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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Radialwellendichtring mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite, umfassend einen Dichtkörper aus einem Dichtungswerkstoff und einen Stützkörper aus einem polymeren Werkstoff, wobei der Dichtkörper eine dynamisch beanspruchte Dichtlippe umfasst, wobei der Stützkörper in Umfangsrichtung zueinander beabstandete Federzungen aufweist, die mit der Dichtlippe in einer Radialebene angeordnet sind und wobei die Federzungen jeweils eine Federkraft radial in Richtung der Dichtlippe aufweisen.
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Stand der Technik
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Der vorbekannte Dichtring weist eine zentral angeordnete Durchgangsöffnung auf, durch die ein abzudichtendes Maschinenelement, zum Beispiel eine Welle oder eine Kolbenstange, hindurchgeführt ist. Die Federzungen sorgen für eine elastische radiale Anpressung der Dichtlippe an die abzudichtende Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements.
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Der Stützkörper hat eine Doppelfunktion, Er stützt den Dichtkörper und übt mit seinen Federzungen eine radiale Vorspannung auf die Dichtlippe des Dichtkörpers aus.
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Ein Radialwellendichtring ist allgemein bekannt und gelangt zur Abdichtung einer rotierenden Welle gegenüber einem Gehäuse zur Anwendung.
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Der Stützkörper besteht dabei zumeist aus einem metallischen Werkstoff und sorgt dafür, dass der Radialwellendichtring sicher in einem entsprechenden Einbauraum des Gehäuses, das die abzudichtende Welle außenumfangsseitig umschließt, gehalten ist.
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Die Dichtlippe wird häufig von einer Ringwendelfeder außenumfangsseitig umschlossen. Die Ringwendelfeder hat eine radial nach innen gerichtete Federkraft und bewirkt, dass die Dichtlippe eine abzudichtende Oberfläche einer abzudichtenden Welle stets unter radialer Vorspannung dichtend umschließt, insbesondere auch dann, wenn im abzudichtenden Raum gar kein oder nur ein vergleichsweise geringer relativer Überdruck herrscht, der nicht dazu ausreicht, die Dichtlippe mit ausreichender radialer Vorspannung dichtend an die abzudichtende Oberfläche anzudrücken.
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Aus der
DE 10 2015 008 401 A1 ist ein Dichtring bekannt. Der Dichtkörper umfasst stirnseitig beiderseits jeweils eine dynamisch beanspruchte Dichtlippe, wobei der Stützkörper stirnseitig beiderseits jeweils eine sich in axialer Richtung erstreckende Armierung aufweist. Jede Armierung umschließt die entsprechende Dichtlippe radial außenumfangsseitig und ist kreisringförmig sowie, in Umfangsrichtung betrachtet, in sich geschlossen ausgebildet. Der vorbekannte Dichtring wird als Trennkolben in einem Einrohr-Gasdruckstoßdämpfer verwendet. Die einstückig mit dem Stützkörper ausgebildeten Armierungen sind vorgesehen, um eine verbesserte Formbeständigkeit des Dichtrings im Bereich seiner Dichtlippen zu bewirken. Die Armierung soll einer Relaxation der Dichtlippen vorbeugen.
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Dabei ist allerdings zu beachten, dass die Armierungen nur eine Stützwirkung für die jeweilige Dichtlippe haben und wegen ihrer in Umfangsrichtung in sich geschlossenen Ausgestaltung in radialer Richtung praktisch nicht flexibel sind. Deshalb können die Armierungen praktisch keine Radialkraft auf die entsprechenden Dichtlippen ausüben. Insbesondere während einer langen Gebrauchsdauer kann betriebsbedingter Verschleiß der Dichtlippen durch die Armierungen nur unzureichend ausgeglichen werden.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Radialwellendichtring der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass dieser einen teilearmen und einfachen Aufbau aufweist, in fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht einfach und kostengünstig herstellbar ist und dass betriebsbedingter Verschleiß der Dichtlippe selbsttätig ausgeglichen wird, so dass der Radialwellendichtring gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer aufweist.
