DE2440124A1 - Dichtungsvorrichtung - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-8 MÖNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr. rer. not. W. KÖRBER H> (089) · 29 66 84

Dipl.-ing. j. scHMiDT-EVERS '.

PATENTANWÄLTE

21. August 1974

SKEGA AKTIEBOLAG

S-930 40 Ersmark, Schweden

P at ent anme Ixiung Diohtungavorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die es ermöglicht, eine Abdichtung zwischen relativ zueinander bewegt baren Bauteilen zu bewirken, vorzugsweise zwischen einer Kolbenstange und einer die Kolbenstange umgebenden Fläche auf der Innenseite einer Kolbenatangenführung eines hydraulischen Zylinders, wobei die DiohtungeTorriohtung dazu bestimmt ist, in eine an dem einen oder anderen der genannten Bauteile ausgebildeten Nut so angeordnet au werden, daß ein Dichtungsabschnitt an dem betreffendenanderen Bauteil anliegt und ihm gegenüber eine Abdichtung bewirkt. Auf dem Gebiet der Hydraulik neigt die Intwicklung zu einer ständigen Erhöhung der Arbeitsdrücke bei hydraulischen Zylindern und ähnliohen Binriohtungen. 2a Hinblick hierauf müssen die bei «eichen Jimrichtungen verwendeten Diohtungsvorriphtungen »!ok ständig den Anforderungen entspreehen. Arbeitsdrüek· yen etwa 170 bar ©ind gegenwärtig üblioh, dooh wird bei vielen Maschinen sohon mit Drücken zwischen etwa 200 und 300 gearbeitet. Bei den bis jetzt gebräuchlichen Gujiaidieh-feungen von U-förmigem Querschnitt s0wie bei den "bekannte» 0-Hingen macht es daher ständig größer werdemde Schwierigkeiten, den Erfordernissen beaüglioh ihrer Diohtungs- '

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wirkung zu entsprechen. Bei hydraulischen Zylindern und anderen Einrichtungen, hei denen mit hohen hydraulischen Drücken gearbeitet wird, werden daher sowohl zum Abdichten von Kolben als auch zum Abdichten yon Kolbenstangen vorzugsweise einen U-förmigen Querschnitt aufweisende Dichtungen aus Polyurethan oder sogenannte Kompaktdichtungen verwendet. Die bekannten Kompaktdichtungen, von denen es sowohl einfachwirkende als auch doppeltwirkende gibt, und die entweder einteilig oder zur Vereinfachung i Aires Einbaus zweiteilig hergestellt werden, weisen gewöhnlich einen Diehtungsabsohnitt aus einem relativ weichen Werkstoff, ¥orzugsweise Hitrilkautschuk auf, ferner eine einen Schutz gegen eine Verlagerung bietende Einrichtung in ϊαπη eines Hinges aus einen harten Werkstoff, vorsugswelse einem Polyacetalkunststoff, der in erster Linie dazu dient, eine Verlagerung in dem Spalt zwischen der Dichtungsnut und dem Diohtungsabschnitt zu verhindern, sowie eine »it einem Gewebe verstärkte Schicht, deren Aufgabe darin besteht, zu verhindern, daß der weitere Werkstoff aus dem Raum, «wischen dem Haltering aus Kunststoff und deti abzudichtenden Sauteil herausgedrückt wird. Kompaktdichtungen aus Hit Gewebe verstärktem Gummi weisen jedoch insbesondere den lachteil auf, daß sie nur eine gering· Verschleißfestigkeit besitzen, und daß sie gegenüber Beschädigungen der Kolbenstange sehr empfindlich sind. Sti diesen bekannten Dichtungen, die häufig eine große Lunge haben, iestiht die Gefahr, daß zu hohe Temperaturen auftreten, und daf hierdurch die Dichtungen beschädigt werden, lia Verteil dieser Dichtungen besteht darin, daß «am sie unterteilen kann, und daß es mit ihrer Hilfe mögli·* ist, auch bei niedrigen Drücken und niedrigen Temperaturen eint gute Diohtungswirkung zu erzielen.

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Die Hauptnachteile von einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Dichtungen aus Polyurethan bestehen darin, daß diese Dichtungen bei niedrigen Drücken und niedrigen Temperaturen nur eine unzureichende Abdichtung bewirken, und daß es praktisch unmöglich ist, solche Dichtungen Eur Erleichterung ihres Einbaus zu unterteilen. Bei den Polyurethandichtungen läßt sich jedoch bei normalen Drücken und Temperaturen eine einwandfreie Abdichtung erzielen, und ihre Verschleißfestigkeit ist erheblich beeeer ale diejenige der bekannten Kompaktdichtungen. ;

Kompaktdichtungen werden gegenwärtig in großem Umfang als Kolbendichtungen verwendet, da sie eine geringe Einbaulänge haben und gleichzeitig eine brauchbare Dichtungswirkung liefern.

