DE1934053A1

DE1934053A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE1934053A1
Application number: DE19691934053
Authority: DE
Inventors: Bryant Austin Underwood
Original assignee: Grove Valve and Regulator Co
Current assignee: Grove Valve and Regulator Co
Priority date: 1968-08-19
Filing date: 1969-07-04
Publication date: 1970-02-26
Also published as: US3575431A; NL6907568A; FR2015867A1; GB1221913A

Description

DR. E. BOETTNER
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Patentanwälte Ix - <

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Grove Valve and Regulator Company, 6529 Hollis Street, Oakland, Kalifornien (Y.St.A.)

Dichtungsan Ordnung

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für Absperrorgane, insbesondere eine Dichtungsanordnung mit einer elastischen Dichtung, die innerhalb einer Aussparung mechanisch gehalten ist, jedoch einen äußeren, für die Ermöglichung von Verformungen unter Druck innerhalb der Aussparung frei beweglichen dichtenden Teil aufweist.

Elastische Dichtungsringe aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk oder dergleichen haben sich als Hauptdichtungen bei Absperrorganen und Armaturen in hohem Masse bewährt, da sie trotz ünregelmässigkeiten in den beim Abdichten mit ihnen zusammenwirkenden Flächen eine verlässliche mediumundurchlässliche Dichtung ermöglichen. Das elastische Material wird unter dem Mediumdruck verformt und paßt sich an die gegenüberliegende Dichtfläche des Ventils an und bildet über einen weiten Bereich von Leitungsdrücken eine wirksame Abdichtung. Derartige elastische Dichtungsringe sind vorteilhafterweise in Sitzringanordnungen aus

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einem härteren Material, beispielsweise Metall, getragen, die die auf sie von den Hochdruckmedien ausgeübten Belastungen aufnehmen, und der elastische Dichtungsring ist in einer Nut oder Aussparung getragen, während ein Abschnitt desselben aus dieser Aussparung vorspringt und die Dichtfunktion ausübt.

Hervorragende Dichtwirkungen wurden mit elastischen Ringen des O-Ring-Typs (Rundschnurringen) erzielt, die innerhalb von Nuten in Dichtungsringen aus Metall derart beweglich getragen sind, daß innerhalb der Nuten Platz für die Aufnahme der Formänderungen des Ringes unter Druckeinwirkung vorhanden ist. Wenn jedoch O-Ringe in solchen Aussparungen nur lose getragen sind, besteht die Gefahr, daß der Ring beim Öffnen oder Schliessen des Tentiles aus seiner Nut ausgepresst oder ausgetrieben wird, und dann schweren Beschädigungen durch das vorbeigeführte Yerschlussglied ausgesetzt ist, und bei hohen Drücken kann der Dichtungsring sogar vollständig aus seiner Aussparung herausgetrieben werden und vom strömenden Medium mitgerissen werden. TJm diese Schwierigkeit zu beseitigen, wurde die in der auf den gleichen Anmelder zurückgehende USA-Patentschrift 3 109 623 dargestellte und beschriebene Sitzringanordnung entwickelt, bei der der Boden der Aussparung oder Nut, in der der stromaufwärts liegende Dichtungsring getragen ist, gegen den Innenraum des Gehäuses hin entlüftet ist, so daß, wenn der Dichtungsring dem Leitungsdruck ausgesetzt ist, die Druckdifferenz zwischen der Außenseite der Aussparung und dem Grund der Aussparung bestrebt ist, den Dichtungsring tiefer in die Aussparung hineinzudrücken.

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Eine weitere Schwierigkeit_s die bei der Verwendung toh. Ö-Eiagea als Biehttmgseinrichtungen für Ventile oder dergleioheiij insbesondere solche von grossem Durchmesser _} auftritt _s wenn massig weiche 0~Ringe Yerwendet werden* besteht darin, dass die O-Ringe beim Aneinandergleiten der Dichtflächen des Ventils bei dessen Betätigung gerollt bzw. verwunden werden.

