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Die Erfindung betrifft ein Fluidleitungsbauteil mit einem Fluidkanal, einer Dichtfläche, die den Austritt des Fluidkanals auf einer Außenseite des Fluidleitungsbauteils umgibt, und einer Axialdichtung, die an der Dichtfläche anliegt und an einer gegenüberliegenden Fläche eines Gegenstücks in Anlage gebracht werden kann, um den Fluidkanal dicht an einen Kanal im Gegenstück anzuschließen.
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Die Funktion der Axialdichtung besteht insbesondere darin, den Abstand zwischen der Dichtfläche und der gegenüberliegenden Fläche am Gegenstück zu überbrücken und den Fluidstrom abgedichtet vom Fluidkanal in den Kanal im Gegenstück einzuleiten bzw. umgekehrt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fluidleitungsbauteil zu schaffen, das mit geringem Aufwand eine zuverlässige Abdichtung auch bei vergleichsweise großen Toleranzen hinsichtlich des Abstands zwischen der Dichtfläche und der gegenüberliegenden Fläche gewährleistet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Fluidleitungsbauteil der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Axialdichtung einen Träger und ein Dichtelement aufweist, das am Träger montiert ist, wobei der Träger relativ zur Dichtfläche verschiebbar ist. Das Dichtelement weist die erforderliche Verformbarkeit auf, um in Axialrichtung so weit verformt zu werden, dass das Dichtelement unabhängig von den tatsächlichen Toleranzen immer mit ausreichender Vorspannung zwischen der Dichtfläche und der Gegenfläche eingespannt ist. Der Träger gewährleistet dabei, dass sich das Dichtelement nicht übermäßig weit verformen kann und bei jeder Toleranzlage in der gewünschten Position gehalten wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Dichtfläche vertieft in einer Stirnseite des Fluidleitungsbauteils angeordnet ist. Der Träger ist hier innerhalb einer umlaufenden Schulter aufgenommen, in die die Axialdichtung eingesetzt ist. Um den gewünschten Federweg der Axialdichtung bereitzustellen, hat der Träger eine Höhe, die kleiner ist als die Höhe der Axialdichtung im unverformten Zustand.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Dichtfläche an einem vorstehenden Anschlussstutzen des Fluidleitungsbauteils angeordnet ist. In diesem Fall kann der Träger außenseitig mit dem Anschlussstutzen überlappen und dadurch die Dichtung führen. Dementsprechend ist der Träger in axialer Richtung höher ausgeführt als die Dichtung im unverformten Zustand.
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Vorzugsweise ist das Dichtelement an der Dichtfläche vormontiert, so dass sie bei der Montage des Fluidleitungsbauteils am Gegenstück nicht separat fixiert werden muss.
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Hierzu kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement hinter einem Halteelement eingerastet ist, das am Fluidleitungsbauteil vorgesehen ist. Die auf diese Weise gebildete mechanische Rastverbindung ermöglicht, die Axialdichtung mit sehr geringem Aufwand vorzumontieren, nämlich indem sie einfach gegen die zu ihrer Aufnahme vorgesehene Dichtfläche gedrückt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Träger ringförmig ist. Die Ringform gewährleistet die größtmögliche Stabilität, wenn auf den Träger ein Über- oder Unterdruck einwirkt.
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Vorzugsweise ist mindestens eine Außenkante des Trägers auf einer dem Dichtelement zugewandten Seite abgeschrägt oder abgerundet ausgeführt, so dass keine scharfen Kanten vorhanden sind, die das Dichtelement beschädigen könnten.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Fluidkanal ein Saugkanal, wobei der Träger innerhalb des Dichtelements angeordnet ist. Die im Betrieb des Fluidleitungsbauteils vorhandenen Unterdrücke innerhalb der Axialdichtung gewährleisten, dass das Dichtelement fest gegen den Träger gedrückt und von diesem gestützt wird. Es besteht daher keinerlei Risiko, dass sich das Dichtelement vom Träger löst.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Fluidkanal ein Druckkanal ist, wobei der Träger außerhalb des Dichtelements angeordnet ist. Auch bei dieser Ausgestaltung gewährleisten die im Betrieb wirkenden Drücke, dass das Dichtelement fest gegen den Träger gedrückt wird, der dadurch das Dichtelement mechanisch stabilisiert. Auch hier besteht kein Risiko, dass sich das Dichtelement vom Träger ablöst.
