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Das die Erfindung betreffende
technische Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft in allgemeiner Weise metallische
Flachdichtungen.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere eine metallische Flachdichtung mit
wenigstens zwei Dichtungsabschnitten, die dazu bestimmt sind, zwischen zwei
zusammenzufügende
Teile positioniert zu werden, und wenigstens einem Verbindungsabschnitt zwischen
den Dichtungsabschnitten.
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Sie
betrifft ebenfalls eine Gesamtheit mit zwei miteinander zu verbindenden
Teilen, nämlich
einem ersten Teil mit wenigstens vier Zentrierelementen und einem
zweiten Teil, das mit wenigstens vier Aufnahmen versehen ist, die
dazu bestimmt sind, die Zentrierelemente aufzunehmen, und einer
metallischen Flachdichtung, welche die Verbindung zwischen den zwei
Teilen sicherstellt.
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Die
Erfindung findet eine besonders vorteilhafte Anwendung bei der Verwirklichung
einer Flachdichtung, welche die Dichtheit zwischen zwei Teilen eines
Motors eines Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einem Abgaskrümmer und
einem Abgaszylinderkopf eines Zylinderblocks, sicherstellt.
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Technologischer Hintergrund
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Die
metallischen Flachdichtungen sind Blätter, die dazu bestimmt sind,
zwischen zwei zusammenzufügende
ebene Flächen
positioniert zu werden, um die Dichtheit zwischen diesen zwei Flächen durch
Schließen
derer Unebenheiten sicherzustellen. Diese metallischen Flachdichtungen
umfassen Positionierungsöffnungen,
die dafür
ausgelegt sind, Zentrierstifte aufzunehmen, um sie genauestens auf
den zusammenzufügenden
Flächen
zu positionieren.
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Bei
Kraftfahrzeugmotoren ist es erforderlich, um die Dichtheit im Verbindungsbereich
zwischen Leitungen des Abgaszylinderkopfes des Zylinderblocks und
Einlassleitungen des Abgaskrümmers
sicherzustellen, Dichtungsabschnitte um jede Leitung vorzusehen.
Jede Leitung am Eingang des Krümmers
ist von einem Flansch umgeben.
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Im
Allgemeinen verwendet man eine einzige einstückige Dichtung mit genauso
vielen Dichtungsabschnitten wie Leitungen und mit einem steifen
Verbindungsabschnitt zwischen jedem Dichtungsabschnitt der Dichtung.
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Der
Abgaszylinderkopf des Zylinderblocks besitzt Zentrierelemente wie
beispielsweise Stifte, und die Flansche des Krümmers haben durchgehende Löcher, um
diese Stifte aufzunehmen. Die Positionierungsöffnungen der Flachdichtung
sind gegenüber
den Stiften des Zylinderkopfes und den durchgehenden Löchern der
Flansche des Krümmers
angeordnet.
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Im
Betrieb dehnen sich der Abgaszylinderkopf, die Flachdichtung sowie
der Abgaskrümmer nicht
auf dieselbe Weise aus. Dadurch beobachtet man ein Gleiten eines
jeden Flansches des Krümmers
auf der Dichtung und ein Gleiten der Dichtung auf dem Zylinderkopf.
Dieses Gleiten verursacht eine Scherung der Dichtung. Daraus folgt
nicht nur, dass die Dichtung sich schnell abnutzt, sondern außerdem finden
sich die Dichtungsabschnitte der Dichtung in einer Konfiguration
positioniert wieder, die die Dichtheit um die Leitungen herum nicht
mehr sicherstellt.
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Es
ist bekannt, zwischen die Dichtungsabschnitte der Dichtung und die
Flansche des Abgaskrümmers
ein Schmiermittel zu geben, jedoch sind die Scherkräfte weiterhin
sehr beträchtlich.
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Man
kann auch für
jede Leitung eine Flachdichtung verwenden, wobei jede Flachdichtung
unabhängig
von den anderen ist. Jedoch sind die Herstellungs- und Montagekosten,
die sich aus der Verwendung mehrerer Flachdichtungen ergeben, hoch.
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Aufgabe der
Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Abnutzung der Dichtungsabschnitte einer
Flachdichtung zu verringern, und dass diese Dichtungsabschnitte
im Verhältnis
zu den Flächen
der abzudichtenden Teile, die sich im Verhältnis zueinander bewegen können, korrekt
positioniert bleiben.