Es sind auch andere Dichtungsringe entwickelt worden _t die innerhalb der Aussparung mechanisch zurückgehalten sind, indem sie dort eingeklebt oder fest eingepresst sind. Derartigen Ringen fehlt jedoch der Platz innerhalb der Aussparung, in den sie bei Verformungen aueweichen können, und dies hat eine hohe Abnutzung bzw. eine Scherwirkung durch das vorbeigeführte Ver~ schluasglied zur Folge«

Die Erfindung schafft einen Dichtungsring, der innerhalb einer Aussparung festgehalten ist, die dennoch Raum für die Aufnahme von verformten Teilen bietet.

Ein Dichtungsring geraäss der Erfindung weist einen zwangsläufig dichtenden konvexen Ausaenteil und gegen die Seitenwände der Aussparung wirkende seitliche Dichtungsteile auf.

Die Erfindung schafft ferner eine Dichtungsanordnung mit einem im Querschnitt im allgemeinen dreieckigen Dichtungsring mit seitlichen VorSprüngen am Puss und einen Sitaring mit einer Aussparung, die in der Nähe des"Bodens zum mechanischen Zurückhalten der Dichtung verbreitert ist.

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Die Erfindung schafft ferner eine Dichtungsanordnung mit einem einstückigen Sitzring mit einer Aussparung mit verbreitertem Bodenteil und einem schmalen Außenteil, die dennoch das Einsetzen einer elastischen Dichtung mit breitem Fuß ermöglicht.

Die Erfindung schafft also eine Ventildichtungsanordnung mit einem verhältnismäßig weichen Dichtungsring, der in einen einstückigen Sitzring einsetzbar und darin entgegen dem Mediumdruck mechanisch W zurückgehalten ist.

Der verhältnismäßig weiche Dichtungsring gemäß der Erfindung ist roll- und verwindungssicher.

Dies wird gemäß der Erfindung erreicht, indem vorzugsweise in einem Sitzring am Gehäuse oder am Verschlußglied eine Aussparung gebildet wird. Die inneren Seitenwandabschnitte der Aussparung sind vom Boden her gegeneinander geneigt und gehen dann in die äußeren Seitenwandabschnitte über, die im allgemeinen parallel zueinander liegen. Der Sitzring ist von allgemein dreieckigem Querschnitt und weist seitliche Vorsprünge an " beiden Seiten in der Nähe des Pusses sowie einen schmalen äußeren Vorsprung mit einem äußeren, konvex gekrümmten Dichtungsteil auf, der sich zwischen den parallelen äußeren Wandabschnitten der Aussparung frei erstreckt. Die Dichtung kann eingesetzt werden, indem sie derart verwunden wird, daß ein seitlicher Voajjrung zwischen die parallelen äußeren Wandabschnitte der Aussparung eingefügt wird. Die seitlichen Vorsprünge werden von den geneigten inneren Seitenwandabschnitten der Aussparung festge-

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halten, so dass der Dichtungsring mechanisch gegen die Druckwirkung des Mediums zurückgehalten wird, die bestrebt ist, den Dichtungsring aus der Aussparung herauszutreiben. Der äussere Vorsprung hingegen ist innerhalb der äusseren Seitenwandabschnitte frei seitlich beweglich, so dass er leicht in radialer Richtung einwärts oder auswärts verformt oder einfach flachgedrückt werden kann, wenn er zwischen dem"Grund der Aussparung und der gegenüberliegenden Dichtfläche zusammengedrückt wird,und auf diese V/eise abdichten und ein Vorbeiströmen des-Mediums verhindern kann. Auf jeden Fall bieten die äusseren Seitenwandabschnitte der Aussparung innerhalb dieser einen Raum für die Aufnahme der Verformung.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Pig. 1 ist ein Teilschnitt eines Schiebers mit einer

Sitzringanordnung mit den Merkmalen gemäss der . Erfindung.

Pig. 2 ist ein Teilschnitt in grösserem Masstab zur Veranschaulichung des Einsetzens eines Dichtungsringes.

Pig. 3 ist ein Teilschnitt einer Dichtungsringanordnung in grösserem Maastab.

