DE3201363A1

DE3201363A1 - "platte fuer plattenwaermetauscher"

Info

Publication number: DE3201363A1
Application number: DE19823201363
Authority: DE
Inventors: Felix William Crawley Sussex Wright
Original assignee: APV Corp Ltd
Current assignee: SPX Flow Technology Crawley Ltd
Priority date: 1981-01-30
Filing date: 1982-01-19
Publication date: 1982-11-11
Also published as: BR8200481A; ZA82578B; GB2092241B; US4432415A; AU7991982A; JPS57144894A; AU550748B2; GB2092241A

Description

PATENTANWÄLTE DR.-ING. R. DÖRING - 5 - DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWtIG MÜNCHEN

THE A.P.V. CCWPANY

of Manor Royal, Crawley

Sussex, England

"Platte für Plattenwärmetauscher"

Die Erfindung betrifft eine Platte für Plattenwärmetauscher mit einer den Strömungsbereich abdichtenden Dichtungsanordnung. Mit umfaßt ist auch ein Plattenwärmetauscher, der einen Stapel von solchen Platten aufweist.

Ein Plattenwärmetauscher umfaßt einen Stapel von Platten, die in gegenseitigem Abstand Fläche an Fläche so angeordnet sind, daß sie zwischen benachbarten Platten Strömungsräume begrenzen. Die in benachbarten Strömungsräumen befindlichen Fluids stehen in einer Wärmetauschbeziehung und zwar über eine Wärmeleitung durch die Platte hindurch. Die Umfangsbereiche der Strömungsräume werden durch Dichtungen bestimmt, die normalerweise in Vertiefungen oder Nuten in den Platten angeordnet sind, Der Stapel von Platten wird dabei unter Druck zusammengehalten, um eine gute Abdichtung zwischen den einzelnen Dichtungen und den angrenzenden Platten zu erzielen.

Abgesehen von dem Problem, daß die Abdichtung durch Krichströme, welche die Dichtung passieren, aufgehoben werden kann, treten noch andere Probleme auf, und zwar als Folge des Innendruckes in den Strömungsräumen. Dieser Innendruck neigt dazu, die Dichtungen seitlich nach außen zu drängen. Um dieses Problem zu überwinden und um den Randbereich der Platte mit entsprechender Festigkeit zu versehen, sind verschiedene komplexe Formen der Randbereich der Platten vorgeschlagen worden. Dies führt zu komplexen Form- und Preßvorrichtungen und den zugehörigen Gestaltungsschwierigkeiten und Engpässen.

Es ist weiterhin üblich, die Dichtung in einer Dichtungsnut mit Hilfe eines Klebersystemy zu befestigen. Wenn es periodisch notwendig wird, die Dichtung auszuwechseln, ist es notwendig, die gesamte Dichtung herauszulösen, die Vertiefung zu säubern und dann eine neue Dichtung mit Klebstoff einzubringen. Der Klebstoff muß dann ausgehärtet werden, bevor die Platte erneut in Dienst genommen werden kann. Es besteht daher ein erhebliches Interesse daran, eine mechanische Halterung für eine Dichtungsanordnung zu schaffen, welche das Verfahren des Einpassens und des Ersetzens der Dichtungen wesentlich vereinfacht .

Um diesen Zweck zu erreichen, sieht die Erfindung vor, daß die Dichtungsanordnung eine zweiteilige Dichtung umfaßt, und zwar einen ersten Dichtungsteil aus vergleichsweise härterem elastomerem Material, der im wesentlichen bleibend an der Platte angeordnet ist, und einem zweiten Dichtungsteil aus

demgegenüber weicherem elastomeren Material, welcher auf der dem Strömungsraum näheren Seite des ersten Dichtungsteils angeordnet ist, der Art, daß der Letztere eine seitliche Versteifung des zweiten Dichtungsteils gegenüber dem Druck im Strömungsraum bildet, und daß der zweite Dichtungsteil an der Platte nur mittelbar, und zwar über den ersten Dichtungsteil angebracht ist.

