DE7332634U - Wellendichtung - Google Patents

Description

betreffend
Wellendichtung.

Die Errindunr: betrifft eine Dichtung für die Durchführung einer drohbaren V/elle in einen abgeschlossenen Behälter.

Die Erfindung liegt also in dem Bereich von Ausrüstungstei-Ifcn für KcKchincn, etwas genauer für V/ellen und Lager.

Die erfindung.sgemäße Vorrichtung betrifft die Durchführung von drehboren V.'c'l Ί cn in Gefäße, die abschleifende und/oder durch Absotten oder Zent.ri.i'u^ioren abtrennbare und/oder sich ablagernde:' Substanzen enthalten, wie sie während bestimmter Verfahrensab-Ejchn.itte· b'V.i der Her.'; !..ellung von Aluminium, in der Kalk- oder Zement-, Zucl-.er- ocl·:·!¹ Eohrindustrie, beim Fördern und Raffinio-]'(?n von KoIk)I auf tr ο tr· η und ganz allgemein immer dann, wenn es ."•ich cl.'ii'Uin dreht, .Schlamm oder mit dispergierten Feststoffen b(·:■■-· ].ad':n(? Fluösi /';'■:niten zu pumpen oder zu befördern.

Die Dichtheit zwischen einer drehbaren Welle und einem /''■■••.ton Lr-igrr v/ird im al'l gerne- .nen mittel a Preßdichtungen herge-

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stellt, in denen eine aus Kunststoff bestehende Dichtpackung gegen die Welle gedrückt wird, um Undichtigkeiten zwischen der Welle und dem festen Lager zu verhindern.

In bestimmten Fällen, beispielsweise bei der Herstellung von Aluminium ist es notwendig, Lösungen zu befördern, die abrasive, /ablagernde und durch Absetzen und Zentrifugieren abzutrennende Stoffe enthalten; dies führt zu einem Abschleifen der Weile am Durchtritt durch die Dichtungen und hat erhebliche Verluste zur Folge, die die Pumpe unverwendbar machen. Am Ende können diese Leckverluste die Pumpenlager stark zerstören.

Man hat versucht, diese Pressdichtungen durch verschiedene Kunstgriffe zu verbessern, die meistens darauf basieren, daß in die Dichtung Flüssigkeit eingeleitet wird, die unter höherem Druck steht, als er im Inneren des Behälters herrscht, so daß durch die Bewegung dieser Flüssigkeit eine Abfuhr der schleifenden Teilchen hervorgerufen wird, die sonst in die Pressdichtung eindringen würden. Man hat zu diesem Zweck Wasser oder eine andere klare Flüssigkeit, bisweilen auch Schmieröl eingeleitet.

Bei bestimmten Herstellungsvorgängen, wie beispielsweise bei der Herstellung /Aluminium nach dem Verfahren von BAYER, ist es nicht möglich, Öl zu verwenden, weil dadurch das hergestellte Produkt verunreinigt würde; die Wassermenge ,die notwendig v/äre, um einen wirksamen Schutz der Pressdichtung zu gewährleisten, ist so groß, daß seine spätere Verdampfung die Herstellungskosten des Aluminiums erheblich erhöht.

In neuerer Zeit werden Drehdichtungen verwendet, in denen die Dichtheit durch Reibung der Oberflächen zweier fester, nur wenig verformbarer Dichtringe (grain) hervorgerufen wird, deren einer·'ortsfest und an dem Behälter befestigt ist und deren anderer drehbar und an der drehbaren Welle befestigt ist.

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Die Dichtringe können fest oder auswechselbar in Sitzteilen. eingebaut sein, die auch Dichtringhalteteil (porte~gro:in) genannt werden. Die Dichtringe bestehen aus einem Materiell, das ein Reiben des drehbaren Dichtringes am festgelegten Dichtring ohne merklichen Verschleiß ermöglicht. Ein leichter Leckverlust von in dem Gefäß enthaltener Flüssigkeit zwischen dem- ortsfesten jnd dem dreharen Dichtring sorgt für deren Kühlung und Schmierung. Zur Herstellung der Dichtringe werden Paare aus Stellit - Kohlenstoff, gesintertem Aluminium Kohlenstoff, Polymere von Fluorocarbonen oder Metallcarbide verwendet. Die Anlageflächen der Dichtringe sind eben und die Toleranz der Planheit liegt zur Begrenzung der Verluste und zur Verminderung von Reibung bei einigen Mikrometern.

