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DE102023121966A1 - Preloading element made of two different elastomer materials for radial preloading of a seal and associated sealing arrangement - Google Patents

Preloading element made of two different elastomer materials for radial preloading of a seal and associated sealing arrangement Download PDF

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DE102023121966A1
DE102023121966A1 DE102023121966.9A DE102023121966A DE102023121966A1 DE 102023121966 A1 DE102023121966 A1 DE 102023121966A1 DE 102023121966 A DE102023121966 A DE 102023121966A DE 102023121966 A1 DE102023121966 A1 DE 102023121966A1
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DE
Germany
Prior art keywords
elastomer
region
seal
element according
prestressing element
Prior art date
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Pending
Application number
DE102023121966.9A
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German (de)
Inventor
Tobias Corneli
Holger Jordan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH
Original Assignee
Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH
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Publication date
Application filed by Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH filed Critical Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH
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Abstract

Ein Vorspannelement (10) zum radialen Vorspannen einer Dichtung (4) umfasst erfindungsgemäß mindestens einen umlaufenden, ersten Elastomerbereich (11) aus einem ersten Elastomermaterial und mindestens einen umlaufenden, zweiten Elastomerbereich (12) aus einem anderen, zweiten Elastomermaterial, wobei einer der ersten und zweiten Elastomerbereiche (11, 12) den anderen Elastomerbereich radial außen umgibt und wobei das zweite Elastomermaterial bei tieferen Temperaturen ein größeres Elastizitätsmodul als das erste Elastomermaterial und das erste Elastomermaterial bei höheren Temperaturen ein größeres Elastizitätsmodul als das zweite Elastomermaterial aufweist.

Figure DE102023121966A1_0000
According to the invention, a prestressing element (10) for radially prestressing a seal (4) comprises at least one circumferential, first elastomer region (11) made of a first elastomer material and at least one circumferential, second elastomer region (12) made of a different, second elastomer material, wherein one of the first and second elastomer regions (11, 12) surrounds the other elastomer region radially on the outside and wherein the second elastomer material has a larger modulus of elasticity than the first elastomer material at lower temperatures and the first elastomer material has a larger modulus of elasticity than the second elastomer material at higher temperatures.
Figure DE102023121966A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorspannelement, insbesondere einen Vorspannring oder eine Vorspannhülse, aus Elastomermaterial zum radialen Vorspannen einer Dichtung sowie auch eine Dichtungsanordnung mit zwei Maschinenteilen, mit einer Dichtung zur Abdichtung zwischen den beiden Maschinenteilen und mit einem Vorspannelement, das die Dichtung gegen eines der beiden Maschinenteile radial vorspannt.The present invention relates to a preloading element, in particular a preloading ring or a preloading sleeve, made of elastomer material for radially preloading a seal, as well as a sealing arrangement with two machine parts, with a seal for sealing between the two machine parts and with a preloading element which radially preloads the seal against one of the two machine parts.

Solche Vorspannelemente aus Elastomermaterial und Dichtungsanordnungen mit einem solchen Vorspannelement sind hinlänglich bekannt.Such preloading elements made of elastomer material and sealing arrangements with such a preloading element are well known.

Typischerweise haben Elastomere ein Temperaturfenster, in welchem sie verwendet werden können. Die untere Temperaturgrenze ist durch den Temperaturreaktionstest (Temperature Reaction Test (TR)) und die Glasübergangstemperatur (Glass Transition Temperature (TG)) vorgegeben, wohingegen die obere Temperaturgrenze durch den Druckverformungsrest (Compression Set) vorgegeben ist. Der Druckverformungsrest ist ein Maß dafür, wie sich Elastomere bei lang andauernder, konstanter Druckverformung und anschließender Entspannung verhalten. Da Elastomere im Laufe der Zeit verdichtet werden, verlieren sie die Fähigkeit, zu ihrer ursprünglichen Dicke zurückzukehren.Typically, elastomers have a temperature window within which they can be used. The lower temperature limit is given by the Temperature Reaction Test (TR) and the Glass Transition Temperature (TG), whereas the upper temperature limit is given by the Compression Set. Compression set is a measure of how elastomers behave under long-term, constant compression deformation and subsequent relaxation. As elastomers are compacted over time, they lose the ability to return to their original thickness.

Typische Hochtemperatur-Werkstoffe, wie sie in der Dichtungstechnik verwendet werden, weisen bei hohen Temperaturen (T > 50 °C) eine hohe Elastizität und einen guten Druckverformungsrest sowie bei tiefen Temperaturen (T < -20°C) eine geringe Elastizität auf. Für solche Hochtemperatur-Werkstoffe sind in Datenblättern folgende Temperaturfenster angegeben: NBR (Nitril-Butadien-Kautschuk) -30 °C bis 100 °C; HNBR (Hydrierter Nitril-Butadien-Kautschuk) -25 °C bis 140 °C; AEM (Acrylat-Ethylen-Polymethylen-Kautschuk) -40 °C bis 160 °C; FKM (Fluor-Polymer-Kautschuk) -20 °C bis 200 °C; FFKM (Perfluorkautschuk) 55 °C bis 330 °C; und VMQ (Silikon-Kautschuk) -60 °C bis 250 °C. Typical high-temperature materials, such as those used in sealing technology, have high elasticity and good compression set at high temperatures (T > 50 °C) and low elasticity at low temperatures (T < -20 °C). The following temperature windows are specified in data sheets for such high-temperature materials: NBR (nitrile butadiene rubber) -30 °C to 100 °C; HNBR (hydrogenated nitrile butadiene rubber) -25 °C to 140 °C; AEM (acrylate-ethylene-polymethylene rubber) -40 °C to 160 °C; FKM (fluoropolymer rubber) -20 °C to 200 °C; FFKM (perfluorocarbon rubber) 55 °C to 330 °C; and VMQ (silicone rubber) -60 °C to 250 °C.

Dagegen weisen typische Tieftemperatur-Werkstoffe, wie sie in der Dichtungstechnik verwendet werden, bei tiefen Temperaturen (-60 °C <T < 0 °C) eine gute Elastizität und bei hohen Temperaturen (T > 50 °C) einen hohen Druckverformungsrest auf. Für solche Tieftemperatur-Werkstoffe sind in Datenblättern folgende Temperaturfenster angegeben: NBR (Nitril-Butadien-Kautschuk) -54 °C bis 80 °C; HNBR (Hydrierter Nitril-Butadien-Kautschuk) -25 °C bis 140 °C; EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk) -50 °C bis 120 °C; AU (Polyurethan-Kautschuk) -40 °C bis 90 °C; CR (Chloropren-Kautschuk) -20 °C bis 120 °C. In contrast, typical low-temperature materials, such as those used in sealing technology, have good elasticity at low temperatures (-60 °C <T < 0 °C) and a high compression set at high temperatures (T > 50 °C). The following temperature windows are specified in data sheets for such low-temperature materials: NBR (nitrile butadiene rubber) -54 °C to 80 °C; HNBR (hydrogenated nitrile butadiene rubber) -25 °C to 140 °C; EPDM (ethylene-propylene-diene (monomer) rubber) -50 °C to 120 °C; AU (polyurethane rubber) -40 °C to 90 °C; CR (chloroprene rubber) -20 °C to 120 °C.

Der hohe Druckverformungsrest bedeutet, dass eine Dichtung oder auch ein Vorspannelement aus solch einem Tieftemperatur-Werkstoff oft nach dem ersten oder zweiten Sommer aufgrund der hohen Temperaturen (hohe Umgebungstemperatur plus Prozesstemperatur z.B. einer Hydraulik oder eines Verbrennungsmotors) fehlerhaft wird. Im Automobil-, Lkw- oder Bus-Sektor sowie auf dem Gebiet der mobilen Arbeitsmaschinen kann dies beispielsweise zu einem Konflikt führen, da Werkstoffe, wie z.B. AEM mit einer Glasübergangstemperatur von -31°C, nicht die erforderliche Elastizität bei tiefen Temperaturen haben, um gleichzeitig sowohl die Tieftemperaturerfordernisse (-40°C) als auch die Hochtemperaturerfordernisse (+140°C) zu erfüllen.The high compression set means that a seal or preload element made of such a low-temperature material often becomes faulty after the first or second summer due to the high temperatures (high ambient temperature plus process temperature, e.g. of a hydraulic system or an internal combustion engine). In the automotive, truck or bus sector, as well as in the field of mobile work machines, for example, this can lead to a conflict, as materials such as AEM with a glass transition temperature of -31°C do not have the necessary elasticity at low temperatures to simultaneously meet both the low-temperature requirements (-40°C) and the high-temperature requirements (+140°C).

