DE2055881A1

DE2055881A1 - Ringdichtung

Info

Publication number: DE2055881A1
Application number: DE19702055881
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. F16j 11-06 Antrag
Original assignee: Cascade Corp
Current assignee: Cascade Corp
Priority date: 1970-05-11
Filing date: 1970-11-13
Publication date: 1971-11-25
Also published as: GB1331447A; FR2092366A5; GB1331448A; US3653670A

Description

DIPL-ING. H. FINK PATENTANWALT · 7300 ESSLINGEN (NECKAR) · HINDENBURGSTRASSE

. Prtmhmwalt FlNK . D WOO htHm— (Ntfcar). Hki*iibwgrtrrtM 44 ·

2. November I970 Li P 5855

Cascade Corporation, Portland/Oregon (USA)

"Ringdichtung"

Beanspruchte Priorität der US-Patentanmeldung S.N. 36 292 vom 11. Mai 197O

Die vorliegende Erfindung bezieht eich auf eine mit einer freder versehene U-förmige Ringdichtung, welche eine dynamische Dichtung zwischen gegenseitig bewegbaren Teilen, z.B. Kolben und Zylindermantel, bildet.. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Dichtung mit symmetrischem Querschnitt und zwei Dichtungsrändern, welche die Möglichkeit der Bildung einer dynamischen Dichtung längs des Innendurchmessers oder längs des Aussendurchmessers des Dichtringes vorsehen.

Die Verwendung von U-förmigen Dichtringen für Druckdichtungen zwischen gegenseitig bewegbaren Teilen, z.B. Kolben und ■ ■.. Zylindermantel, ist bekannt. Unter anderen Erfordernissen soll eine wirksame dynamische Dichtung, die in einem hydraulischen Arbeitszylinder verwendet wird, wenigstens dem erforderlichen Mindestdichtdruck standhalten und einfach anzubringen sein. Weiterhin soll das Dichtelement dauerhaft sein und eine Einrichtung zum Ausgleich der Abnutzung ent- -2-

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halten, um einen zufriedenstellenden Arbeitsverlauf während einer ausreichenden Anzahl von Arbeitsgängen zu ermöglichen. Ebenso soll das Dichtelement aus einem geeigneten Werkstoff hergestellt werden und eine zufriedenstellende Form aufweisen, damit es während des Betriebes nicht in die üblichen Zwischenräume zwischen den die Dichtung aufnehmenden beweglichen Flächen gelangen kann.

Es sind eine Anzahl von Dichtungsformen bekannt, die den oben aufgeführten Erfordernissen genügen. Jedoch besteht ein ständiger Bedarf an dynamischen Dichtvorrichtungen, die wirtschaftlicher herzustellen sind und eine grössere Lebensdauer aufweisen. Ferner besteht ein Bedarf an ringförmigen Dichtgliedern, die als dynamische Dichtung längs der Aussenflache der Dichtung oder wahlweise längs der Innenfläche der Dichtung verwendet werden können.

Demgemäss besteht eine Aufgabe der Erfindung in einer verbesserten U-förmigen Ringdichtung, die unter Federspannung steht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass diese Ringdichtung einen Dichtrand aufweist, der sich unmittelbar über einer ringförmigen Feder befindet, so dass er die Höchstkraft der Feder aufnimmt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in einer U-förmigen Ringdichtung mit einer einzigen Dichtfläche, die an der Stossstelle zweier schräger Flächen gebildet wird, welche einen Winkel von nahezu 90 einschliessen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in einer U-förmigen Ringdichtung mit symmetrischem Querschnitt, die zwei Dichtränder aufweist, welche als dynamische Dichtung längs ihrer Aussenfläche oder als dynamische Dichtung längs ihrer Innenfläche verwendet werden können.

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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in einer U-förmigen Ringdichtung, die je einen inneren und einen äusseren Randstreifen aufweist, welche Randstreifen mit einem radial sich erstreckenden Grundkörper verbunden sind und eine innere Nut dazwischen bilden, die eine ringförmige Schrauben-

j feder nahezu umschliessen kann.'