Ein Nachteil der Kompaktdichtungen besteht bei ihrer Verwendung als Kolbenstangendichtungen"darin, daß sie nur eine kurze Lebensdauer erreichen, die erheblich kürzer ist als die bei entsprechenden Kolbendichtungen erreichbare Lebensdauer. Daher müssen Kolbenstangendichtungen in kürzeren Zeitabständen erneuert werden, und hierzu ist es in jedem Fall erforderlich, die betreffende Einrichtung mehr oder weniger weitgehend zu zerlegen.

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Diese Zerlegungsarbeiten, die in den meisten Fällen sehr umständlich und kostspielig sind, lassen sich vermeiden, wenn man die Dichtung zweiteilig ausbildet. Jedoch nahen die bis jetzt gebräuchlichen zweiteiligen Kolbenstangendichtungen, insbesondere solche mit kurzer Einbaulänge, nur eine geringe Festigkeit, und sie erfüllen ihre Aufgabe nicht einwandfrei. Im Hinblick hierauf erscheint es als sehr erwünscht, dieses auf dem Gebiet der Hydraulik bestehende Problem zu lösen und gleichzeitig die Nachteile der bis jetzt bekannten Dichtungskonstruktionen zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsvorrichtung, insbesondere für Kolbenstangen und dergl., zu schaffen, die allen Anforderungen bezüglich einer einwandfreien Abdichtung entspricht, die sich sowohl einteilig als auch zweiteilig ausbilden läßt, die nur eine kleine Einbaulänge aufweist, bei der aus Sicherheitsgründen für eine geringe undichtigkeit gesorgt ist, die eine lange Lebensdauer erreicht, und bei der geringere Reibungsverluste auftreten als bei den bis jetzt bekannten zweiteiligen Kolbenstangendichtungen. Ferner soll eine leicht einzubauende Dichtungsvorrichtung geschaffen werden, die eine einwandfreie Abdichtung auch bei hohen und niedrigen Temperaturen und hohen Drücken gewährleistet, und bei der eine unerwünschte Verlagerung, die zu Beschädigungen führen könnte, unmöglich ist.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigti

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Zylinder- und Kolbenanordnung _s die mit einer Kolbenstangendichtung,versehen ist, bei welcher es sich um eine Ausführungsform der Erfindung handelt.;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus fig. 1, der die eigentliche Dichtungsvorrichtung im Querschnitt erkennen läßt; ....·■-.-,

Fig. 3 einen in einem erheblieh größeren Maßstab gezeichneten Querschnitt eines Dichtungaringa, der einen Bestandteil einer erfindungagemäßen Dichtungsvorrichtung bildet, jedoch im Vergleich zu dem in Fig* 2 dargestellten Dichtungsring etwas geändert ist} und

Fig. 4 und 5 einen Teil einer Seltanansioht und einen Querschnitt des Dichtungsrings naon. fig. 3» wobei dargestellt ist j auf welch© Weise der Diohtungaring zweckmäßig unterteilt wird.

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In Fig. 1 ist ein Zylinder 1 dargestellt, in dem ein Kolben gleitend geführt ist, mit dem eine Kolbenstange

2 verbunden ist, die durch eine öffnung im hinteren Teil

3 des Zylinders ragt, welcher mit einer Abdeckung 4 versehen ist, die sich z.B. aus zwei Hälften zusammensetzt, welche durch nicht dargestellte Schrauben in ihrer Lage gehalten werden. Der hintere Teil 3 des Zylinders ist mit einer Ringnut 5 versehen,'in die eine insgesamt mit 6 bezeichnete Dichtungsvorrichtung nach der Erfindung eingebaut ist. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Baispiel wird die Dichtungsvorrichtung zum Abdichten der Kolbenstange benutzt. Es sei jedoch bemerkt, daß sich die Anwendbarkeit der Dichtungsvorrichtung 6 nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, und daß man die Vorrichtung auch so abändern kann, daß sie sich bei anderen Verbindungsstellen benutzen läßt, z.B. in der nachstehend beschriebenen Weise in Fällen, in denen ein Druck auf beiden Seiten der Dichtungsvorrichtung herrscht.