Das Elastizitätsmodul beschreibt das Verhalten eines Werkstoffs beim Aufbringen einer Druckkraft. Je höher das Elastizitätsmodul desto höher die Kraft, die benötigt wird, um das Material zu stauchen. Das Elastizitätsmodul eines Werkstoffs ist temperaturabhängig.The elastic modulus describes the behavior of a material when a compressive force is applied. The higher the elastic modulus, the higher the force required to compress the material. The elastic modulus of a material depends on the temperature.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Vorspannelement anzugeben, das sowohl bei höheren als auch tieferen Temperaturen eine zum radialen Vorspannen einer Dichtung erforderliche Elastizität aufweist.In contrast, the present invention is based on the object of specifying a prestressing element which has the elasticity required for radial prestressing of a seal both at higher and lower temperatures.

Diese Aufgabe wird bei einem Vorspannelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch mindestens einen umlaufenden, ersten Elastomerbereich aus einem ersten Elastomermaterial und mindestens einen umlaufenden, zweiten Elastomerbereich aus einem anderen, zweiten Elastomermaterial gelöst, wobei einer der ersten und zweiten Elastomerbereiche den anderen Elastomerbereich radial außen umgibt und wobei das zweite Elastomermaterial bei tieferen Temperaturen ein größeres Elastizitätsmodul als das erste Elastomermaterial und das erste Elastomermaterial bei höheren Temperaturen ein größeres Elastizitätsmodul als das zweite Elastomermaterial aufweist. Mit anderen Worten weist das zweite Elastomermaterial im Vergleich zum ersten Elastomermaterial in einem anderen Temperaturbereich sein maximales Elastizitätsmodul auf.This object is achieved according to the invention in a prestressing element of the type mentioned at the outset by at least one circumferential, first elastomer region made of a first elastomer material and at least one circumferential, second elastomer region made of a different, second elastomer material, wherein one of the first and second elastomer regions surrounds the other elastomer region radially on the outside and wherein the second elastomer material has a larger modulus of elasticity than the first elastomer material at lower temperatures and the first elastomer material has a larger modulus of elasticity than the second elastomer material at higher temperatures. In other words, the second elastomer material has its maximum modulus of elasticity in a different temperature range compared to the first elastomer material.

Erfindungsgemäß wird der Betriebstemperaturbereich des Vorspannelements dadurch vergrößert, dass Elastomermaterialien mit unterschiedlichen gummielastischen Eigenschaften miteinander kombiniert werden. Die beiden Elastomermaterialien weisen bevorzugt bezüglich ihrer Elastizität ein gegenläufiges Temperaturverhalten auf. Der zweite Elastomerbereich kann sowohl zur statischen Abdichtung als auch zum Vorspannen der Dichtung bei tiefen Temperaturen verwendet werden. Dadurch, dass der erste Elastomerbereich bei hohen Temperaturen seinen Temperatureinsatzbereich hat, ist eine Stauchung des zweiten Elastomerbereichs bei hohen Temperaturen zusätzlich weniger stark, wodurch sich die Lebensdauer des Vorspannelements erhöht. Bei hohen Temperaturen, die im Laufe der Zeit zu einem Druckverformungsrest führen können, kann das erste Elastomermaterial den Druckverformungsrest des zweiten Elastomermaterials aufgrund seiner Elastizität kompensieren.According to the invention, the operating temperature range of the prestressing element is increased by combining elastomer materials with different rubber-elastic properties. The two elastomer materials preferably have opposing temperature behavior with regard to their elasticity. The second elastomer region can be used both for static sealing and for prestressing the seal at low temperatures. Because the first elastomer region has its temperature application range at high temperatures, compression of the second elastomer region at high temperatures is also less severe, which increases the service life of the prestressing element. At high temperatures, which can lead to compression set over time, the first elastomer material can compensate for the compression set of the second elastomer material due to its elasticity.

Vorzugsweise weist das zweite Elastomermaterial bei tieferen Temperaturen ein mindestens doppelt so großes Elastizitätsmodul wie das erste Elastomermaterial und bei höheren Temperaturen einen größeren Druckverformungsrest, insbesondere einen mindestens doppelt so großen Druckverformungsrest, wie das erste Elastomermaterial auf.Preferably, the second elastomer material has a modulus of elasticity that is at least twice as large as the first elastomer material at lower temperatures and a larger compression set at higher temperatures, in particular a compression set that is at least twice as large as the first elastomer material.

Die tieferen Temperaturen umfassen bevorzugt einen Temperaturbereich zwischen -60° und -20 °C, insbesondere zwischen -60 °C und 0 °C, und die höheren Temperaturen sind bevorzugt größer als 120°, insbesondere größer als 50 °C.The lower temperatures preferably cover a temperature range between -60° and -20 °C, in particular between -60 °C and 0 °C, and the higher temperatures are preferably greater than 120°, in particular greater than 50 °C.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der erste und der zweite Elastomerbereich zwei separate Teile, wobei einer der beiden Teile in einer Rille oder Ringnut des anderen Teils aufgenommen sein kann. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, wobei der erste Elastomerbereich radial innen oder außen angeordnet ist, und der zweite Elastomerbereich zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, radial außen oder radial innen freiliegt, d. h. nicht von dem ersten Elastomerbereich radial außen oder innen bedeckt ist.In a preferred embodiment of the invention, the first and second elastomer regions are two separate parts, wherein one of the two parts can be accommodated in a groove or annular groove of the other part. An embodiment is particularly preferred wherein the first elastomer region is arranged radially inward or outward, and the second elastomer region is exposed at least in sections, preferably completely, radially outward or radially inward, i.e. is not covered by the first elastomer region radially outward or inward.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind der erste und der zweite Elastomerbereich miteinander stoffschlüssig verbunden, wobei einer der ersten und zweiten Elastomerbereiche teilweise oder vollständig im anderen Elastomerbereich eingebettet sein kann.In another preferred embodiment, the first and second elastomer regions are integrally connected to one another, wherein one of the first and second elastomer regions can be partially or completely embedded in the other elastomer region.

Vorzugsweise weist der erste Elastomerbereich auf seiner dem zweiten Elastomerbereich abgewandten Seite mindestens eine Dichtzone auf, wobei für eine maximale Presswirkung die Dichtzone und der zweite Elastomerbereich zumindest abschnittsweise bezüglich einer Längsachse des Vorspannelements auf gleicher axialer Höhe angeordnet sind. Für den Fall, das der erste Elastomerbereich auf seiner dem zweiten Elastomerbereich abgewandten Seite zwei axial beabstandete Dichtzonen aufweist, ist für eine maximale Presswirkung der zweite Elastomerbereich axial zwischen den beiden Dichtzonen angeordnet.Preferably, the first elastomer region has at least one sealing zone on its side facing away from the second elastomer region, wherein the sealing zone and the second elastomer region are arranged at least in sections at the same axial height with respect to a longitudinal axis of the prestressing element for a maximum pressing effect. In the case that the first elastomer region has two axially spaced sealing zones on its side facing away from the second elastomer region, the second elastomer region is arranged axially between the two sealing zones for a maximum pressing effect.

Zusätzlich bildet der zweite Elastomerbereich zumindest eine Dichtzone auf der dem ersten Elastomerbereich abgewandten Seite aus. Vorzugsweise ist diese Dichtzone radial außen oder radial innen angeordnet. Es ist vorteilhaft, dass der erste Elastomerbereich axial benachbart zu dieser Dichtzone, d.h. ebenfalls radial außen oder radial innen, ebenfalls eine Dichtzone ausbildet. Dies ermöglicht eine zuverlässige statische Abdichtung in einem großen Temperaturbereich.In addition, the second elastomer region forms at least one sealing zone on the side facing away from the first elastomer region. This sealing zone is preferably arranged radially on the outside or radially on the inside. It is advantageous that the first elastomer region also forms a sealing zone axially adjacent to this sealing zone, i.e. also radially on the outside or radially on the inside. This enables reliable static sealing in a wide temperature range.

In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Vorspannelement mindestens zwei axial beabstandet nebeneinander angeordnete zweite Elastomerbereiche auf, welche mindestens eine Dichtzone des ersten Elastomerbereichs radial vorspannen können. Für den Fall, das der erste Elastomerbereich auf seiner dem zweiten Elastomerbereich abgewandten Seite zwei axial beabstandete Dichtzonen aufweist, können für eine maximale Presswirkung die beiden zweiten Elastomerbereiche auf den axialen Höhen der Dichtzonen angeordnet sein.In one embodiment, the prestressing element according to the invention has at least two second elastomer regions arranged axially spaced apart from one another, which have at least one sealing zone of the first elastomer region can be prestressed radially. In the event that the first elastomer region has two axially spaced sealing zones on its side facing away from the second elastomer region, the two second elastomer regions can be arranged at the axial heights of the sealing zones for maximum pressing effect.

