DE3017952A1

DE3017952A1 - Durch periodische druckspitzen belastetes lager

Info

Publication number: DE3017952A1
Application number: DE3017952A
Authority: DE
Inventors: Igor Dipl.-Ing. Winterthur Schmidt; Anton Dipl.-Ing. Illnau Steiger
Original assignee: Sulzer AG; Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1980-04-22
Filing date: 1980-05-10
Publication date: 1981-10-29
Also published as: DK154524C; DK154524B; JPS5733266A; DE3017952C2; DK165581A; JPS5828448B2; IT1136984B; IT8120863A0; ATA255380A

Description

P. 5512 Stph

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur, Schweiz Durch periodische Druckspitzen belastetes Lager

Die Erfindung betrifft ein durch periodische Druckspitzen belastetes Lager, insbesondere Kreuzkopflager eines Zweitakt-Dieselmotors, mit einem Lagerzapfen, der mittig von einer in einer Pleuelstange vorgesehenen Bohrung unter Bildung eines Lagerspaltes umgeben ist und der mit einem gabelförmig ausgebildeten, beiderseits der Pleuelstange am Lagerzapfen angreifenden Verbindungsteil einer Kolbenstange drehfest verbunden ist, wobei eine mit einem Rückschlagventil versehene Schmiermittelleitung in den Lagerspalt derart mündet, dass dem Lagerspalt während des Zeitraumes niedriger Lagerbelastung Schmiermittel zur Bildung eines Schmiermittelpolsters auf der dem Kolben abgewendeten Umfangsseite des Zapfens zugeführt und während des Zeitraumes höherer Belastung ein nennenswertes Entweichen von Schmiermittel aus dem Polster verhindert wird.

Aus Fig. 3 und 4 der CH-PS 390 618 ist ein Kreuzkopflager eines Zweitaktdieselmotors bekannt, wobei die Bauart des

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Lagers von der eingangs genannten Bauart etwas abweicht, indem die Kolbenstange direkt am Lagerzapfen angeschlossen ist und die Pleuelstange beiderseits des Kolbenstangenanschlusses den Lagerzapfen umgreift. Bei diesem Lager ist zusätzlich zu dem Rückschlagventil eine Dichtungsanordnung vorgesehen,.die aus zwei in ümfangsrichtung des Zapfens sich erstreckenden, bogenförmigen und zwei geradlinigen, axialen Dichtleisten besteht. Die Dichtleisten sind in entsprechend ausgebildeten Nuten der Pleuelstangenbohrung untergebracht und werden mittels Federn gegen den Lagerzapfen gedrückt. Auf diese Weise wird das Schmiermittelpolster auf der dem Kolben abgewendeten Umfangshälfte des Lagerzapfens allseitig begrenzt und damit ein Abfliessen von Schmiermittel entlang dem Lagerzapfen erschwert. Es wird somit dauernd ein Schmiermittelpolster zwischen den Lagerflächen aufrechterhalten. Es hat sich aber gezeigt, dass die Dichtleisten einem starken Verschleiss unterliegen, so dass einerseits die Dichtwirkung nach einer gewissen Zeit beeinträchtigt wird und andererseits schon nach verhältnismässig kurzer Betriebszeit Wartungsarbeiten auszuführen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Lager der eingangs genannten Bauart, eine Dichtung für dieses Lager zu schaffen, die unter Beibehaltung- eines dauernd vorhandenen Schmiermittelpolsters wesentlich geringerem Verschleiss unterworfen ist als die Dichtung im bekannten Lager.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass nahe den beiden axialen Enden des Lagerspaltes zwischen der Pleuelstange und dem gabelförmigen Verbindungsteil je ein ringscheibenförmiges, sich rechtwinklig zur Zapfenachse erstreckendes Dichtelement vorgesehen ist, das axial bewegbar, aber mit der Pleuelstange drehfest verbunden ist, dass jedes Dichtelement in seinem dem Schmiermittelpolster benachbarten Umfangsbereich auf seiner dem gabelförmigen