Zu der als Kolbenstangendichtung in Fig. 1 und 2 dargestellten Dichtungsvorrichtung nach der Erfindung gehört ein Dichtungsring 7 mit einem Diohtungsabschnitt 8, der sich in Riohtung der Aohse der Kolbenstange 2 erstreckt, und einem Tragabschnitt 9, der allgemein in einer radialen Ebene liegt, und dessen radiale Breite annähernd gleich der radialen Tiefe der Hingnut 5 ist. Der Dichtungsabaohnitt 8 weist eine Diohtungsflache 10 auf, die so gestaltet ist, daß sie in mehreren radialen Ebenen nur in Linienberührung mit der Kolbenstange 2 steht. Diese Linienberührung ergibt sioh daraus, daß der Diohtungs-

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abschnitt 8 mit mehreren Vorsprüngen oder Wulsten 11 oder dergl. versehen ist, die sich über den ganzen Umfang, des Dichtungsabschnitts erstrecken. Die Wulste oder Vorsprünge haben jeweils eine relativ steile Planke 12, die der Druckseite der Dichtungsvorriohtung zugewandt ist, und an die sioh eine gegenüber der Kolbenstange 2 unter einem spitzen Winkel nach außen geneigte Fläche anschließt, die sich zu der mehr oder weniger druckfreien Seite der Dichtüngsvorrichtung erstreckt, so daß zwischen den Wulsten 11 des Dichtungsabschnitts 8 und der Umfangsflache der Kolbenstange die aus Fig. 2 ersiehtHohen freien Räume vorhanden sind. In Fig. 2 beträgt der Winkel zwischen den Flanken 12 der Wülste 11 und der Umf'angsf lache der Kolbenstange 2 etwa 90 , do oh kann frei anderen Ausführungsformen dieser Winkel auch kleiner gemacht werden; beispielsweise zeigt Fig. 3 eine Ausführungsform, bei welcher dieser Winkel etwa 70° beträgt oder größer ist, so daß sich die aus Fig. 3 ersichtliche Gestalt ergibt. Der Winkelt soll zwischen 1° und 15° liegen und vorzugsweise etwa 7 betragen. Die Anzahl der Wülste 11 kann nach Bedarf variiert werden, d.h. die Erfindung beschränkt sich nicht auf die aus der Zeichnung ersichtliche Anzahl von Wulsten. Auch die Anstände zwischen benachbarten Wülsten können variieren.

Der Dichtungsring 7» bei dem der Dichtungsabschnitt 8 und der Tragabschnitt 9 vorzugsweise zusammenhängen, besteht aus Gummi oder einem relativ weichen Kunststoff, vorzugsweise aus Polyurethan, so daß sich bei dem Dichtungsabschnitt 8 eine optimale Kombination einer Wider-

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Standsfähigkeit gegen eine bleibende Verformung mit einer hohen Verschleißfestigkeit ergibt und die scharfen Kanten der Wülste 11 während einer langen Zeit erhalten bleiben.

Bei niedrigen Temperaturen erweist sich Polyurethan jedoch als ungeeignet, da es in diesem Fall seine erwünschten Eigenschaften verliert. Um diesen Nachteil auszugleichen, ist die erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung mit einem Druckglied 13 versehen, das gemäß Mg. 2 als O-Ring aus einem elastischen Werkstoff, vorzugsweise Nitrilkautschuk, hergestellt und unter Vorspannung zwischen dem Dichtungeabschnitt 8 des Dichtungsrings 7 und dem Boden der Ringnut 5 eingebaut ist. Durch die Verwendung des 0-ßinges 13 werden die sich anderenfalls bei niedrigen Temperaturen ergebenden Schwierigkeiten vermieden, und gleichseitig ergibt sich eine erhebliche Verbesserung der Dichtungewirkung bei niedrigen Drücken, denn es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß der O-Eing auch bei sehr niedrigen Drücken nur in einem sehr geringen Ausua£ undicht iat, da er vorgespannt ist, und da die Wülste 11 des Dichtungsabschnitts 8 den Ölfilm auf der Kolbenstange 2 durchbrechen. Auf diese Weise ist es gemäß der Erfindung Möglich, in einem erheblichen Ausmaß die vorteilhaften Eigenechaften der bekannten O-Ringe, die sich großen Bewegungen anpassen und hohen Beanspruchungen standhalten, »it den günstigen Eigenschaften der bekannten Druckdichtungen eu konbinieren, die eine gute Abdichtung bei niedrigen Drücken, ölen von hoher Viskosität und niedrigen Teaperaturen gewährleisten.

