DE2047397A1

DE2047397A1 - Schieber

Info

Publication number: DE2047397A1
Application number: DE19702047397
Authority: DE
Inventors: Marvin H Houston Tex Grove (V St A)
Original assignee: M&J Development Co
Current assignee: M&J Development Co
Priority date: 1969-10-06
Filing date: 1970-09-26
Publication date: 1971-04-15
Also published as: NL7014234A; GB1296568A; FR2065006A5; CA936150A; US3627260A

Description

DIPL.-ING. FRANZ WERDERMANN PATENTANWALT

2 HAMBURG 13

INNOCENTIASTRASSE 30 TELEFON «2139

M. 70110 Pl.

M & J Development Company, Houston, Texas (V.St.A.)

Schieber.

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S. Anmeldung Serial No. 864 023 vom 6. Oktober I969 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Absperrorgane in der Form von Schiebern und insbesondere auf die Dichtungsvorrichtung, durch welche ein Leckfluß an der Betätigungs- oder Stellstange des Schiebers verhindert wird.

Herkömmliche Absperrschieber oder "Schieberventile¹¹ weisen an dem einen Ende des Schiebergehäuses eine Haube auf, durch welche die Stellstange oder -spindel hindurchgeführt ist. Die Einzelheiten der Haube sind je nach den unterschiedlichen Schieberausführungen verschieden, wobei jedoch in jedem Fall eine Wand vorhanden ist, durch welche die Stellstange hindurchgeführt ist, und die zur Lagerung der Dichtungsvorrichtung dient. Bei älteren Ausführungen ist eine sogenannte Stopfbüchse vorgesehen, um einen Lecki'luß entlang der Stellstange zu verhindern. Bei neueren Ausführungen werden anstelle der Stopfbüchsenpackungen ein oder mehrere elastisch federnde 0-Ringe verwendet. Beispiele derartiger Dichtungen sind in den U.S. Patentschriften 3 279 7^7 und 3 339 882 zu finden. Bei den beiden genannten Beispielen weist die Haube an dem einen

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Ende des Schiebergehäuses eine Wand in der Form einer Platte auf j die zur Aufnahme der Stellstange mit einer Bohrung'versehen ist. Die Bohrung ist mit Ausnehmungen zur Aufnahme einer oder mehrerer elastischer O-Ring-Dichtungen versehen. Dichtungsanordnungen der beschriebenen Ausführung können zwar unter bestimmten Betriebsbedingungen einwandfrei arbeiten, sind jedoch unter anderen Betriebsbedingungen unter Umständen einem schnellen Verschleiß unterworfen, so daß sich ein Leckfluß ergibt, beispielsweise wenn die Stellstange mit mechanischen Schuhen verbunden ist und Erschütterungen auftreten, die zu einem Nachlassen der Abdichtwirkung führen können. Bei vielen Anwendungen von Schiebern ist es nicht immer möglich, den Schieber bei Auftreten eines Leckflusses sofort zu reparieren, so daß es in die^e.i Fallen wünschenswert ist, eine Vorrichtung zum Einführen eines unter Druck stehende zähflüssigen plastischen Materials oder eines plastischen Schmiermittels vorzusehen, durch welches eine ausreichende Abdichtung gewährleistet wird, bis die Reparatur erfolgen kann. Bei dieser Maßnahme muß jedoch darauf geachtet werden, daß besonders bei Verwendung einer ersten inneren und einer sekundären äußeren Dichtung beim Einführen des Schmiermittels in den zwischen den Dichtungen befindlichen Raum eine ernsthafte Beschädigung der Dichtungen vermieden wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schieber mit einer neuartigen und verbesserten Abdichtung

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zu schaffen, durch welche ein Leckfluß zwischen der Stellstange und den benachbarten Teilen des Schiebergehäuses vermieden wird, und die auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen eine größere Lebensdauer besitzt. Außerdem soll es bei dem Schieber möglich sein, ein unter Druck stehendes zähflüssiges Material oder Schmiermittel anzuwenden, ohne dadurch die Dichtungen zu beschädigen.