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Verbindungsteii zugewendeten Seite mehrere, in Umfangsrichtung verteilte und gegen den gabelförmigen Verbindungsteil offene Druckkammern aufweist, dass jedes Dichtelement in radialer Richtung beiderseits der Druckkammern Dichtflächen aufweist, die an einer Gegenfläche am gabelförmigen Verbindungsteil anliegen, dass jede Druckkammer über mindestens eine Oeffnung mit der der Pleuelstange zugewendeten Seite des Dichtelementes verbunden ist und über diese Oeffnung mit Schmiermittel aus dem Schmiermittelpolster versorgt wird, dass zwischen jedem Dichtelement und der Pleuelstange ein mit dem Lagerzapfen verbundener, sich in radialer Richtung über einen Teil des Dichtelementes erstreckender, flanschartiger Teil vorgesehen ist, der auf seiner der Pleuelstange zugewendeten Seite dem Schmiermitteldruck im Schmiermittelpolster ausgesetzt ist und der mit seiner dem Dichtelement zugewendeten Seite zusammen mit der ihm zugewendeten Seite des Dichtelementes einen engen Spalt bildet, der mit dem Schmiermittelpolster in Verbindung steht, dass zwischen der Pleuelstange und der dieser zugekehrten Seite des Dichtelementes eine ein Abfliessen von Schmiermittel nach aussen verhindernde berührende Dichtung vorgesehen ist und dass der auf dieser Seite jedes Dichtelementes wirkende Schmiermitteldruck auf das Dichtelement eine Kraft ausübt, der eine etwas kleinere Kraft entgegenwirkt, die aus dem in den Druckkammern befindlichen Schmiermittel resultiert.

Durch diese Gestaltung wird eine Dichtung geschaffen, in der die an den ringscheibenförmigen Dichtelementen wirkenden Kräfte im wesentlichen hydrostatisch ausgeglichen sind, so dass an den Dichtflächen kein nennenswerter Verschleiss auftreten kann. Damit wird die Funktionssicherheit des Lagers erhöht, so dass auch der Wartungsaufwand geringerwird. Das neue Lager braucht ausserdem keine den geraden, axial angeordneten Dichtleisten des bekannten Lagers entsprechende Dichtelemente, da sich gezeigt hat, dass der Schmiermittelabfluss in Umfangsrichtung des Lagerzapfens

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viel kleiner ist als in axialer Richtung. Durch das Weglassen solcher axialer Dichtleisten wird also ebenfalls das Auftreten von Verschleiss erheblich reduziert und damit die Betriebssicherheit des Lagers erhöht. .5

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht ein Kreuzkopflager nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrössertem Massstab und

Fig. 3 eine Ansicht des ringscheibenförmigen Dichtelementes .

Gemäss Fig. 1 weist das Kreuzkopflager eines Zweitakt-Dieselmotors einen Lagerzapfen 1 auf, der über einen gabelförmigen Verbindungsteil 2 mit einer auf- und abbeweglichen Kolbenstange 3 drehfest verbunden ist. An den beiden Enden des Zapfens 1 ist je ein Gleitschuh 4 vorgesehen, die sich während der Auf- und Abbewegung der Kolbenstange 3 auf Gleitbahnen 5 des Motorgehäuses bewegen. Der gabelförmige Verbindungsteil 2 weist zwei Lagerdeckel 6 auf, die den Lagerzapfen 1 auf der der Kolbenstange 3 abgewendeten Hälfte seines Umfanges umgreifen. Die Lagerdeckel 6 sind mit Hilfe von im Verbindungsteil 2 eingesetzten Stiftschrauben 7 und Muttern 8 an dem Verbindungsteil befestigt. Im mittleren Bereich des Lagerzapfens 1 ist eine um dessen Achse schwenkbare Pleuelstange 9 vorgesehen, die mit ihrer Bohrung 10 den Lagerzapfen umgibt und mit ihrem unteren, nicht dargestellten Ende an einer Kurbelwelle angreift. In der Pleuelstange 9 ist eine Schmiermittelzuführbohrung 11 vorgesehen, die an ihrem oberen Ende mit einem Rückschlagventil 12 versehen ist. Stromunterhalb des Rückschlagventils 12 sind in der Pleuelstange 9 zwei Schmiermittelkanäle 13 vorgesehen,