Der ... ortsfeste Dichtring und der drehbare Dichtriog müssen auch bei Unregelmäßigkeiten der Drehung, einem Verschleiß der Anlageflächen oder bei Abweichungen der Richtung einer der Auflageflächen von der Senkrechten zur Welle aneinander anliegen. Ein besonderer Mechanismus ermöglicht ein axiales Gleiten einer der Anlageflächen und ihre Anlage an der anderen. Dieser Mechanismus v/eist im allgemeinen eine oder mehrere Andruckfedern auf, eine Führungsvorrichtung und eine Dichtungsanordnung, die zu. dem Mechanismus gehörende Bauteile vor Einwirkungen der schleifenden und/oder durch Absetzen oder durch Zentrifugieren abtrennbaren und/oder sich ablagernden Substanzen schützen. Diese- Dichtungsanordnung kann aus einem Balg oder aus einem oder mehreren Ringen bestehen.

Trotz verschiedener Verbesserungen haben die bisher konstruierten Dichtungen zahlreiche Unzulänglichkeiten: Die Zulagerung von ' Toträumen oder der Stillstand der festen Phase der abrasiven Suspension zieht allmählich eine Blockierung der beweglichen Teile und. des axialen Gleitsystcma, das dazu dient, die Anlage des ■· ortsfesten Dichtringes am beweglichen Dichtring aufrecht zu erhalten, nach sich. Dies führt zu merklichen Leckverlusten und bisweilen zu einer schweren Zerstörung der Lager .

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I.vSyyA-·? Cor '!.r.fj ;ioi>iig ist '-·'·, cine Y/ellcndJ clitunr zu Kchsf.fen, Ci i c n'cLL i.ii- den ohr-n urigef ;;brie?"i i'u'ngeln brhoftcl .ist.

Diese Aufgabe v:jrd erfindur.gsgemäß mit feiner Vorrichtung gc3üst, dnc die Durchführung einer drehbaren V/olle in das Innern eines abgesehü ossenen Behälters, .indem ein vom Auße-ndruck verrc-Meiener !'"tick herrscht, ermöglicht. Die Vorrichtung v/eitl einen ortsfesten Dichtring und einen drehbaren Dicht]'i Vi,. auf 5 von dein jeder in ein f'-itzteil eingebaut int, und d:i'.·· in ;~o,^r;':ji,":c-itir;ei' Anleihe gclialton sind. Das Ritsteil der. orf.,":Cetten Diclitr.ijiyOS ist am Behälter befestigt. Das ijiti:". teil Cies drehbar en ].;.". cht ringes ist mit dor drclibjiren V/elJ e oder i; it einer zv.^fi;.ehern ].ic("eriden_? en der UcIDe bofosLJ{,1;en hülse i.iiti.cüs eines ;·:egelstUüpfi'ör-iii.ir^n Federring,'-verbünd on. Die große ivsin dieses i'ccU:rr:i;gs liegt s;n

Sitzteil dos drohbar-en i.'j.ohtr.i.ngc3 ;jh, uie kleine Basis an der drehbaren V.'elle oder on der an der Viel Ic Όοίοεΐ'■ gl'.cn Hülse an. Der Fed er?-¹ ing boverksteü 3 igt sov;o]il die Ar-

lagekraft des drehbaren Dicht rings an der·¹. ortsfesten j'ickl".-ring v.nd. die Anordnung des drehbaren Dicht rings relativ ·;υ;;ι ortsfesten Dichtring mit der Möglichkeit einer lcicl-iten ( uiei·- bcv/egung r-ls auch den Drehantrieb i'ür ds.s oit ξ teil dus dx'eli-baren Dichtrings und den drehbaren Dichtring selbst.

Mittels einer elaston;eren Umhüllung dos Federringes ist es möglich, die Anlage des Federrings einerseits an der Welle und andererseits an dem Sitzt nil der. drehboren. 0:i oh! i'.iugs li.'u ht zu gestalten.