Entsprechend der Erfindung ist ein Schieber, bestehend aus einem Schiebergehäuse mit Durchflußkanälen, die mit Rohrleitungen verbindbar sind, einem innerhalb des Gehäuses angeordneten und zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verschiebbaren Absperrorgan in der Form eines Schieberkörpers, einer Wand an dem einen Ende des Gehäuses, die durch einen Teil des Schiebergehäuses gebildet sein kann, einer durch eine Ausnehmung in der Wand durchgeführten Schieberstellstange, deren inneres Ende mit dem Absperrorgan verbunden ist und zu dessen Betätigung dient, und mit einer von der Wand gehaltenen und eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der Wand und der Stange bildenden Dichtungsvorrichtung dadurch gekenn- %

zeichnet, daß die Dichtungsvorrichtung aus mehreren seitlich nebeneinander um den Schaft der Stellstange herum angeordneten Ringen besteht, die Wand eine Ringausnehmung zur Aufnahme der Ringe aufweist, die durch eine Umfangsfläche und durch in einem gegenseitigen Abstand angeordnete äußere und innere Schulterflächen gebildet wird, und jeder Ring in bezug auf den Durchmesser der Stange und den

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Durchmesser der Umfangsfläche der Ausnehmung solche Abmessungen aufweist, daß sein Innen- und Außenrand normalerweise ständig in flüssigkeitsdichte Berührung mit der Stange bzw. der Umfangsfläche gedrückt wird. Vorzugsweise sind eine sekundäre Dichtung&vorrichtung, sowie auf der Außenseite der primären Dichtungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Einführen eines unter Druck stehenden plastischen Schmiermittels oder eines anderen zähflüssigen Materials in den zwischen den Dichtungen befindlichen Raum vorgesehen. Außerdem ist die primäre Dichtungsvorrichtung so ausgelegt, daß sie selbsttätig eine Entlastung bei übermäßig hohem Schmiermitteldruck bewirkt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein teilweise im Schnitt dargestellter

seitlicher Aufriß eines Schiebers entsprechend der Erfindung.

Fig. 2 ist ein seitlicher Aufrißquerschnitt durch den oberen Abschnitt des Schiebers und die DichtungsVorrichtung für die Stellstange. Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus dem Aufrißquerschnitt', in einem größeren Maßstab, und zeigt die Einzelheiten der Abdichtvorrichtung. Fig. ¹J ist ein Ausschnitt aus dem Aufrißquerschnitt entsprechend der Fig. 3 und zeigt, wie die primäre Dichtungsvorrichtung bei übermäßig

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hohem Schmiermitteldruck eine Entlastung bewirkt.

Der in der Zeichnung dargestellte Absperrschieber weist ein aus Teilen zusammengesetztes Gehäuse auf. Das Gehäuse Io ist kastenförmig ausgebildet und besteht aus den Seitenwänden 11 und den Endwänden 12, die miteinander verschweißt sind. Die Endwände weisen Durchbrechungen in der Form von Durchflußkanälen auf und sind mit Stutzen 14 zur Verbindung des Schiebers mit entsprechenden Rohrleitungen versehen. Das untere Ende des Gehäuses trägt ^ eine Verschlußplatte 16, während an dem oberen Ende ein Aufbau 17 befestigt ist, durch welchen die Stell- oder Betätigungsstange 18 des Schiebers hindurchgeführt ist. Das innere Ende der Stange 18 ist mit dem inneren Absperrorgan 19 verbunden. Das Gehäuse trägt auf beiden Seiten des Absperrorgans Ringdichtungen 2o, die zur Abdichtung zwischen dem Gehäuse und den Seiten des Absperrorgans dienen.

Pig. 2 zeigt den oberen Aufbau 17 des Gehäuses in

Verbindung mit der Abdichtung an der Stellstange 18. Das " obere Ende des Gehäuses trägt eine Platte 22, die in der Praxis zum Beispiel durch Verschweißung mit den Seiten- und Endwänden des Gehäuses verbunden ist. Die Platte weist eine mittige Ausnehmung 23 auf, die zur Aufnahme de3 oberen Abschnitts 24 des Absperrorgans 19 dient, wenn sich dieses in der obersten oder angehobenen Stellung befindet.