Der erste und/oder der zweite Elastomerbereich können zwar prinzipiell einen beliebigen Querschnitt haben, aber weist bevorzugt einen im Wesentlichen runden, einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, einen keulenförmigen oder einen X-förmigen Querschnitt auf. Dabei weisen der keulenförmige und der X-förmige Querschnitt jeweils eine innen- und außenseitig umlaufende Rille auf, in welcher ein Elastomerring eingelegt werden kann.The first and/or the second elastomer region can in principle have any cross-section, but preferably has a substantially round, rectangular, in particular square, club-shaped or X-shaped cross-section. The club-shaped and X-shaped cross-sections each have a circumferential groove on the inside and outside, in which an elastomer ring can be inserted.

Um die Vorspannung durch das Vorspannelement in einem möglichst großen Bereich individuell konfektionieren zu können, können der erste Elastomerbereich und/oder der zweite Elastomerbereich jeweils mehrere umlaufende Elastomerabschnitte aus jeweils unterschiedlichen, ersten oder zweiten Elastomermaterialien aufweisen. Die Werkstoffe und die Abmessungen der einzelnen Elastomerabschnitte sind so gewählt, dass sich das gewünschte Vorspannverhalten ergibt.In order to be able to individually tailor the preload by the preload element over the largest possible range, the first elastomer area and/or the second elastomer area can each have several circumferential elastomer sections made of different first or second elastomer materials. The materials and dimensions of the individual elastomer sections are selected so that the desired preload behavior is achieved.

Besonders bevorzugt umfasst das erste Elastomermaterial einen oder mehrere der folgenden Hochtemperatur-Werkstoffe oder besteht daraus: NBR, HNBR, AEM, FKM, FFKM und VMQ. Besonders bevorzugt umfasst das zweite Elastomermaterial einen oder mehrere der folgenden Tieftemperatur-Werkstoffe oder besteht daraus: NBR, HNBR, EPDM, AU und CR.
Das oben beschriebene Vorspannelement ist zur radialen Vorspannung einer Dichtung konfiguriert. Dem Fachmann ist bekannt, dass dieses Vorspannelement auch zur axialen Vorspannung eingesetzt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Vorspannelement umgibt einer der ersten und zweiten Elastomerbereiche den anderen Elastomerbereich radial außen. Bei einem Einsatz zur axialen Vorspannung umgibt einer der ersten und zweiten Elastomerbereiche den anderen Elastomerbereich auf einer axialen Seite.
Particularly preferably, the first elastomer material comprises or consists of one or more of the following high-temperature materials: NBR, HNBR, AEM, FKM, FFKM and VMQ. Particularly preferably, the second elastomer material comprises or consists of one or more of the following low-temperature materials: NBR, HNBR, EPDM, AU and CR.
The preloading element described above is configured for radial preloading of a seal. It is known to those skilled in the art that this preloading element can also be used for axial preloading. In the preloading element according to the invention, one of the first and second elastomer regions surrounds the other elastomer region radially on the outside. When used for axial preloading, one of the first and second elastomer regions surrounds the other elastomer region on one axial side.

Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt auch eine Dichtungsanordnung, insbesondere Stangen- oder Kolbendichtungsanordnung, mit einem ersten Maschinenteil und mit einem zweiten Maschinenteil, die relativ zueinander translatorisch oder rotatorisch bewegbar sind, mit einer Dichtung, die zwischen den beiden Maschinenteilen angeordnet ist, um die beiden Maschinenteile gegeneinander abzudichten, sowie mit einem wie oben beschriebenen Vorspannelement, das die Dichtung gegen eines der beiden Maschinenteile radial nach innen oder nach außen vorspannt.In a further aspect, the invention also relates to a sealing arrangement, in particular a rod or piston sealing arrangement, with a first machine part and with a second machine part, which are movable relative to one another in a translational or rotational manner, with a seal which is arranged between the two machine parts in order to seal the two machine parts against one another, and with a prestressing element as described above, which prestresses the seal radially inwards or outwards against one of the two machine parts.

Die erforderliche Elastizität bzw. Vorspannung des Vorspannrings ist bei tieferen Temperaturen durch den zweiten Elastomerbereich und bei höheren Temperaturen durch den ersten Elastomerbereich gegeben.The required elasticity or preload of the preload ring is provided by the second elastomer area at lower temperatures and by the first elastomer area at higher temperatures.

Vorzugsweise ist ein der Dichtung abgewandter, zweiter Elastomerbereich des Vorspannelements auf gleicher axialer Höhe wie eine am Maschinenteil anliegende Dichtzone der Dichtung angeordnet, wodurch die Dichtzone und der zweite Elastomerbereich auf der gleichen (radialen) Wirklinie liegen.Preferably, a second elastomer region of the prestressing element facing away from the seal is arranged at the same axial height as a sealing zone of the seal adjacent to the machine part, whereby the sealing zone and the second elastomer region lie on the same (radial) line of action.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben lediglich beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages and advantageous embodiments of the subject matter of the invention can be found in the description, the drawing and the claims. The features mentioned above and those listed below can also be used individually or in combination in any desired way. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but are merely exemplary in nature for the description of the invention.

Es zeigen:

  • 1a-1d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem runden, inneren Elastomerbereich und einem äußeren Elastomerbereich, dessen Breite kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte des äußeren Elastomerbereichs;
  • 2a-2d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem quadratischen, inneren Elastomerbereich und mit einem äußeren Elastomerbereich, dessen Breite kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte des äußeren Elastomerbereichs;
  • 3a-3d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem keulenförmigen, inneren Elastomerbereich und mit einem äußeren Elastomerbereich, dessen Breite kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte des äußeren Elastomerbereichs;
  • 4a-4d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem X-förmigen, inneren Elastomerbereich und mit einem äußeren Elastomerbereich, dessen Breite kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte des äußeren Elastomerbereichs;
  • 5a-5d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem runden, inneren Elastomerbereich und mit einem äußeren Elastomerbereich, dessen Breite größer als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils unterschiedliche Querschnitte des äußeren Elastomerbereichs;
  • 6a-6d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem X-förmigen, inneren Elastomerbereich und mit zwei axial beanstandeten, gleichen äußeren Elastomerbereichen, deren Breite jeweils kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte der äußeren Elastomerbereiche;
  • 7a-7d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem keulenförmigen, inneren Elastomerbereich und mit zwei axial beanstandeten, gleichen äußeren Elastomerbereichen, deren Breite jeweils kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte der äußeren Elastomerbereiche;
  • 8a-8d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem runden, ersten Elastomerbereich und mit vier gleichen zweiten Elastomerbereichen, deren Breite jeweils kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte der zweiten Elastomerbereiche;
  • 9a-9c Querschnitte von zwei erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem runden, inneren Elastomerbereich und mit jeweils unterschiedlichen äußeren Elastomerbereichen (9a, 9b) sowie die zugehörige Pressungsverteilung der beiden Vorspannringe ( 9c);
  • 10a-10d eine Stangen-Dichtungsanordnung mit einer Dichtung sowie mit einem herkömmlichen Vorspannring (10a) und mit einem erfindungsgemäßen Vorspannring (10b-10d) zum Vorspannen der Dichtung radial nach innen;
  • 11a-11d eine Kolben-Dichtungsanordnung mit einer Dichtung sowie mit einem herkömmlichen Vorspannring (11a) und mit einem erfindungsgemäßen Vorspannring (11b-11d) zum Vorspannen der Dichtung radial nach außen;
  • 12a-12c eine Kolben-Dichtungsanordnung mit einer Dichtung und mit einem modifizierten erfindungsgemäßen Vorspannring zum Vorspannen der Dichtung radial nach außen; und
  • 13a-13d eine Rotationsdichtungsanordnung mit zwei axial beabstandeten Dichtungen sowie mit einer erfindungsgemäßen Vorspannhülse mit einem hülsenförmigen, inneren Elastomerbereich und mit zwei axial beanstandeten, gleichen äußeren Elastomerbereichen zum Vorspannen der beiden Dichtungen radial nach innen, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte der zweiten Elastomerbereiche.
They show:
  • 1a-1d Cross sections of various preload rings according to the invention with a round, inner elastomer region and an outer elastomer region whose width is less than half the width of the inner elastomer region, for four different cross sections of the outer elastomer region;
  • 2a-2d Cross sections of various prestressing rings according to the invention with a square, inner elastomer region and with an outer elastomer region whose width is less than half the width of the inner elastomer region, for four different cross sections of the outer elastomer region;
  • 3a-3d Cross sections of various prestressing rings according to the invention with a club-shaped, inner elastomer region and with an outer elastomer region whose width is smaller than the half the width of the inner elastomer region, for each of four different cross-sections of the outer elastomer region;
  • 4a-4d Cross sections of various prestressing rings according to the invention with an X-shaped, inner elastomer region and with an outer elastomer region whose width is less than half the width of the inner elastomer region, for four different cross sections of the outer elastomer region;
  • 5a-5d Cross sections of various prestressing rings according to the invention with a round, inner elastomer region and with an outer elastomer region whose width is greater than half the width of the inner elastomer region, for different cross sections of the outer elastomer region;
  • 6a-6d Cross sections of various preloading rings according to the invention with an X-shaped, inner elastomer region and with two axially spaced, identical outer elastomer regions, the width of each of which is less than half the width of the inner elastomer region, for each of four different cross sections of the outer elastomer regions;
  • 7a-7d Cross sections of various prestressing rings according to the invention with a club-shaped, inner elastomer region and with two axially spaced, identical outer elastomer regions, the width of each of which is less than half the width of the inner elastomer region, for each of four different cross sections of the outer elastomer regions;
  • 8a-8d Cross sections of various prestressing rings according to the invention with a round, first elastomer region and with four identical second elastomer regions, the width of which is each smaller than half the width of the inner elastomer region, for each of four different cross sections of the second elastomer regions;
  • 9a-9c Cross sections of two preload rings according to the invention with a round, inner elastomer area and with different outer elastomer areas ( 9a , 9b) and the corresponding pressure distribution of the two preload rings ( 9c );
  • 10a-10d a rod seal arrangement with a seal and a conventional preload ring ( 10a) and with a preload ring according to the invention ( 10b-10d ) to preload the seal radially inwards;
  • 11a-11d a piston seal arrangement with a seal and a conventional preload ring ( 11a) and with a preload ring according to the invention ( 11b-11d ) to preload the seal radially outwards;
  • 12a-12c a piston seal arrangement with a seal and with a modified preloading ring according to the invention for preloading the seal radially outward; and
  • 13a-13d a rotary seal arrangement with two axially spaced seals and with a preloading sleeve according to the invention with a sleeve-shaped, inner elastomer region and with two axially spaced, identical outer elastomer regions for preloading the two seals radially inward, for four different cross-sections of the second elastomer regions.

