DE3906775A1 - Dichtungsanordnung fuer wellen - Google Patents
Dichtungsanordnung fuer wellenInfo
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung für
Wellen, die schraubenförmig, schwenkend und/oder rotierend
bewegt werden können. Die Dichtungsanordnung weist einen Dichtring
aus einem zähelastischen Werkstoff auf, der einen ringförmigen
Abschnitt und einen an seinem Ende die Dichtfläche bildenden
Steg aufweist und einen elastischen Spannring sowie einen
radiale Kräfte aufnehmenden Stützring aufweist, der einen höheren
Elastizitätsmodul besitzt als der Dichtring.
Eine bekannte Dichtungsanordnung dieser Art ist in der DE-PS
32 17 118 beschrieben. Bei dieser Dichtungsanordnung weist der
Dichtring einen radial abstehenden Steg auf, dessen Ende am
Umfang der Welle anliegt und dort den zwischen der Hochdruckseite
und der Niederdruckseite der Anordnung vorgesehenen Dichtspalt
zwischen den relativ zueinander bewegten Flächen der
Anordnung bildet. Unter Hochdruckseite wird die Seite der Anordnung
bezeichnet, die den gegenüber der Niederdruckseite höheren
Druck aufweist. Der Stützring hat dabei die Aufgabe, den Dichtring
zu stabilisieren, er kann auch dazu dienen, die Abfuhr
der an der Dichtfläche entstehenden Wärme zu unterstützen. Bei
dieser bekannten Anordnung ist der Dichtring auf den Stützring
aufgespannt, so daß der Stützring bestrebt ist, seinen Durchmesser
zu verkleinern. Der das axiale Ende des Stützringes
übergreifende Steg und damit auch die Dichtfläche wird daher
mit einer bestimmten Kraft gegen die Wellenoberfläche gedrückt,
die im wesentlichen vom Elastizitätsmodul des Dichtringes und
auch vom axialen Abstand des benachbarten Endes des Stützringes
von der Dichtfläche abhängt. Dadurch werden zwar weitgehend
stabile Verhältnisse bezüglich des Dichtringes und an der Dichtfläche
geschaffen, bei einer Abnutzung der aus einem zähelastischen
Material bestehenden Dichtfläche läßt aber die Kraft
nach, mit der die Dichtfläche auf den Wellenumfang gedrückt
wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der
eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, die sich selbst nachstellt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die
Dichtfläche auf der der Hochdruckseite der Anordnung abgewandten
Seite des Dichtringes angeordnet ist und an einer radial zur
Wellenachse verlaufenden Gegenlauffläche anliegt, daß der Stützring
und der Dichtring axial verschiebbar sind und daß der
Spannring zumindest auf der der Gegenlauffläche abgewandten
Seite eine vom höheren Druck beaufschlagte Fläche aufweist und
am Dichtring und/oder Stützring und an der Welle dichtend anliegt.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit sehr einfachen Mitteln, die
Dichtanordnung besteht lediglich aus Spannring, Dichtring und
Stützring. Die Anpreßkraft, mit der die Dichtfläche an der
Gegenlauffläche anliegt, ist im wesentlichen durch den Druck
des Hochdruckmediums bzw. der Druckdifferenz zwischen Hochdruck-
und Niederdruckmedium der Anordnung bestimmt. Die geometrischen
Verhältnisse der druckbelasteten Flächen lassen sich leicht so
wählen, daß die Dichtfläche mit einem vorbestimmten Druck an
die Gegenlauffläche angepreßt wird. Da zumindest der Dichtring
axial verschiebbar ist, wird eine Abnutzung oder ein Abrieb
der Dichtfläche jederzeit und mit Sicherheit ausgeglichen.