Schliesslich besteht eine Aufgabe der Erfindung in einer U-förmigen Ringdichtung aus gespritztem Urethan, deren Formtrennlinien im Abstand von den Dichträndern angeordnet sind, so dass keine Pertigbearbeitung des Randes notwendig ist.

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch die Bauform einer Dichtung gelöst, die ein U-förmiges Ringglied mit einem symmetrischen Querschnitt hat, das einen inneren j und äusseren Randstreifen aufweist, welche Randstreifen ! durch einen radial sich erstreckenden Grundkörper miteinander

j verbunden sind. Ein erster Dichtrand wird an der Aussenflache j des. guseeren RandBtrtiftns an dir Sfcontelle zweier schräger flächen gebildet, die einen Winkel von nahezu 90° einschliessen. Der von den schrägen Flächen gebildete Rand bleibt scharf, auch wenn der Dichtrand einer Abnutzung unterworfen ist. Ein gleicher symmetrisch dazu gelegener Dichtrand befindet sich an der Innenfläche des inneren Randstreifens. Die Randstreifen und der Grundkörper umgeben einen offenen ringförmigen, inneren Kanal, der einen Teil mit einem im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt und eine Engstelle hat, die den kreisförmigen Teil mit der Vorderseite der Dichtung verbindet. Der kreisförmige Teil des Kanals kann eine ringförmige Schraubenfeder nahezu umschliessen und diese zwischen den Dichträndern an dem inneren und äusseren Randstreifen halten.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben eich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden __lj-

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Zeichnung. Es zeigen

Figur 1 eine vergrösserte perspektivische Ansicht eines gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Dichtringes, der zum Zwecke der Darstellung einen Ausschnitt aufweist,

Figur 2 einen Teil-Längsschnitt durch einen Arbeitszylinder mit zwei Möglichkeiten zum Anbringen eines Dichtringes nach Figur 1,

Figur 3 einen vergrösserten Querschnitt der Dichtung nach Figur 1 ohne Feder,

Figur J| einen vergrösserten Querschnitt der Dichtung nach Figur 1 mit einer darin befindlichen zusammengedrückten Feder und

Figur 5 einen vergrösserten Querschnitt der Dichtung nach Figur 1 in Verbindung mit einer dreiteiligen Herstellungsform.

In den Figuren 1 bis 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die einen im allgemeinen mit 10 bezeichneten Dichtring betrifft. Der Dichtring hat einen Ringkörper 12 und eine darin eingebettete Schraubenring- oder Ringbandfeder 1*1. Der Ringkörper hat einen ringförmigen inneren Randstreifen 16 und einen ringförmigen äusseren Rand streifen 18, die über einen radial sich erstreckenden Grundkörper 20 miteinander verbunden sind. Die symmetrische, U-förmige Ausbildung der Randstreifen und der Grundkörper bestimmen eine offene, innere Nut 2*J, die einen ersten Teil 26 mit im allgemeinen kreisförmigem Querschnitt und eine Engstelle 27 hat, die den kreisförmigen Toi] ?.6 mit der Vorderseite des Ringkörpern 12 verbindet.

1 Ü 9 i* t< H / 1 1

...2D.5 5l8.8J

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Ein Dichtrand 30 befindet sich an der Aussenfläche des ! äusseren Randstreifens und wird durch Zusammentreffen einer

! Schrägfläche 32 mit einer Fläche 34 gebildet. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, schliessen die aneinanderstossenden

j Flächen einen Winkel A von etwa 90 ein.

: Dadurch wird erreicht, dass der Dichtrand 30 scharf ausgebildet ist und eine wirksame Dichtung bildet, wenn er mit einer damit zusammenwirkenden Fläche in Berührung kommt. Die Umrisslinie der Fläche 34 verläuft in einem Bogen mit einem grossen Radius. Die Bildung einer solchen konkaven Fläche vergrössert die Schärfe des Dichtrandes. Die Flächen j 32 und 3*1 können aber auch jede andere geneigte Form aufweisen, solange der Dichtrand scharf bleibt. Wenn der eingeschlossene Winkel 110° überschreitet, ist der Dichtrand 30 nicht mehr zufriedenstellend genau bestimmt. Die Schrägfläche 32 kann etwa in der Mitte der Breite des äusseren Randstreifens wie dargestellt enden oder kann sich bis zum Ende des Grundkörpers erstrecken.