1a-1d zeigen verschiedene Vorspannelemente, hier Vorspannringe 10, zum radialen Vorspannen einer Dichtung 4 (10-13), mit einem ringsum umlaufenden ersten, hier inneren Elastomerbereich 11 aus einem ersten Elastomermaterial und mit einem ringsum umlaufenden zweiten, hier äußeren Elastomerbereich 12 aus einem anderen, zweiten Elastomermaterial. Der äußere Elastomerbereich 12 umgibt den inneren Elastomerbereich 11 und hat eine Breite, die kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs 11 ist. Der innere Elastomerbereich 11 weist eine ringsum umlaufende innenseitige Dichtzone 13 auf. Der äußere Elastomerbereich 12 ist bezüglich einer Längs- bzw. Mittelachse 14 des Vorspannrings 10 auf der gleichen axialen Höhe wie die innenseitige Dichtzone 13 angeordnet, so dass die innenseitige Dichtzone 13 und der äußere Elastomerbereich 12 auf der gleichen (radialen) Wirklinie liegen. 1a-1d show various preloading elements, here preloading rings 10, for radial preloading of a seal 4 ( 10-13 ), with a first, here inner elastomer region 11 made of a first elastomer material and with a second, here outer elastomer region 12 made of a different, second elastomer material. The outer elastomer region 12 surrounds the inner elastomer region 11 and has a width that is less than half the width of the inner elastomer region 11. The inner elastomer region 11 has an inner sealing zone 13 running all the way around. The outer elastomer region 12 is arranged at the same axial height as the inner sealing zone 13 with respect to a longitudinal or central axis 14 of the preloading ring 10, so that the inner sealing zone 13 and the outer elastomer region 12 lie on the same (radial) line of action.

Der Vorspannring 3 hat in 1a einen runden, in 1b einen quadratischen, in 1c einen keulenförmigen und in 1d einen X-förmigen Querschnitt.The preload ring 3 has in 1a a round, in 1b a square, in 1c a club-shaped and in 1d an X-shaped cross-section.

Im Temperaturbereich zwischen -60 °C und 120 °C weist einerseits das zweite Elastomermaterial bei tieferen Temperaturen (-60 °C < T < -20 °C, insbesondere -60 °C < T < 0 °C) ein größeres Elastizitätsmodul (Druckmodul / Kompressionsmodul) als das erste Elastomermaterial und das erste Elastomermaterial bei höheren Temperaturen (50 °C < T < 120 °C) ein größeres Elastizitätsmodul (Druckmodul / Kompressionsmodul) als das zweite Elastomermaterial auf. Insbesondere kann das zweite Elastomermaterial im Vergleich zum ersten Elastomermaterial in einem anderen Temperaturbereich sein maximales Elastizitätsmodul aufweisen.In the temperature range between -60 °C and 120 °C, the second elastomer material has a larger modulus of elasticity (compression modulus) than the first elastomer material at lower temperatures (-60 °C < T < -20 °C, in particular -60 °C < T < 0 °C) and the first elastomer material has a larger modulus of elasticity (compression modulus) than the first elastomer material at higher temperatures (50 °C < T < 120 °C). dul) than the second elastomer material. In particular, the second elastomer material can have its maximum modulus of elasticity in a different temperature range than the first elastomer material.

Mit anderen Worten ist das erste Elastomermaterial des inneren Elastomerbereichs 11 ein Hochtemperaturmaterial, das bei hohen Temperaturen (50 °C < T < 120 °C) eine höhere Elastizität und einen höheren Druckverformungsrest und bei tiefen Temperaturen (-60 °C < T < -20 °C) eine geringere Elastizität und einen geringeren Druckverformungsrest aufweist. Das zweite Elastomermaterial des äußeren Elastomerbereichs 12 ist hingegen ein Tieftemperaturmaterial, das bei tiefen Temperaturen (-60 °C < T < -20 °C) eine höhere Elastizität und einen höheren Druckverformungsrest und bei hohen Temperaturen (50 °C < T < 120 °C) eine geringere Elastizität und einen geringeren Druckverformungsrest aufweist.In other words, the first elastomer material of the inner elastomer region 11 is a high-temperature material that has a higher elasticity and a higher compression set at high temperatures (50 °C < T < 120 °C) and a lower elasticity and a lower compression set at low temperatures (-60 °C < T < -20 °C). The second elastomer material of the outer elastomer region 12, on the other hand, is a low-temperature material that has a higher elasticity and a higher compression set at low temperatures (-60 °C < T < -20 °C) and a lower elasticity and a lower compression set at high temperatures (50 °C < T < 120 °C).

Vorzugsweise weist das zweite Elastomermaterial bei den tieferen Temperaturen, bevorzugt zwischen -60 °C und 0 °C, ein mindestens doppelt so großes Elastizitätsmodul wie das erste Elastomermaterial, und bei Temperaturen von höher als 120 °C, bevorzugt bei Temperaturen von höher als 50 °C, einen mindestens doppelt so großen Druckverformungsrest wie das erste Elastomermaterial auf.Preferably, the second elastomer material has a modulus of elasticity that is at least twice as large as the first elastomer material at lower temperatures, preferably between -60 °C and 0 °C, and a compression set that is at least twice as large as the first elastomer material at temperatures higher than 120 °C, preferably at temperatures higher than 50 °C.

Das erste Elastomermaterial umfasst beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Werkstoffe oder besteht aus einem oder mehreren der folgenden Werkstoffe: NBR, HNBR, AEM, FKM, FFKM und VMQ. Das zweite Elastomermaterial umfasst beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Werkstoffe oder besteht aus einem oder mehreren der folgenden Werkstoffe: NBR, HNBR, EPDM, AU und CR.The first elastomer material comprises, for example, one or more of the following materials or consists of one or more of the following materials: NBR, HNBR, AEM, FKM, FFKM and VMQ. The second elastomer material comprises, for example, one or more of the following materials or consists of one or more of the following materials: NBR, HNBR, EPDM, AU and CR.

Der erste und der zweite Elastomerbereich 11, 12 können beispielsweise separate Teil sein, wobei in diesem Fall der äußere Elastomerbereich 11 in einer radial nach außen offenen Rille 15 (3a-3d) oder Ringnut 16 (9a, 9b) des inneren Elastomerbereichs 11 aufgenommen sein kann. Alternativ können der erste und der zweite Elastomerbereich 11, 12 auch miteinander stoffschlüssig zu einem einzigen Teil verbunden sein, wobei in diesem Fall der äußere Elastomerbereich 12 teilweise oder auch vollständig im inneren Elastomerbereich 11 eingebettet sein kann.The first and second elastomer regions 11, 12 may, for example, be separate parts, in which case the outer elastomer region 11 is arranged in a radially outwardly open groove 15 ( 3a-3d ) or ring groove 16 ( 9a , 9b) the inner elastomer region 11. Alternatively, the first and second elastomer regions 11, 12 can also be materially bonded to one another to form a single part, in which case the outer elastomer region 12 can be partially or completely embedded in the inner elastomer region 11.