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die das flüssige Schmiermittel in den Lagerspalt 14 zwischen dem Lagerzapfen 1 und der Pleuelstangenbohrung 10 auf der dem nicht dargestellten, am oberen Ende der Kolbenstange 3 befestigten Kolben abgewendeten Umfangsseite führen, und zwar während des Zeitraumes niedriger Lagerbelastung.

Zwischen der Pleuelstange 9 und dem gabelförmigen Verbindungsteil 2 sind zwei identisch aufgebaute Dichtungen 15 und 15' vorgesehen, die ein Entweichen von Schmiermittel aus dem Lagerspalt während des Zeitraumes höherer Lagerbelastung erschweren und von denen die Dichtung 15 in den Fig. 2 und 3 in ihrem Aufbau deutlicher zu erkennen ist.

Die Dichtung 15 weist ein ringscheibenförmiges, sich rechtwinklig zur Achse des Lagerzapfens 1 erstreckendes und diesen umgebendes Dichtelement 16 auf, das in einer Ausdrehung 17 in der Stirnfläche der Pleuelstange 9 untergebracht ist. Ueber einen Stift 18, der in der Pleuelstange 9 befestigt ist und mit seinem in Fig. 2 linken Ende in einem entsprechenden radialen Schlitz 19 des Dichtelementes 16 greift, ist das Dichtelement 16 mit der Pleuelstange 9 drehfest, aber axial bewegbar verbunden. Auf seiner dem Lagerdeckel 6 zugewendeten Seite weist das Dichtelement 16 mehrere, in Umfangsrichtung verteilte Druckkammern 20 auf, die zum Lagerdeckel 6 hin offen sind und die nur in der unteren Hälfte des Dichtelementes angeordnet sind, d.h.

soweit das sich im Lagerspalt 14 ausbildende Schmiermittelpolster reicht. In radialer Richtung des Dichtelementes 16 sind beiderseits der Druckkammern 20 schmale Dichtflächen 21 vorgesehen. Mit diesen Dichtflächen 21 liegt das Dichtelement 16 an einer Gegenfläche 22 eines am Lagerdeckel 6 drehfest gehaltenen Ringes 23 derart an, dass kein definierbarer Spalt zwischen den Flächen 21 und 22 bleibt, und zwar unter der Wirkung einer Kraft, deren Entstehen weiter unten beschrieben wird. An die Dichtflächen 21 schliessen sich in radialer Richtung nach innen und aussen je eine Umfangsnut 24 bzw. 25 an. An diese Nuten schliessen sich relativ breite Lagerflächen 26 und 27 an, die sich radial.nach

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innen bzw. nach aussen erstrecken. Diese Lagerflächen 26 und 27 liegen in derselben Ebene wie die Dichtflächen 21 und berühren ebenfalls die Gegenfläche 22 des Ringes 23. Jede Druckkammer 20 ist über eine Bohrung 28 mit der der Pleuelstange 9 zugewendeten Seite des Dichtelementes 16 verbunden. In den Dichtflächen 21 wie auch den Lagerflächen 26 und 27 sind schmale, radiale Durchtritts- bzw. Schmier- und Entlastungsnuten 50 bzw. 51 vorgesehen.

