DE102008006676A1

DE102008006676A1 - Flachdichtung

Info

Publication number: DE102008006676A1
Application number: DE200810006676
Authority: DE
Inventors: Rolf Prehn
Original assignee: FEDERAL MOGUL SEALING SYS SpA; Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Current assignee: FEDERAL MOGUL SEALING SYS SpA; Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2009-08-06
Also published as: US20110006487A1; JP2011511217A; CN101970915A; EP2235405A1; WO2009094964A1

Abstract

Flachdichtung, insbesondere abgasseitige Dichtung für eine Brennkraftmaschine, gebildet durch ein mindestens einlagiges mit einer Ausnehmung versehenes Dichtelement, bestehend aus einem hochwertigen, insbesondere einem sehr temperaturbeständigen, metallischen Werkstoff, sowie ein das Dichtelement aufnehmendes Trägerelement aus einem geringerwertigen metallischen Werkstoff, wobei das Trägerelement das Dichtelement dergestalt aufnimmt und führt, dass das Dichtelement fixierbar und montierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung, insbesondere eine abgasseitige Dichtung für eine Brennkraftmaschine.
Für derartige Dichtungen werden derzeit metallische Dichtungen eingesetzt. Die Materialauswahl für eine solche Dichtung richtet sich dabei nach der höchsten Temperatur bzw. der Dauereinsatztemperatur. Aufgrund der Tatsache, dass moderne Triebwerke bzw. Motoren immer höhere Ansprüche an die Dichtungstechnik stellen, weil sowohl die Verbrennungsdrücke als auch die Verbrennungstemperaturen stetig steigen, müssen immer höherwertigere Materialien eingesetzt werden, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.
In der EP 0 955 489 B1 wird eine Metalldichtung mit verschiedenen Oberflächendruckbereichen beschrieben, beinhaltend eine erste, eine zweite und eine dritte Metallplatte, wobei die erste und die zweite Metallplatte gesickte Bereiche aufweisen und die dritte Metallplatte mit der ersten und zweiten Metallplatte durch Umbördeln eines inneren Bereiches in Wirkverbindung steht.
Der JP 02286859 A ist eine Zylinderkopfdichtung zu entnehmen, die im Bereich von Mediendurchgangslöchern Arretierelemente zur Aufnahme von Einlagen aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung, insbesondere eine abgasseitige Dichtung für eine Brennkraftmaschine, bereit zu stellen, bei welcher durch Optimierung der zum Einsatz gelangenden Werkstoffe einerseits eine Preisreduzierung gegenüber herkömmlichen Flachdichtungen erzielt wird und andererseits ein einfacherer konstruktiver Aufbau gegeben sein soll.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Flachdichtung, insbesondere eine abgasseitige Dichtung für eine Brennkraftmaschine, gebildet durch ein mindestens einlagiges mit einer Ausnehmung versehenes Dichtelement, bestehend aus einem hochwertigen, insbesondere einem sehr temperaturbeständigen, metallischen Werkstoff sowie ein das Dichtelement aufnehmendes Trägerelement aus einem geringerwertigen metallischen Werkstoff, wobei das Trägerelement das Dichtelement dergestalt aufnimmt und führt, dass das Dichtelement fixierbar und montierbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Mit dem Erfindungsgegenstand wird somit eine Art Hybridlösung, bestehend aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen bereitgestellt, wobei lediglich der höheren Temperaturen ausgesetzte, relative schmale Dichtbereich durch ein Dichtelement aus sehr hochwertigem temperaturbeständigem Werkstoffgebildet wird. Als Trägerelement für dieses Dichtelement kann ein Blech aus wesentlich günstigerem Material verwendet werden, das in der Hauptsache nur dazu dient, entsprechende Einbaudicken zu realisieren, bedarfsweise mehrere Dichtelemente miteinander zu verbinden und die gesamte Dichtung montier- und fixierbar zu gestalten.
Durch gezielte Kombination geeigneter Werkstoffe kann gegenüber bisher eingesetzten Lösungen ein beträchtlicher Kostenvorteil erreicht werden, da nicht mehr die gesamte Dichtung aus hochwertigen Werkstoffen bestehen muss, sondern nur noch partiell in den Dichtbereichen entsprechende Werkstoffe zum Einsatz gelangen.
Die Verbindung des Dichtelementes und des Trägerelementes wird vorteilhafter Weise auf mechanischer Basis durch Verklammern erzielt.
Eine erfindungsgemäße Flachdichtung ist vorteilhaft einsetzbar als Auspuffflanschdichtung.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung der Flachdichtung vorgeschlagen, indem ein mindestens einlagiges Dichtelement vorgebbarer Kontur ausgestanzt wird, dass ein einzelnes Trägerelement oder mehrere Elemente, die zu einem Trägerelement verbunden werden, ausgestanzt werden, wobei das Trägerelement eine Lochung aufweist, dass dichtelementseitig aus dem Trägerelement, respektive den Elementen, Nasen ausgestanzt werden, dass Nasen zumindest partiell aufgeweitet werden, dass das Dichtelement auf einzelne der Nasen aufgelegt wird, und dass weitere Nasen unter Bildung einer Schnappverbindung in Richtung des Dichtelementes rückverformt werden.
Die Art der mechanischen Verbindung ist leicht herstellbar und kann mit am Markt gängigen Technologien gefertigt werden.