Die erforderliche Elastizität bzw. Vorspannung des Vorspannrings 10 ist bei tieferen Temperaturen durch den zweiten Elastomerbereich 12 und bei höheren Temperaturen durch den ersten Elastomerbereich 11 gegeben.The required elasticity or preload of the preload ring 10 is provided at lower temperatures by the second elastomer region 12 and at higher temperatures by the first elastomer region 11.

Von den Vorspannringen 10 der 1a-1d unterscheiden sich die in 2a-2d gezeigten Vorspannringe 10 lediglich dadurch, dass hier der innere Elastomerbereich 11 einen quadratischen Querschnitt aufweist.Of the preload rings 10 of the 1a-1d differ in 2a-2d shown preload rings 10 only in that the inner elastomer region 11 has a square cross-section.

Von den Vorspannringen 10 der 1a-1d unterscheiden sich die in 3a-3d gezeigte Vorspannringen 10 lediglich dadurch, dass hier der innere Elastomerbereich 11 einen keulenförmigen Querschnitt mit zwei ringsum umlaufenden, axial beabstandeten, innenseitigen Dichtzonen 13 aufweist. Der äußere Elastomerbereich 12 ist axial mittig zwischen den beiden Dichtzonen 13 angeordnet.Of the preload rings 10 of the 1a-1d differ in 3a-3d shown preload rings 10 only in that here the inner elastomer region 11 has a club-shaped cross-section with two all-round, axially spaced, inner sealing zones 13. The outer elastomer region 12 is arranged axially centrally between the two sealing zones 13.

Von den Vorspannringen 10 der 3a-3d unterscheiden sich die in 4a-4d gezeigten Vorspannringen 10 lediglich dadurch, dass hier der innere Elastomerbereich 11 einen X-förmigen Querschnitt aufweist. Auch hier ist der äußere Elastomerbereich 12 axial mittig zwischen den beiden Dichtzonen 13 angeordnet.Of the preload rings 10 of the 3a-3d differ in 4a-4d shown preload rings 10 only in that the inner elastomer region 11 has an X-shaped cross-section. Here too, the outer elastomer region 12 is arranged axially centrally between the two sealing zones 13.

Von den Vorspannringen 10 der 1a-1d unterscheiden sich die in 5a-5d gezeigten Vorspannringe 10 lediglich dadurch, dass hier die Breite des äußeren Elastomerbereichs 12 deutlich größer als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs 11 ist.Of the preload rings 10 of the 1a-1d differ in 5a-5d shown preload rings 10 only in that the width of the outer elastomer region 12 is significantly larger than half the width of the inner elastomer region 11.

6a-6d zeigen verschiedene Vorspannringe 10 mit einem X-förmigen, inneren Elastomerbereich 11 aus dem ersten Elastomermaterial und zwei axial beabstandeten, äußeren Elastomerbereichen 12 aus dem zweiten Elastomermaterial. Die Breite der äußeren Elastomerbereiche 12 ist deutlich kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs 11. Die beiden äußeren Elastomerbereiche 12 sind jeweils auf den axialen Höhen der beiden ringsum umlaufenden, axial beabstandeten, innenseitigen Dichtzonen 13 des inneren Elastomerbereichs 11 angeordnet, so dass die innenseitigen Dichtzonen 13 und die äußeren Elastomerbereiche 12 jeweils auf gleichen (radialen) Wirklinien liegen. Die beiden äußeren Elastomerbereiche 12 haben in 6a den gleichen runden, in 6b den gleichen quadratischen, in 6c den gleichen keulenförmigen und in 1d den gleichen X-förmigen Querschnitt. 6a-6d show various preload rings 10 with an X-shaped, inner elastomer area 11 made of the first elastomer material and two axially spaced, outer elastomer areas 12 made of the second elastomer material. The width of the outer elastomer areas 12 is significantly smaller than half the width of the inner elastomer area 11. The two outer elastomer areas 12 are each arranged at the axial heights of the two all-round, axially spaced, inner sealing zones 13 of the inner elastomer area 11, so that the inner sealing zones 13 and the outer elastomer areas 12 are each located on the same (radial) lines of action. The two outer elastomer areas 12 have in 6a the same round, in 6b the same square, in 6c the same club-shaped and in 1d the same X-shaped cross-section.

Von den Vorspannringen 10 der 6a-6d unterscheiden sich die in 7a-7d gezeigten Vorspannringe 10 lediglich dadurch, dass hier der innere Elastomerbereich 11 einen keulenförmigen Querschnitt aufweist.Of the preload rings 10 of the 6a-6d differ in 7a-7d shown preload rings 10 only in that the inner elastomer region 11 has a club-shaped cross-section.

Von den Vorspannringen 10 der 1a-1d unterscheiden sich die in 8a-8d gezeigten Vorspannringen 10 lediglich dadurch, dass hier zusätzlich drei weitere zweite Elastomerbereiche 12a, 12b, 12c aus dem zweiten Elastomermaterial äquidistant am Außenumfang des ersten Elastomerbereichs 11 angeordnet sind, nämlich zwei zweite Elastomerbereiche 12a, 12b an beiden Seiten und ein weiterer zweiter Elastomerbereich 12c an der Innenseite des ersten Elastomerbereichs 11. In diesem Fall ist die innenseitige Dichtzone 13 durch den innenseitigen zweiten Elastomerbereich 12c gebildet. Die zweite Elastomerbereiche 12, 12a-12c haben in 8a einen runden, in 8b einen quadratischen, in 8c einen keulenförmigen und in 8d einen X-förmigen Querschnitt.Of the preload rings 10 of the 1a-1d differ in 8a-8d shown preload rings 10 only in that here additionally three further second elastomer regions 12a, 12b, 12c made of the second elastomer material are arranged equidistantly on the outer circumference of the first elastomer region 11, namely two second elastomer regions 12a, 12b on both sides and a further second elastomer region 12c on the inside of the first elastomer region 11. In this case, the inner sealing zone 13 is formed by the inner second elastomer region 12c. The second elastomer regions 12, 12a-12c have in 8a a round, in 8b a square, in 8c a club-shaped and in 8d an X-shaped cross-section.

9a, 9b zeigen zwei verschiedene Vorspannringe 10 mit dem gleichen runden, inneren Elastomerbereich 11, in dessen Ringnut 16 jeweils ein den äußeren Elastomerbereich 12 bildender Elastomerring 17, 17' mit gleichem Querschnittradius angeordnet ist, und zwar in 9a ein runder Elastomerring 17 und in 9b ein außenseitig abgeflachter, runder Elastomerring 17'. Wie die in 9c gezeigte, zugehörige Pressungsverteilung der beiden Vorspannringe 10 verdeutlicht, kann durch Variation der Querschnittgeometrie des Elastomerrings 17, 17' bzw. des äußeren Elastomerbereichs 12 die im eingebauten Zustand auf die Dichtzone 13 wirkende Pressung P über die Breite b des Vorspannrings 10 variiert und eingestellt werden. So weist der in 9a gezeigte, runde Elastomerring 17 im mittleren Bereich eine deutlich höhere Pressung als der in 9b gezeigte, abgeflachte Elastomerring 17' auf. 9a , 9b show two different preload rings 10 with the same round, inner elastomer region 11, in the annular groove 16 of which an elastomer ring 17, 17' forming the outer elastomer region 12 with the same cross-sectional radius is arranged, namely in 9a a round elastomer ring 17 and in 9b a round elastomer ring 17' with a flattened outer surface. Like the 9c As shown in the corresponding pressure distribution of the two pre-tensioning rings 10, the pressure P acting on the sealing zone 13 in the installed state can be varied and adjusted over the width b of the pre-tensioning ring 10 by varying the cross-sectional geometry of the elastomer ring 17, 17' or the outer elastomer area 12. Thus, the pressure P shown in 9a The round elastomer ring 17 shown in the middle area has a significantly higher pressure than the one in 9b shown, flattened elastomer ring 17'.

Bei den Vorspannringen 10 der 1-9 sind der erste Elastomerbereich 11 innen und der oder die zweiten Elastomerbereiche 12 außen angeordnet, um den Dichtring 2 radial nach innen vorzuspannen. In weiter unten in 11 und 12 gezeigten Ausführungsformen können - genau umgekehrt wie in den 1-9 - der erste Elastomerbereich 11 außen und der oder die zweiten Elastomerbereiche 12 innen angeordnet sein, um den Dichtring 2 radial nach außen vorzuspannen. Solche Ausführungsformen werden nachfolgend als umgekehrte Ausführungsformen bezeichnet.For the preload rings 10 of the 1-9 the first elastomer region 11 is arranged on the inside and the second elastomer region(s) 12 is arranged on the outside in order to prestress the sealing ring 2 radially inwards. In further below in 11 and 12 The embodiments shown can - exactly the opposite of what is shown in the 1-9 - the first elastomer region 11 is arranged on the outside and the second elastomer region(s) 12 is arranged on the inside in order to prestress the sealing ring 2 radially outward. Such embodiments are referred to below as reversed embodiments.