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Das Dichtelement ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und weist zwei Dichtlippen auf, die an in axialer Richtung entgegengesetzten Enden des Dichtelements in radialer Richtung abstehen. Die Dichtlippen gewährleisten die gewünschte lokale Flächenpressung, mit der das Dichtelement an der Dichtfläche beziehungsweise dem Gegenelement zuverlässig abdichtet.
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Die Dichtlippen stehen vorzugsweise in axialer Richtung über den Träger hervor, so dass der in axialer Richtung nötige Anpressdruck erzielt wird.
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Das erfindungsgemäße Fluidleitungsbauteil kann insbesondere eine Hydraulikpumpe sein, wobei das Gegenstück eine Aufnahme in einem Gehäuse eines Fluidvorratsbehälters ist. Die Pumpe kann bei der Montage mit vormontierten Axialdichtungen in die Aufnahme eingesetzt werden, so dass dort bei der Montage die gewünschte Vorspannung der Axialdichtungen erzielt wird. Gleichzeitig sind die Axialdichtungen so ausgeführt, dass etwaige Montagetoleranzen aufgenommen werden können. Dabei ist gewährleistet, dass unabhängig von der Toleranzlage die jeweils herrschende axiale Andruckkraft nicht oberhalb und auch nicht unterhalb der Grenzen liegt, innerhalb derer die Axialdichtung zuverlässig abdichtet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
- - 1 schematisch eine erfindungsgemäße Baugruppe mit einem Fluidleitungsbauteil, das in einem Gegenstück montiert ist;
- - 2 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt II von 1, wobei eine Axialdichtung gemäß einer Ausführungsform in einem ersten Einbauzustand gezeigt ist;
- - 3 die Dichtung von 2, wobei die Axialdichtung einen größeren Abstand zwischen den beiden Bauteilen zeigt, zwischen denen sie angeordnet ist;
- - 4 die Dichtung von 2, wobei zwischen den beiden Bauteilen ein kleinerer Abstand herrscht als in 2;
- - 5 in größerem Maßstab die Dichtung von 2;
- - 6 eine zweite Ausführungsform der Axialdichtung;
- - 7 eine dritte Ausführungsform der Axialdichtung;
- - 8 die Dichtung von 7 in einer abweichenden Montagesituation;
- - 9 eine alternative Ausgestaltung des Trägers; und
- - 10 in vergrößertem Maßstab die Ausgestaltung eines Hinterschnitts zur Fixierung der Dichtung.
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In 1 ist ein Fluidleitungsbauteil 2 gezeigt, das im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Hydraulikpumpe ist.
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Das Fluidleitungsbauteil 2 ist in einer Aufnahme 3 eines Gegenstücks 4 montiert. Das Gegenstück 4 ist hier ein Gehäuse eines Fluidvorratsbehälters. Der Fluidvorratsbehälter kann Teil eines Getriebegehäuses etc. sein.
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Das Fluidleitungsbauteil 2 weist zwei Fluidkanäle 5, 6 auf, von denen der Fluidkanal 5 ein Saugkanal und der Fluidkanal 6 ein Druckkanal sind.
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Das Gegenstück 4 weist einen Kanal 7 auf, der dem Saugkanal 5 zugeordnet ist, und einen Kanal 8, der dem Druckkanal 6 zugeordnet ist.
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Das Fluidleitungsbauteil 2 ist mit dem Gegenstück 4 verschraubt (siehe die schematisch dargestellten Schraubverbindungen 9), wobei die innerhalb der Aufnahme 3 angeordnete Seite des Fluidleitungsbauteils 2 dem Boden der Aufnahme 3 gegenüberliegt. Dort sind Axialdichtungen 10 vorgesehen, die die Fluidkanäle 5, 6 dicht mit den ihnen zugeordneten Kanälen 7, 8 verbinden.