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Außerdem soll eine besonders vorteilhafte Verwendung genannt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Radialwellendichtring vorgesehen, mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite, umfassend einen Dichtkörper aus einem Dichtungswerkstoff und einen Stützkörper aus einem polymeren Werkstoff, wobei der Dichtkörper stirnseitig andererseits, auf der einem abzudichtenden Raum axial abgewandten Seite einer Dichtungsanordnung, zumindest eine zweite Dichtlippe aufweist, die eine Staublippe umfasst, wobei der Stützkörper stirnseitig andererseits zumindest zwei sich in axialer Richtung erstreckende, in radialer Richtung wirksame zweite Federzungen aufweist, die einander in Umfangsrichtung mit Abstand benachbart zugeordnet sind, wobei die in Umfangsrichtung zueinander beanstandeten zweiten Federzungen sowie die zweite Dichtlippe in einer gemeinsamen, gedachten zweiten Radialebene angeordnet sind und wobei die zweiten Federzungen jeweils eine zweite Federkraft radial in Richtung der zweiten Dichtlippe aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass der Dichtkörper stirnseitig einerseits, auf der einem abzudichtenden Raum axial zugewandten Seite einer Dichtungsanordnung, zumindest eine dynamisch beanspruchte erste Dichtlippe umfasst, dass der Stützkörper zumindest stirnseitig einerseits zumindest zwei sich in axialer Richtung erstreckende, in radialer Richtung wirksame erste Federzungen aufweist, die einander in Umfangsrichtung mit Abstand benachbart zugeordnet sind, wobei die in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten ersten Federzungen sowie die erste Dichtlippe in einer gemeinsamen, gedachten ersten Radialebene angeordnet sind und wobei die ersten Federzungen jeweils eine erste Federkraft radial in Richtung der ersten Dichtlippe aufweisen.
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Ein solcher Radialwellendichtring hat während seiner bestimmungsgemäßen Verwendung den Vorteil, dass die dynamisch beanspruchte zweite Dichtlippe des Dichtkörpers durch die zweite Federkraft der in radialer Richtung wirksamen zweiten Federzungen während einer langen Gebrauchsdauer des Radialwellendichtrings stets mit gleichbleibender radialer Anpresskraft an eine abzudichtende Oberfläche einer abzudichtenden Welle angepresst wird.
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In Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Armierung, die, in Umfangsrichtung betrachtet, in sich geschlossen ausgebildet ist, können die Federzungen durch ihre Flexibilität jeweils eine Federkraft radial in Richtung der Dichtlippe ausüben. Durch die Ausgestaltung der flexiblen Federzungen kann die Federkraft, mit der die Dichtlippe an die abzudichtende Welle angepresst werden soll, konstruktionsbedingt eingestellt werden. Diese konstruktionsbedingte Einstellung erfolgt durch die Dimensionierung der Federzungen, wie zum Beispiel durch eine passende Dimensionierung der Breite und/oder der Länge und/oder der Dicke.
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Die Federzungen können dabei konstruktiv derart ausgelegt sein, dass die radiale Vorspannung der Dichtlippe, auf die die Federzungen wirken, funktionstechnisch individualisiert an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst ist. Es besteht zum Beispiel die Möglichkeit, die Vorspannung gerade so einzustellen, dass die Dichtlippe während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings einerseits sicher abdichtet, andererseits die radiale Vorspannung, mit der die Dichtlippe die abzudichtende Welle umschließt, minimiert ist.
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Eine sichere Abdichtung und minimaler Verschleiß der Dichtlippe sind die Folge.
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Des Weiteren ist von Vorteil, dass die in radialer Richtung wirksamen Federzungen eine Verschleißkompensation der dynamisch beanspruchten ersten Dichtlippe durch einen Nachstelleffekt bewirken. In dem Maße, in dem die dynamisch beanspruchte erste Dichtlippe betriebsbedingt abrasiv verschleißt, wird sie durch die Federzungen in radialer Richtung nachgestellt. Die Dichtwirkung und die radialer Anpresskraft bleiben dadurch während einer langen Gebrauchsdauer im Wesentlichen konstant.
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Außerdem ist von Vorteil, dass die Federzungen einen integralen Bestandteil des Radialwellendichtrings bilden, im Gegensatz zu einer Ringwendelfeder, die stets als Einzelteil ausgebildet ist und in einer kreisringförmig ausgebildeten Einbaunut, die die Dichtlippe außenumfangsseitig umschließt, montiert werden muss.
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Die Montage des erfindungsgemäßen Radialwellendichtrings ist durch seine Einstückigkeit sehr einfach und die Gefahr von Montagefehlern ist auf ein Minimum begrenzt.
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Der Stützkörper umfasst demnach die ersten Federzungen und die zweiten Federzungen, wobei alle Federzungen einen einstückigen Bestandteil des Stützkörpers bilden und dadurch einstückig in einander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind. Ein solcher Radialwellendichtring ist besonders teilearm.