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Der Gehäuseaufbau 17 besteht aus einem Glied 25 von kreisförmigem Querschnitt, das mit einem unteren Befestigungsflansch 26 und einer oberen Verschlüßwand oder -platte 27 versehen ist. Die Platte weist eine mittige Ausnehmung oder Bohrung 28 auf, durch welche die Stellstange 18 hindurchgeführt ist. Das Glied 25 ist entsprechend der Darstellung durch Kopfschrauben 29 an der Platte 22 befestigt. Eine Dichtung 31 wie z.B. eine O-Ring-Dichtung dient zur Verhinderung eines Leckflusses zwischen diesen Teilen. Die Platte 27 kann gleichzeitig zur Aufnahme verschiedener Ausführungen von Schieberantrieben dienen. Bei einem mechanischen Schieberantrieb kann beispielsweise ein rohrförmiges Joch 33 mit der Platte 34 verbunden sein., die ihrerseits durch Kopfschrauben 35 mit der Platte 27 verbunden ist. Die Platte 34 v/eist ebenfalls eine Bohrung 3& zur Aufnahme der Stange 18 auf. Ein typischer mechanischer Schieberantrieb kann aus eine. Mutter bestehen, die am oberen Ende des Joches 33 gelagei·¹ ist und in Eingriff mit einem oberen Gewindeabschnitt der Stange 18 steht. Die Mutter wird dann durch ein mechanisches Getriebe gedreht. Geeignete hydraulische Schieberantriebe sind in den U.S. Patentschriften 3 429 550 und 3 398 924 beschrieben. Bei einem hydraulischen Schieberantrieb wird das rohrförmige Joch 33 durch einen Zylinder· ersetzt, und das äußere Ende der Stellstange 18 wird unmittelbar mit einem KoLben verbunden, der Innerhalb des Zylinders verschiebbar Ist.

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An der Stellstange l8 sind zwei Dichtungen vorgesehen, von denen die Dichtung 37 eine innere Dichtung bildet und in erster Linie zur Verhinderung eines Leckflusses an der Stange 18 dient, während die bei 38 dargestellte Dichtung auf der Außenseite der ersten Dichtung angeordnet ist und eine sekundäre Dichtung bildet. Der Aufbau der beiden Dichtungen ist im einzelnen anhand der Figur 3 ersichtlich. Die Dichtung 37 besteht aus mehreren Ringen 4la, 4lb und 4lc aus einem geeigneten, nichtmetallischen und elastisch federnden Werkstoff. Wenngleich alle Ringe 41 aus Nylon f mit einem Härtegrad entsprechend der Shore D -Skala von etwa 50 bis 65 hergestellt werden können, ist es vorteilhafter, die Ringe 4la und 4lc aus einem derartigen Nylon, und den Ring 4 Ib aus einem etwas weicheren elastisch federnden Werkstoff wie z.B. Teflon mit einem Härtegrad nach Rockwell von etwa 112 bis 120 herzustellen. Die Ringe werden von der in der Wand 27 ausgebildeten Ringausnehmung 42 aufgenommen, wobei die Ausnehmung in der Weise hergestellt wird, daß sie von der Umfangsflache 43, der μ

äußeren Schulterfläche 44 und der inneren Schulterfläche 45 begrenzt ist. Die Schulterfläche 44 wird vorzugsweise so ausgebildet, daß sie in einer unter einem Winkel von 90° zur Achse der Stange 18 liegenden Ebene verläuft. Die Schulterfläche 45 wird vorzugsweise mit einer Abschrägung 46 versehen. Es können auch mehr als drei Ringe wie beispielsweise fünf Ringe verwendet werden, von denen drei aus Nylon und zwei aus Teflon bestehen, wobei die letzteren

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zwischen den härteren Nylonringen zwischengelegt sind.