Zwischen dem Dichtelement 16 und der Pleuelstango 9 ist ein flanschartiger Teil 30 vorgesehen, der sich in radialer Richtung etwa bis zur Hälfte der Breite des Dichtelementes 16 erstreckt und für den in der Pleuelstange 9 eine weitere Ausdrehüng 29 vorgesehen ist. Der flanschartige Teil 30 ist über einen Stift 31 (Fig. 1 und 3) drehfest mit dem Ring und über diesen mit dem gabelförmigen Verbindungsteil 2 verbunden. Zwischen der Ausdrehung 29 und der ihr benachbarten Fläche des Teiles 30 ist ein Spalt 32 freigelassen, über den Schmiermittel aus dem im Lagerspalt 14 gebildeten Polster zum Dichtelement 16 gelangen kann. Der flanschartige Teil 30 geht an seinem dem Zapfen 1 benachbarten Ende in einen hülsenartigen Abschnitt 34 über. Die äussere Umfangsflache des hülsenartigen Abschnittes 34 dient als Zentrierung für den am Lagerdeckel 6 über den Stift 35 drehfest gehaltenen Ring 23. Zwischen dem Ring 23 und dem flanschartigen Teil 30 ist eine Distanzbüchse 36. vorgesehen, die ebenfalls auf dem hülsenartigen Abschnitt 34 sitzt und deren axiale Dicke etwas grosser ist als die axiale Dicke des Dichtelementes 16. Dadurch wird zwischen dem flanschartigen Teil 30 und dem radial innen liegenden Abschnitt des Dichtelementes 16 ein verhältnismässig enger Spalt 33 gebildet, über den Schmiermittel vom Spalt 32 herkommend, radial nach innen strömen kann. Zum Abführen dieses Schmiermittels ist in der Büchse 36 eine radiale Bohrung 37 vorgesehen, an die sich ein Abführkanal 38 im hülsenartigen Abschnitt.34 anschliesst, der sich dann über einen Kanal 39 im Lagerdeckel 6 fortsetzt. Zwischen dem flansch-

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artigen Teil 30 und dem Lagerzapfen 1 ist eine O-Ringdichtung 40 vorgesehen, die ein direktes Entweichen von Schmiermittel aus dem Polster entlang dem Lagerzapfen 1 verhindert. Ausserdem ist eine O-Ringdichtung 41 zwischen der Ausdrehung 17 und dem Dichtelement 16 vorgesehen, die ebenfalls ein Entweichen von Schmiermittel über den radial aussen liegenden Spalt zwischen dem Dichtelement 16 und der Pleuelstange 9 verhindert.

Im Betrieb des Kreuzkopflagers strömt während der niedrigen Lagerbelastung, d.h. während des grössten Teils der Aufwärtsbewegung des Kolbens, Schmiermittel über die Leitung 11, das Rückschlagventil 12 und die Kanäle 13 in den Lagerspalt 14 zwischen dem Lagerzapfen 1 und der Pleuelstangenbohrung 10, weil der Schmiermitteldruck während des genannten Zeitraumes in der Leitung 11 höher ist als der Druck im Schmiermittelpolster. Kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes übersteigt der Schmiermitteldruck im Polster denjenigen des Schmiermittels in der Leitung 11, so dass das Rückschlagventil schliesst und ein Entweichen von Schmiermittel in die Leitung 11 verhindert wird. Während dieser Betriebsphase gelangt Schmiermittel aus dem Polster über den Spalt 32 zwischen der Ausdrehung 29 und dem flanschartigen Teil 30 zum Dichtelement 16. Der Druck des Schmiermittels im Spalt 32 übt auf den flanschartigen Teil 30 eine axiale Kraft P aus, deren Verlauf in Fig. 2 dargestellt ist und die den Teil 30 über die Büchse 36 gegen den Ring 23 drückt. Das an dem Dichtelement 16 anstehende Schmiermittel strömt zum Teil über den engen Spalt 33 radial nach innen und verlässt dann über die Bohrungen 37, 38 und 39 das Kreuzkopflager. In dem Spalt 33 sowie in dem radial nach aussen anschliessenden Spalt 42 zwischen der Ausdrehung 17 und dem Dichtelement 16 entsteht eine axiale Kraft P_A, deren Verlauf im Bereich des Spaltes 42 im wesentlichen konstant ist und im Bereich des Spaltes abnimmt. Die Kraft im Spalt 33 wirkt zum Teil der Kraft P entgegen. Ein anderer Teil des an dem Dichtelement 16

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anstehenden Schmiermittels gelangt über die Bohrungen 28 in die Druckkammern 20, wo eine Kraft P_A" entsteht, die der Kraft P_A entgegenwirkt.