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Zu
diesem Zweck wird erfindungsgemäß eine metallische
Flachdichtung mit mindestens zwei Dichtungsabschnitten vorgeschlagen,
die dazu bestimmt sind, zwischen zwei zusammenzufügende Teile
positioniert zu werden, und mit wenigstens einem Verbindungsabschnitt
zwischen den Dichtungsabschnitten, bei welcher jeder Verbindungsabschnitt wenigstens
eine Bruchzone umfasst, d.h. eine Zone, die durchbrochen werden
kann.
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Dank
der Verwendung einer erfindungsgemäßen Flachdichtung verursachen
die von einem Dichtungsabschnitt auf den anderen Dichtungsabschnitt
der Dichtung ausgeübten
Zug- und Stauchkräfte,
wenn die zwei Teile, zwischen welchen man die Dichtheit herstellt,
sich im Verhältnis
zueinander zu bewegen anfangen, den Bruch der Bruchzone des Verbindungsabschnittes
zwischen den beiden Dichtungsabschnitten.
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Die
Dichtungsabschnitte der Flachdichtung werden dann völlig unabhängig voneinander
und sind nicht mehr den Zug- und Stauchkräften ausgesetzt, die von dem
oder den benachbarten Dichtungsabschnitten ausgeübt werden. Die Dichtungsabschnitte
der Flachdichtung bewegen sich dann im Verhältnis zu dem einen oder anderen
Teil unabhängig
voneinander.
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Dementsprechend
haben die Dichtungsabschnitte der Dichtung eine bessere Lebensdauer
und bleiben im Verhältnis
zu den Flächen
der abzudichtenden Teile korrekt positioniert.
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Gemäß einem
anderen vorteilhaften Merkmal der erfindungsgemäßen Flachdichtung besteht die
Bruchzone aus einem gepunkteten Vorschnitt eines jeden Verbindungsabschnitts.
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Gemäß einem
anderen vorteilhaften Merkmal der erfindungsgemäßen Flachdichtung besteht die
Bruchzone aus Einkerbungen an den Rändern eines jeden Verbindungsabschnitts.
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Gemäß einem
anderen vorteilhaften Merkmal der erfindungsgemäßen Flachdichtung besteht die
Bruchzone aus einer Verringerung der Dicke eines jeden Verbindungsabschnitts.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der erfindungsgemäßen Flachdichtung umfasst einer
der Dichtungsabschnitte eine erste kreisförmige Öffnung, die dazu bestimmt ist,
ein zu einem der Teile gehörendes
zylindrisches Zentrierelement aufzunehmen, mit einem an den Durchmesser
des Elementes angepassten Durchmesser.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der erfindungsgemäßen Flachdichtung umfasst einer
der Dichtungsabschnitte eine zweite längliche Öffnung, die sich in Richtung
der ersten Öffnung
erstreckt.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls eine Gesamtheit, die zwei miteinander
zusammenzufügende
Teile umfasst, nämlich
ein erstes Teil mit wenigstens vier Zentrierelementen und ein zweites
Teil, das mit wenigstens vier Aufnahmen versehen ist, die dazu bestimmt
sind, die Zentrierelemente aufzunehmen, wobei die Gesamtheit eine
wie oben beschriebene metallische Flachdichtung aufweist, welche
die Verbindung zwischen den zwei Teilen sicherstellt, bei welcher
die erste und die zweite Öffnung
des Dichtungsabschnittes dazu bestimmt sind, von den Zentrierelementen
durchdrungen zu werden.
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Gemäß einem
ersten Merkmal der erfindungsgemäßen Gesamtheit
bestehen das erste Teil, das zweite Teil und die Flachdichtung aus
unterschiedlichen Materialien.
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Gemäß einem
anderen vorteilhaften Merkmal der erfindungsgemäßen Gesamtheit weist sie ein Schmiermittel
zwischen dem zweiten Teil und den Dichtungsabschnitten der Flachdichtung
auf.
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Gemäß einem
anderen vorteilhaften Merkmal der erfindungsgemäßen Gesamtheit umfasst das erste
Teil einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors und umfasst das
zweite Teil einen Abgaskrümmer
eines Verbrennungsmotors.
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Ausführliche
Beschreibung einer Ausführungsform
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Die
im Hinblick auf die angefügten
Zeichnungen, die beispielhaft in nicht beschränkender Weise angegeben sind,
nun folgende Beschreibung wird deutlich machen, worin die Erfindung
besteht und wie sie ausgeführt
werden kann.
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In
den angefügten
Zeichnungen ist:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht einer Gesamtheit mit einem Abgaszylinderkopf eines
Zylinderblocks, einem Abgaskrümmer
und einer Flachdichtung gemäß der Erfindung;
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2 eine
Ansicht gemäß dem Schnitt
A-A eines Teils der Gesamtheit der 1, im Kaltzustand,
nach der Montage und vor jeglichem Betrieb;
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3 eine
Sicht gemäß dem Schnitt
A-A eines Teils der Gesamtheit der 1 im Warmzustand nach
einigen Betriebsminuten.