Vor den Federring,an der Innenseite dor VurrJ el: I vng i:ann eine biegsame Diclitmernbrau an/;;üordnot sein, die: ν en Ji.;, ι l'ode;¹-· !■"ing abgcstütL'/l v/ii'd und einei'seii'-s gegen d.:i e V/e'.IJ.i- und andererseits gegen das Sitzt eil des dreljb;ire;.j }).ic.]\ Li'J.n.gs geprüft wird.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand ,schcnuitii.ichur Zcj chnungiru νωι Au.vditUunjngfjbo.i spielen mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert.

Ew ο teilen, dar:

Fig. 1 einen axialen Ilalbschnitt durch eine erfindungsgomuße Wellendichtung

Fig. 2 Einzelheiten der Bauweise des mit einem Elastome.r ummantelten oder nicht ummantelten Federrings

Fig\ ;5 und 4 axiale Halbschnitte von Wellendichtungen bni denen die Dichtheit mit einer biegsamen Membran erreicht wird, die im Falle der Fig.3 von dem Federring abgestützt wird und im Falle der Fig.' durch einen Satz von einander anschließenden Ringsegmenten

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist besonders gut für hohe Temperaturen geeignet, sie kann ohne irgend ein Elastromer ausgeführt sein.

Fig. 5 und 6 schematische Darstellungen eines Federrings und des Systems ortsfester Dichtring - ' drehbarer Dichtring - Federring für eine einfache Berechnung der im System wirkenden Kräfte als Funktion des Druckes im abgeschlossenen Behälter, an dem die Dichtung angebracht ist.

Fig. 7 eine gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig.1 abgeänderte Ausführungsform zur Einstellung der Anlagekraft der Federringe.

Die Wellendichtung weist einen festen Teil, rechts und

oberhalb der Linie A E in Fig. 1 und einen drehbaren Teil links, und unterhalb der Linie A B"?Fig. 1 auf.Das Innere des Behälters, der das schleifende und oder durch Absetzen oder Zentrifugiei^en

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abtrennbare und oder/sich ablagernde unter Druck oder Unterdruck stehende Produkt enthält, befindet sich in Fig.1 links; das äußere, in ^i;mc_;;.1 rechts, ist an der freien Luft.

Ein ortsfester Dichtring 1 ist an seinem Sitzteil 2 angeordnet, dessen iJtsllung mit einer Schraube 3 einstellbar ist, die zucätzlich eins Einstellung der anfänglichen Anlagekraft eines drehbaren Dichtrings 6 auf dem ' ortsfesten Dichtring 1 ermöglicht und nötigenfalls eine Korrektur dieser Kraft in Abhängigkeit vom Verschleiß der Dichtringe oder von tolerierbaren Leckverlusten ermöglicht.

Der drehbare Dichtring 6 wird von einem Sitzteil 5 gehalten.

Die Verbindung zwischen dem Sitzteil (5) für den drehb ..x-en Diohtring und der Welle 8 geschieht mittels eines kegelstumpfförmigen Federrings 7 der sich cruekt auf der Welle 8 abstützen kann, oder, gemäß den Fig,1 und 3, an einer Hülse 9, die mittels eines Befestigungskeils 10 und eines Sicherungsrings 11 an der Welle festgeklemmt ist und mit einem Dichtringe12 versehen ist. r.le Einstellung der Anlage der Dichtringe aneinander geschieht gemäß Fig.7 durch eine axiale Verschiebung der Hülse 9 relativ zur Welle 8 mittels eines Gewindes 26 nit Festlegung durch eine Gegenmutter 27 oder eine ähnliche Vorrichtung.

Der Federring 7, der in Fig.1 genauer dargestellt ist, ist ein kegelstumpfförmiger Ring mit einer Biegsamkeit, die geeignetermaßen der von Belleville-Ringen genannten Metallringen ähnelt; ihre Biegsamkeit bzw. Elastizität kann mittels radialer Schlitze Ή (in Fig.2) zwischen den Linien CF EF oder mit mit Längsechlitzen 14 (gemäß Fig.2) zwischen den Linien EFDF erhöht werden. Diese Schlitze ermöglichen einen größeren axialen Verschiebungsbereich des drehbaren Dichtrings 6 relativ zum ortsfesten .Dichtring 1.