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Um eine Verlagerung der Dichtungsvorrichtung bei sehr hohen Drücken zu verhindern und das Unterteilen der Dichtungsvorrichtung zu erleichtern, veist die Vorrieh-, tung gemäß der Erfindung ferner einen Stützring 14 auf, der auf der gleichen Seite angeordnet ist wie der Tragabschnitt 9 des Dichtungsrings 7 und mit dem Tragabschnitt zusammenarbeitet. Der Stützring 14, der etwa die gleiche radiale Breite hat wie der Tragabschnitt.. 9 des Dichtungsrings 7, und der mit einer entsprechenden Anlagefläche versehen ist, besteht aus einem relativ harten, elastischen Werkstoff, der auch., in einem gewissen Ausmaß plastisch sein muß, damit eine Abnutzung und andere Beschädigungen ausgeglichen werden können. Als Werkstoff für den Stützring 14 kommt z.B. ein thermoplastischer Polyester in Frage, beispielsweise das unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Hytrel" erhältliche Material, bei dem es sich gezeigt hat, daß esin Verbindung, mit dem Dichtungsring 7 aus Polyurethan-, der bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 einen.L-förmigen Querschnitt hat, auf zuverlässige Weise eine Verlagerung der Dichtungsvorrichtung verhindert.

Zusätzlich zu der sehr geringen Reibungj die auf die beschriebene Linienberührung zurückzuführen ist, und zusätzlich zu der zuverlässigen Diohtungswirkung, die durch das Vorhandensein des Druckgliedes 13 gewährleistet wird, bieten die den Ölfilm durchbrechenden Diohtungswülste den Vorteil, daß sich die erfindungsgemäße Diohtungsvorrichtung unterteilen läßt, ohne daß dies zu höheren Leckverlusten führt als bei einer nicht unterteilten Dichtung.

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Diese Unterteilung soll gemäß Fig. 4 und ü> so durchgeführt werden, daß die Schnittfläche zwei axial verlaufende Abschnitte 15 und 16 aufweist, die in der Umfangsrichtung gegeneinander versetzt und durch einen radialen Abschnitt 17 verbunden sind, welch letzterer zwischen zwei benachbarten Wulsten 11 so angeordnet ist, daß er in Beziehung zur Druckseite der Diohtungsvorrichtung dem vorderen Wulst näher benachbart ist als dem hinteren Wulst. Bezüglich der Unterteilung des Stützrings 14 ist zu bemerken, daß die Schnittfläche' im wesentlichen auf beliebige Weise verlaufen kannj beim Einbau der Dichtungsvorrichtung in eine Nut ist jedoch darauf zu achten, daß
die Schnittfläche des Stützrings 14 gegenüber der Schnittfläche des Dichtungsrings 7 in der Umfangsrichtung versetzt angeordnet wird. Um dies au gewährleisten, ist der Tragabschnitt 9 des Dichtungsrings 7 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an seiner dem Stützring 14 zugewandten Fläche mit einem Vorsprung 18 versehen, und der
Stützring 14 weist eine Aussparung 19 auf, die gegenüber der Unterteilungsfläche in der Umfangsrichtung so angeordnet ist, daß beim Einbau der Dichtungsvorrichtung unter gleichzeitigem Einführen des Vorsprungs 18 in die
Aussparung 19 die Schnittflächen des Dichtungsrings 7
und des Stützrings 14 in der Umfangsrichtung durch den
erforderliohen Abstand getrennt werden} außerdem bewirkt das Vorhandensein der Aussparung 19 und des Vorsprungs 18, daß die beiden Ringe vor dem Einbau in die richtige Lage zueinander gebracht werden müssen. Bei.anderen Ausführungeformen der Erfindung ist es jedooh möglich, den Vorsprung und die Aussparung fortzulassen.

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In den Zeichnungen ist eine erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung in Gestalt einer Kolbenstangendichtung dargestellt, d.h. es handelt sich um eine einfachwirkende Dichtung; es ist jedoch auch möglich, gemäß der Erfindung eine doppeltwirkende Dichtungsvorrichtung zu schaffen, und zwar auf einfachste Weise dadurch, daß man zwei der' vorstehend beschriebenen Dichtungsvorrichtungen spiegelbildlich zueinander anordnet. Dies ist möglich, da die Dichtungskanten der einen Hälfte einer solchen Anordnung das Öl in der einen Richtung zu der anderen Hälfte durchlassen, jedoch nicht in der entgegengesetzten Richtung. Eine solche doppeltwirkende Dichtungsanordnung hat natürlich eine vergleichsweise größere Einbaulänge, die man jedoch dadurch verringern kann, daß man einen Dichtungsring mit einem U-förmigen Querschnitt verwendet, wobei genügend Raum für ein oder mehrere Druckglieder in Form von O-Ringen vorhanden ist, und wobei beide Hälften der Dichtungsanordnung in der beschriebenen Weise mit Dichtungswülsten versehen sind, die so angeordnet Bind, daß die Wülste der einen Hälfte den Wülsten der anderen Hälfte zugewandt sind.