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Die Staublippe ist vorgesehen, um Verunreinigungen aus der Umgebung des Radialwellendichtrings daran zu hindern, zur dynamisch beanspruchten ersten Dichtlippe vorzudringen und deren Gebrauchseigenschaften dadurch nachteilig zu beeinflussen.
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In Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles kann die zweite Dichtlippe außer der Staublippe eine axial zwischen der ersten Dichtlippe und der Staublippe angeordnete weitere Dichtlippe umfassen. Diese weitere Dichtlippe ist der ersten Dichtlippe dann in einer funktionstechnischen Reihenschaltung nachgeordnet.
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Die Staublippe und die weitere Dichtlippe werden gemeinsam durch die zweiten Federzungen und deren zweite Federkraft radial an die abzudichtende Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements angepresst.
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Die weitere Dichtlippe und die Staublippe können, in axialer Richtung betrachtet, zusammen mit der abzudichtenden Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements eine Schmiermitteltasche begrenzen, die zum Beispiel mit einem Sperrfett befüllt ist. Dadurch werden Verunreinigungen aus der Umgebung noch besser daran gehindert, zur ersten Dichtlippe vorzudringen. Außerdem können die weitere Dichtlippe und die Staublippe durch das in der Schmiermitteltasche angeordnete Sperrfett geschmiert werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass der Stützkörper zumindest acht erste Federzungen aufweist.
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Der Stützkörper kann außerdem zumindest acht zweite Federzungen aufweisen.
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Alle Federzungen sind bevorzugt gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Insgesamt ist von Vorteil, dass die Dichtlippen, in Umfangrichtung betrachtet, in radialer Richtung gleichmäßig an eine abzudichtende Oberfläche einer abzudichtenden Welle angepresst werden.
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Weiter bevorzugt sind jeweils zumindest sechzehn Federzungen vorgesehen, die gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Je mehr Federzungen in radialer Richtung auf die dynamisch beanspruchten Dichtlippen wirken, desto gleichmäßiger werden diese an die abzudichtende Welle dichtend angepresst.
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Der Stützkörper kann im Wesentlichen L-förmig ausgebildet sein, mit einem Axialschenkel und einem Radialschenkel, wobei die ersten und die zweiten Federzungen jeweils mit dem Radialschenkel verbunden und in axialer Richtung entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass die ersten Federzungen die erste Dichtlippe und die zweiten Federzungen die zweite Dichtlippe jeweils radial außenumfangsseitig umschließen. Obwohl der Stützkörper multifunktional ist, weist er einen einfachen Aufbau auf und ist kostengünstig herstellbar.
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Der Axialschenkel kann radial außenumfangsseitig von einer statisch beanspruchten Dichtung umschlossen sein. Die statisch beanspruchte Dichtung dichtet gegenüber einem Gehäuse ab, das die abzudichtende Welle mit radialem Abstand außenumfangsseitig umschließt. In dem durch den Abstand gebildeten Spalt ist der Radialwellendichtring in einem Einbauraum angeordnet.
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Der Radialwellendichtring, eine abzudichtende Welle und ein Gehäuse, das die Welle umschließt, bilden eine Dichtungsanordnung.
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Auf der dem Axialschenkel radial abgewandten Seite kann die statisch beanspruchte Dichtung eine wellenförmige Oberflächenprofilierung aufweisen, wobei sich die Wellentäler und die Wellenberge in Umfangsrichtung erstrecken und sich geschlossen ausgebildet sind.
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Die Montage des Radialwellendichtrings ist dadurch vereinfacht und die statische Abdichtung besonders zuverlässig. Im eingebauten Zustand des Radialwellendichtrings wird eine Dichtfläche des Gehäuses von der statisch beanspruchten Dichtung flächig und dichtend anliegend berührt.
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Die Wellenform weist die statisch beanspruchte Dichtung nur im herstellungsbedingten Zustand auf.
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Die statisch beanspruchte Dichtung kann einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich mit dem Dichtkörper ausgebildet sein. In einem solchen Fall sind alle dynamisch beanspruchten Dichtlippen und die statisch beanspruchte Dichtung einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet.
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Der Axialschenkel und der Radialschenkel schließen bevorzugt einen Winkel ein, der durch zumindest eine Versteifungsrippe ausgesteift ist.