Die Nasen können durch entsprechende Verpressung als zusätzliche Dichtmittel wirken. Diese können beispielsweise für die Mikroabdichtung benutzt werden, wenn ein Werkstoff als Trägerblech verwendet wird, der weich genug ist und entsprechend fließen kann. Die Nasen können auch als Stopperelemente dienen, sofern der Werkstoff des Trägerbleches fest bzw. steif genug ist. Ein weiterer Vorteil der Verklammerung mit solchen Nasen ist, dass durch die Anzahl und Form der Nasen die Wärmeleitung bzw. der Wärmetransport eingestellt werden kann. Dadurch lassen sich auch sehr unterschiedliche Werkstoffe mit sehr unterschiedlichen Temperatureinsatzbereichen miteinander kombinieren.
Durch die Art der Verklammerung lässt sich darüber hinaus einstellen, ob und wie viel Spiel (radiales Spiel) zwischen dem Dichtelement und dem Trägerelement vorhanden ist bzw. sein soll. Auf diese Weise können Unterschiede bezüglich des thermischen Ausdehnungsverhaltens und der damit verbundenen thermisch bedingten Spannungen der beiden Werkstoffe ausgeglichen werden.
Als Werkstoffe für das Dichtelement eignen sich insbesondere Ni-Cr-Fe-Legierungen, wobei auch auf andere temperaturbeständige Legierungen zurückgegriffen werden kann. Das Trägerelement kann aus einem handelsüblichen Stahl, z. B. Kaltband, bestehen.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 und 2 prinzipieller Aufbau der erfindungsgemäßen aus Trägerelement und Dichtelement bestehenden Flachdichtung;
3 und 4 Schnitte durch Verbindungsvarianten zwischen Trägerelement und Dichtelement;
5 alternative Ausgestaltungsform zu den 3 und 4;
6 alternative Ausgestaltungsform zu den 1 und 2.
Die 1 und 2 zeigen alternative Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen als Auspuffflanschdichtung einsetzbaren Flachdichtung 1. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Erkennbar ist ein Trägerelement 2, beispielsweise bestehend aus Kaltband, das mit einer Lochung 3 versehen ist. Innerhalb dieser Lochung 3 ist ein Dichtelement 4, beinhaltend eine Ausnehmung 4', geführt und über nur angedeutete, aus der Trägerelement 2 herausgeformte, Nasen 5 mit dem Trägerelement 2 nach Art einer Schnappverbindung mechanisch verbunden. Die Nasen 5 sind in entgegengesetzter Richtung aufgeweitet, so dass einige davon oberhalb und andere unterhalb des Dichtelementes 4 positioniert sind. Das Dichtelement 4 besteht in diesem Beispiel aus einer temperaturbeständigen Ni-Fe-Cr-Legierung und wird innerhalb der Lochung 3 des Trägerelementes 2 geführt, dergestalt, dass es leicht fixierbar und montierbar ist.
Die 3 und 4 zeigen Schnitte durch Verbindungsvarianten zwischen Trägerelement 2 und Dichtelement 4. Dargesellt sind jeweils im oberen Bild die aufgeweiteten Nasen 5 sowie der freie Schenkel 6 des Dichtelementes 4, der zunächst auf den unteren Nasen 5 des Trägerelementes 2 aufliegt. Das untere Bild der 3 und 4 zeigt den Zustand, in welchem die oberen Nasen 5 rückverformt wurden und den Schenkel 6 somit zwischen sich führen und in geklammerter Position halten. Das Dichtelement 4 ist außerhalb des freien Schenkels 6 mit einem gesickten Bereich 7 versehen.
Sowohl das Trägerelement 2 als auch das Dichtelment 4 werden aus geeigneten plattenartigen Vorprodukten ausgestanzt, wobei die Lochung 3 des Trägerelementes 2 der Außenkontur des zum Einsatz gelangenden Dichtelementes 2 entspricht. Lochungsseitig werden darüber hinaus die Nasen 5 ausgestanzt und in entgegengesetzter Richtung aufgeweitet. Das Dichtelement 2 wird auf einzelne untere Nasen 5 aufgesetzt und abschließend die oberen Nasen 5 in Richtung des Dichtelementes 2 rückverformt, so dass sie – wie in den 3 und 4 erkennbar – auf dem freien Schenkel 6 des Dichtelementes 4 aufliegen.
5 zeigt eine zu den 3 und 4 alternative Ausgestaltungsform. In den 3 und 4 werden axial außerhalb des Schenkels 6 durch die Nasen 5 Materialüberstände gebildet.
5 zeigt eine Ausgestaltungsform, bei welcher die Nasen 5 des Trägerelements 2 und das Dichtelement 4 in einer Ebene vorgesehen sind, d. h., dass Nasen 5 in radialen Ausnehmungen 8 des Dichtelementes 4 eingebracht sind.
6 zeigt eine zu den 1 und 2 alternative Ausgestaltungsform einer Flachdichtung 9. Es sind zwar gleichartige Bauteile, nämlich ein Trägerelement 10 und ein Dichtelement 11 gegeben, die jedoch in andersartiger Weise miteinander in Wirkverbindung gebracht werden. Das Trägerelement 10 beinhaltet eine Lochung 12, während das Dichtelement 11 mit einer Ausnehmung 11' versehen ist. Die Lochung 12 und die Ausnehmung 11' sind deckungsgleich ausgebildet. Da das Dichtelement 11 gegenüber den 1 und 2 nicht innerhalb der dort gegebenen Lochung des Trägerelementes positioniert ist, muss hier eine andersartige Verbindung herbeigeführt werden. Das Dichtelement 11 wird in ausgerichteter Form, d. h. kozentrisch zur Lochung 12, positioniert. Aus dem Vollmaterial des Trägerelementes 10 wurden Nasen 13 herausgeformt, die äquivalent zu denjenigen gemäß den 1 und 2 anzusehen sind, mit dem Unterschied, dass nur eine obere Nase 13 gegeben ist, da das Dichtelement 11 mit seiner radialen Wandstärke auf dem Trägerelement 10 aufliegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0955489 B1 [0003]
- JP 02286859 A [0004]