Pig* 4 ist ein Vertikal-Teilschnitt durch den Schieber in Schlieastellung unter Druck in größerem Haßstab.

Pig» 5 ist ein Teilschnitt einer Sitzringanordnung für einen Kugelhahn*

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Fig. 6, 7 und 8 sind Schnittdarstellungen abgewandelter Ausführungsformen von Dichtungsringen gemass der Erfindung in vergrössertem Masstab.

Wie im einzelnen in Figur 1 dargestellt, weist ein Schieber Io gegenüberliegende Stirnwände 12 und darin gebildete Strömungsöffnungen 14 auf. Der Gehäuseraum

^ 16 zwischen den Stirnwänden 12 ist von einem Gehäusemantel 18 eingeschlossen und der Schieberkörper 2o ist zwischen den Stirnwänden getragen und an einer Schieberspindel 22 vertikal in eine bzw. aus einer in Bezug auf die Strömungsöffnungen 14 fluchtenden Stellung vertikal beweglich montiert. Innerhalb von in gegenüberliegende Seiten des Schieberkörpe.rs eingeschnittenen Huten'sind Sitzringe 26 getragen, die nach aus sen hin zum Angriff an den gegenüberliegenden Stirnwänden mittels Schraubenfedern 28 belastet sind, die in, vom Grund der Huten her in den ScLieberkörper gebohrte Löcher 29 eingesetzt sind. Die Axialbewegungen der Sitzringe 26 sind durch geeignete Anschläge, bei-

f spielsweise Unterlegscheiben 3o, begrenzt, die an dem Schieberkörper mittels Kopfschrauben 31 befestigt sein können, so dass, wenn der Schieberkörper in den Gehäuseraum 16 gehocen wird, die Sitzringe 26 nicht aus den Aussparungen 24 herausfallen. Y/enn der Schieberkörper gesenkt wird, greifen die abgeschrägten Flächen 52 an den gegenüberliegenden Wirkgliedern 33 an den Sitzringen an und drücken diese unter STocken- -wirkung einwärts, bis sie die Dichtfläche 33a erreichen und an ihr anliegen.

Geeignete Dichtungseinrichtungen, beispielsweise- die O-Ringe 34 verhindern ein. Aussickern von Medium um

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8AD ORlGiNAL

die Sitzringe heru-n, und die Hauptdichtungsringe 36 sind in Aussparungen 38 in den Aussenflächen der Sitzringe 26 getragen. Wie aus Figur 3 ersichtlich., hat die Aussparung geneigte innere Seitenwandabschnitte 40, die von der Bodenfläche 42 beginnend konvergieren und schliesslich in im allgemeinen parallel liegende äussere Seitenwandabschni^te 44 übergehen. Innerhalb der Aussparung ist der Dichtungsring ,36 aufgenommen, der im Querschnitt im allgemeinen dreieckförmig ist und zwei seitliche Vorsprünge 46 aufweist, die bei der dargestellten Ausführungsform (Fig. 2), einen konvex gekrümmten Umriss haben, so dass der Dichtungsring 36 eine Gesamtbreite am Fuss aufweist, die etwas grosser ist als die Breite der Aussparung 38 und die Vorsprünge 46 zwischen den gegeneinandergeneigten inneren Seitenwandabschnitten 4o zusammengepresst und fest dichtend gehaltensind. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsfox'in ist die Breite des Dichtungsringes 36 oberhalb des Fusses vermindert, so dass ein schmaler äusserer Vorsprung 48 gebildet ist, der sich zwischen den ausseren Seitenwandabschnitten 44 der Aussparung erstreckt und in Bezug auf diese Seitenwandabschnitte bei Fehlen eines Druckes mit Spiel frei beweglich ist. Der Dichtungsring ist in Fig. 3 ohne dichtende Anlage und frei von Einwirkungen eines Druckes dargestellt, so dass der Querschnitt - abgesehen von dem der seitlichen Vorspränge 46, die an len geneigten inneren Seitenwandabschnitten 4o anliegen, im unverformten Zustand erscheint. Wenn sich der Schieberkörper in Schliesstellung befindet (Fig. l),ist der Dichtungsring 36 zwischen dem Grund 42 der Aussparung und den

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gegenüberliegenden Arbeitsflächen 33a zusammengedrückt. Im Zusammenwirken halten der breite Fuss jedes Dichtungsringes sowie die einander entsprechenden geneigten Flächen der ^ichtung und der Aussparung den betreffenden Dichtungsring gegen jedes Rollen und Verwinden beim Vorbeiführen der Arbeitsflächen 33a bei der Betätigung des Schiebers fest..

