
; übung einer Vorspannkraft auf den Dichtungskörper in einer Quer-
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richtung zur Nut an der'anderen Seitenwand (86) angreift, um
die zweite Dichtfläche in Anlage mit der einen Seitenwand zu drücken.
7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durchinindestens
eine Bohrung (94) in der Platte (66), die die ebenen Flächen (74, 76) schneidet, wobei ein Teil der Nut (82) mindestens
teilweise die Bohrung umgibt.
8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Platte (66) eine im allgemeinen gekrümmte, die ebenen Fläcnen (74,76) schneidende Umfangsflache (68) aufweist sowie zwei
gegenüberliegende Ausnehmungen (7o,72) in der Umfangsflache,wo
bei der die Bohrung umgebende Teil der Nut (82) nahe an einer der Ausnehmungen (7o) vorbeiläuft und die Einrichtungen, mit
deren Hilfe das Strömungsmittel in die Nut eindringen kann, einen mit der Nut in Verbindung stehenden und die
eine Ausnehmung an der Umfangsflache an einem der Nut am nächsten
gelegenen Punkt schneidenden Kanal (9o) in der einen Fläche (74) aufweist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US374290A US3890068A (en) | 1973-06-28 | 1973-06-28 | Sealing arrangement for a fluid pressure device |
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