Zu den Vorzügen einer Dichtungsanordnung mit Stützring tritt
daher der Vorteil hinzu, daß die Dichtungsanordnung sich selbsttätig
nachstellt. Außerdem ist diese Dichtungsanordnung unempfindlich
gegen Achsversatz und Wellenschlag. Liegt der Spannring
nur am Stützring an und weist der Dichtring die Dichtfläche
auf, so muß die Verbindung zwischen Stützring und Dichtring
mechanisch starr und dicht sein.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind der Dichtring
und/oder der Stützring auf der der Hochdruckseite der Anordnung
abgewandten Seite mit von dem Hochdruckmedium beaufschlagten
Flächen mit radial verlaufender Komponente zur Entlastung der
Dichtfläche vorgesehen. Diese Flächen können entweder genau
radial, also rechtwinklig zur Wellenachse oder aber schräg zur
Wellenachse, z. B. kegelförmig verlaufen, wesentlich ist lediglich,
daß diese Flächen nicht achsparallel zylindrisch sind,
sondern eine in radialer Richtung verlaufende Komponente aufweisen.
Man erreicht auf diese Weise eine "entlastete" Dichtung.
Bei Ausführungsformen der Erfindung kann die der Gegenlauffläche
gegenüberliegende, an die Dichtfläche angrenzende Fläche des
Dichtringes entweder zylinderförmig axial verlaufen oder aber
schräg, also etwas kegelförmig verlaufen. Dadurch vergrößert
sich die Dichtfläche etwas, wenn sie abgenutzt bzw. abgerieben
ist. Dies kann von Vorteil sein, beispielsweise für den Reibungswiderstand
an der Dichtfläche, wenn diese an der Gegenlauffläche
im Lauf der Zeit Riefen oder andere die Laufeigenschaften
ungünstig beeinflussende Unebenheiten im Laufe der Nutzungsdauer
erhält.
Die an die Dichtfläche angrenzende, vom Hochdruckmedium beaufschlagte
Fläche, die zur Entlastung der Dichtfläche dient,
kann in weiten Grenzen beliebig groß gewählt sein, die gesamte
Stirnfläche der Dichtungsanordnung ist durch die Dichtfläche
in eine ringförmige, vom Niederdruckmedium beaufschlagte und
in eine ringförmige, vom Hochdruckmedium beaufschlagte Fläche
geteilt.
Der Abstand der Dichtfläche von der Wellenachse kann bei Ausführungsformen
der Erfindung verschieden gewählt sein. Bei
einer Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand der der
Welle zugewandten Kante der Dichtfläche von der Wellenachse
kleiner als der Abstand der der Welle abgewandten Umfangsfläche
des Stützringes. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung übergreift
daher der Dichtring den Stützring an seiner Niederdruckseite
und die Dichtfläche ist an diesem radial nach innen ragenden
Teil des Dichtringes vorgesehen. Diese Anordnung trägt zur
Stabilität der Dichtanordnung bei und erlaubt, daß die Entlastungsfläche
des Dichtringes hinreichend groß gewählt werden
kann.
Der Dichtring kann mit dem Stützring mechanisch z. B. geklebt
oder durch Vulkanisation verbunden sein, beispielsweise kann
ein aus zähelastischem Kunststoff bestehender Dichtring auf
einen aus Metall bestehenden Stützring aufgeklebt oder anderweitig
auf dem Stützring befestigt sein, er kann beispielsweise
auch unter elastischer Dehnung auf den Stützring aufgespannt
sein. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist der Dichtring
eine dem Hochdruckmedium ausgesetzte Fläche mit axial
verlaufender Komponente auf. Diese Fläche kann entweder zylindrisch
sein oder aber schräg, also kegelig zu der Wellenachse
verlaufen. Auch dadurch ergibt sich eine zumindest drehfeste
Befestigung des Dichtringes auf dem Stützring, die auch zusätzlich
zu den vorgenannten Maßnahmen zur Befestigung des Dichtringes
auf dem Stützring vorgesehen werden kann. Wenn der Spannring
sowohl dichtend an der Stirnfläche des Stützringes als
auch an dem Dichtring anliegt, so braucht die Befestigung zwischen
Dichtring und Stützring nicht dichtend zu sein.
Der Spannring hat bei der erfindungsgemäßen Dichtung im wesentlichen
die Aufgabe, die Drehbewegung zwischen der Welle und
dem Dichtring zu übertragen, und den Spalt abzudichten, der
zwischen dem Stützring und der Wellenoberfläche oder, wenn ein
Stützring fehlt, zwischen dem Dichtring und der Welle besteht.