Die räumliche Form des Dichtungsringes 36 ist von solcher Art, dass er trotz der Breite des Fusses 42 in die Mündung 38 der Aussparung einsetzbar ist. Das Einsetzen des Dichtungsringes kann dadurch erfolgen, dass die seitliche Ausladung der Vorsprünge, gemessen von der Fussmitte so vermindert wird, dass der Fuss durch die Öffnung 38 eingeführt v/erden kann. Dies geschieht, indem der Ring 36 in der in Fig. 2 gezeigten Weise abschnittsweise verwunden und in die Aussparung eingedrückt wird. Dieser Vorgang wird durch die grössere Elastizität des dünnen äusseren Teiles 48 erleichtert. Wenn der Vorsprung 46 in seine zugeordnete untere " Ecke eingefügt ist, kann der Rest des Ringes in seine endgültige Stellung gedrückt werden. Der Dichtungsring ist auf diese Weise mechanisch gehalten, ohne dass für seine Aufnahme ein zweiteiliger Sitzring erforderlich ist^und der mechanische Halt ist von solcher Art, dass für Systeme mit massigem Druck verhältnismässig weiche Dichtungen verwendet werden können.

In Figur 4 sind die Sitzringanordnungen 26 zur Veranschaulichung der Aufnahme der verformten Teile des Sitzringes innerhalb der Aussparungen 38 in stark ver-

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grössertem Masstab dargestellt. Die Sitzringe 36 sind zwischen dem Grund 42 der Aussparung und den gegenüberliegenden Dichtflächen 33a zusammengepresst und der äussere xjichtvorsprung 48 bildet eine O-ringartige Dichtung, die von dem in Strömungsrichtung davor herrschenden und auf sie wirkenden Druck, der in der in Fig, 4 durch den Pfeil P angedeuteten Richtung von links in die Aussparung 38 eintritt, radial auswärts verformt und straffer gegen die gegenüberliegende dichtfläche 33a angepresst wird. Der in Stromungsrichtung vor der Dichtung herrschende Druck, der hinter d^n Sitzrins gelangt, drückt den äusseren CD-Ring 34 gegsn die Vorderseite der zugeordneten Aussparung, da der Druck im Gehäuseraum 16 normalerweise etwas geringer ist. Der in Strömungsrichtung vor der Dichtung herrschende Druck kann ausreichen, um den Schieberkörper 2o in die Strömungsrichtung zu drängen, bis der in Strömungsriciitung hinter dem Schieberkörper liegende Sitzring 26 unter Überwindung der Belastung durch die Schraubenfeder 28 auf dem Grund der zugeordneten Aussparung sitzt. Da die Wirkrichtung der Druckdifferenz P„ normalerweise von dem Gehäuseraum 16 gegen den hinter dem Schieberkörper herrschenden Zurück gerichtet ist, wird der hinter dem Schieberkörper liegende Hauptdichtungsring 38 radial einwärts verformt und der O-Rlng 34, der die Abdichtung zwischen dem Sitzring 26 und dem Schieberkörper 2o bildet, wird gegen die hintere Begrenzung seiner Aussparung gedrückt, wenn das Medium aus dem Gehäuseraum dort an dem Sitzring 26 vorbei einströmt.