Durch Verwendung eines relativ harten Elastomers, der fest an der Platte angebracht ist, z.B. mit Klebstoff oder mit anderen Mitteln, erhält man eine seitliche Abstützung des eigentlichen oder zweiten Dichtungsteils der Dichtungsanordnung. Dadurch-kann das Gestalten und Auspressen der Platte wesentlich vereinfacht werden. Durch Anbringung des eigentlichen Abdichtungs- oder weicheren Teils der Dichtung auf mechanische Weise an dem härteren Teil, statt seiner Anbringung mittels Klebstoff direkt an der Platte, ist das Einpassen und der Ersatz des weichen DichtungsLeils wesentlich einfacher als bisher. Der weichere Dichtungsteil schirmt außerdem den härteren Teil von den Prozeßfluids ab. Das bedeutet, daß der härtere Teil kaum der Gefahr unterliegt, sich im Betrieb zu zersetzen, zumindestens nicht in dem Ausmaß, wie die eigentlichen Dichtungsteile. Der härtere Dichtungsteil weist somit eine wesentlich längere Lebensdauer auf, bevor er ersetzt werden muß. Das bedeutet, daß die Verwendung von Klebstoff oder dergleichen zur Anbringung des härteren Teils an der Platte nicht die gleichen Nachteile zur Folge hat, wie die Anklebung bei üblichen Dichtungen.

Der härtere Teil der Dichtungsanordnung weist vorzugsweise eine solche Härte auf, daß der Dichtungsteil unter den Druckkräften, die zwischen den Platten aufgebracht werden, im wesentlichen nicht zusammendrückbar ist, so daß dieser Dichtungsteil auch dazu benutzt werden kann, zwischen benachbarten Platten den gewünschten Abstand genau aufrecht zu erhalten.

Die äußere Wand der üblichen, die Dichtung aufnehmenden Nuten kann als ganzes oder auch teilweise weggelassen werden, so daß sich der Preßvorgang für die Platten weiter vereinfacht. Der härtere Teil der Dichtung kann sich auch über die Kante der Platte hinaus erstrecken, um mit den härteren Teilen der Dichtungen angrenzender Platten in bestimmter Weise zusammenzuwirken.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf Plattenwärmetauscher, welclu: Pl;ii.Len tier neuen Art gemäß der Erfindung umfassen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf eine typische Wärmetauscherplatte welche die Lage der Dichtungen zeigt.

Figur 2 LüL eiriu Draufsicht auf eine Einzelheit der Plattenkante, wobei die Figur eine erste Ausführungsform

der Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung wiedergibt.

Figur 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III der Figur 2.

Figur A eine ähnliche Darstellung wie Fig. 2, wobei die Figur jedoch eine alternative Ausführungsform der Dichtungsanordnung zeigt.

Figur 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie V-V der Fig.

Figur 6 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 2, wobei die Figur jedoch eine weitere abgewandelter Ausführungsform der Dichtungsanordnung zeigt.

Figur 7 einen Schnitt entlang der Schnittlinie VII-VII der Figur 6.

Figur 8 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 2 eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Dichtungsanordnung.

Figur 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX der Figur 8, wobei die Teile von zwei benachbarten Platten wiedergegeben sind.

MT

Figur 10 eine Schnittdarstellung ähnlich der in Fig. 9, wobei jedoch eine weiter modifizierte Ausführungsform gezeigt ist.

- 10 Figur 11 eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles A der Fig.

Figur 12 eine Ansicht ähnlich der Fig. 11, jedoch von einer modifizierten Ausführungsform.

Figur 13 einen Schnitt ähnlich dem nach Fig. 11, wobei eine weitere abgewandelte Ausführungsform wiedergegeben ist und

Figur 14 einen Schnitt durch die Kante von benachbarten Platten einer weiteren Variante.