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Bevorzugt gelangen zumindest vier Verteifungsrippen innerhalb des Winkels zur Anwendung, die gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Der Stützkörper weist dadurch auch dann eine besonders gute Formständigkeit auf, wenn er aus einem polymeren Werkstoff besteht. Auch während einer langen Gebrauchsdauer wird der Radialwellendichtring dadurch zuverlässig in seinem Einbauraum gehalten.
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Die Versteifungsrippen bilden bevorzugt einen einstückigen und materialeinheitlichen Bestandteil des Stützkörpers. Einer separat hergestellten Aussteifung bedarf es daher nicht. Der Stützkörper mit seinen unterschiedlichen Funktionen ist ein entscheidender Bestandteil des erfindungsgemäßen Radialwellendichtrings.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des zuvor beschriebenen Radialwellendichtrings als Waschmaschinendichtung in einer Waschmaschine.
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Der Stützkörper kann aus Polyamid bestehen.
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Bedarfsweise können in Wirkrichtung radial ausgerichtete Glasfasern oder Kohlefasern zur Anwendung gelangen, um die Formbeständigkeit des Stützkörpers und/oder die Federeigenschaften der Federzungen weiter zu verbessern.
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Durch die Federzungen wird eine dichtende Anpressung der entsprechenden Dichtlippen an die abzudichtende Oberfläche erreicht, außerdem eine Nachstellwirkung bei fortschreitendem abrasiven Verschleiß der Dichtlippen.
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Figurenliste
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Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Radialwellendichtrings werden nachfolgend anhand der 1 bis 4 näher erläutert.
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Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Radialwellendichtrings, der erste und zweite Federzungen umfasst, die eine erste und eine zweite Dichtlippe außenumfangsseitig umschließen,
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus 1, wobei anstelle der ersten Federzungen eine Ringwendelfeder zur Anwendung gelangt und der Stützkörper nur zweite Federzungen umfasst, die die zweite Dichtlippe außenumfangsseitig umschließen,
- 3 eine perspektivische Darstellung des Stützkörpers aus 1,
- 4 eine perspektivische Ansicht des Stützkörpers aus den 1 und 3, bezogen auf 1 von rechts,
- 5 ein perspektivischer Ausschnitt eines Stützkörpers, der anstelle von Versteifungsrippen Versteifungssicken aufweist.
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Ausführung der Erfindung
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In den 1 und 2 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Radialwellendichtrings gezeigt. Jeder Radialwellendichtring weist eine erste 1 und eine zweite Stirnseite 2 auf. Jeder Radialwellendichtring umfasst einen Dichtkörper 3 aus einem Dichtungswerkstoff, wobei der Dichtungswerkstoff gummielastische Eigenschaften aufweist.
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Außerdem umfasst der Radialwellendichtring einen Stützkörper 4 aus einem polymeren Werkstoff, hier aus einem Polyamid.
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In 1 umfasst der Dichtkörper 3 stirnseitig einerseits 1 eine dynamisch beanspruchte erste Dichtlippe 5, die von den ersten Federzungen 8 außenumfangsseitig umschlossen ist. Die ersten Federzungen 8 sind stirnseitig einerseits 1 des Stützkörpers 4 angeordnet und umfassen im hier gezeigten Ausführungsbeispiel 30 erste Federzungen 8, die gleichmäßig in Umfangsrichtung 9 am Radialschenkel 17 des Stützkörpers 4 verteilt angeordnet sind. Die ersten Federzungen 8 und die erste Dichtlippe 5 sind in der gedachten ersten Radialebene 10 angeordnet, wobei die ersten Federzungen 8 jeweils eine erste Federkraft radial in Richtung der ersten Dichtlippe 5 aufweisen. Durch diese Federkraft wird die Dichtlippe 5 von den Federzungen 8 gegen eine abzudichtende Oberfläche einer hier nicht dargestellten Welle dichtend angepresst.
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Der Stützkörper 4 ist L-förmig ausgebildet und weist einen Axialschenkel 16 und einen Radialschenkel 17 auf. Die ersten 8 und die zweiten Federzungen 13 sind radial innenumfangsseitig am Radialschenkel 17 angelenkt und in axialer Richtung 6 entgegengesetzt zueinander angeordnet.
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Auf der den beiden Dichtlippen 5, 11 radial abgewandten Seite ist der Axialschenkel 16 von der statisch beanspruchten Dichtung 18 umschlossen, die während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Radialwellendichtrings eine den Einbauraum begrenzende Wandung eines Gehäuses dichtend berührt.
