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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung für ein Ventil eines Verbrennungsmotors.
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Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge sind bekannt, umfassend einen Kopf mit einem oder mehreren Zylindern, in welchen der Motorzyklus ausgeführt wird und welche in Kommunikation mit entsprechenden Verbrennungskammern des Motors selbst gesetzt werden. Passende Sitze werden weiterhin auf dem Kopf ausgebildet, um die Verbrennungskammer in Kommunikation mit Rohren zu setzen, die so ausgeführt sind, dass sie eine Mischung aus unverbranntem Brennstoff und Luft in die Kammer („Einlassrohre”) einführen und Verbrennungsgase („Verbrennungsrohre”) von der Verbrennungskammer beseitigen.
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Die Flüsse von und zu jeder Verbrennungskammer werden durch entsprechende Ventile kontrolliert, die auf die Sitze einwirken. Insbesondere umfasst jedes Ventil im Wesentlichen ein Führungselement, das innerhalb eines Hohlraums des Motorkopfes befestigt ist und eine Stange, die gleitbar in entgegengesetzte Richtungen innerhalb eines durchgehenden Sitzes, der durch das Führungselement gebildet ist, bewegbar ist, und einen Schließabschnitt an eifern Ende trägt, um die Verbindung zwischen dem relativen Einlass- oder Verbrennungsrohr und der jeweiligen Verbrennungskammer zu schließen.
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Das gegenüberliegende Ende der Ventilstange steht axial von dem relativen Führungselement hervor und ist so ausgeführt, dass es Antriebskräfte von einer relativen Kontrollvorrichtung, wie beispielsweise einer Nockenwelle, aufnimmt.
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Die Ventilstange ist axial mittels einer zylindrischen helixförmigen Feder in der Schließrichtung der Verbindung, zwischen dem relativen Einlass- oder Verbrennungsrohr und der entsprechenden Verbrennungskammer, vorgespannt.
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Insbesondere ist die Feder koaxial um das Ventil montiert und axial zwischen einer befestigten Fläche, die auf dem Motorkopf gebildet ist und einer Platte, die an der Ventilstange in der Nähe von oder an dem Ende der Stange selbst befestigt ist, welche mit der Kontrollvorrichtung kooperiert, angeordnet.
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Dichtungen werden normalerweise an die Ventile der Art angepasst, wie oben beschrieben, für das Schmieröl, welches normalerweise in den Motoren zirkuliert. Solche Dichtungen, in einer der meistverbreiteten bekannten Formen, umfassen ein Stütz- oder Verstärkungselement, das eine im Wesentlichen rohrförmige Form aufweist und aus einem Stück Metallmaterial hergestellt ist und ein ringförmiges Dichtungselement, das aus einem elastomeren Material ist und zwischen dem Stützelement und dem Ventil zwischenangeordnet ist.
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Insbesondere umfasst das Dichtungselement typischerweise einen ersten Abschnitt, der so ausgeführt ist, dass er durch eine innere radiale Fläche davon, mit der äußeren radialen Fläche des Abschnittes des Führungselementes, das in Betrieb in Richtung der Kontrollvorrichtung weist, kooperiert und einen zweiten Abschnitt, der so ausgeführt ist, dass er direkt mit der Ventilstange kooperiert.
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Die Dichtungen der Art, wie oben beschrieben, werden auf allen Verbrennungsmotoren weit verbreitet verwendet, um die Menge von Schmieröl zu kontrollieren, welche von dem Verteilungsbereich zu den Verbrennungskammern fließt. Ein exzessiver Fluss von Schmieröl, zusätzlich zu einem offensichtlich exzessiven Verbrauch des Öls selbst, verursacht eine Verschlechterung der Motoreneffizienz und eine Reduzierung in der Leistung des Fahrzeugkatalysators. Auf der anderen Seite verursacht ein unzureichender Fluss einen Anstieg der Abnutzung und des Lärms der Ventile, gefolgt durch die Präsenz von lokalen Temperaturspitzen.
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Dieses Phänomen kann zu einem vorzeitigen Versagen der Ventile führen, folgend dem Blockieren der Stange der Ventile selbst innerhalb des Führungselements.