10a-10d zeigen eine Stangen-Dichtungsanordnung 1, die überwiegend in Zylindern eingesetzt wird und zur Abdichtung von Flüssigkeiten dient. Sie verhindert das Austreten von Hydraulikflüssigkeit aus dem Zylinderraum und wird außerhalb des Zylinderkopfes angebracht. Die Stangen-Dichtungsanordnung 1 umfasst ein erstes (inneres) Maschinenteil 2, hier beispielhaft in Form einer Stange oder Welle, ein zweites (äußeres) Maschinenteil 3, die relativ zueinander translatorisch oder rotatorisch bewegbar sind, eine ringförmige Primärdichtung 4 sowie einen herkömmlichen Vorspannring 110 (10a) oder einen wie oben ausgebildeten Vorspannring 10 (10b-10d) zum Vorspannen der Primärdichtung 4 radial nach innen. Die Primärdichtung 4 und der die Primärdichtung 4 außen umgebende Vorspannring 10, 110 sind in einer nach innen offenen Ringnut 5 des zweiten Maschinenteils 3 angeordnet. Der Vorspannring 10 presst die Primärdichtung 4 radial nach innen und damit in Anlage gegen die Welle 2. Mit anderen Worten dient die Primärdichtung 4 zur dynamischen Abdichtung mit der Welle 2 und der Vorspannring 10, 110 sowohl zum statischen Abdichten mit dem zweiten Maschinenteil 3 und mit der Primärdichtung 4 als auch zum Pressen der Primärdichtung 4 radial nach innen gegen die Welle 11. 10a-10d show a rod sealing arrangement 1, which is mainly used in cylinders and serves to seal liquids. It prevents hydraulic fluid from escaping from the cylinder chamber and is mounted outside the cylinder head. The rod sealing arrangement 1 comprises a first (inner) machine part 2, here for example in the form of a rod or shaft, a second (outer) machine part 3, which can be moved relative to one another in a translational or rotational manner, an annular primary seal 4 and a conventional preload ring 110 ( 10a) or a preload ring 10 designed as above ( 10b-10d ) for pre-tensioning the primary seal 4 radially inwards. The primary seal 4 and the pre-tensioning ring 10, 110 surrounding the primary seal 4 on the outside are arranged in an inwardly open annular groove 5 of the second machine part 3. The pre-tensioning ring 10 presses the primary seal 4 radially inwards and thus into contact with the shaft 2. In other words, the primary seal 4 is used for dynamic sealing with the shaft 2 and the pre-tensioning ring 10, 110 both for static sealing with the second machine part 3 and with the primary seal 4 and for pressing the primary seal 4 radially inwards against the shaft 11.

Bei dem in 10a gezeigten, herkömmlichen Vorspannring 110 handelt es sich um einen runden Vorspannring aus einem einzigen Elastomermaterial, z.B. aus einem Hochtemperaturmaterial wie NBR, HNBR, AEM oder FKM. Bei dem in 10b gezeigten Vorspannring 10 handelt es sich um den in 1a gezeigten Vorspannring, aber stattdessen kann auch jeder andere der in 1-9 gezeigten Vorspannringe 10 eingesetzt werden. Wie in 9c gezeigt, kann durch Variation der Querschnittgeometrie des oder der zweiten Elastomerbereiche 12 des Vorspannrings 10 die auf eine innenseitige Dichtzone (Dichtkante) 6 der Primärdichtung 4 radial nach innen wirkende Pressung variiert und eingestellt werden. Die erforderliche Elastizität bzw. Vorspannung des Vorspannrings 10 ist bei tieferen Temperaturen durch den zweiten Elastomerbereich 12 und bei höheren Temperaturen durch den ersten Elastomerbereich 11 gegeben.In the 10a The conventional preload ring 110 shown in Figure 1 is a round preload ring made of a single elastomer material, e.g. a high temperature material such as NBR, HNBR, AEM or FKM. 10b The preload ring 10 shown is the one in 1a shown preload ring, but instead any other of the ones in 1-9 The preload rings 10 shown in 9c As shown, the pressure acting radially inward on an inner sealing zone (sealing edge) 6 of the primary seal 4 can be varied and adjusted by varying the cross-sectional geometry of the second elastomer region(s) 12 of the preload ring 10. The required elasticity or preload of the preload ring 10 is provided by the second elastomer region 12 at lower temperatures and by the first elastomer region 11 at higher temperatures.

Bei dem in 10c gezeigten Vorspannring 10 weist der innere Elastomerbereich 11 einen rechteckigen Querschnitt mit einer nach außen offenen Ringnut 16 auf, deren Nuttiefe etwa dem Querschnittdurchmesser des darin eingelegten, den äußeren Elastomerbereich 12 ausbildenden Elastomerrings 17 entspricht. Bei dem in 10d gezeigten Vorspannring 10 weist der innere Elastomerbereich 11 einen H-förmigen Querschnitt mit einer nach außen offenen Ringnut 16 und mit einer zusätzlichen, nach innen offenen Ringnut 7 auf, in der die Primärdichtung 4 angeordnet ist. Die nach außen offene Ringnut 16 kann optional im Eckbereich zwischen den beiden Nutflanken und dem Nutgrund jeweils eine schräge Rampe 8 aufweisen, die bewirkt, dass auch unter Versteifung des inneren Elastomerbereichs 11 eine temperaturabhängige Veränderung der Vorspannkraft eingestellt werden kann.In the 10c In the preload ring 10 shown, the inner elastomer region 11 has a rectangular cross-section with an outwardly open annular groove 16, the groove depth of which corresponds approximately to the cross-sectional diameter of the elastomer ring 17 inserted therein, forming the outer elastomer region 12. In the case of the preload ring 10 shown in 10d In the preload ring 10 shown, the inner elastomer area 11 has an H-shaped cross section with an outwardly open annular groove 16 and with an additional, inwardly open annular groove 7 in which the primary seal 4 is arranged. The outwardly open annular groove 16 can optionally be in the corner area between the two groove flanks and the groove base each have an inclined ramp 8, which ensures that a temperature-dependent change in the preload force can be set even when the inner elastomer area 11 is stiffened.

11a-11d zeigen eine Kolben-Dichtungsanordnung 1', die überwiegend in Hydraulikzylindern als Fluiddichtung eingesetzt wird. Die Einbauräume sind innerhalb des Zylinders und dienen zur Abdichtung des Kolbens gegen das Zylinderrohr. Die Kolben-Dichtungsanordnung 1' umfasst ein erstes (äußeres) Maschinenteil 2, ein zweites (inneres) Maschinenteil 3, hier beispielhaft in Form eines Kolbens, die relativ zueinander translatorisch oder rotatorisch bewegbar sind, eine Primärdichtung 4 sowie einen herkömmlichen Vorspannring 110 (11a) oder einen wie oben ausgebildeten Vorspannring 10 (11b-11d) zum Vorspannen der Primärdichtung 4 radial nach außen. Die Primärdichtung 4 und der die Primärdichtung 4 innen umgebende Vorspannring 10, 110 sind in einer nach außen offenen Ringnut 5 des Kolbens 3 angeordnet. Die Primärdichtung 4 dient zur dynamischen Abdichtung mit dem ersten Maschinenteil 2 und das Vorspannelement 10, 110 sowohl zum statischen Abdichten mit dem Kolben 3 als auch zum Pressen der Primärdichtung 13 radial nach außen gegen das erste Maschinenteil 2. 11a-11d show a piston seal arrangement 1', which is mainly used in hydraulic cylinders as a fluid seal. The installation spaces are inside the cylinder and serve to seal the piston against the cylinder tube. The piston seal arrangement 1' comprises a first (outer) machine part 2, a second (inner) machine part 3, here for example in the form of a piston, which can be moved relative to one another in a translational or rotational manner, a primary seal 4 and a conventional preload ring 110 ( 11a) or a preload ring 10 designed as above ( 11b-11d ) for pre-tensioning the primary seal 4 radially outwards. The primary seal 4 and the pre-tensioning ring 10, 110 surrounding the primary seal 4 on the inside are arranged in an outwardly open annular groove 5 of the piston 3. The primary seal 4 serves for dynamic sealing with the first machine part 2 and the pre-tensioning element 10, 110 both for static sealing with the piston 3 and for pressing the primary seal 13 radially outwards against the first machine part 2.