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Die ersten Federzungen 8 und die erste Dichtlippe 5 sind in einer gemeinsamen, gedachten ersten Radialebene 10, die zweiten Federzungen 13 und die zweite Dichtlippe 11 in einer gemeinsamen, gedachten zweiten Radialebene 14 angeordnet.
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Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Dichtlippe 11 zusätzlich zur Staublippe 12 eine weitere Dichtlippe 15, die in axialer Richtung 6 zwischen der ersten Dichtlippe 5 und der Staublippe 12 angeordnet ist. Die Staublippe 12 und die weitere Dichtlippe 15, die gemeinsam die zweite Dichtlippe 11 bilden, sind in einem Gelenk 21 zusammengeführt. Dadurch werden die Staublippe 12 und die weitere Dichtlippe 15 in gleichem Maße gemeinsam von den zweiten Federzungen 13 radial nach Innen federkraftbeaufschlagt. Insofern sind die Staublippe 12 und die weitere Dichtlippe 15 in einer funktionstechnischen Einheit zusammengefasst und den zweiten Federzungen 13 als Einheit funktionstechnisch zugeordnet.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Radialwellendichtrings gezeigt, ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus 1. Das Ausführungsbeispiel aus 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel aus 1 dadurch, dass nur die zweiten Federzungen 13 zur Anwendung gelangen, die mit der zweiten Dichtlippe 11 in einer gedachten zweiten Radialebene 14 angeordnet sind und die zweite Dichtlippe 11 mit der zweiten Federkraft radial nach innen beaufschlagen.
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Anstelle der ersten Federzungen aus 1 ist eine Ringwendelfeder 22 vorgesehen, die die erste Dichtlippe 5 radial außenumfangsseitig umschließt.
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Demnach umfasst der Radialwellendichtring aus 2 eine erste 1 und eine zweite Stirnseite 2, umfassend einen Dichtkörper 3 aus einem Dichtungswerkstoff und einen Stützkörper 4 aus polymerem Werkstoff, wobei der Dichtkörper 3 stirnseitig andererseits 2 die zweite Dichtlippe 11 aufweist, die die Staublippe 12 und die weitere Dichtlippe 15 umfasst. Die zweiten Federzungen 13, die in radialer Richtung 7 wirksam sind, sind stirnseitig andererseits 2 des Stützkörpers 4 angeordnet. Die zweiten Federzungen 13 und die zweite Dichtlippe 11 sind in der gemeinsamen, gedachten zweiten Radialebene 14 angeordnet.
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In den 3 und 4 ist der Stützkörper 4 aus 1 als Einzelteil gezeigt. Der Stützkörper 4 besteht, wie zuvor bereits ausgeführt, aus einem polymeren Werkstoff und weist radial innenseitig am Radialschenkel 17 die ersten 8 und die zweiten Federzungen 13 auf, die, ausgehend vom Radialschenkel 17, in axialer Richtung 6 entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Radial außenumfangsseitig ist der Radialschenkel 17 vom Axialschenkel 16 umschlossen, wobei der Stützkörper 4 einstückig und materialeinheitlich ausgebildet ist.
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Der Axialschenkel 16 und der Radialschenkel 17 schließen den Winkel 19 ein, wobei innerhalb des Winkels 19 im hier gezeigten Ausführungsbeispiel 10 gleichmäßig in Umfangsrichtung 9 verteilt angeordnete Versteifungsrippen 20 vorgesehen sind. Dadurch ist ein sicherer Sitz des gebrauchsfertigen Radialwellendichtrings innerhalb seines Einbauraums gewährleitet.
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In 5 ist ein perspektivischer Ausschnitt eines Stützkörpers 4 gezeigt, der anstelle der zuvor beschriebenen Versteifungsrippen 20 Versteifungssicken 23 aufweist.
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In den 5a und 5b ist jeweils ein Ausschnitt aus dem Stützkörper 4 im Bereich einer Versteifungssicke 23 gezeigt, wobei der Stützkörper 4 und die Versteifungssicke 23 von einander gegenüberliegenden Seiten gezeigt sind.
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In 5c ist der Stützkörper 4 aus den 5a, 5b zusammen mit dem Dichtkörper 3 gezeigt.
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Ansonsten entspricht der Radialwellendichtring im Wesentlichen dem Radialwellendichtring aus 2, wobei, der besseren Übersichtlichkeit wegen, eine Ringwendelfeder nicht gezeigt ist.
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Die in den 1 und 2 gezeigten Radialwellendichtringe sind als Waschmaschinendichtungen ausgebildet und werden in Waschmaschinen verwendet.