Dieser Spalt muß vorhanden sein, um den Dichtring in Richtung
auf die Niederdruckseite verschieben zu können und dadurch
eine Abnutzung der Dichtfläche ausgleichen zu können. Der Spannring
kann daher auf verschiedene Weise in der Dichtanordnung
angeordnet werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung
weist der Dichtring auf der Hochdruckseite eine in axialer
Richtung über den Stützring hinausragende Fläche auf, an der
der Spannring dichtend und drehfest anliegt. Bei Ausführungsformen
der Erfindung, bei denen der Dichtring auf dem Stützring
mit Preßsitz angeordnet ist oder auf andere Weise drehfest und
dicht mit dem Stützring verbunden ist, genügt die Anlage des
Spannringes an dem Stützring oder am Dichtring.
Bei Ausführungsformen der Erfindung kann der Dichtring auf der
Hochdruckseite eine in axialer Richtung über den Stützring
hinausragende Fläche aufweisen, die schräg gegen die Wellenachse
geneigt verläuft.
Der Spannring kann die Form einer O-Dichtung oder aber eine
andere Querschnittsform, z. B. die Form eines Quad-Ringes aufweisen.
Der Spannring kann mit dem Dichtring und/oder mit dem
Stützring einstückig, z. B. anvulkanisiert sein.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
und der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung
in Verbindung mit der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale
können je für sich oder zu mehreren bei Ausführungsformen der
Erfindung verwirklicht sein.
In der Zeichnung ist ein Querschnitt entlang der Wellenachse
einer Dichtungsanordnung einer Ausführungsform der Erfindung
dargestellt.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der
Erfindung drehen sich die Körper 1 und 2 mit hoher Geschwindigkeit
relativ zueinander. Beispielsweise wird angenommen, daß
sich die Welle 1 um die Achse 3 in einer Bohrung 4 des Körpers
dreht, deren Durchmesser nicht viel größer ist als der Außendurchmesser
der Welle 1. Die Durchmesserdifferenz ist in der
Zeichnung lediglich der besseren Darstellung halber stark vergrößert
gezeichnet. Die Dichtungsanordnung soll ein auf der
Hochdruckseite 5 unter hohem Druck stehendes Medium von einer
Niederdruckseite 6 abdichten. Die Dichtungsanordnung ist in
einer umlaufenden Nut 7 angeordnet, deren Flanke 8 der Hochdruckseite
5 und deren Flanke 9 der Niederdruckseite benachbart
sind. Bei einem Durchmesser der Welle 1 von 5 cm kann die Nut
zwischen 5 und 6 mm breit und ebenso tief sein; es ist jedoch
möglich, daß die Nutflanke 8 gänzlich fehlt.
Auf der Welle 1 ist ein Stützring 10 in Richtung der Achse 3
der Welle 1 verschiebbar angeordnet, er kann bei Ausführungsformen
der Erfindung auch in Längsnuten geführt sein, also
drehfest mit der Welle 1 verbunden sein. Auf den Stützring 10
ist ein Dichtring 11 aufgeschoben, die Verbindung zwischen dem
Dichtring 11 und dem Stützring 10 kann drehfest gestaltet sein,
vorzugsweise ist der Dichtring 11 auf den Stützring 10 aufgespannt.
Der Stützring 10, der aus einem Metall oder einem Material
mit ähnlichen Werkstoffeigenschaften bestehen kann,
weist einen höheren Elastizitätsmodul auf als der Dichtring
11, der aus einem zähelastischen Werkstoff, beispielsweise
einem Polytetrafluoräthylen, möglicherweise auch aus einem
Polyamid oder aber aus einem anderen geeigneten Kunststoff
bestehen kann. Der Dichtring 11 weist einen die Stirnfläche 12
des Stützringes 10 in radialer Richtung übergreifenden Abschnitt
13 auf, dessen Stirnfläche 14 daher einen kleineren Abstand
von der Achse 3 aufweist als die äußere Umfangsfläche 15 des
Stützringes 10, an der eine zylindrische Fläche 16 des Dichtringes
11 anliegt. An die Fläche 16 schließt sich hochdruckseitig
eine sich nach dieser Seite kegelförmig erweiternde
Fläche 17 an, an der wiederum eine radial verlaufende ringförmige
Stirnfläche 18 angrenzt. Die Dichtung 11 weist eine der
Welle 1 abgewandte, zylindrische Außenfläche 19 auf, an die
sich eine kegelförmig verjüngende Stirnfläche 20 anschließt.