Vor dem Zusammenbau ist der Außendurchmesser jedes Ringes 41 etwas größer als der Durchmesser der Umfangsfläche 43. Außerdem ist der Innendurchmesser jedes Ringes etwas geringer als der Durchmesser der Stange 18. Diese Durchmesserunterschiede können typischerweise in der Größenordnung von etwa 0,25 mm liegen. Beim Zusammenbau werden die Ringe zunächst verspannt und in die Ausnehmung 42 eingeführt, wobei sie durch den Eingriff mit der Umfangsfläche 43 in Umfangsrichtung unter Druckspannung gesetzt werden. Dann wird die Stange 18 eingesetzt, wobei die Ringe durch die Stange in Umfangsrichtung unter Spannung und in Radialrichtung unter Druck gesetzt werden. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird die Ausnehmung 42 t durch die Anzahl der verwendeten Ringe (in der Darstellung drei Ringe) nicht vollständig ausgefüllt, so daß sich die Ringe in Axialrichtung der Stange 18 über eine begrenzte Strecke bewegen können.

Die sekundäre Dichtung 38 kann aus einer elastisch federnden O-Ring-Dichtung bestehen, die aus einem O-Ring 47 aus einem geeigneten elastisch federnden Werkstoff wie z.B. synthetischem Gummi oder Elastomer gebildet ist, der von der Ringausnehmung 48 aufgenommen wird. Die Wahl des jeweiligen Werkstoffes ist abhängig von der Temperatur und den anderen Betriebsbedingungen, denen er ausgesetzt sein kann. Oberhalb und unterhalb des O-Ringes können Druckscheiben 49 und 51 aus geeignetem Werkstoff wie z.B.

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Nylon oder Teflon in die Ausnehmung eingesetzt sein. Die Abmessungen dieser Druckscheiben sind vorzugsweise ebenfalls so bemessen, daß die Scheiben normalerweise zwischen dem Boden der Ausnehmung und der Mündung der Stange 18 in Radialrichtung unter Druck stehen.

Der zwischen den Dichtungen 37 und 38 befindliche Ringraum 52 steht in Verbindung mit einer Vorrichtung zum Einführen eines unter Druck stehenden zähflüssigen plastischen Materials oder plastischen Schmiermittels. So wird zu diesem Zweck an der Platte 27 eine Druckvor- ™

richtung 53 angeordnet, die durch einen Kanal 54 mit dem Ringraum 52 verbunden ist. Durch Drehen der Druckschraube 55 an der Vorrichtung kann ein plastisches Dichtmaterial oder ein plastisches Schmiermittel unter Druck in den Ringraum 52 eingeführt werden und von diesem zu den Dichtungen 37 und 38 gelangen.

Die Bohrung 28 in der Wand oder Platte 27 hat vorzugsweise unterhalb der Ausnehmung 42 einen etwas größeren Durchmesser, wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist. Λ

Wenn anzunehmen ist, daß die Stellstange 18 mit einem mechanischen Schieberantrieb verbunden wird, wird vorzugsweise oberhalb der sekundären Dichtung 38 eine Abstreifvorrichtung vorgesehen, welche die Dichtungen gegen das Eindringen von Schmutzteilchen schützt, die sich auf der Oberfläche der Stange 18 ansammeln können. Zu diesem Zweck ist auf der Platte 34 eine herkömmliche Abstreif-

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Vorrichtung 56 angeordnet, die einen mit der Oberfläche der Stange in Eingriff stehenden metallischen Abstreifrand aufweist. Wie die Darstellung zeigt, liegen auf der Platte 34 Ringe 57 auf, die aus einem absorbierenden Werkstoff wie z.B. Pilz oder dgl. bestehen. Die Ringe sind normalerweise mit einem flüssigen Schmiermittel getränkt, durch welches auf der mit den Ringen in Eingriff stehenden Oberfläche der Stange 18 ein Schmiermittelfilm - oder filter ausgebildet wird.