Die in Fig. 1 in Ansicht gezeigte typische Ausführungsform einer Wärmetauscherplatte 1 ist mit vier an den Ecken angeordneten Öffnungen 2 und 3 versehen. Die Öffnungen 2 stehen in Verbindung mit der Zone 4 des Strömungsraumes, der durch eine Dichtung auf der Platte 1, durch die Platte 1 selber und eine angrenzende Platte begrenzt wird. Die anderen beiden Öffnungen sind von dem Strömungsraum 4 isoliert. Die Öffnungen 3 sind durch Dichtungen 5 umgeben. Der Strömungsraum 4 ist ebenfalls durch eine Umfangsdichtung 6 eingeschlossen. Weiterhin sind weitere Längen 7 der Dichtung vorgesehen, welche die den Öffnungen zugeordnete Dichtungen 5 mit der Umfangsdichtung 6 verbinden. Figur 1 ist lediglich schematisch und lediglich so gestaltet, um die Lage und die Konstruktion der Dichtungen anzudeuten .

Es ist bekannt, daß eine übliche Dichtung normalerweise in einer Dichtungsnut oder einer Vertiefung eingebettet ist, die in der Platte ausgepreßt ist. Hierin wird die Dichtung durch Bindemittel oder Klebstoff gehalten.

In den Figuren 2 und 3 ist eine Kante einer Platte 12 wiedergegeben. Eine Dichtungsausnehmung ist bei 13 gezeigt. Diese ist durch eine innere und äußere eingepreßte Falte im Metall der Platte bestimmt. Innerhalb der Dichtungsausnehmung 13 ist eine zweiteilige Dichtung gezeigt. Diese besteht aus einem Dichtungsteil 14 aus relativ weichem elastimeren Material und besitzt eine vorspringende Dichtungskrone 15. Die Dichtung besteht weiterhin aus einem Dichtungsteil 16 aus demgegenüber härterem elastomerem Material. Die Härte des elastomeren Materials ist so gewählt, daß dieser Dichtungsteil im Gebrauch im wesentlichen nicht zusammendrückbar ist. Der härtere Dichtungsteil 16 ist bei dieser Ausführungsform an der Platte durch Klebstoff befestigt. Der weichere Dichtungsteil 14 ist an dem härteren Dichtungsteil mit Hilfe einer Reihe von Vorsprüngen 17 gehalten, die mit etwas Reibung in entsprechende Ausnehmungen des härteren Dichtungsteils 16 eingreifen.

Es ist ersichtlich, daß der härtere Dichtungsteil auf· der Außenseite des weicheren Dichtungsteils 14 angeordnet ist. Er bietet für diesen daher eine erhebliche seitliche Verstärkung oder Abstützung. Der mechanische Eingriff zwischen den beiden Dichtungsteilen bedeutet, daß der weichere Dichtungsteil ausreichend sicher in der Dichtungsanordnung in seiner Lage ge-

halten wird, während das Einsetzen und das Auswechseln bei Bedarf relativ leicht durchgeführt werden kann. Dies gilt insb. wenn man sich vor Augen hält, daß der weichere Teil relativ flexibel und nachgiebig ist.

Weiterhin wirkt der im wesentlichen inkompressible härtere Dichtungsteil effektiv als Abstandselement, um die Tiefe des Strömungsraumes zu bestimmen, wenn der Stapel zusammengepreßt wird.

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine alternative Ausführungsform. In dieser ist der weichere Dichtungsteil 14 mit einer Reihe von schwalbenschwanzartigen Vorsprüngen 19 ausgerüstet, die mit einigem Zwang in entsprechende Ausnehmungen 21' des härteren Dichtungsteils 16 eingreifen. Es ist aus Fig. 5 ersichtlich, daß die schwalbenschwanzartigen Vorsprünge 19 sich über' die volle Höhe des weicheren Teils erstrecken.