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In 1 ist
schematisch eine Gesamtheit eines Kraftfahrzeuges mit einem Abgaszylinderkopf 10 eines
Zylinderblocks, genannt Abgaszylinderkopf 10, einem Abgaskrümmer 20 und
einer metallischen Flachdichtung 30 dargestellt, welche
die Verbindung zwischen dem Abgaszylinderkopf 10 und dem
Abgaskrümmer 20 sicherstellt.
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Der
Abgaszylinderkopf 10 umfasst an seinem Ausgang vier Leitungen 11, 12, 13, 14,
die dazu bestimmt sind, Abgase hin zu vier anderen Leitungen 21, 22, 23, 24 am
Eingang des Abgaskrümmers 20 zu
befördern.
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Die
Leitungen 11, 12, 13, 14 am
Ausgang des Zylinderkopfs münden
jede in eine ebene Fläche 41, 42, 43, 44 des
Zylinderkopfs 10. Die Leitungen 21, 22, 23, 24 am
Eingang des Abgaskrümmers 20 sind
jede von einem Flansch 61, 62, 63, 64 umgeben, der
eine ebene Fläche 71, 72, 73, 74 gegenüber den ebenen
Flächen 41; 42, 43, 44 des
Zylinderkopfs 10 aufweist.
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Wie
es in der 1 gezeigt ist, umfasst die Flachdichtung 30 einerseits
vier Dichtungsabschnitte 31, 33, 35, 37,
die dazu bestimmt sind, zwischen den ebenen Flächen 41, 42, 43, 44 des
Zylinderkopfes 10 und den ebenen Flächen 71, 72, 73, 74 der
Flansche 61, 62, 63, 64 des
Krümmers 20 positioniert
zu werden, und andererseits einen Verbindungsabschnitt 32, 34, 36 zwischen
einem jeden Dichtungsabschnitt 31, 33, 35, 37.
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Jeder
Dichtungsabschnitt 31, 33, 35, 37 umfasst
eine Zentralöffnung 91, 92, 93, 94 für den Durchgang
von Abgasen, die dazu bestimmt ist, bei der Montage der Flachdichtung 30 gegenüber einerseits
die Einmündung
der entsprechenden Leitung 11, 12, 13, 14 des
Zylinderkopfes 10 und andererseits die Einmündung der
entsprechenden Leitung 21, 22, 23, 24 des
Krümmers 20 zu
kommen.
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Um
die Flachdichtung 30 zwischen dem Zylinderkopf 10 und
dem Krümmer 20 zu
positionieren, umfasst der Zylinderkopf 10 Zentrierelemente
oder Stifte 51, 52, 53, 54, 51A, 52A, 53A, 54A,
die dazu bestimmt sind, Positionieröffnungen 81, 82, 83, 84, 81A, 82A, 83A, 84A,
die in den Dichtungsabschnitten der Flachdichtung 30 ausgebildet
sind, zu durchdringen, sowie durchgehende Löcher 85, 85A, 86, 86A, 87, 87A, 88, 88A,
die in den Flanschen 61, 62, 63, 64 des
Krümmers 20 ausgebildet
sind. Eine Mutter (nicht dargestellt) ist hinter dem entsprechenden Flansch 61, 62, 63, 64 auf
jeden Stift 51, 51A, 52, 52A, 53, 53A, 54, 54A aufgeschraubt.
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Die
Stifte 51, 52, 53, 54, 51A, 52A, 53A, 54A sind
in Zweier-Gruppen auf jeder ebenen Fläche 41, 42, 43, 44 des
Zylinderkopfes 10 an gegenüberliegenden Stellen der Einmündung der
entsprechenden Leitung 11, 12, 13, 14 angeordnet.
Ebenso sind die durchgehenden Löcher 85, 85A, 86, 86A, 87, 87A, 88, 88A in
Zweier-Gruppen auf jeder ebenen Fläche 71, 72, 73, 74 der
Flansche 61, 62, 63, 64 an gegenüberliegenden
Stellen der Einmündung
der entsprechenden Leitung 21, 22, 23, 24 angeordnet.
Alternativ können
mehr als zwei Stifte pro Leitung oder weniger als zwei Stifte pro
Leitung vorgesehen sein.