Durch die radiale Dimensionierung der Druckkammern 20 in Verbindung mit der Anordnung des O-Ringes 41 ergibt sich, dass die Kraft P_A' etwas kleiner ist als die Kraft P^, und zwar 5 bis 10 % kleiner als P_A. Somit ist sichergestellt, dass das Dichtelement 16 mit seinen Dichtflächen 21 stets an der Gegenfläche 22 des Ringes 23 anliegt. Ueber die Durchtrittsnuten 50 in den Dichtflächen 21 gelangt eine geringe Menge Schmiermittel aus den Druckkammern 20 in die ümfangsnuten 24 und 25, wodurch eine ausreichende Schmierung der Dichtflächen 21 und 22 stattfindet. Das gleiche gilt hinsichtlich der Lagerflächen 26 und 27, da von den Ümfangsnuten 24 und 25 die Schmier- und Entlastungsnuten 51 ausgehen.

Ausser der radialen Kraft P wirkt auf den flanschartigen Teil 30 von innen nach aussen die radiale Kraft P_R, die aus dem Schmiermitteldruck im Spalt zwischen dem Lagerzapfen und dem Teil 30 resultiert. Eine gleich grosse·, radial von aussen nach innen wirkende Kraft P_R' wirkt auf den äusseren Umfang des flanschartigen Teils 30, die vom Schmiermitteldruck im axialen Spalt zwischen dem Teil 30 und der Ausdrehung 29 herrührt.

Durch die beschriebene Konstruktion der Dichtungen 15 und 15' sind die Kräfte an den Dichtelementen 16 hydrostatisch im wesentlichen ausgeglichen. Dabei ist auch wesentlich, dass durch die axialen Kräfte P_A und P_A' kein Kippmoment auf die Dichtelemente ausgeübt wird. Die Dichtelemente sind nämlich möglichst dünn ausgebildet, um thermische Dehnungen möglichst gering zu halten. Dies bedingt, dass die Dichtelemente 16 nur eine geringe Verwindungsfestigkeit aufweisen, so dass dem Vermeiden von Kippkräften eine wesentliche Bedeutung zukommt.

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Dadurch, dass der flanschartige Teil 30 als vom Lagerzapfen 1 getrennter Bauteil ausgebildet ist, wird der Vorteil erzielt, dass sich Biegeverformungen des Lagerzapfens 1 nicht auf den flanschartigen Teil 30 übertragen. 5

Durch das Vorsehen der Distanzbüchse 36 ergibt sich eine fertigungstechnische Vereinfachung beim Herstellen des Dichtspaltes 33. Das Dichtelement 16 und die Büchse 36 werden dabei zunächst gemeinsam auf das axiale Dickenmass durch Schleifen bearbeitet. Danach wird dann das Dichtelement 16 allein noch dem sogenannten Abfunken unterworfen, wodurch eine sehr geringfügige Verminderung der axialen Dicke stattfindet. Beim Zusammenbau der Dichtung entsteht damit ein sehr enger Dichtspalt 33.