Eine Formtrennlinie oder ein Grat 35 ist auf der Schrägfläche des äusseren Randes im Abstand vom Dichtrand dargestellt. Bei der bevorzugten Ausführung ist die Formtrennlinie etwa 1 mm vom Dichtungsrand 30 entfernt. Obwohl dieser Abstand geändert werden kann, ist notwendig, dass der Zwischenraum zwischen der Trennlinie und dem Dichtrand 30 grosser als die Höhe der Trennlinie ist, so dass die Trennlinie die Bildung einer wirksamen Dichtung nicht verhindert, auch wenn sie gegen den Dichtrand 30 hin umgebogen wird. Zusätzliche Gesichtspunkte in bezug auf die Anordnung der Trennlinie werden nachstehend erläutert.

Ein gleich ausgebildeter Dichtrand 37 befindet sich auf der Innenseite des inneren Randstreifens entlang der Schnittlinie der Schrägfläche 36 mit der geneigten Fläche 38. Wie aus der

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Zeichnung hervorgeht, sind der innere und äussere Randstreifen und die Dichtränder ähnlich ausgebildet und durch die Grundkörper 20 symmetrisch miteinander verbunden.

im Querschnitt Die Ringfeder 1Ί befindet sich normalerweise in dem/kreis-■förmigen Teil der inneren Nut und wird nahezu ganz umschlossen. Die Feder liegt genau zwischen den symmetrischen Dichträndern und dient zum Auseinanderhalten des äusseren und inneren Randstreifens,um einen ausreichenden Dichtdruck zwischen dem Dichtrand und der damit zusammenwirkenden Fläche zu erreichen. Die Feder dient auch dazu, die Abnützung der Dichtränder auszugleichen und dadurch die Lebensdauer der Dichtung zu vergrössern. In Figur *J stellen die strich-, punktierte Linie die Form der Dichtung ohne Feder und die ausgezogene Linie die Form der Dichtung mit Feder dar.

Bei der vorstehend beschriebenen U-förmigen Ringdichtung kann entweder die Innenseite oder die Aussenseite der Dichtung als dynamische Dichtung verwendet werden. Eine unter Druck stehende Feder ist vorgesehen, wenn die Dichtung als dynamische Dichtung an der Aussenseite des Dichtkörpers verwendet wird. Die unter Druck stehende Feder bewirkt eine nach aussen gerichtete Kraft auf den oberen Randstreifen des Körpers und hält einen angemessenen Dichtdruck aufrecht.

Demgegenüber wird eine unter Zugspannung stehende Feder benutzt, wenn die Dichtung als dynamische Dichtung an der Innenseite des Dichtkörpers verwendet wird. Im letzteren Fall bewirkt die auf den inneren Randstreifen nach innen gerichtete Kraft, die durch die Umfangsspannung der Feder hervorgerufen wird, den gewünschten Dichtungsdruck am inneren Randstreifen der Dichtung. Der Umfang der Ausdehnung des kreisförmigen Teils der inneren Nut und die daraus resultierende Verformung der inneren und äusseren Randstreifen hängt vom Durchmesser des Querschnitts der Feder

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und dem Grad der Zug- oder Druckspannung der Feder ab. Da die Feder genau nach den Dichträndern ausgerichtet ist, wird die gesamte Kraft der Feder auf die Dichtränder übertragen. Gewöhnlich sind die Enden der Feder miteinander fest verbunden. Der Ringkörper 12 der Dichtung besteht vorzugsweise aus einem formbaren Kunststoff, z.B. Polyurethan. Ein geeigneter Kunststoff aus Polyurethan wird von der Firma Mobay Chemical Company unter dem Handelsnamen "Texan" hergestellt. Es können jedoch auch andere geeignete Kunststoffe verwendet werden.