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Die bekannten Dichtungen ermöglichen, durch den ersten Abschnitt des Dichtungselements, der auf das Führungselement des relativen Ventils wirkt, das Erreichen einer statischen Dichtung und, durch den zweiten Abschnitt des Dichtungselements, der mit der Stange kooperiert, das Erreichen einer dynamischen Dichtung. Insbesondere muss die statische Dichtung einen bestimmten Grad radialer Kompression auf das Führungselement gewährleisten, um das Austreten von Schmieröl in Richtung der Verbrennungskammern zu verhindern und gleichzeitig die Dichtung selbst in Position zu halten, während die dynamische Dichtung so gestaltet ist, ein Minimum an Ölfluss, der zum Schmieren der Kupplung zwischen Stange und Führungselement benötigt wird, zu ermöglichen.
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Das Stützelement besteht aus einem metallrohrförmigen Körper von konsistenter Dicke und umfasst:
- – einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hauptabschnitt;
- – einen ersten ringförmigen Flansch, der sich von einem axialen Ende des Hauptabschnittes radial nach innen erstreckt und teilweise in einem ringförmigen Sitz des Dichtungselements eingebettet ist; und
- – einen zweiten ringförmigen Flansch, der sich von einem gegenüberliegenden axialen Ende des Hauptabschnittes radial nach außen erstreckt und so ausgeführt ist, dass er durch die Feder, welche auf die Ventilstange wirkt, gegen die befestigte Fläche des Motorkopfes gedrückt wird.
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In der Praxis definiert der zweite ringförmige Flansch des Stützelements eine Anstoßfläche für ein axiales Ende der Feder und empfängt die normale Betriebslast von dem letzteren.
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Der zweite ringförmige Flansch erlaubt weiterhin das Inbetriebbringen der Dichtung in die gewünschte Position auf dem Ventil.
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Der Bedarf in dem Gebiet, Dichtungen bereitzustellen, die in der Lage sind, effektiv den Fluss von Schmieröl zu den Verbrennungskammern zu kontrollieren und welche gleichzeitig kosteneffektiver, leichter und von erhöhter konstruktiver Einfachheit sind, als im Vergleich zu den bekannten Lösungen, insbesondere bei Verwendung großer Motoren, ist vorhanden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Dichtung für ein Ventil eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, welche zumindest eine der oben genannten Bedürfnisse in einer einfachen und kosteneffektiven Weise trifft.
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Die obige Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung dadurch gelöst, dass sie eine Dichtung für ein Ventil eines Verbrennungsmotors, wie in Anspruch 1 definiert, betrifft.
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Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung, nur im Wege von nicht limitierenden Beispielen beschrieben und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
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1 eine perspektivische Teil-Schnittansicht von einem Abschnitt eines Verbrennungsmotors ist, der mit einer axial symmetrischen Dichtung für ein Ventil, entsprechend einem Ausführungsbeispiel das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, versehen ist;
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2 eine vergrößerte axiale Schnittansicht der Dichtung gemäß 1 ist; und
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3 eine axiale Schnittansicht einer unterschiedlichen Ausführungsform einer Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
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Bezug nehmend auf 1 und 2 zeigt Bezugszeichen 1 im Ganzen eine Dichtung für ein Ventil 2 eines Verbrennungsmotors 3, der per se bekannt ist und nur in 1 in dem notwendigen Ausmaß zum Verständnis der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
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Im größeren Detail ist, in 1, Motor 3 nur durch einen Abschnitt 4 eines Kopfes 5 gezeigt, welcher in einer bekannten Weise eine Verbrennungskammer (nicht sichtbar in 1, aber unter Abschnitt 5 des gezeigten Kopfes 4 angeordnet) bildet, innerhalb welcher ein Brennstoff in Anwesenheit von Verbrennungsluft oxidiert wird, um die chemische Energie, die in dem Brennstoffenthalten ist, zu einer Druckkraft umzuwandeln.
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Die Verbrennungskammer empfängt durch eine Öffnung davon in bekannter Weise eine Mischung, die Brennstoff und die Verbrennungsluft umfasst und stößt, durch eine andere Öffnung, das Verbrennungsgas und die Luft an dem Ende des Verbrennungsprozesses aus.
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Die Flüsse zu und von der Verbrennungskammer werden durch entsprechende Ventile 2 der oben bezeichneten Art kontrolliert, die auf die Öffnungen der Verbrennungskammer selbst wirken.