Um den Ausbau des Aufbaues 17 zusammen mit der Stellstange 18 zu erleichtern, weist das innere Ende der Stellstange eine Mutter 58 auf, die in einen im oberen Abschnitt 24 des Absperrorgans ausgebildeten schlüssellochartigen Schlitz 59 eingreift. Wenn sich das Absperrorgan in der angehobenen Stellung befindet, kann der gesamte Aufbau 17 nach Lösen der Kopfschrauben 29 in seitlicher Richtung verschoben werden, wodurch die Mutter 58 außer Eingriff mit dem Schlitz 59 gebracht wird.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Dichtungsvorrichtung ist wie folgt. Bei normaler Verwendung des Schiebers kann innerhalb des Schiebergehäuses ein erheblicher Flüssigkeitsdruck herrschen. Die Dichtung 37 muß dann in der Regel den ganzen Druckunterschied aushalten. Die Ringe 4la-4lc bilden dann eine flüssigkeitsdichte Dichtung, da ihre Innen- und Außenränder in eine Dichtberührung mit der Umfangsflache 43 bzw. der Außen-

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fläche der Stange 18 beaufschlagt sind. Wenn die Stange 18 nach unten verlagert wird, nehmen die Ringe 4la-4lc die in Pig. 4 dargestellte Lage ein, während bei Aufwärt sbewegung der Stange 18 die Ringe in die in Fig. 3 dargestellte Lage gelangen. Der an der Dichtung anliegende Druckabfall wirkt dahingehend, die Ringe in die in Fig. 3 dargestellte Lage zu bringen. Nach einer Verlagerung der Stange 18 nach unten reicht jedoch der Druck innerhalb des Gehäuses im allgemeinen nicht dazu aus, die Ringe in der in Fig. 3 dargestellten Weise abzuflachen. Wenn es notwendig oder wünschenswert ist, ein unter Druck stehendes Schmiermittel oder ein zähflüssiges Dichtmittel zum Zwecke der Wartung oder zur Beseitigung eines etwa auftretenden Leckflusses anzuwenden, wird ein entsprechendes Schmiermittel oder zähflüssiges Dichtmittel durch die Druckvorrichtung 53 in den Ringraum 52 eingebracht, und wirkt sowohl auf die innere als auch auf die äußere Dichtung ein. Falls der Schmiermitteldruck übermäßig hoch sein sollte, gestatten die Ringe 4la-4lc ein geringes Entweichen des Schmiermittels, wodurch der Druck entlastet wird, durch den die Dichtungen beschädigt werden könnten. Nach dem Einführen des unter Druck stehenden Schmier- oder Dichtmittels, von dem ein Teil entweicht, stehen die Ringe 4la-41c weiterhin in abdichtender Berührung mit der Stange Der weichere Teflonring zwischen den härteren Nylonringen ergibt eine zuverlässigere Abdichtung bei gleichzeitig weniger strengen Anforderungen im Hinblick auf die Bear-

beitungsqualität an den Innen- und Außenrändern der Nylonringe .

Es hat sich gezeigt, daß eine primäre Stangendichtung der vorstehend beschriebenen Ausführung auch unter verhältnismäßig ungünstigen Betriebsbedingungen einwandfrei arbeitet, ohne einen übermäßig hohen Verschleiß zu zeigen. Das dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die Ringe 4la-4lc hohe Beanspruchungen ohne Beschädigung der Abdichtflächen aushalten können. Außerdem unterliegt eine derartige primäre Dichtung keinem hohen Verschleiß, auch wenn die Oberfläche der Stange 18 im Laufe des Gebrauches rauh geworden ist oder Vertiefungen aufweist. Die Anwendung eines unter Druck stehenden Schmiermittels oder zähflüssigen Dichtmittels kann zu dem Zweck erfolgen, die Dichtung in einem guten Arbeitszustand zu halten, oder eine Abdichtung bei Auftreten eines Leckflusses zu bewirken, falls die Ringe 41 im Gebrauch beschädigt oder abgenutzt werden sollten.