Die Feder I¹I ist vorzugsweise ringschraubenförmig ausgebildet. Es können jedoch auch gleichwertige Mittel verwendet werden, wenn die gewünschte Umfangsspannung oder der gewünschte Umfangsdruck durch das Federglied aufrechterhalten wird. Da öl frei um die Feder fliessen kaniv, neigt diese nicht zum Verspannen oder Verklemmen, und auch nicht dazu, aus der inneren Nut auszutreten, was z.B. bei einem O-Ring auftreten kann. · '

In Figur 2 ist die beschriebene Ausführung der Dichtung auf der linken Seite der Figur in Form einer dynamischen Aus sen-' dichtung und auf der rechten Seite der Figur in Form einer dynamischen Innendichtung eingebaut dargestellt. Ein hydraulischer Arbeitszylinder hat einen Zylindermantel 50 und Stirnwände 51 und 52, die im üblichem gegenseitigen Zusammenwirken mit einer Kolbenstange und einem von diesem getragenen Kolben 55 angeordnet sind. Ein Spiel von etwa 1 mm ist zwischen dem Aussendurchmesser des Kolbens und dem Innendurchmesser des Zylindermantels vorgesehen. Demzufolge ist für gewöhnliche Anwendungszwecke zwischen dem Kolben und dem Zylindermantel eine dynamische Dichtung für Niederdruck (etwa 70 at) notwendig.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind in die Aussenflache des Kolbens eine erste Nut 60 und eine zweite Nut 6*4 eingearbeitet. Ein nichtmetallischer Lagerring 62 üblicher Art -8-

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BAD ORlöiNÄU

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sitzt in der Nut 60 und eine Dichtung, die der in Pig. I dargestellten ähnlich ist, befindet sich in der Nut 64. Die Dichtung ist zwischen die Stützringe 68 und 69 eingebettet. Die Stützringe sind Nylonringe, die zum Zwecke des leichten Einbaues geteilt werden können. Die Ringe verhindern den Austritt des Dichtungsglieds in den Raum zwischen den Zylindermantel und den Kolben, wodurch die Lebensdauer der Dichtung verlängert wird. Indem die Stützringe ein Heraustreten der Dichtung vermeiden, erlauben sie zugleich die Anwendung einer größeren Herstellungstoleranz zwischen dem Kolben und dem Zylindermantel des hydraulischen Arbeitszylinders. Wenn ein Paar einander entgegenwirkender Stützringe auf einander gegenüberliegenden Seiten der Dichtung vorgesehen sind, kann die Dichtung bei hydraulischen Arbeitszylindern verwendet werden, die doppeltwirkend ausgebildet sind.

In Fig. 2 zeigt der Grundkörper der Dichtung nach links. Der Ein-' bau kann auch umgekehrt sein. Bei der so dargestellten Dichtung J bildet der Dichtrand 66 eine dynamische Dichtung mit der Zylinder-

wand und eine statische Dichtung mit der Dichtfläche 67 am Grund ' der Nut 64 des Kolbens, Die Feder in der Dichtung steht unter Druckspannung, so daß der äußere Dichtungsrand unter genügendem

j Druck an der Zylinderwand ansteht.

Am rechten Ende der Fig. 2 ist die Kolbenstange 54 in einer ι Bohrung 70 hin und her verschiebbar untergebracht, die sich in der Stirnwand des Zylindermantels befindet. Ein Spiel von etwa 1 mm ist zwischen dem Außendurchmesser der Kolbenstange und dem Innendurchmesser der Bohrung vorgesehen. Dieses Spiel wird durch eine Dichtanordnung geschlossen, die ähnlich der in Fig. 1 dargestellten ausgebildet ist.

Eine Nut 72 ist in die Innenfläche der Bohrung eingearbeitet, welche Nut ein nichtmetallisches Lager 73 zwischen der Kolbenstange und der Stirnwand aufnimmt. Eine zusätzliche in die Wand der Bohrung eingelassene Nut 74 nimmt ein dem in Fig. 1 dargestellten Dichtglied gleiches Dichtglied 75 auf. Dor Dichtrinr

BAD ORIGINAL

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zeigt mit seinem Grundkörper nach rechts, obgleich die Stellung auch umgekehrt werden kann, ohne von der Erfindung abzuweichen. Ein einziger Stützring 76 aus Nylon ist am Ende des Dichtgliedes zum gleichen Zweck angeordnet wie die Ringe 68 und 69. Ein üblicher Fettabstreifring ist in eine Nut 80 eingelassen, die sich am äußeren Ende der Bohrung 70 befindet.