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Die folgende Beschreibung wird sich der Einfachheit halber auf ein einzelnes Ventil 2 beziehen, davon ausgehend, dass die gleichen beschriebenen Merkmale in jedem Ventil dieser Art präsent sind, wie in Motor 3 verwendet.
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In Bezug auf 1 und 2 ist Ventil 2 in einem durchgehenden Sitz 6 aufgenommen, welcher in Abschnitt 5 des Kopfes 4 gebildet ist und normalerweise Schmieröl enthält.
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Ventil 2 weist eine Achse A auf und umfasst ein rohrförmiges Führungselement 7, dass unter Interferenz innerhalb Sitz 6 eingepasst ist und eine Stange 8, die in entgegen gesetzte Richtungen entlang Achse A innerhalb des Führungselements 7 gleitbar beweglich ist.
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Genauer gesagt steht Stange 8 von gegenüberliegenden Seiten des Führungselements 7 hervor und ist, jeweils an gegenüberliegenden axialen Enden davon, mit einem Schließelement 9 versehen, welches so ausgeführt ist, dass es dichtend in die jeweilige Öffnung in der Verbrennungskammer eingreift, und einem Antriebselement oder einer Platte 10, die so ausgeführt ist, dass sie Antriebskräfte von einem Kontrollmechanismus, der per se bekannt und nicht gezeigt ist, wie beispielsweise eine Nockenwelle, empfängt.
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Eine relative Dichtung 1 ist außen auf den axialen Endabschnitt des Führungselements 7, von welchem das Ende der Stange 8, welches mit Platte 10 versehen ist, vorsteht, aufgesetzt, koaxial umgebend beide, das Führungselement 7 und Stange 8.
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Ventil 2 umfasst weiterhin eine Feder 11, welche in dem gezeigten Beispiel spiralförmig ausgeführt ist, die an ihren beidseits gegenüberliegenden axialen Enden mit Platte 10 und mit einem Teil der Dichtung 1 (nachher genauer beschrieben), das axial gegen eine befestigte ringförmige Fläche 4a mit Achse A des Abschnittes 4 von Kopf 5 gedrückt wird, kooperiert.
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Feder 11 ist so angepasst, dass sie eine elastische Rückstellkraft auf Stange 8 ausbildet, um diese bei dem Schließelement 9 immer mit dem Kontrollmechanismus in Kontakt zu halten.
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Mit besonderem Bezug auf 2 weist Dichtung 1 eine ringförmige Form in Bezug auf eine Achse auf, die in zusammengebautem Zustand mit einer Achse A zusammentrifft.
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Genauer gesagt umfasst Dichtung 1 im Wesentlichen ein Dichtungselement 12 mit einer ringförmigen Form und aus elastomeren Material, und ein Stützelement 13, das koaxial an dem Dichtungselement 12 angeordnet ist, um Letzteres in radialer Richtung in Bezug auf Achse A, an das Führungselement 7 und an Stange 8 des Ventils 2 zu pressen. In der Praxis ist das Dichtungselement 12 koaxial zwischen dem Stützelement 13 und dem Ventil 2 zwischen angeordnet.
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Das Dichtungselement 12 bildet, fortlaufend entlang Achse A in Richtung zu dem Schließelement 9 der Stange 8, zuerst eine dynamische Dichtung 14, die so ausgeführt ist, dass sie das Passieren eines Minimums an Ölfluss, der zum Schmieren der Kupplung zwischen Stange 8 und dem Führungselement 7 benötigt wird, erlaubt und danach eine statische Dichtung 15, um den Ölfluss zu der Verbrennungskammer zu verhindern.
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Genauer gesagt ist das Dichtungselement 12 durch zwei scheibenförmige axiale Endabschnitte 16, 17, die entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, durch eine innere Umfangsfläche 18, die so ausgeführt ist, dass sie teilweise mit Stange 8 und teilweise mit dem Führungselement 7 kooperiert, um Dichtungen 14 und 15 zu erreichen, und einer äußeren Umfangsfläche 19 begrenzt, die so ausgeführt ist, dass sie mit dem Stützelement 13 und mit einem ringförmigen elastischen Kragen 20 gekoppelt wird, um die innere Umfangsfläche 18 an Stange 8 zu drücken.