Bei dem in 11a gezeigten, herkömmlichen Vorspannring 110 handelt es sich um einen runden Vorspannring aus einem einzigen Elastomermaterial, z.B. aus einem Hochtemperaturmaterial wie NBR, HNBR, AEM oder FKM. Bei dem in 11b gezeigten Vorspannring 10 handelt es sich um den gegenüber 1a umgekehrten Vorspannring 10 mit einem ersten, hier äußeren, runden Elastomerbereich 11 und einem zweiten, hier inneren, runden Elastomerbereich 12, aber stattdessen kann auch jeder andere gegenüber den 1-9 umgekehrte Vorspannring 10 eingesetzt werden. Analog zu 9c kann durch Variation der Querschnittgeometrie des oder der zweiten Elastomerbereiche 12 des Vorspannrings 10 die auf die außenseitige Dichtzone (Dichtfläche) 6 der Primärdichtung 4 radial nach außen wirkende Pressung variiert und eingestellt werden. Die erforderliche Elastizität bzw. Vorspannung des Vorspannrings 10 ist bei tieferen Temperaturen durch den zweiten Elastomerbereich 12 und bei höheren Temperaturen durch den ersten Elastomerbereich 11 gegeben.In the 11a The conventional preload ring 110 shown in Figure 1 is a round preload ring made of a single elastomer material, e.g. a high temperature material such as NBR, HNBR, AEM or FKM. 11b The preload ring 10 shown is the one opposite 1a inverted preload ring 10 with a first, here outer, round elastomer area 11 and a second, here inner, round elastomer area 12, but instead any other opposite to the 1-9 reversed preload ring 10 can be used. Analogous to 9c By varying the cross-sectional geometry of the second elastomer region(s) 12 of the preload ring 10, the pressure acting radially outward on the outer sealing zone (sealing surface) 6 of the primary seal 4 can be varied and adjusted. The required elasticity or preload of the preload ring 10 is provided by the second elastomer region 12 at lower temperatures and by the first elastomer region 11 at higher temperatures.

Bei dem in 11c gezeigten Vorspannring 10 weist der zweite Elastomerbereich 12 einen rechteckigen Querschnitt auf. Statt trapezförmig wie in den 11a-11c, weist die in 11d gezeigte Primärdichtung 4 einen rechteckigen Querschnitt mit abgeschrägten inneren Ecken auf.In the 11c In the preload ring 10 shown, the second elastomer region 12 has a rectangular cross-section. Instead of being trapezoidal as in the 11a-11c , indicates the 11d The primary seal 4 shown has a rectangular cross-section with bevelled inner corners.

Von der Kolben-Dichtungsanordnung 1' der 11d unterscheiden sich die in 12a-12c gezeigte Kolben-Dichtungsanordnung 1' lediglich dadurch, dass hier der zweite Elastomerbereich 12 in 12a zwei ringsum umlaufende Elastomerabschnitte 21, 22 aus jeweils unterschiedlichen zweiten Elastomermaterialien und in 12b, 12c drei ringsum umlaufende Elastomerabschnitte 21, 22, 23 aus jeweils unterschiedlichen zweiten Elastomermaterialien aufweist. In 12a sind die beiden Elastomerabschnitte 21, 22 durch zwei seitliche Hälften gebildet, und in 12b, 12c ist zusätzlich ein innerer Elastomerabschnitt 23 mittig in den beiden Elastomerabschnitten 21, 22 eingebettet. Durch Variation der unterschiedlichen zweiten Elastomermaterialien des zweiten Elastomerbereichs 12 kann die radial nach außen wirkende Vorspannung variiert und eingestellt werden. Zusätzlich zum dem (inneren) zweiten Elastomerbereichs 12 ist in 12c noch ein äußerer zweiter Elastomerbereich 12' aus unterschiedlichen zweiten Elastomermaterialien in dem Vorspannring 10 angeordnet.From the piston seal arrangement 1' of the 11d differ in 12a-12c shown piston sealing arrangement 1' only in that here the second elastomer area 12 in 12a two circumferential elastomer sections 21, 22 each made of different second elastomer materials and in 12b , 12c three circumferential elastomer sections 21, 22, 23 each made of different second elastomer materials. In 12a the two elastomer sections 21, 22 are formed by two lateral halves, and in 12b , 12c In addition, an inner elastomer section 23 is embedded centrally in the two elastomer sections 21, 22. By varying the different second elastomer materials of the second elastomer region 12, the radially outwardly acting preload can be varied and adjusted. In addition to the (inner) second elastomer region 12, 12c an outer second elastomer region 12' made of different second elastomer materials is arranged in the preload ring 10.

Es versteht sich, dass auch die in den 1-10 gezeigten zweiten Elastomerbereich analog mehrere ringsum umlaufende Elastomerabschnitte aus jeweils unterschiedlichen Werkstoffen aufweisen können.It goes without saying that the 1-10 The second elastomer region shown can analogously have several elastomer sections all around, each made of different materials.

Die in 13a-13d gezeigte Rotationsdichtungsanordnung 1 umfasst ein erstes (inneres) Maschinenteil 2, hier beispielhaft in Form einer Stange oder Welle, ein zweites (äußeres) Maschinenteil 3, die relativ zueinander translatorisch oder rotatorisch bewegbar sind, zwei axial beabstandete Primärdichtungen 4 mit jeweils einem außenseitig angeordneten Stützkörper 24, an dem die Primärdichtung 4 in axialer Richtung seitlich anliegt, sowie einen wie in 7 ausgebildeten, keulenförmigen Vorspannring bzw. -hülse 10. Die Stützkörper 24 sind jeweils in einer nach innen offenen Ringnut der Vorspannhülse 10 gehalten. Die beiden axial beabstandeten, zweiten (äußeren) Elastomerbereiche 12 des Vorspannrings 10 sind jeweils auf gleicher axialer Höhe wie die Stützkörper 24 angeordnet, um die Primärdichtungen 4 radial nach innen vorzuspannen bzw. in Anlage an die Welle 3 zu pressen. Der Vorspannring 10 weist zwischen den beiden Primärdichtungen 4 eine oder mehrere radiale Durchgangsbohrungen 25 auf, die in einen Innenraum 26 münden, welcher durch die Welle 2, die Primärdichtungen 4 und die Innenseite der Vorspannhülse 10 begrenzt ist. Die erforderliche Elastizität bzw. Vorspannung des Vorspannrings 10 ist bei tieferen Temperaturen durch den zweiten Elastomerbereich 12 und bei höheren Temperaturen durch den ersten Elastomerbereich 11 gegeben.The in 13a-13d The rotary seal arrangement 1 shown comprises a first (inner) machine part 2, here for example in the form of a rod or shaft, a second (outer) machine part 3, which are movable relative to each other in a translational or rotational manner, two axially spaced primary seals 4, each with a support body 24 arranged on the outside, against which the primary seal 4 rests laterally in the axial direction, and a 7 formed, club-shaped preload ring or sleeve 10. The support bodies 24 are each held in an inwardly open annular groove of the preload sleeve 10. The two axially spaced, second (outer) elastomer regions 12 of the preload ring 10 are each arranged at the same axial height as the support bodies 24 in order to preload the primary seals 4 radially inwards or to press them into contact with the shaft 3. The preload ring 10 has one or more radial through-bores 25 between the two primary seals 4, which open into an interior space 26 which is delimited by the shaft 2, the primary seals 4 and the inside of the preload sleeve 10. The required elasticity or preload of the preload ring 10 is provided at lower temperatures by the second elastomer region 12 and at higher temperatures by the first elastomer region 11.

Die beiden äußeren Elastomerbereiche 12 haben in 13a den gleichen runden, in 13b den gleichen quadratischen, in 13c den gleichen keulenförmigen und in 13d den gleichen X-förmigen Querschnitt.The two outer elastomer areas 12 have in 13a the same round, in 13b the same square, in 13c the same club-shaped and in 13d the same X-shaped cross-section.

Beim Einleiten eines druckbeaufschlagten Fluids in den als Drehdurchführungsbereich dienenden Innenraum 26 werden die Primärdichtungen 4 bei Überschreiten eines vorgegebenen Differenzdrucks eines im Innenraum 26 herrschenden Hochdrucks (Hochdruckbereich H) gegenüber einem im Niederdruckbereich N herrschenden Niederdruck druckproportional in axialer Richtung gegen die Stützkörper 24 gepresst. Die Stützkörper 24 werden unter einer elastischen Verformung der Vorspannhülse 10 axial in Richtung auf die Niederdruckseite N soweit nach außen verschoben, dass sich die Primärdichtungen 4 mit ihren jeweiligen Dichtkanten 27 in einer radialen Richtung an die Welle 3 dichtend anlegen, wodurch eine fluiddichte Abdichtung des Hochdruckbereichs H bewirkt wird. Die Verstellbewegung der Stützkörper 24 kann, sofern diese aus einem zähelastischen Material bestehen, zumindest teilweise durch eine abschnittsweise (elastische) Verformung der Stützkörper 24 in Richtung des Niederdruckbereichs N bedingt sein. Bei Unterschreiten des vorgegebenen Differenzdrucks werden die Stützkörper 24 durch das elastische Rückstellvermögen der Vorspannhülse 10 in axialer Richtung zurück in die in 13 gezeigte Ruheposition zurückbewegt.When a pressurized fluid is introduced into the interior 26 serving as the rotary feedthrough area, the primary seals 4 are pressed against the support bodies 24 in an axial direction proportional to the pressure when a predetermined differential pressure of a high pressure prevailing in the interior 26 (high pressure area H) compared to a low pressure prevailing in the low pressure area N is exceeded. The support bodies 24 are axially displaced outwards in the direction of the low pressure side N under an elastic deformation of the preload sleeve 10 to such an extent that the primary seals 4 with their respective sealing edges 27 seal against the shaft 3 in a radial direction, thereby causing a fluid-tight seal of the high pressure area H. The adjustment movement of the support bodies 24 can, if they are made of a viscoelastic material, be at least partially caused by a section-wise (elastic) deformation of the support bodies 24 in the direction of the low pressure area N. If the differential pressure falls below the specified value, the support bodies 24 are returned in the axial direction to the position specified in 13 shown resting position.