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In 2 ist eine der Axialdichtungen 10, nämlich die auf der Druckseite der Hydraulikpumpe, in einem Zustand gezeigt, in welchem der Abstand zwischen der Stirnseite des Fluidleitungsbauteils 2 und dem Boden der Aufnahme 3 einem Nominalwert entspricht. Der Spalt ist hier als sn bezeichnet. In diesem Zustand liegt die Axialdichtung 10 mit der gewünschten Vorspannung sowohl am Fluidleitungsbauteil 2 als auch am Gegenstück 4 an, so dass im Bereich des Übergangs vom Druckkanal 6 im Fluidleitungsbauteil 2 zum Kanal 8 im Gegenstück 4 zuverlässig abgedichtet ist.
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In 3 ist die Dichtung von 2 in einem Zustand gezeigt, in welchem der Abstand einem Maximalwert smax entspricht. Aufgrund der Dimensionierung der Axialdichtung 10 liegt auch in diesem Zustand noch ein ausreichender Anpressdruck vor, so dass die Axialdichtung 10 den Übergang vom Druckkanal 6 zum Kanal 8 zuverlässig abdichtet.
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In 4 ist ein Zustand gezeigt, in welchem der Abstand zwischen dem Fluidleitungsbauteil 2 und dem Gegenstück 4 einem minimalen Wert smin entspricht. Die Axialdichtung 10 ist hier weiter axial zusammengedrückt, wobei sie ausreichend Raum zum Ausweichen hat, so dass sie nicht übermäßig stark komprimiert wird.
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Die Axialdichtung 10 wird nachfolgend anhand von 5 für den Anwendungsfall auf der Druckseite des Fluidleitungsbauteils beschrieben, also für die Seite, auf der im Fluidleitungsbauteil ein Überdruck herrscht.
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Die Axialdichtung 10 hat insgesamt einen ringförmigen Aufbau, wobei sie einen Träger 12 und ein Dichtelement 14 aufweist. Der Träger 12 hat einen L-förmigen Querschnitt mit einem Schenkel, der eine zur Mittelachse der Dichtung konzentrische Zylinderfläche bildet, und einem Schenkel, der eine sich radial zur Mittelachse erstreckende Ringfläche bildet.
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Als Material für den Träger 12 kann Metall oder ein ausreichend starrer Kunststoff verwendet werden.
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Das Dichtelement 14 besteht vorzugsweise aus einem Elastomer und weist einen Mittelabschnitt auf, der am Träger 12 aufgenommen ist, sowie zwei Dichtlippen 16, die an voneinander abgewandten Seiten des Dichtelements sowohl radial als auch axial über den Träger 12 hervorstehen.
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Das Dichtelement 14 ist am Träger 12 so angebracht, dass sich das Dichtelement 14 bei Transport und Handling nicht vom Träger 12 lösen kann. Beispielsweise können die Abmessungen des Dichtelements 14 relativ zu den Abmessungen des Trägers 12 so gewählt werden, dass das Dichtelement 14 allein aufgrund der Reibungskräfte, die im montierten Zustand vorhanden sind, am Träger 12 befestigt ist. Das Dichtelement 14 kann aber auch mit dem Träger 12 fest verklebt, aufvulkanisiert etc. sein.
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Zur Aufnahme der Axialdichtung 10 ist im Fluidleitungsbauteil 2 eine Dichtfläche 20 vorgesehen, die konzentrisch zur Mittelachse M des Fluidkanals 6 vorgesehen ist. Die Dichtfläche 20 ist vertieft im Fluidleitungsbauteil 2 ausgeführt, so dass ein Absatz 22 vorgesehen ist, in welchem der Träger 12 geführt ist. Eine der Dichtlippen 16 liegt dadurch an der Dichtfläche 20 an.