Das innere Ende der Fläche 20 bildet mit der Fläche 14 eine
Kante, die an der Flanke 9 der Nut 7 anliegt und daher eine
Dichtfläche 21 darstellt. Das von der Hochdruckseite 5 einströmende
Hochdruckmedium füllt den Zwischenraum 22 zwischen der
Nutflanke 8 und der Stirnfläche 18 der Dichtfläche 1, den Zwischenraum
23 zwischen der Außenfläche 19 des Dichtringes 11
und dem Nutgrund sowie den Zwischenraum 24 zwischen der Kegelfläche
20 und der Nutfläche 9 aus. Die Dichtfläche 21 dichtet
das in dem Raum 25 befindliche Niederdruckmedium von dem in
dem Raum 24 befindlichen Hochdruckmedium ab.
Auf der Hochdruckseite des Stützringes 10 ist ein als Spannring
dienender O-Ring angeordnet, der dichtend auf dem Umfang
der Welle 1 und an einer hochdruckseitigen Stirnfläche 27 des
Stützringes 10 anliegt. Der Spannring 26 liegt außerdem an der
Kegelfläche 17 des Dichtringes 11 an. Seine der Nutflanke 8
zugewandte Fläche weist aber einen Abstand von der Nutflanke 8
auf.
Das Hochdruckmedium beaufschlagt die der Flanke 8 zugewandte
Fläche 28 des Spannringes 26 und die Fläche 18 des Dichtringes
und dadurch drückt sie die Dichtfläche 21 auf eine Gegenlauffläche
der Nutflanke 9. Diese Kraft wird entlastet durch das
die Fläche 20 des Dichtringes 11 beaufschlagende Hochdruckmedium.
Durch die Wahl der radialen Ausdehnung der Fläche 20
wird dieser Gegendruck und damit die Entlastung der Dichtfläche
21 bestimmt. Je größer der radiale Abstand der Dichtfläche 21
von der Umfangsfläche der Welle 1 ist, desto kleiner ist der
Gegendruck und damit die Entlastung der Dichtfläche 21. Nutzt
sich die Dichtfläche 21 ab, wird sie wegen des schrägen Verlaufs
der Fläche 20 etwas breiter. Die Kraft, mit der die Dichtfläche
21 gegen ihre Gegenlauffläche angedrückt wird, hängt von dem
Verhältnis der Größe der Projektion der Fläche 20 auf eine
radiale Ebene zu der Größe der Projektion der Flächen 28 und
18 auf eine solche Ebene ab.
Der aus einem gummielastischen Werkstoff bestehende O-Ring liegt
bei der dargestellten Ausführungsform auch dichtend an der
Kegelfläche 17 des Dichtringes 11 an, die einen von dem O-Ring
26 erfüllten, an den Stützring 10 anschließenden Hohlraum begrenzt.
Das in dem Zwischenraum 23 vorhandene Hochdruckmedium beaufschlagt
die Fläche 19 und drückt damit die Flächen 16 und 17
radial gegen die Fläche 15 des Stützringes und gegen den benachbarten
Umfang des O-Ringes 26. Der Stützring 10 nimmt diesen
radialen Druck im wesentlichen auf. Der O-Ring 26 wird durch
den auf seine Umfangsfläche 28 wirkenden Druck des Hochdruckmediums
an die Stirnfläche 27, an die Kegelfläche 17 und an
den Umfang der Welle 1 gepreßt. Der Spannring (O-Ring) 26 erfüllt
daher die Aufgabe, einen Spalt zwischen dem Stützring 10
und dem Umfang der Welle 1 abzudichten und zugleich die Drehbewegung
von der Welle 1 auf den Dichtring 11 zu übertragen.