Claims (18)

Vorspannelement (10), insbesondere Vorspannring oder -hülse, aus Elastomermaterial zum radialen Vorspannen einer Dichtung (4), gekennzeichnet durch mindestens einen umlaufenden, ersten Elastomerbereich (11) aus einem ersten Elastomermaterial und mindestens einen umlaufenden, zweiten Elastomerbereich (12) aus einem anderen, zweiten Elastomermaterial, wobei einer der ersten und zweiten Elastomerbereiche (11, 12) den anderen Elastomerbereich radial außen umgibt und wobei das zweite Elastomermaterial bei tieferen Temperaturen ein größeres Elastizitätsmodul als das erste Elastomermaterial und das erste Elastomermaterial bei höheren Temperaturen ein größeres Elastizitätsmodul als das zweite Elastomermaterial aufweist.Prestressing element (10), in particular prestressing ring or sleeve, made of elastomer material for radially prestressing a seal (4), characterized by at least one circumferential, first elastomer region (11) made of a first elastomer material and at least one circumferential, second elastomer region (12) made of a different, second elastomer material, wherein one of the first and second elastomer regions (11, 12) surrounds the other elastomer region radially on the outside and wherein the second elastomer material has a larger modulus of elasticity than the first elastomer material at lower temperatures and the first elastomer material has a larger modulus of elasticity than the second elastomer material at higher temperatures. Vorspannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Elastomermaterial bei tieferen Temperaturen ein mindestens doppelt so großes Elastizitätsmodul wie das erste Elastomermaterial aufweist.prestressing element according to claim 1 , characterized in that the second elastomer material has a modulus of elasticity at lower temperatures that is at least twice as high as the first elastomer material. Vorspannelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Elastomermaterial bei höheren Temperaturen einen größeren Druckverformungsrest, insbesondere einen mindestens doppelt so großen Druckverformungsrest, wie das erste Elastomermaterial aufweist.preloading element according to claim 1 or 2 , characterized in that the second elastomer material has a larger compression set at higher temperatures, in particular a compression set that is at least twice as large as the first elastomer material. Vorspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tieferen Temperaturen einen Temperaturbereich zwischen -60° und -20 °C, insbesondere zwischen -60 °C und 0 °C, umfassen.Prestressing element according to one of the preceding claims, characterized in that the lower temperatures comprise a temperature range between -60° and -20 °C, in particular between -60 °C and 0 °C. Vorspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die höheren Temperaturen größer als 120°, insbesondere größer als 50 °C sind.Prestressing element according to one of the preceding claims, characterized in that the higher temperatures are greater than 120°, in particular greater than 50 °C. Vorspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Elastomerbereich (11, 12) zwei separate Teile sind und einer der beiden Teile in einer umlaufenden Rille (6) oder Ringnut (7) des anderen Teils aufgenommen ist.Prestressing element according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second elastomer region (11, 12) are two separate parts and one of the two parts is received in a circumferential groove (6) or annular groove (7) of the other part. Vorspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Elastomerbereich (11, 12) miteinander stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sind.Prestressing element according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second elastomer region (11, 12) are connected to one another in a materially bonded and/or positively locking manner. Vorspannelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer der ersten und zweiten Elastomerbereiche (11, 12) teilweise oder vollständig im anderen Elastomerbereich eingebettet ist.preloading element according to claim 7 , characterized in that one of the first and second elastomer regions (11, 12) is partially or completely embedded in the other elastomer region. Vorspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elastomerbereich (11) auf seiner dem zweiten Elastomerbereich (12) abgewandten Seite mindestens eine Dichtzone (13) aufweist und dass die Dichtzone (13) und der zweite Elastomerbereich (12) zumindest abschnittsweise bezüglich einer Längsachse (5) des Vorspannelements (10) auf gleicher axialer Höhe angeordnet sind.Prestressing element according to one of the preceding claims, characterized in that the first elastomer region (11) has at least one sealing zone (13) on its side facing away from the second elastomer region (12) and that the sealing zone (13) and the second elastomer region (12) are arranged at least in sections at the same axial height with respect to a longitudinal axis (5) of the prestressing element (10). Vorspannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet, dass der erste Elastomerbereich (10) auf seiner dem zweiten Elastomerbereich (12) abgewandten Seite zwei axial beabstandete Dichtzonen (13) aufweist und dass der zweite Elastomerbereich (12) axial zwischen den beiden Dichtzonen (13) angeordnet ist.Prestressing element according to one of the Claims 1 until 8 , characterized in that the first elastomer region (10) has two axially spaced sealing zones (13) on its side facing away from the second elastomer region (12) and that the second elastomer region (12) is arranged axially between the two sealing zones (13). Vorspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens zwei axial beabstandet nebeneinander angeordnete zweite Elastomerbereiche (12).Prestressing element according to one of the preceding claims, characterized by at least two second elastomer regions (12) arranged axially spaced apart from one another. Vorspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elastomerbereich (11) und/oder der zweite Elastomerbereich (12) einen runden, einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, einen keulenförmigen oder einen X-förmigen Querschnitt aufweist.Prestressing element according to one of the preceding claims, characterized in that the first elastomer region (11) and/or the second elastomer region (12) has a round, a rectangular, in particular square, a club-shaped or an X-shaped cross-section. Vorspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elastomerbereich (11) und/oder der zweite Elastomerbereich (12) mehrere umlaufende Elastomerabschnitte (21-23) aus jeweils unterschiedlichen Elastomermaterialien aufweist.Prestressing element according to one of the preceding claims, characterized in that the first elastomer region (11) and/or the second elastomer region (12) has a plurality of circumferential elastomer sections (21-23) each made of different elastomer materials. Vorspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Elastomermaterial einen oder mehrere der folgenden Werkstoffe aufweist oder daraus besteht: NBR, HNBR, AEM, FKM, FFKM und VMQ.Prestressing element according to one of the preceding claims, characterized in that the first elastomer material comprises or consists of one or more of the following materials: NBR, HNBR, AEM, FKM, FFKM and VMQ. Vorspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Elastomermaterial einen oder mehrere der folgenden Werkstoffe aufweist oder daraus besteht: NBR, HNBR, EPDM, AU und CR.Prestressing element according to one of the preceding claims, characterized in that the second elastomer material comprises or consists of one or more of the following materials: NBR, HNBR, EPDM, AU and CR. Dichtungsanordnung (1; 1'), insbesondere Stangen- oder Kolbendichtungsanordnung, mit einem ersten Maschinenteil (2) und mit einem zweiten Maschinenteil (3), die relativ zueinander translatorisch oder rotatorisch bewegbar sind, mit einer Dichtung (4), die zwischen den beiden Maschinenteilen (2, 3) angeordnet ist, um die beiden Maschinenteile (2, 3) gegeneinander abzudichten, sowie mit einem Vorspannelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das die Dichtung (4) gegen eines der beiden Maschinenteile (2, 3) radial vorspannt.Sealing arrangement (1; 1'), in particular a rod or piston sealing arrangement, with a first machine part (2) and with a second machine part (3), which are movable relative to one another in a translational or rotational manner, with a seal (4) which is arranged between the two machine parts (2, 3) in order to seal the two machine parts (2, 3) against one another, and with a prestressing element (10) according to one of the preceding claims, which radially prestresses the seal (4) against one of the two machine parts (2, 3). Dichtungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (10) ausschließlich mit seinem ersten Elastomerbereich (11) an der Dichtung (4) anliegt.Seal arrangement according to claim 16 , characterized in that the prestressing element (10) rests against the seal (4) exclusively with its first elastomer region (11). Dichtungsanordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Dichtung (4) abgewandter, zweiter Elastomerbereich (12) des Vorspannelements (10) auf gleicher axialer Höhe wie eine am Maschinenteil (2) anliegende Dichtzone (6) der Dichtung (4) angeordnet ist.Seal arrangement according to claim 16 or 17 , characterized in that a second elastomer region (12) of the prestressing element (10) facing away from the seal (4) is arranged at the same axial height as a sealing zone (6) of the seal (4) adjacent to the machine part (2).
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