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Auf der radial innenliegenden Seite ragt über die Dichtfläche 20 ein Halteelement 24 in der Form eines umlaufenden Bundes hervor, der an seinem axialen Ende mit einem Hinterschnitt versehen ist. Hinter diesem rastet die der Dichtfläche 20 zugeordnete Dichtlippe 16 ein, so dass die Axialdichtung 10 am Fluidleitungsbauteil 2 vormontiert werden kann.
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Es ist auch möglich, die Axialdichtung 10 nur mittels einer Übermaßpassung zwischen dem Dichtelement und dem Halteelement 24 zu befestigen, also durch eine Klemmwirkung. Dies hat den Vorteil, dass auf den fertigungstechnisch anspruchsvollen Hinterschnitt verzichtet werden kann.
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In 5 sind kreuzschraffiert zwei Bereiche gezeigt, in die hinein sich das Dichtelement 14 bei unterschiedlichen Belastungen verformen kann.
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In den radial außerhalb des Dichtelements 14 liegenden Bereich verformt sich das Dichtelement 14, wenn innerhalb des Fluidkanals hohe Drücke herrschen. In den radial innerhalb des Dichtelements 14 liegenden Bereich verformt sich das Dichtelement hinein, wenn der Abstand zwischen dem Fluidleitungsbauteil 2 und dem Gegenstück 4 sehr gering ist.
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Die beiden Schenkel des Trägers 12 sind an ihren freien Enden jeweils abgeschrägt oder abgerundet ausgeführt, so dass sich das Dichtelement 14 dort sanft anlegen kann und, wenn es verformt wird, sich gleichmäßig abgestützt an den Absatz 22 beziehungsweise die entsprechende Fläche des Gegenstücks 4 anlegen kann.
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Die Dichtlippen haben eine selbstverstärkende Wirkung, da der innerhalb des Dichtelements wirkende Druck sie gegen die Dichtfläche 20 und die Gegenfläche am Gegenstück 4 drückt. Bei ansteigendem Druck steigt auch die Anlagekraft der Dichtlippen 16 am Fluidleitungsbauteil 2 und am Gegenstück 4, so dass eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet ist.
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Die von den Dichtlippen 16 und dem Dichtelement 14 insgesamt auf den Träger ausgeübte Kraft bewirkt auch, dass der Träger 12 bei steigenden Drücken stärker gegen den Absatz 22 und das Gegenstück 4 gedrückt wird. Dadurch ist gewährleistet, dass zwischen dem Träger 12 und den Flächen am Fluidleitungsbauteil 2 und dem Gegenstück 4, an dem sich der Träger 12 abstützt, kein Extrusionsspalt entstehen kann, in den das Dichtelement 14 hineingedrückt werden könnte. Hierdurch ist verhindert, dass das Dichtelement 14 durch wiederholte Verformung in einen Extrusionsspalt hinein beschädigt werden könnte.
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In 6 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt. Für die von der in 5 gezeigten ersten Ausführungsform werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Der Unterschied zwischen der Ausführungsform von 6 und der in 5 gezeigten Ausführungsform besteht darin, dass bei der Ausführungsform von 6 die Dichtfläche 20 nicht vertieft im Fluidleitungsbauteil 2 ausgeführt ist, sondern eine Stirnfläche eines vorstehenden Anschlussstutzens darstellt.
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Der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform besteht insbesondere in der Ausgestaltung des Schenkels des Trägers 12, der die konzentrisch zur Mittelachse M ausgeführte Zylinderfläche bildet. Während bei der Ausführungsform von 5 dieser Schenkel kürzer ist als die axiale Höhe des Dichtelements 14, ragt dieser Schenkel bei der Ausführungsform von 6 in axialer Richtung über die entsprechende Dichtlippe 16 des Dichtelements 14 hinaus. Der Schenkel überlappt dabei mit dem Anschlussstutzen, so dass die Axialdichtung 10 in radialer Richtung mittels des Trägers 12 am Anschlussstutzen geführt ist. Es ist dabei eine Schiebeführung gebildet, die die axialen Toleranzen aufnehmen kann.
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Die Schiebeführung ist hinsichtlich des vorhandenen Spalts so bemessen, dass bei den auftretenden Drücken das Dichtelement 14 nicht in den Spalt hineingedrückt werden kann.