Ansprüche;

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Claims (9)

1. ANSPRÜCHE

   ( 1.) Vorrichtung zum Bewirken einer Abdichtung zwischen relativ zueinander bewegbaren Bauteilen, z.B. zwischen einer Kolbenstange und einer sie umgebenden Fläche auf der Innenseite eines Kolbenstangendurchlasses eines Zylinders, die dazu bestimmt ist, in eine in dem einen oder anderen Bauteil ausgebildete Ringnut so eingebaut zu werden, daß sie sich in Anlage an einem ringförmigen Dichtungsabschnitt des betreffenden anderen Bauteils befindet, um eine Abdichtung zu bewirken, dadurch gekennzeichnet , daß ein Dichtungsabschnitt (8) vorhanden ist, der eine Dichtungsfläche (10) besitzt, welche in mindestens zwei durch einen axialen Abstand getrennten radialen Ebenen in Linienberührung mit dem betreffenden Bauteil (2) steht, daß dieser Dichtungsabschnitt durch ein elastisches Druckglied (13) abgestützt ist, das zwischen dem Dichtungsabschnitt und dem Boden der Ringnut (5) angeordnet ist, und daß der Dichtungsabschnitt an mindestens einem seiner Enden mit einem radialen Flansch (9) versehen ist, der sich an einem Stützring (14) abstützt, der eine Verlagerung der Dichtungsvorrichtung verhindert.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Dichtungsabschnitt (8) und der radiale Plansch bzw. der Tragabschnitt (9) ein zusammenhängendes, aus Polyurethan hergestelltes Bauteil bilden, daß das Druckglied (13) als vorgespannter O-Ring aus einem elastischen Werkstoff, vorzugsweise Nitrilkautschuk, aus-

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   gebildet ist, und daß der Stützring (14) aus einem harten, elastischen und gleichzeitig plastischen Material besteht, vorzugsweise einem thermoplastischen Polyester, z.B. dem unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Hytrel" erhältlichen Material.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Dichtungsabschnitt (8) an seiner Dichtungsfläche (10) mit Wülsten (11) versehen ist, die eine solche Querschnittsform haben, daß sich die genannte Linienberührung gegenüber dem betreffenden Bauteil (2) ergibt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Wülste (11) der Dichtungsfläehe (10) der Druckseite eine relativ ateile Planke (12) darbieten, und daß sich die radiale Höhe der Wülste in der entgegengesetzten !Richtung vorzugsweise linear entsprechend einem spitzen Winkel zwischen 1° und 15° und vorzugsweise 7° verringert.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet , daS die flanke (12) jedes Wulstes (11) mit der Längsachse d©r Vorrichtung einen Winkel bildet,' der zwisohen 45° und 135° liegt und vorzugsweise 90° oder 70° beträgt. " ■

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6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder. 5» dadurch g e kennzeichnet , daß der Tragabschnitt (9) einen Vorsprung (18) aufweist und der Stützring (H) mit, einer Aussparung (19) versehen ist, um eine bestimmte rela*tive Lage der beiden Teile zueinander zu bestimmen.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher der Dichtuhgsabschnitt und der Tragabschnitt ebenso wie der Stützring unterteilt sind, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Schnittfläche des Dichtungsabschnitts (8) und des Tragabschnitts (9) zwei axiale Abschnitte. (15, 16) gehören, die durch einen axialen Abstand getrennt sind und sich in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, und daß zu der Schnittfläche ein Abschnitt (17) gehört, der sich zwischen zwei einander benachbarten Wülsten (11) erstreckt und vorzugsweise dem weiter vorn liegenden Wulst näher benachbart iet als dem weiter hinten liegenden Wulst.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Dichtungsabechnitt (8) und der Tragabschnitt (9) insgesamt einen Sichtungering (7) mit einem I-förmigen Querschnitt bilden.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Diohtungs·

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   abschnitt (8) an beiden Rändern mit einem radialen Tragabschnitt (9) versehen ist, welcher mit einem Stützring (H) zusammenarbeitet.

   1Ö. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die in Linienberührung mit dem betreffenden Bauteil (2) stehenden Wülste (11) der einen Hälfte des Dichtungsabschnitts (8) den Wulsten der anderen Hälfte des Dichtungsabschnitts zugewandt Bind.

   Patentanwalt:

   5098 10/0791