Bei den Variationen nach Fig. 6 und 7 ist der härtere Dichtungsteil mit einer Innenfläche 22 versehen, die nach innen von der Basis der Dichtungsnut 13 weg geneigt ist. Die innere Wand 23 der Dichtungsnut 13 ist außerdem nach innen zur Mitte der Ausnehmung hin geneigt, so daß die Wände 22 und 23 zwischen sich eine hinterschnittene oder schwalbenschwanzförrnige Dichtungsnut für den weicheren Dichtungsteil 14 bilden. Auf diese Weise wird der weichere Dichtungsteil 14 mechanisch gehalten, kann aber rulutiv lui.i.ht entfernt und bei Bedarf ersetzt werden.

Alternativ oder zusätzlich zur Halterung des härteren Dichtungsteils auf der Platte mit Hilfe von Klebstoff können auch Vorsprünge 24 vorgesehen sein, die durch vorgeformte Öffnungen in der Platte greifen und in Sacklöcher 25 der Dichtung der benachbarten Platte eingreifen. Es ist ersichtlich, daß bei dieser Variante, wie dargestellt, die äußere Wand der Dichtungsausnehmung nicht in der Platte ausgepreßt ist. Diese wird vielmehr allein durch den härteren Dichtungsteil gebildet. Es ist außerdem ersichtlich, daß die Halterung des weicheren Dichtungsteils 14 mit Hilfe von Vorsprüngen 17 möglich ist. Es ist jedoch festzuhalten, daß diese Form der Halterung des härteren Dichtungsteils 16 in Verbindung mit irgend welchen anderen Mitteln zur Halterung des weicheren Dichtungsteil 14 an den härteren Dichtungsteil 16 eingesetzt werden kann. Es wird weiterhin bemerkt, daß der härtere Dichtungsteil 16 im wesentlich inkompreaüibel ist. Seine Höhe muß daher klrlnor üein ala die Höhe des zusammendrückbaren weicheren Dichtungsteils der zusammengepreßt werden soll, so daß die vorspringende Dichtungskrone 15 abgeflacht wird, wenn der Plattenstapbel zusammengebaut und zusammengezogen worden ist. Der tiefer liegende der beiden weicheren Dichtungsteile 14 nach Fig. 8 und 9 ist in diesen Figuren in der abgelfachten oder zusammengedrückten Form gezeigt, die der Kronenbereich einnimmt.

Es ist verständlich, daß der hörtere Dichtungsteil 16"im wesentlichen permanent an der Platte mit Hilfe eines Klebstoffes befestigt ist. Dies ist möglich, weil sein Ersatz oder sein Austausch nicht so oft notwendig ist, wie der Ersatz

des abdichtenden oder weicheren Dichtungsteils, der härtere Teil der Dichtung kann daher auch andere strukturelle Funktionen außer der der Halterung für den Dichtungsteil übernehmen. Figur 10 zeigt eine Ausführungsform der Dichtungsanordnung, in der die äußere Wand der Rinne oder Ausnehmung von sehr begrenzter Höhe ist. Der härtere Dichtungsteil 16 erstreckt sich hierbei über die Kante der Platte hinaus, so daß er mit dem härteren Dichtungsteil 16 der benachbarten Platte in der dargestellten Weise zusammenwirkt. Von diesen benachbarten Platten ist nur eine gezeigt. Dort wo sich der härtere Dichtungsteil über die Kante der Platte hinaus erstreckt, ist seine Form nicht mehr durch das Vorhandensein der Platte begrenzt. Er kann daher auch Wellungen oder Faltungen entlang seiner Länge aufweisen, wie dies in Fig. 11 und 12 gezeigt ist. In diesen Figuren sind alternative Ausführungsformen der Randgestaltung gezeigt, und zwar mit Blickrichtung des Pfeiles A in Fig. 10.

Es ist ersichtlich, daß in einem Plattenwärmetauscher der innere Produktdruck von Zwischenraum zu Zwischenraum nach jeder Seite erheblich variieren kann. Es können daher unbalancierte Kräfte an benachbarten Dichtungsanordnungen entstehen. Es ist ilaher notwendig, einun Widerstand für örtliche Auslenkungen oder Ausbiegungen zu schaffen, welche Ausbiegungen den Widerstand der Dichtungsanordnung gegenüber inneren Drücken beeinträchtigen kann. Eine solche Verriegelung der sich außen erstreckenden Zonen des härteren Dichtungsteils 16 hat daher in diesem Zusammenhang erhebliche Bedeutung.