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Pie Dichtheit der Anlagen dos Federring.? 7 an dem ßitateil 5 für don drehbaren Dichtring 5 einerseits und an der Welle 0 oder der Hülse 9 andererseits kann auf verschiedene Weise hergestellt werden, .insbesondere durch eine elastomere Ummantelung des Federrings 7. Der in Flg.2 unter der Linie C D liegende Bereich des Federrings 7 ist mit einer elastomeren Ummantelung umgeben. Bin« andere Ausführungsform zum Herstellen einer dichten Anlage des Federrings 7 ist in Fig.3 dargestellt. Vor dem Federring 7 zum Inneren des Behälters hin, d.h. in Berührung mit dem schleifenden und/oder durch Absetzen oder Zentrifugieren abtrennbaren und/oder sich ablagernden Produkt ist eine ebene oder gewellte elastomere Membran 16. Die Membran, wird mittels einer Schraube 17 und eines Ringes 24 gegen das Sitzteil 5 fürden drehbaren Dichtring 5 gedrückt und durch eine gleichartige, nicht dargestellte Vorrichtung gegen die Hülse 9. Der Federring 7 ist so der Wirkung des schleifenden und/oder durch Absetzen oder Zentrifugieren abtrennbaren und/oder sich ablagernden Produktes irn Behälter entzogen.

Die elastomere Membran 16 kann auch durch einen Satz von einanderangrenzenden Ringsegmenten 18 gemäß Fig.4 abgestützt sein, die mit Spiel an zwei Schultern 19 und 20 anliegen, so daß sie die durch den Federring 7 ermöglichte axiale Bewegung nicht behindern. Die Membran wird mittels zweier Anordnungen von Schrauben 22 und 23 und Ringen 24 und 25 einerseits gegen die Hülse 21 gepreßt und andererseits gegen das Sitzteil 5 für den drehbaren Dichtring.

Wenn die physikochemischen Bedingungen im Behälter derart sind, daß keines der bekannten Elastomere widerstandfähig genug ist, kann eine Dichtheit dadurch erreicht werden, daß die elastomere Membran 16 durch eine dünne, ebene oder gewellte Metallmerjbran ersetzt wird, deren Form, Abmessungen und Anpressart an ihre Anlagen gleich den oben für die elastomere Membran beschrieben ist.

Die in Fig.4 dargestellte Dichtung erreicht Dichtheit ohne irgendwelche Elastomere.

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Die Erfindung ermöglicht auch, durch ].'iornohnen der entsprechenden Abmessungen der» Fedei'r.ings, de:'. ortsfOi'.'U.n u.j'i drehbaren Dich tr ings und- der Sitsteile die Ausbildung einer kompensierten Dichtung, das ist eine Dichtung, .in der die Andruckkraft dos drehbaren Dichtringos an dom heic::.{.] /;!■.■-■ π Dichtring unabhängig von dorn Druck im Behälter irrt.

R₁ und D. «ollon den Inncnradiur. bzw. den ilnnendurc.h™ mecior, Rp und. D^ . den Außenradius und Außendurchmeoser df-:;·. elaaticchen bzv/. Fcd.err.Lngs 7 '.md R_Q einen mittleren-, v/illki.irl.ich gewählten Radius zwischen R., und IU bezeichnen.

Das System sei im Gloichgev/icht, P sei der Druck :u:i Beb..^::''lt.cr·, der die wirkenden Kräfte verursacht, die durch die ReiikU.or.r,-krüfte der Anlagen im Gleichgev/icht gehalten sind»

Sei dF die DruckKraft, die auf o'ine;..i kleinen Ring mit dem Radius R₀ und der Breite clR wirkt.

dp = 2ttP R₀ dR (1)

Die Komponenten von dF auf den inneren Anlagekreis und den äuf3eren Anlagekreis des Ringes sind:

(2)

R2 -	R0	dF
R2 -	R1
Ro-	R1
R2 -	R1	dF

Die Lösung dieser beiden Differenzialgleichungen ergabt:

^(U_{2 +} R₁) -1 ( R² ₂ H-H₁R_{2 +} R?- )J ...(4)

■--- 2TC ρ 4

wo F₁ und Fp die wegen des inneren Druckes P auf die an der inneren und äußeren Anlagefläche des Federrings 7 v/irkenden Kräfte sind. Die Kraft F₁ wird durch dieReaktion ihrer Anlage auf der Welle 8 genau im Gleichgewicht gehalten.