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Claims

P.5512 Stph Patentansprüche

1. Durch periodische Druckspitzen belastetes Lager, insbesondere Kreuzkopflager eines Zweitakt-Dieselmotors, mit einem Lagerzapfen, der mittig von einer in einer Pleuelstange vorgesehenen Bohrung unter Bildung eines Lagerspaltes umgeben ist und der mit einem gabelförmig ausgebildeten, beiderseits der Pleuelstange am Lagerzapfen angreifenden Verbindungsteil einer Kolbenstange drehfest verbunden ist, wobei eine mit einem Rückschlagventil versehene Schmiermittelleitung in den Lagerspalt derart mündet, dass dem Lagerspalt während des Zeitraumes niedriger Lagerbelastung Schmiermittel zur Bildung eines Schmiermittelpolsters auf der dem Kolben abgewendeten Umfangsseite des Zapfens zugeführt und während des Zeitraumes höherer Belastung ein nennenswertes Entweichen von Schmiermittel aus dem Polster verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass nahe den beiden axialen Enden des Lagerspaltes (14) zwischen der Pleuelstange (9) und dem gabelförmigen Verbindungsteil (2,6) je ein ringscheibenförmiges, sich rechtwinklig zur Zapfenachse erstreckendes Dichtelement (16) vorgesehen ist, das axial bewegbar, aber mit der Pleuelstange (9) drehfest verbunden ist, dass jedes Dichtelement (16) in seinem dem Schmiermittelpolster benachbarten Umfangsbereich auf seiner dem gabelförmigen Verbindungsteil (2,6) zugewendeten Seite mehrere, in Umfangsrichtung verteilte und gegen den gabelförmigen Verbindungsteil offene Druckkammern (20) aufweist, dass jedes Dichtelement (16) in radialer Richtung beiderseits der Druckkammern (20) Dichtflächen (21) aufweist, die an einer Gegenfläche (22) am gabelförmigen Verbindungsteil (2,6) anliegen, dass jede Druckkammer (20) über mindestens eine Oeffnung (28). mit der der Pleuelstange (9)

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zugewendeten Seite des Dichtelementes (16) verbunden ist und über diese Oeffnung (28) mit Schmiermittel aus dem Schmiermittelpolster versorgt wird, dass zwischen jedem Dichtelement (16) und der Pleuelstange (9) ein mit dem Lagerzapfen (1) verbundener, sich in radialer Richtung über einen Teil des Dichtelementes (16) erstreckender, flanschartiger Teil (30) vorgesehen ist, der auf seiner der Pleuelstange (9) zugewendeten Seite dem Schmiermitteldruck im Schmiermittelpolster ausgesetzt ist und der mit seiner dem Dichtelement (16) zugewendeten Seite zusammen mit der ihm zugewendeten Seite des Dichtelementes (16) einen engen Spalt (33) bildet, der mit dem Schmiermittelpolster in Verbindung steht, dass zwischen der Pleuelstange (9) und der dieser zugekehrten Seite des Dichtelementes (16) eine ein Abfliessen von Schmiermittel nach aussen verhindernde, berührende Dichtung (41) vorgesehen ist und dass der auf dieser Seite jedes Dichtelementes (16) wirkende Schmiermitteldruck auf das Dichtelement (16) eine Kraft (P_A) ausübt, der eine etwas kleinere Kraft (P^¹) entgegenwirkt, die aus dem in den Druckkammern (20) befindlichen Schmiermittel resultiert.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Schmiermittel in den Druckkammern (20) resultierende Kraft (P_A*) 5 bis 10 % kleiner ist als die entgegengesetzt gerichtete Kraft

3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flanschartige Teil (30) als vom Lagerzapfen (1) getrennter Bauteil ausgebildet ist, der über eine berührende Dichtung (40) gegen den Lagerzapfen (1) abgedichtet ist.

4. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der flanschartige Teil (30) auf seiner der Pleuelstange (9) abgewendeten Seite einen den Lagerzapfen (1) umgebenden hülsenartigen Abschnitt (34) aufweist, der zum Zentrieren

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eines die Gegenfläche (22) aufweisenden, mit dem gabelförmigen Verbindungsteil (2,6) verbundenen Ringes (23) dient,

-5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf den hülsenförmigen Abschnitt (34) eine Distanzbüchse (36) aufgebracht ist, deren axiale Dicke zur Bildung des engen Spaltes (33) etwas kleiner ist als die axiale Dicke des Dichtelementes (16).
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6. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzbüchse (36) , der hülsenartige Abschnitt (34) und der gabelförmige Verbindungsteil (2,6) mit einem Kanal (37,38 bzw. 39) für den Abfluss des aus dem engen Spalt (33) austretenden Schmiermittels versehen sind.

7. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung des Dichtelementes (16) gemessene Länge der Druckkammern (20) von der Pleuelstangenseite zur Kolbenstangenseite hin abnimmt.

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