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Es ist weiterhin einzusehen, daß die spezielle Ausführung der Verbindung des weicheren Teils 14 mit dem härteren Dichtungsteils 16 in Fig. 10 nicht dargestellt ist. Es ist jedoch ersichtlich, daß jede der drei Verbindungsarten, die zuvor beschrieben worden sind, oder andere variierende Verbindungsmöglichkeiten eingesetzt werden können.

Dig. 3 zeigt eine weitere Variation. In dieser ist der härtere Dichtungsteil 16 nach oben geneigt, wie dies bei 31 gezeigt ist. Dadurch wird eine Keil- oder Rampenwirkung erzielt. Durch diese werden benachbarte Platten aufeinander zentriert. Dadurch wird die Stabilität des ganzen Plattenstapels wesentlich verbessert. Bei dieser Ausführungsform können die schräg verlaufenden Verlängerungen auch gewellt oder anderweitig verformt sein, wie dies in Fig. 11 und 12 gezeigt ist.

Wie zuvor erörtert kann das Prozeßfluid unter relativ hohen oder niedrigen Drücken stehen, verglichen mit dem Druck des anderen Fluids in den angrenzenden Strömungsräumen. Hierdurch entstehen ungleichmäßige Drücke nicht nur auf den Platten, vielmehr auch bei der Wirkung nach außen auf den Dichtungen, wie dies durch die Buchstaben H und L in Fig. 14 angedeutet ist. Durch diese Buchstaben soll ein hoher Druck (H) und ein niedrigerer Druck (L) in benachbarten Strömungsräumen angedeutet sein. Um den Widerstand gegen den höheren Druck zu verstärken ist ersichtlich, daß der härtere Dichtungsteils 16, welcher einer Dichtungsanordnung zum Abdichten eines Strömungsraumes mit höherem Druck entspricht, mit einem keilförmigen Rand 32 ausgerüstet sein kann, dessen Flanken nach außen kon-

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vergieren und mit entsprechend divergierenden Flanken 33 der härteren Dichtungsteile 16 der beiden angrenzenden Dichtungsanordnungen und Platten zusammenwirken. Auf diese Weise wird die Dichtung für den höheren Druckraum zusätzlich durch die härteren Dichtungsteile der Dichtungsanordnungen für niedrigere Druckräume verstärkt. Zusätzlich zu der Lieferung zusätzlicher Verstärkungskräfte für die Dichtungsanordnung, die unter einem höheren Druck steht, besteht hierbei noch die Möglichkeit, insb. bei gefährlichen Fluids, daß man eine zusätzliche Sicherheit erhält, selbst dann, wenn der eigentliche Arbeitsdruck nicht sonderlich hoch ist. Für diese Zwecke kann die zusätzliche Abstützung gemäß Fig. 14 ebenfalls eingesetzt werden.

Es ist einzusehen, daß die zweiteilige Dichtung nicht nur entlang der Ränder der Platten vorgesehen sein können. Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß die Dichtungsanordnung im Bereich der Öffnungen 2 und 3 verwendet wird. So kann beispielsweise eine sogenannte Brückenzone zwischen den Öffnungen und dem Strömungsraum 4 in Form eines Abstandselementes von geschlossener Kontur vorgesehen sein, dessen Lage in Fig. 1 bei 36 angedeutet ist. Dieses Abstandselement kanu den li.'ir'tupi'ti Di chtungsteil in dieuiMii Bereich bj-ldon und kann dazu beispielsweise die allgemeine Querschnittsform des härteren Dichtungsteils 16 nach irgend einer den. Ausführungen gemäß den Figuren 2 bis 7 annehmen. Es ist ersichtlich, daß durch diese Brückenzone keine Durchströmung stattfindet und daß diese Zone normalerweise entlüftet ist. Die

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Gegenwart des Abstandselementes hat jedoch eine wichtige Funktion bezüglich der Unterstützung der benachbarten Bereiche, wenn eine Strömung stattfindet.