Die axialen Druckkräfte, die auf das drehbare Dichtringhalteteil auf der Innenseite der Vorrichtung jenseits des Durchmessers Dp wirken, v/erden von den auf der entgegengesetzten Seite wirkenden Kräfte aufgenommen; die Kräfte, die zwischen dem Durchmesser Dp und D„, das ist der äußere Durchmesser der Anlagefläche des Dichtrings, wirken, betragen:

F₃ =71 xp χ (r| - r|: ) .... (6)

Auf der Breite der Anlagefläche der Dichtringe zwischen D₇ und D₄, D₄ ist der innere Durchmesser der Anlagefläche_f läßt raaxi eine lineare Veränderung des Druckes zu, der sich von Wert P bei D₇ auf den Wert 0 bei D^ ändert, oder:

Damit die Dichtung kompensiert ist, d.h. damit der drehbare Dichtring weder dazu neigt, sich vom ortsfesten Dichtring abzulösen noch seine Anlagkraft an diesem bei Erhöhung des Druckes P im Behälter zu vergrößern, muß gelten:

F₂ = F₇ + F₄ oder

2^rE (r| + R₁ R₂ + r2) - |i (R₂ + R₁)T «Tp/rI - |l - U

17 c: η η e die Breite der Anlagefläche dos Dichtrings ist, gilt:

R₃ - R₄ + e

R₄ läßt sich aus der Gleichung (8) errechnen und man erhält:

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+ 2 e R₄ + e² - | (R² + R₁ R₂ + R²) = ο ...(9)

Auflösung nach der Variablen R₄ ergibt: -e +Vy (r| + R₁ R₂ ■; R₁) - e² ... (10)

Die Lösung hat 2 Wurzeln, von denen nur eine positiv ist und den für R, gewählten Wert darstellt.

Beispiel:

Die Abmessungen des Federringes sind \m .vornherein in Abhängigkeit von den Abmessungen des Behälters, der drehbaren Welle und den in Katalogen von Herstellern zur Verfügungen stehenden Federringen festgelegt; die Breite e der . Anlagefläche der Dichtringe wird in Abhängigkeit von vorherigen Versuchen zur Bestimmung des günstigsten Wertes festgelegt.

. Sei R₁ = 5,7 cm (D₁ = 11,4cm),
R₂ s 8,1 cm (D₂ = 16,2cm),
e = 0,6 cm.

Die Lösung der Gleichung(ΐθ)ergibt entsprechend: ^R4 = ^ ,62 cm
Das ergibt:

D₄ = 2R₄ = 13,24 cm

Dj = D₄ + 2e a 14,44 cm.

Der ortsfeste' und der drehbare Dichtring müssen also einen inneren Durchmesser von 13,24 cm und einen äußeren Durch-

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messer von 14,4·',- cm haben.

Für diese Vierte ist die Gleichung F₂ = F-, + F₄ ständig .für jeden Druck P erfüllt.

Entsprechend kann man ausgehend von den Gleichungen (4)und(5)die Andruckkräfte des Federrings 7 auf seinen Anschlagen, auf der Seite der drehbaren Welle und der Seite des Sitzteiles für den drehbaren Dichtring ausrechnen. Man findet mit den obigen V/er ten von FL und Rp :

F₁ = 49 P₅ F₂ = 55 P

Wenn eier innere Druck im Behälter 10 bar bzw. 100 N

ρ
pro cm betrag!, hat man:

F₁ = 4900 N, F₂ = 5500 N

Diese erhebliche Anlagekraf'c^Sr die Dichtheit der elastischen Membran an ihren Anlagen.