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In 7 ist eine dritte Ausführungsform gezeigt. Für die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Die Ausführungsform von 7 ist eine Kombination der Ausführungsformen der 5 und 6. Die Dichtfläche 20 ist ähnlich wie bei der Ausführungsform von 5 vertieft im Fluidleitungsbauteil 2 ausgeführt, während der Träger 12 mit einem Schenkel über das Ende des Dichtelements 14 hinausragt und eine Schiebeführung mit den benachbarten Flächen des Fluidleitungsbauteils 2 bildet, hier mit der Innenfläche des Fluidkanals 5. Anders als bei der ersten und der zweiten Ausführungsform dient die Axialdichtung 10 bei der dritten Ausführungsform zum Abdichten des Saugkanals 5 (also bei Unterdruck), so dass der Träger 12 radial innerhalb des Dichtelements 14 angeordnet ist.
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Auch bei der dritten Ausführungsform kann ein radialer Hinterschnitt verwendet werden, mit dem die der Dichtfläche 20 zugeordnete Dichtlippe 16 innerhalb der Aufnahme im Fluidleitungsbauteil 2 einrastet.
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In 8 ist eine vierte Ausführungsform gezeigt. Für die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannten Merkmale werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Der Unterschied zwischen der dritten und der vierten Ausführungsform besteht darin, dass die Dichtfläche 20 im Fluidleitungsbauteil 2 nicht am Boden einer Aufnahme oder Vertiefung für die Axialdichtung 10 vorgesehen ist, sondern eine Stirnseite eines Anschlussstutzens bildet. An diesem ist die Axialdichtung 10 so montiert, dass der innenliegende Schenkel des Trägers 12 in den Fluidkanal 5 hineinragt und auf diese Weise für eine radiale Führung der Axialdichtung 10 sorgt.
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Auch hier ist ein Halteelement 24 vorgesehen, das einen radialen Hinterschnitt bildet, hinter dem eine der Dichtlippen 16 des Dichtelements 14 mechanisch einrastet. Dadurch ist die Axialdichtung 10 am Fluidleitungsbauteil 2 vormontiert.
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Gemäß einer nicht dargestellten Weiterbildung ist an der Axialdichtung 10 ein zusätzliches Federelement vorgesehen, das die Dichtlippen in entgegengesetzten Richtungen beaufschlagt, um die Anlagekraft und damit die Dichtwirkung zu erhöhen . Das Federelement kann z.B. aus Federstahl bestehen und ähnlich denen ausgebildet sein, die von Radialwellendichtringen bekannt sind.
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In 9 ist eine Variante der Axialdichtung 10 gezeigt, die sich von den vorhergehenden Ausführungsformen dadurch unterscheidet, dass der Träger 12 mit einer lokalen Verformung 13, beispielsweise eine Rippe oder Sicke, versehen ist. Hierdurch liegt der Träger 12 im Ausgangszustand mit einer kleineren Fläche am Dichtelement 14 an. Der Vorteil ist eine bessere Verformbarkeit des Dichtelements 14, speziell bei der Realisierung eines großen Toleranzausgleiches.
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Alternativ kann eine der Kontur des Trägers entsprechende Gegenkontur im Dichtelement vorgesehen sein, so dass die Rippe oder Sicke des Trägers hier mechanisch einrastet.
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Als weitere Option könnte ein mechanischer Hinterschnitt hier mehr Flexibilität schaffen, da sich das Dichtelement 14, wenn es gestaucht wird, der Hinterschnittkontur des Trägers 12 leicht anpassen/anschmiegen kann.
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In 10 ist in vergrößertem Maßstab der Hinterschnitt 40 gezeigt, hinter dem das Dichtelement 14 am Halteelement 24 arretiert werden kann. Es ist auch eine Fase 42 auf der Außenseite des Hinterschnitts 40 zu sehen, die der besseren Montierbarkeit des Dichtelements 14 dient. Die Fase kann bei allen Varianten verwendet werden, um die Montierbarkeit zu verbessern.