Bei der dargestellten Bauform bildet der Dichtrand 78 des Dichtringes eine statische Dichtung an seiner Berührungsstelle mit der Fläche im Boden der Nut 74 und der Dichtrand 8l bildet eine dynamische Dichtung an seiner Berührungsstelle mit der Fläche der Kolbenstange 54. Dementsprechend ist eine unter Zug stehende Feder vorgesehen, wodurch die Umfangsspannung der Feder den inneren Dichtrand in vorbeschriebener Weise ständig in Verbindung mit der Fläche der Kolbenstange hält.

In Fig. 5 ist eine geeignete Spritz- oder Gießform zum Herstellen einer Dichtung mit einem aus den Figuren 1 bis 4 ersichtlichen Umriss dargestellt. Die Spritzform hat einen Grundteil 82, der den Grundkörper der Dichtung umgibt, einen Kernteil 83, der die innere Hohlkehle bildet, und einen zweifachen Ringteil 8¹J, der den Kernteil 83 umgibt, Spritzformtrennlinien 86 und 88 sind zwischen den jeweiligen Formteilen dargestellt.

Der Grundteil 82 wird von einem nicht dargestellten Futter getragen, das in Fig. 5 nach rechts bewegt werden kann. Der Kerntei 83 und der Ringteil 84 werden von einem anderen nicht dargestellten Futter getragen, das in Fig. 5 nach links bewegt werden kann. Der Ringteil 84 ist auch in bezug auf den Kernteil 83 hin und her verschiebbar, wie durch die Pfeile angedeutet ist, wenn beide Teile vom Grundteil der Spritzform entfernt werden.

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Während des Arbeitsvorganges wird die Spritzform geschlossen
und flüssiger Werkstoff wird durch nicht dargestellte Öffnungen
in dem Grundteil 82 unter Druck in die Spritzform gepresst.
Luft entweicht entlang den Trennlinien aus der Spritzform, so
daß diese vollständig gefüllt wird. Nach kurzer anfänglicher j Aushärtzeit wird der Grundteil 82 nach rechts verschoben, wobei j er leicht von der Dichtung abgestreift wird. Der Ringteil 8^ \ wird nun entgegen dem Kernteil 83 durch eine nicht dargestellte ;

i Vorrichtung verschoben. Diese Bewegung dient dazu, die Rand- J streifen der Dichtung genügend auszuweiten, damit die Dichtung | von dem Kernteil abgestreift werden kann. Der Bedienungsmann ent- \ fernt dann die Dichtung vom Kernteil 83 von Hand und schließt ' die Spritzform für erneuten Gebrauch. _;

Die Trennlinien 86 müssen genügend nahe den Ecken liegen, welche ■

die Dichtränder bilden, damit die Spritzform vollständig ge- ' füllt wird. Wie schon vorher erwähnt, müssen jedoch die Trenn-

linien genügend weit von den Dichträndern entfernt sein, so ι

daß die Höhe des Grats oder der Trennlinien auf der Dichtung j

den Dichtrand nicht beeinträchtigen kann. Dies ist wesentlich, j

damit keine zusätzliche Bearbeitung der Dichtung zum Entfernen ^! des Grats notwendig ist.