Die Dichtfläche 21 kann an einem axial von dem Dichtring 11
vorstehenden Steg angeordnet sein, die Dichtfläche kann aus
einer ringförmigen Fläche geringer Breite oder aber aus einer
spitzen Kante gebildet sein. Die Kegelfläche 20 des Dichtringes
11 kann eine Neigung zwischen 5 und 10° gegenüber der Nutflanke
9, vorzugsweise einen Winkel von 8° gegenüber der Ebene der
Nutflanke 9 aufweisen.
Claims (12)
1. Dichtungsanordnung für schraubenförmige, schwenkend und
rotierend bewegte Wellen (1) mit einem Dichtring (11) aus
einem zähelastischen Werkstoff, der einen eine Dichtfläche
aufweisenden Abschnitt besitzt, mit einem elastischen
Spannring (26) und einem radiale Kräfte aufnehmenden Stützring
(10), der einen höheren Elastizitätsmodul besitzt
als der Dichtring (11), dadurch gekennzeichnet, daß die
Dichtfläche (21) auf der Hochdruckseite (5) der Anordnung
abgewandten Seite des Dichtringes (11) angeordnet
ist und an einer radial zu der Wellenachse (3) verlaufenden
Gegenlauffläche anliegt, daß der Stützring (10) und der
Dichtring (11) axial verschiebbar sind und daß der Spannring
(26) zumindest auf der der Gegenlauffläche abgewandten
Seite eine dem höheren Druck ausgesetzte Fläche (28) aufweist
und am Dichtring und/oder Stützring und an der Welle
dichtend anliegt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Dichtring (11) und/oder der Stützring (10) auf der
der Hochdruckseite (5) der Anordnung abgewandten Seite
mindestens eine vom Hochdruck beaufschlagte Fläche mit
radial verlaufender Komponente zur Entlastung der Dichtfläche
(21) aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die der Gegenlauffläche gegenüberliegende, an die
Dichtfläche (21) angrenzende Fläche (20) des Dichtringes
schräg verläuft.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abstand der der Welle zugewandten
Kante der Dichtfläche (21) von der Wellenachse (3) kleiner
ist als der Abstand der der Welle (1) abgewandten Umfangsfläche
(15) des Stützringes (10).
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Dichtring (11) eine dem Hochdruckmedium
ausgesetzte Fläche (19) mit axial verlaufender
Komponente aufweist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Dichtring (11) auf der Hochdruckseite
eine in axialer Richtung über den Stützring (10)
hinausragende Fläche (17) aufweist, an der der Spannring
(16) dichtend und drehfest anliegt.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fläche (17) schräg gegen die Wellenachse (3) geneigt
kegelförmig verläuft.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Dichtring (11) auf den Stützring
(10) mit Preßsitz aufgespannt ist.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spannring (16) die Form einer
O-Dichtung aufweist.
10. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Bildung einer Dichtkante an die schrägverlaufende
Fläche (20) eine achsparallele Fläche (14) anschließt.
11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (21) durch die Stirnfläche
eines Steges gebildet ist.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß Stützring (10) und Dichtring (11) ein
einstückiges Teil bilden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3906775A DE3906775A1 (de) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Dichtungsanordnung fuer wellen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3906775A DE3906775A1 (de) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Dichtungsanordnung fuer wellen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3906775A1 true DE3906775A1 (de) | 1990-09-13 |
Family
ID=6375424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3906775A Ceased DE3906775A1 (de) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Dichtungsanordnung fuer wellen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3906775A1 (de) |
Cited By (2)
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CN108050129A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-05-18 | 佛山市达曼森密封科技有限公司 | 一种组合密封结构 |
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GB2115518A (en) * | 1982-02-16 | 1983-09-07 | John Harbidge | Sealing means |
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1989
- 1989-03-03 DE DE3906775A patent/DE3906775A1/de not_active Ceased
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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