Bei einer praktischen Ausführung hatte beispielsweise die Stange 18 einen Durchmesser von 5o,8 mm, während der Durchmesser der Bohrung für die Stange 5o,91 mm betrug. Der Durchmesser der ümfangsfläche 43 in der Ausnehmung betrug 6o,12 mm, und der Abstand zwischen den Schulterflächen der Ausnehmung 5,o8 mm. Der Durchmesser der unterhalb der Ausnehmung 42 befindlichen Bohrung betrug 52,43 mm. Vor dem Zusammenbau betrugen die Außen- und Innendurchmesser

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der Ringe 4Ia-¹JIc jeweils 60,33 nun bzw. 50,65 mm, und die Ringe hatten eine Dicke von 1,52 mm. Die Abschrägung 46 hatte einen Winkel von 45°, so daß die Breite der Abschrägung 1,52 mm betrug.

Wenngleich die vorstehend beschriebene Dichtung in der Anwendung auf einen Absperrschieber dargestellt worden ist, dürfte sie sich gleichermaßen auch auf andere Vorrichtungen anwenden lassen, bei denen eine Druckdichtung an einer hin und her verstellbaren Stange benötigt wird. f

Claims

204~397

Patentansprüche :

l.j Schieber, bestehend aus einem Schiebergehäuse mit Durchflußkanälen, die mit Rohrleitungen verbindbar sind, einem innerhalb des Gehäuses angeordneten und zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verschiebbaren Absperrorgan, einer Wand an dem einen Ende des Gehäuses, einer durch eine Ausnehmung in der Wand durchgeführten Schieberstellstange, deren inneres Ende mit dem Absperrorgan verbunden ist und zu dessen Betätigung dient, und mit einer von der Wand gehaltenen und eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der Wand und der Stange bildenden Dichtungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtungsvorrichtung aus mehreren seitlich nebeneinander um den Schaft der Stellstange (18) herum angeordneten Ringen (4la-4lb-4lc) besteht, die Wand (27) eine Ringausnehmung (42) zur Aufnahme der Ringe aufweist, die durch ein° Umfangsfläche (43) und durch in einem gegenseitigen Abstand angeordnete äußere und innere Schulterflächen (44, 45) gebildet wird, je-der Ring in bezug auf den Durchmesser der Stange und den Durchmesser der Umfangsflache der Ausnehmung solche Abmessungen aufweist, daß sein Innen- und Außenrand normalerweise in flüssigkeitsdichte Berührung mit der Stange bzw. der Umfangsflache gedrückt wird, und daß die äußere Schulterfläche (44) in einer im wesentlichen senkrechten Ebene zur Stangenachse liegt

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und die Ringe aus einem nichtmetallischen, elastisch federnden Werkstoff bestehen.
2. Schieber nach Anspruch 1, insbesondere Absperrschieber, bei dem die Stellstange in einander entgegengesetzten Richtungen beweglich ist, um das Absperrorgan zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung zu verstellen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wand (27) und der Stange (18) auf der Außenseite der ersten Dichtungsvorrichtung (37) eine sekundäre Dichtungs- ä vorrichtung (38) vorgesehen ist.
3. Schieber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (53* 54, 55) zum Einführen eines unter Druck sicher': - plastischen Materials in den zwischen den beiden Die .u.,:svcrrir?htunge ^l (37 ₁ 38) befindlichen Raum (52) vorgesehen ist.
4. Schieber nadh Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,

daß die innere Schulterfläche (45) eine Abschrägung (46) ^

aufweist, so daß sich die Ringe bei Einführen eines unter Druck stehenden plastischen Materials gegen die Abschrägung verformen können und ein Überdruck des plastischen Materials durch Abfließen desselben zwischen den Ringen und der Stange entlastbar ist.

BAD
5· Schieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einige Ringe (41) aus einem härteren Werkstoff, und einige Ringe aus einem weicheren Werkstoff bestehen, wobei die weicheren Ringe zwischen die härteren Ringe zwischengelegt sind.
6. Schieber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die härteren Ringe einen Härtegrad von etwa 50 bis 65 entsprechend der Shoreskala D, und die weicheren Ringe einen Härtegrad von etwall2 bis 120 entsprechend der Rockwellskala aufweisen.