Im Rahmen der Erfindung können weitere Modifikationen vorgenommen werden.

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE '

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Ansprüche

1J Platte für Plattenwärmetauscher mit einer den Strömungsbereich abdichtenden Dichtungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung eine zweiteilige Dichtung umfaßt, und zwar einen ersten Dichtungsteil (16) aus vergleichsweise härterem elastomerem Material, der im wesentlichen bleibend an der Platte 1 angeordnet ist, und einen zweiten Dichtungsteil (14) aus demgegenüber weicherem elastomerem Material, welcher auf der dem Strömungsraum näher liegenden Seite des ersten Dichtungsteils 16 so angeordnet ist, daß der Letztere eine seitliche Versteifung des zweiten Dichtungsteils (14) gegenüber dem Druck im Strömungsraum bildet, und daß der zweite Dichtungsteil an der Platte (1) mittelbar über den ersten Dichtungsteil angebracht ist.

2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtungsteil (16) an der Platte (1) mit Hilfe eines Kleb- oder Bindemittels angebracht ist.

3. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtungsteil (16) so ausgebildet ist, daß er an der Platte mit Hilfe einer Reihe von Vorsprüngen (24) mechanisch angebracht ist, welche in entsprechende Öffnungen

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der Platte (1) eingreifen.

A. Platte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtungsteil (16) mit Sacköffnungen (25) versehen ist, in welche Vorsprünge (2A) des entsprechenden Dichtungsteils der angrenzenden Platte eingreifen können.

5. Platte nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste DichtungsteiK 16) sich über die angrenzende Kante der Platte hinwegerstreckt, an der der Dichtungsteil befestigt ist, und Formabschnitte aufweist, welche in entsprechende Formabschnitte der Dichtungen benachbarter Platten eingreifen.

6. Platte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formabschnitte zur Verriegelung der Platten in Längsrichtung der Dichtung wellenförmig verlaufen.

7. Platte nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formabschnitte von der Ebene der Platte weg winkelförmig verlaufen der Art, daß sie zur Stabilisierung der Platten in dem Plattenstapel eine Keilwirkung erzeugen.

8. Platte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dichtungsteil (1A) an dem ersten Dichtungsteil (16) durch inein-

andergreifende Formelemente (17,18.19,21) mechanisch gehalten ist.

9. Platte nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtungsteil (16) mit einer geneigten Kante (22) auf Seiten des zweiten Dichtungsteils (14) versehen ist, um mit der gegenüberliegenden Kante (23) einer die Dichtung aufnehmenden Vertiefung in der Platte den zweiten Dichtungsteil (14) an der Platte keilförmig oder schwalbenschwanzförmig zu halten.

10. Platte nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t, daß eine Dichtungsausnehmung durch eine innere Begrenzungswand an der Platte und durch eine gegenüberliegende Wand des ersten Dichtungsteils (16) der Dichtung begrenzt ist, wobei die äußere Kante der Platte entweder nicht zur Bildung einer äußeren Wand gefaltet ist (B¹Xg. 9) oder nur um ein geringeres Ausmaß gefaltet ist, als bis zur vollen Höhe des zweiten Dichtungsteils (Fig. 10).

11. Plattenwärmetauscher, g ekennzeichnet durch einen Stapel von Platten, die nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet sind.

12. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch g-e kennzeichnet, daß die Gruppen von Dichtungen auf alternierenden Platten eine Keilform aufweisen, welche von der Plattenkante (32) weg konvergieren und mit engem Sitz

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zwischen den Gruppen der Dichtungen von dazwischenliegenden Platten eingeschlossen haben, welche Kanten haben, die von der Kante der Platte (33) aus divergieren.