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JQ

Bei der Ausführungsform nach Figur 5 ist der Sitzring 50 innerhalb einer Bohrung 52 getragen, die in dem G-ehäuse eines Kugelhahns gebildet ist, und der Fortsatz des Sitzringes ist in einer Senkbohrung 54 gleitfähig aufgenommen. Um ein Sickern des Mediums um die Sitzringe zu verhindern, ist ein O-Ring 56 vorgesehen, und der ijauptdichtungsring 58 ist in einer'kreisringförmigen Aussparung 6o in der Vorderfläche des Sitzringes getragen. Sowohl der Hauptdichtungsring als auch die zugeordnete Aussparung haben im allgemeinen die gleiche Querschnittsform wie die gemäsa -Fig. 1 bis 4, obwohl natürlich"die Fussflache 59 dem Grund der ' Aussparung entsprechend als Kegelzonenfläche ausgebildet ist. Wenn erwünscht, kann der dichtungsring 58 (ebenso wie der Dichtungsring 36) bei einem Schieber, lose in seiner Aussparung getragen sein, anstatt zwischen den geneigten Wandabschnitten der Aussparung eingeklemmt -zu sein. Wenn speziell der Leitungsdruck in der links durch den Pfeil angedeuteten Richtung P wirksam-ist, wird der seitliche Vorsprung 62 an der radial auswärts liegenden Seite des Dichtungsringes 58 gegen die geneigte innere Seitenwand-an der stromabwärts gelegenen Seite der Aussparung angepresst^ jedoch ist der Vorsprung an der stromaufwärts gelegenen Seite frei von dichtender Berührung. Wie bei dem anderen Ausführungsbeispiel erstreckt sich der äussere Dichtvorsprung 64 frei zwischen den im allgemeinen paralellen äusseren Seitenwandabschnitten der. Aussparung 6o.

Figur 6, 7 und 8 zeigen im Querschnitt 3 weitere abgewandelte Ausführungsformen des Dichtungsringes gemäss der Erfindung. Nach Figur 6 ist die Unterfläche 41a des Dichtungsringes 36a eben ausgebildet, so dass sie

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.bei in die Aussparung eingesetztem Dichtungsring vollflächig an der Bodenfläche der zugeordneten Aussparung aufliegt. Wie dargestellt, weist der Dichtungsring · ebenfalls seitliche Vorsprünge 46a und einen äusseren Vorsprung 48a auf.

Gemäss Figur 7 ist die untere Fläche 41b der Dichtug 56b mit einem kleinen gewölbtem Grat oder Vorsprung versehen, der im Verein mit dem Grund der Aussparung eine 0-ringartige Abdichtung bildet. Wenn der Mediumdruck über das elastische Material des Dichtungsringes 36c übertragen wird, wird er in dem Grat konzentriert *, wodurch eine höhere Fläcnenpressung für die Dichtung geschaffen wird.

Figur 8 zeigt eine ähnliche Ausführungsform eines Dichtungsringes 36c , bei dem die Unterfläche 41c zwar konvex ausgebildet, jedoch nicht mit einem Grat versehen ist. In dieser Ausführungsform sind die vorteilhaften Merkmale der anderen beiden Ausführungsformen gemäss 36a und 36b vereinigt. ■

Die Erfindung wurde oben zwar nur anhand einiger bevorzugter Ausfünrungsformen beschrieben, jedoch sind Abwandlungen in mannigfaltiger Weise ohne Abweichen vom Erfindungsgedanken möglich.

- Patentansprüche -

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BAD ORiGiHAt.

Claims

Patentansprüche

1. Elastischer Dichtungsring, gekennzeichnet durch einen im al^meinen dreieckförmigen Querschnitt mit einem seitlichen Vorsprung an mindestens seiner einen Seite, der mit einer sich, seitlich erstreckenden Dichtungsring-Haltefläche einen verhältnismäßig breiten Fuß.bildet, und einen verhältnismässig schmalen, nach oben gerichteten Vorsprung, der in

.einer äußeren Hauptdiehtflache endet und der so ™ bemessen ist, daß die Querschnittsbreite des Dichtungsringes in etwa halber Höhe geringer als die durchschnittliche Breite ist.

2. Elastischer Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Vorsprung eine ringförmige seitliche Dichtringfläqhe bildet.

3. Elastischer Dichtungsring nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen seitlichen Vorsprung an der anderen Seite des allgemein dreieckfÖrmigen Querschnitts, der eine gegenüberliegende Dichtringhalte-

. fläche bildet.