Wenn man mit den vorgegebenen Werten und weiter mit einem inneren Druck von Dar rechnet, findet man für die Werte F₃ und F₄ :

F₃ = 4233 N, F₄ = 1.267 N

Man verifiziert leicht, daß F ,. + F_/( = F₂ ~ 5500

N.

Die Erfindung ermöglicht überall, wo man mit Flüssigkeiten umgeht, die stark mit dispergieren, festen Substanzen beladen sind, ^ie schleifenden Charakter haben und/oder sich durch Absetzen oder Zentrifugieren abtrennen und/oder sich ablagern,

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die Häufigkeit von au! un:'.ul;i.r-.sl£c L^ckvei'luuto oiler auf zu frühe Verschleiß von V/eile.·η und Lagern ;:urüc]:zufüVireuclcn f>töruiir,c-n in eineni crlu-hliche-n Aur.;i:'iaß zv, verhindem u.nc d.ie Lebensdauer von V.^ro 11 endichtunf;ι η erheblich zu vergrößern, obwohl fast keine Wartung notv/endi^ ist.

Die Erfindung ist; vor allem vorteilhaft im Herstellungsverfahren von Λ luniiniurn, in der Kalk-und Zement-; der Zucker und der Bohrinclur.trie und beim Fördern und !"(.affinieren von Erdöl anzuwenden.

/Ansprüche

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Claims (7)

spriiche

1. Dichtung zur Durchführung einer drehbaren Welle in einen abgeschlossenen Behälter, in dem ein vom Umgebungsdruck verschiedener Druck herrscht, mit einem ortsfesten Dichtring und einem drehbaren Dichtring, die beide an Sitzteilen angebracht und in gegenseitiger Anlage gehalten sind, wobei das Sitzteil des ortsfesten Dichtrings am Behälter befestigt ist, gekennzeichnet durch einen kegelstumpfförmigen Federring (7), der mit seiner großen Basis gegen das Sitzteil (?) des drehbaren Dichtrings (6) und mit seiner kleinen Basis gegen die drehbare Welle (8) oder gegen eine an der Welle (8) befestigte, zwischenliegende Hülse (9; 21) drückt und die Sitzteile (2,5) in Bezug aufeinander zentriert.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Federring (7) eine elastomere Ummantelung (15) aufweist, die eine dichte Verbindung zwischen der Welle (8) oder der Hülse (9) und dem Sitzteil (5) des drehbaren Dichtrings (6) herstellt.

3. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Federring (7) mit einer abdichtenden biegsamen Membran (16) hinterlegt ist, die vom Federring (7) abgestützt ist, an d..r Innenseite des Behälters angeordnet ist imd einerseits gegen die Welle (8) oder die Hülse (21) und andererseits gegen das Sitzteil (5) für den drehbaren Dichtring (6) geprei3t ist.

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4. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k c η nzeichnet, daß der Federring (7) mit einer abdichtenden biegsamen Membran (16) hinterlegt ist.die an dor Innenseite dos Doh'-ilters vor dem Federring (7) angeordnet ist ur,d von einem Satz von Ringsogmenten (18) abgestützt 1st und einerseits gegen die WeIIIe (8) oder die Hülse (ί,-Ί) und andererseits gegen dos Sitzteil (5) für den drehbaren Dichtring (6) gepreßt ist.

?. Dichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g te k υ η η zeichnet , daß die Membran (16) aus einem Elastomer besteht.

6. Dichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k c η η zeichnet , daß die Foubran (16) als eine diinnc;, cbeuo oder gewellte Metal¹ !membran ausgebildet ist.

7. Dichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Anlagokrai't des drehbaren Dichtrings gegen den ortsfesten Dichtring unabhängig vom Druck im Behälter ist, dadurch, gekennzeichnet , daß bei gegebenem inneren Radius R₁ und äußerem Radius R^ des Federrings (7) und gegebener Breite e der gemeinsamen Anlageflache der Dichtringe (1,6) der innere Radius R^ der Anlagef lache der Dichtr-:'Ln.go(i ,6) durch die folgende Formel gegeben ist

-e -iU (R^ + R R + r2) „e²

und der äußere Radius der Anlagefläche R₇ = R, + e beträgt.

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