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Claims

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Ansprüche

/Ί. Dichtung, gekennzeichnet durch einen radial sich erstreckenden, ringförmigen Grundkörper (20) mit einer mittleren öffnung, durch einen ersten ringförmigen Randstreifen (18) mit einer Außenfläche, der am äußeren Rand des Grundkörpers befestigt ist und sich in axialer Richtung erstreckt, durch einen zweiten ringförmigen Randstreifen (16) mit einer Innenfläche, der gegenüber dem ersten Randstreifen am inneren Rand des Grundkörpers befestigt ist und sich in axialer Richtung erstreckt, wobei zwischen den beiden Randstreifen eine Nut (24) vorhanden ist und wobei eine der inneren und äußeren Flächen einej^i bezüglich der axialen Richtung schrägen Teil (32, 36) aufweist, der in einem Dichtrand (30, 37) endet, und durch ein ringförmiges Element (14), das zwischen die Randstreifen in der Nut unter einer solchen Umfangskraft eingelegt ist, daß der Dichtrand in Berührung mit einer Arbeitsfläche bleibt und eine dynamische Dichtung zwischen dem Rand und der Arbeitsfläche bildet.

! 2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere der inneren und äußeren Flächen einen

bezüglich der axialen Richtung schrägen Teil (36, 32) hat, <■ der in einem zweiten Dichtrand (37> 30) endet, mit einer ; zweiten Fläche in Verbindung steht und eine statische Dichtung zwischen dem zweiten Dichtrand und der zweiten Arbeitsfläche bildet.
3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Querschnitte des ersten und zweiten Randstreifens (16, 18) symmetrisch sind.

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ι
4. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichj net, daß der Grundkörper (20) sowie der erste und der

zweite Randstreifen (16, l8) aus einem spritzbaren Kunststoff : bestehen und daß ein Formtrenngrat ' (35) sich auf der schrägen ! Fläche (32, 36) in axialem Abstand vom Dichtrand befindet.

5. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Element eine Schraubenfeder (I¹J) aufweist, deren Querschnittsmittelpunkt auf einer die Dichtränder verbindenden Linie liegt.

5. Dichtring zum Abdichten einer Flüssigkeit zwischen einem ersten Glied und einer darin befindlichen zylindrischen Bohrung und j einem zweiten Glied mit einem wenigstens teilweise kreis- j

ι förmigem Querschnitt innerhalb der Bohrung, g e k e η η - !

zeichnet .durch einen kreisförmigen Körper (20) aus nachgiebigem Kunststoff mit daran angebrachten inneren und äußeren Dichträndern (30, 37)» die jeweils mit der Wand der zylindrischen Bohrung und mit dem Teil des kreisförmigen Querschnitts in Verbindung stehen, und durch eine ringförmige Feder (1*1) mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, die sich innerhalb dieses Körpers unter Umfangsspannung befindet, um eine der beiden Dichtränder fest an einen Gegenkörper anzudrücken, wobei sich die Feder innerhalb des kreisförmigen Körpers in einer solchen Stellung befindet, daß im Querschnitt des Körpers gesehen, eine gerade Linie, welche die Dichtränder verbindet, den Querschnitt der ringförmigen Feder an einem der Mitte näher als dem Rand des Querschnitts der Feder liegenden Punkt schneidet.

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7. Dichtung, dadurch gekennzeichnet

daß

sie aus einem einstückigen, gespritzten, nachgiebigen Kunststoff "besteht und mindestens einen Dichtrarid (30, 37) und einen Formtrenngrat (35) aufweist, der im Abstand vom Dicht— rand angeordnet ist. ..-'", . *

8. Dichtung, gekennzeichnet durch einen radial sich erstreckenden ringförmigen Grundkörper (20) mit einer mittleren Öffnung, durch einen ersten ringförmigen Randstreifen (18) mit einem auf seiner Außenfläche befindlichen Dichtrand (30), wobei diese Fläche sich am äußeren Rand des Grundkörpers befindet und sich in axialer Richtung erstreckt, durch einen zweiten ringförmigen Randstreifen (16) mit einem Dichtungsrand(37) auf seiner Innenfläche, wobei sich diese Fläche gegenüber dem ersten Randstreifen am inneren Umfang des Grundkörpers befindet und sich in axialer Richtung erstreckt, so daß eine Nut (2¹O zwischen dem Grundkörper und den Randstreifen entsteht, und durch ein ringförmiges Element (14), das in der Nut zwischen den Randstreifen unter UmfangSkraft angeordnet ist und den Dichtrand nachgiebig gegen eine Berührungsfläche drückt.

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