4. Elastischer Dichtungsring nach den Ansprüchen 1, oder 3» gekennzeichnet durch einen Grat, der sich von der Grundlinie des allgemin dreieckf örmigen Querschnittes; aus erstreckt und eine kreisringförmige innere Dichtfläche bildet.

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5. Elastischer Dichtungsring nach den Ansprüchen 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Vorsprung von konvexer Form ist.

(6.!Dichtungsanordnung für ein Ventil, einen Schieber oder dergleichen mit einem beweglichen Verschluß- . glied in einem Gehäuse und mit gegenüberliegenden kreisringförmigen Dichtgliedern an dem Verschlußglied und am Gehäuse, gekennzeichnet durch eine in einem der Dichtglieder gebildete kreisringförmige Aussparung, deren innere Seitenwandabschnitte vom Grund der Aussparung.auswärts konvergierend angeordnet sind, während äußere Seitenwandabschnitte der Aussparung im allgemeinen parallel liegen, einen in der Aussparung getragenen Dichtungsring von im allgemeinen dreieckigem Querschnitt mit einem seitlichen Vorsprung an mindestens einer Seite desselben in der Nähe seiner Basis, der im Zusammenwirken mit dem inneren Abschnitt einer Seitenwand der Aussparung in dieser eingeklemmt ist, wobei die Breite des Dichtungsringes auf der" Höhe des seitlichen Vorsprunges größer ist als der Zwischenraum zwischen den äußeren Seitenwandabschnitten der Aussparung, und durch einen äußeren Hauptdichtungs*- vorsprung, der sich mit Spiel zwischen den äußeren. Seitenwandabschnitten erstreckt. - "

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen seitlichen Vorsprung an der anderen Seite des allgemein dreieckförmigen Querschnittes in der Nahe der Basis, die eine gegenüberliegende seitliche Haltefläche bildet.

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8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des im allgemeinen dreieckförmigen Querschnittes konvex ist.

9. Dichtungsanordnung nach den Ansprüchen 6 bis 8, gekennzeichnet durch einen Grat, der von der Basis des im all-

. gemeinen dreieckfÖrmigen Querschnittes vorspringt und ■ eine kreisringförmige innere Dichtfläche bildet.

10. Dichtungsanordnung zwischen gegenüberliegenden Dichteflachen von 2 relativ zueinander beweglichen, im wesentlichen starren Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der beiden Dichtflächen eine kreisringförmige Aussparung vorgesehen ist, daß die inneren Seitenwandabschnitte-' der Aussparung vom Grund der Aussparung auswärts konvergieren, daß die äußeren Seitenwandabschnitte der Aussparung im allgemeinen parallel liegen- und daß in der Aussparung ein elastischer Dichtungsring getragen ist, der einen verhältnismäßig breiten Fuß, konvergierende untere Seitenwandabschnitte und einen schmalen Oberteil aufweist, der sich zwischen den äußeren Seitenwandabschnitten der Aussparung erstreckt und für die dichtende Anlage an der gegenüberliegenden Dichtfläche in mindestens einer Relativstellung der Teile dient.

11. Dichtungsanordnung nach A_nspruch 10, gekennzeichnet durch einen Grat, der von dem Fuß der elastischen Dichtung vorspringt und mit dem Grund der Aussparung eine Abdichtung bildet. ■

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12. Dichtungsanordnung nach, Anspruch 10 oder 11, dadurch gelcennzeichnet, daß mindestens einer der ·
konvergierenden unteren Seitenv/andabschnitte des elastischen Dichtungsringes konvex ist. . -

13t Dichtungsanordnung nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet:, daß die elastische Dichtung derart ausgebildet ist, daß die Breite, des Querschnittes in etwa halber Höhe geringer als die durchschnittliche Breite ist.

14. Dichtungsanordnung nach Anspruch 13,.dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Dichtungsringes in mindestens einem Niveau desselben größer ist
als der Abstand zwischen den äußeren Seitenwandabschnitten der Aussparung^

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L e e r s e i t e