Claims

Flachdichtung, insbesondere abgasseitige Dichtung (1) für eine Brennkraftmaschine, gebildet durch ein mindestens einlagiges mit einer Ausnehmung (4', 11') versehenes Dichtelement (4, 11), bestehend aus einem hochwertigen, insbesondere einem sehr temperaturbeständigen, metallischen Werkstoff sowie ein das Dichtelement (4, 11) aufnehmendes Trägerelement (2, 10) aus einem geringerwertigen metallischen Werkstoff, wobei das Trägerelement (2, 10) das Dichtelement (4, 11) dergestalt aufnimmt und führt, dass das Dichtelement (4, 11) fixierbar und montierbar ist.
Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Dichtelement (4, 11) und Trägerelement (2, 10) auf mechanischer Basis durch Verklammern herbeigeführt ist.
Flachdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (2) eine der äußeren Kontur des Dichtelementes (4) entsprechende Lochung (3) aufweist, und dass das Trägerelement (2) lochungsseitig mehrere verformbare Nasen (5) zur Aufnahme und Führung des Dichtelementes (4) vorgesehen sind.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (10) eine Lochung (12) aufweist, die der Ausnehmung (11') des Dichtelements (11) entspricht, so dass das Dichtelement (11) auf dem Trägerelement (10) aufliegt und das Dichtelement (11) vonverformbaren Nasen (13) gehalten ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (2) mit mindestens einer umlaufenden Sicke (7) versehen ist.
Flachdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein definiertes radiales Spiel zwischen dem Dichtelement (4) und dem Trägerelement (2) einstellbar ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (2, 11) aus einem temperaturbeständigen Ni-Cr-Fe-Werkstoff besteht.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (2, 11) aus Stahl, insbesondere Kaltband, besteht.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, einsetzbar als Auspuffflanschdichtung.
Verfahren zur Herstellung einer Dichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mindestens einlagiges Dichtelement (4, 11) vorgebbarer Kontur ausgestanzt wird, dass ein einzelnes Trägerelement (2, 10) oder mehrere Elemente, die zu einem Trägerelement (2, 10) verbunden werden, ausgestanzt werden, wobei das Trägerelement (2, 10) eine Lochung (3, 12) aufweist, dass dichtelementseitig aus dem Trägerelement (2, 10), respektive den Elementen, Nasen (5, 13) ausgestanzt werden, dass Nasen (5, 13) zumindest partiell aufgeweitet werden, dass das Dichtelement (4, 11) auf einzelne der Nasen (5, 13), respektive das Trägerelement (10) aufgelegt wird, und dass weitere Nasen (5), respektive die Nasen (13), unter Bildung einer Schnappverbindung in Richtung des Dichtelementes (4, 10) rückverformt werden.