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Abschnitt 16 weist in zusammengebautem Zustand in Richtung des Kontrollmechanismus und wird durch Stange 8 gekreuzt; Abschnitt 17 weist in zusammengebautem Zustand in Richtung der Verbrennungskammer und wird durch beide, Stange 8 und durch das Führungselement 7 gekreuzt.
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Die innere Umfangsfläche 18 des Dichtungselements 12 umfasst, in einer Position nahe Abschnitt 16, einen Abschnitt 21 mit Minimaldurchmesser, der so ausgeführt ist, dass er durch den elastischen Kragen 20 radial gegen Stange 8 gepresst wird, um eine umlaufende dynamische Dichtungslinie (Dichtung 14) zu bilden, welche dank der gleitenden Kupplung mit Stange 8 selbst, das Leck eines Minimum an Ölflusses ermöglicht.
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Die innere Umfangsfläche 18 des Dichtungselementes 12 umfasst auch, in einer Position nahe Abschnitt 17, einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 22 mit kleinen Wellen, der so ausgeführt ist, dass er durch das Stützelement 13 so radial gegen das Führungselement 7 gedrückt wird, um einen zylinderförmigen statischen Dichtungsbereich (Dichtung 15) zu bilden.
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Die äußere Umfangsfläche 19 umfasst einen ersten im Wesentlichen zylinderförmigen Abschnitt 23, der gegenüber Abschnitt 22 der inneren Umfangsfläche 18 angeordnet ist und in der Lage ist, mit dem Stützelement 13 zu kooperieren, und einen zweiten Abschnitt 24, der von dem Stützelement 13 hervorsteht und mit dem elastischen Kragen 20 kooperiert.
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Das Stützelement 13 ist aus einem Stück und umfasst:
- – einen Hauptabschnitt 25, im Wesentlichen rohrförmig – zylindrisch;
- – einen ersten kreisförmigen Flansch 26, der sich radial von einem axialen Ende des Hauptabschnittes 25 nach innen erstreckt und teilweise in einen ringförmigen Sitz 27 des Dichtungselementes 12 in dem Übergangsbereich zwischen Abschnitten 23 und 24 eingebettet ist; und
- – einen zweiten ringförmigen Flansch 28, der sich von einem gegenüberliegenden axialen Ende des Hauptabschnittes 25 radial nach außen erstreckt und so angepasst ist, dass er bei Betrieb auf der befestigten Fläche 4a des Abschnittes 4 von dem Motor 3 Kopf 5 durch die Tätigkeit der Feder 11 des Ventils 2 positioniert wird.
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In der Praxis bilden der Hauptabschnitt 25 und der Flansch 26 als ein Ganzes den Teil des Stützelementes 13 aus, welches mit dem Dichtungselement 12 interagiert, während Flansch 28 den Teil des Stützelementes 13 selbst ausbildet, der so ausgeführt ist, dass er Positionieren der Dichtung 1 auf Abschnitt 4 des Motor 3 Kopfs 5 und in Bezug zu dem Führungselement 7 des Ventils 2 ermöglicht. Flansch 28 ist so ausgeführt, dass er bei Verwendung Betriebslasten von Feder 11 des Ventils 2 aufnehmen kann und Dichtung 1 in die gewünschte Position an Ventil 2 bringen kann.
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Der Hauptabschnitt 25 kooperiert mit Abschnitt 23 der äußeren Umfangsfläche 19 des Dichtungselements 12 und umfasst im Wesentlichen:
- – einen ersten zylinderförmigen Abschnitt 32 nahe Flansch 26; und
- – einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 33 nahe des Flansches 28, mit einem äußeren Durchmesser größer als der äußere Durchmesser des zylinderförmigen Abschnittes 32 und hierzu mittels einem verjüngten Verbindungsabschnitt 34 verbunden.
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In der Praxis weist der Hauptabschnitt 25 radiale Maße auf, die in Bezug auf Achse A ansteigen, fortgehend von dessen zylinderförmigen Abschnitt 32 in Richtung zu dessen zylinderförmigen Abschnitt 33.
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Das Stützelement 13 ist gänzlich aus Kunststoffmaterial hergestellt; bevorzugt ist das Stützelement 13 aus Hochleistungs-Thermoplastischem-Material mit exzellenten mechanischen- und Wärmewiderstandseigenschaften, das fähig ist, die Funktionen des Metallmaterials in statischen und dynamischen Anwendungen zu ersetzen; das thermoplastische Material, welches das Stützelement 13 bildet, kann oder kann nicht mit passenden Agenzien, wie beispielsweise organischen oder inorganischen, verstärkt sein.
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Flansch 28 weist eine Dicke S1 in einer Richtung parallel zu Achse A auf, die unterschiedlich zu der radialen Dicke S2 des Hauptabschnittes 25 und der Dicke S3, in einer Richtung parallel zur Achse A selbst, des Flansches 26, ist.
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In dem Ausführungsbeispiel nach 21 ist Dicke S1 des Flansches 28 in einer Richtung parallel zu Achse A größer als die radiale Dicke S2 des Hauptabschnittes 25 und als Dicke S3, in einer Richtung parallel zur Achse A selbst, des Flansches 26.
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In dem gezeigten besonderen Beispiel ist die radiale Dicke S2 des Hauptabschnittes 25 die gleiche, wie Dicke S3, in einer Richtung parallel zu Achse A des Flansches 26.
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In 3 zeigt Bezugszeichen 1' global eine Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; Dichtung 1' wird nachfolgend nur darin beschrieben, wie sie sich von Dichtung 1 unterscheidet, wobei mit den gleichen Bezugszeichen Teile gezeigt sind, die gleich oder äquivalent zu schon beschriebenen Teilen sind.
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Insbesondere unterscheidet sich Dichtung 1' von Dichtung 1 im Wesentlichen dadurch, dass das Stützelement 13, welches vollständig aus Kunststoffmaterial gebildet ist, einen Flansch 28' mit einer Dicke S1', in einer Richtung parallel zur Achse A, aufweist, die kleiner ist als die radiale Dicke S2 des Hauptabschnittes 25, und dadurch, dass sie weiterhin mit einem festen ringförmigen Einsatz 35 aus einem anderen Material als Kunststoffmaterial versehen ist und an der Seite des Flansches 28' angeordnet ist, der die Betriebslasten des Ventils 2 aufnimmt.
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In der Praxis erstreckt sich der ringförmige Einsatz 35 an einer Seite des Flansches 28' und kooperiert direkt mit einem axialen Ende der Feder 11 des Ventils 2.
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In dem besonderem Beispiel, das in 3 gezeigt ist, umfasst der ringförmige Einsatz 35 eine Scheibe.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der ringförmige Einsatz 35 aus metallischem Material.
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In dem gezeigten Beispiel ist der ringförmige Einsatz 35 direkt an die Seite des Flansches 28' geklebt, die in Richtung Feder 11 weist.
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Gemäß einer möglichen, nicht gezeigten Alternative, kann der ringförmige Einsatz 35 an Flansch 28' während dem Formvorgang des Letzteren gekoppelt sein.
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Eine gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung durchgeführte Prüfung der Merkmale der Dichtung 1' zeigt deutlich die Vorteile, die sie erreicht.
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Insbesondere ermöglicht das Herstellen des Stützelementes 13 aus einem Kunststoffmaterial das Erzielen einer Reduzierung des Gesamtgewichts und der Kosten der Dichtung 1', im Vergleich zu bekannten Dichtungen.
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Zudem ermöglicht die Tatsache der Verwendung eines Kunststoffmaterials eine beträchtliche Erleichterung beim Formen des Stützelementes 13 in unterschiedlichen Konfigurationen, die gewöhnlich nicht in dem Fall von Metallmaterialien möglich sind; insbesondere ist es möglich, die Dicke mancher Teile zu variieren, wie beispielsweise Flansch 28', welcher das Subjekt bei Betrieb zu der Last der Feder 11 ist.
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Solch ein Flansch (28) ist, in dem Fall der Dichtung 1', mit einer Dicke S1' kleiner als Dicken S2, S3 der anderen Teile (25, 26) der Dichtung 1' selbst hergestellt und so konfiguriert, dass er einen ringförmigen Einsatz 35 aus metallischem Material aufnimmt, in der Absicht direkt mit Feder 11 des Ventils 2 zu kooperieren.
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Schlussendlich ist es klar, dass Änderungen oder Modifikationen der hierin beschriebenen und gezeigten Dichtung 1' vorgenommen werden können, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Schutzumfang abzuweichen.