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Das
durchgehende Loch 86 des Flansches 62 des Abgaskrümmers 20 ist
ein kreisförmiges
Zentrierloch, das dazu bestimmt ist, den Stift 52 mit einem
an den Durchmesser des Stiftes 52 angepassten Durchmesser
aufzunehmen, so dass der Krümmer 20 mit
dem Zylinderkopf 10 an einem Punkt verbunden ist. Zudem
ist das durchgehende Loch 88 im an einem der beiden Enden
des Krümmers 20 angeordneten
Flansch 64 ein Langloch, um eine Drehung des Krümmers 20 um
das Zentrierloch 86 zu blockieren. Die anderen Löcher 85, 85A, 86A, 87, 87A, 88A sind
kreisförmige
Löcher
mit einem Durchmesser, der größer als
der Durchmesser der Stifte ist, damit die Flansche 61, 62, 63, 64 des
Abgaskrümmers 20 sich frei
ausdehnen können.
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Nichtsdestotrotz
kann man etwas anderes als ein Zentrierloch und ein Langloch als
System zur Montage der Dichtung auf dem Krümmer verwenden, beispielsweise
durch Verwendung dreier Langlöcher.
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Ebenso
wie für
den Krümmer 20 umfasst
die Flachdichtung 30 auf dem Dichtungsabschnitt 33,
in der Nähe
des Zentrums der Flachdichtung 30, die Öffnung 82, die dazu
bestimmt ist, mit einem an den Durchmesser des Stiftes 52 angepassten
Durchmesser den Stift 52 aufzunehmen, welche die Rolle
eines Zentrierloches spielt, um die Flachdichtung an einem Punkt
auf dem Zylinderkopf 10 zu zentrieren. Die Flachdichtung 30 umfasst
auf dem an einem Ende der Flachdichtung 30 befindlichen
Dichtungsabschnitt 37 ebenso eine Langloch genannte längliche Öffnung 84,
die sich in Richtung des Zentrierloches 82 erstreckt, um
eine Drehung der Flachdichtung 30 um das Zentrierloch 82 zu
verhindern.
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Damit
man die Flachdichtung 30 auf den Zylinderkopf 10 montieren
kann, sind die anderen Öffnungen 81, 83, 81A, 82A, 83A, 84A der
Dichtung kreisförmig
und von einem Durchmesser, der größer als der Durchmesser der
Stifte 51, 51A, 52A, 53, 53A, 54A ist,
die sie durchqueren.
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Lediglich
der Dichtungsabschnitt 33 der Dichtung 30 mit
dem Zentrierloch 82 ist direkt mit dem Zylinderkopf 10 verbunden,
genauso wie lediglich der Flansch 62 des Krümmers 20 direkt
mit dem Zylinderkopf 10 verbunden ist.
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Vorteilhafterweise
umfasst jeder Verbindungsabschnitt 32, 34, 36 erfindungsgemäß wenigstens
eine Bruchzone 95, 96, 97, die dafür ausgelegt ist,
nach mehrminütigem
Motorbetrieb nachzugeben, um so die Dichtungsabschnitte 31, 33, 35, 37 der Flachdichtung 30 unabhängig voneinander
zu machen. Hier besteht jede Bruchzone 95, 96, 97 aus Einkerbungen
an den Rändern
der Verbindungsabschnitte 32, 34, 36.
Diese Einkerbungen wirken als Bruchauslöser.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, dass die Bruchzone aus einem gepunkteten Vorschnitt
eines jeden Verbindungsabschnitts oder auch aus einer Verjüngung der
Dicke eines jeden Verbindungsabschnittes besteht.
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Jeder
Dichtungsabschnitt 31, 33, 35, 37 der Flachdichtung 30 umfasst
eine durch Tiefziehen erhaltene Rippe 75, 76, 77, 78.
Diese Rippe 75, 76, 77, 78 erlaubt
es, eine Öffnung
zwischen den Dichtungsebenen der zwei Teile 10, 20 zu
schließen,
wobei die flache Dichtungsebene die Ebene ist, für welche die Fläche eines
der Teile in Berührung
mit einer der Flächen
der Flachdichtung 30 trennt, um eine zuverlässige Dichtheit
zwischen den zwei Teilen aufrecht zu erhalten. Diese Rippe 75, 76, 77, 78 des
Dichtungsabschnittes 31, 33, 35, 37 der
Flachdichtung 30 besitzt eine gewisse Höhe. Wenn man die zwei Teile 10, 20 gegeneinander
presst, erzeugt man um diese Rippe 95, 96, 97, 98 herum
eine Drucklinie, welche die Dichtheit 31, 33, 35, 37 gewährleistet.
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Die
Flächen
der Verbindungsabschnitte 32, 34, 36 sind
im Verhältnis
zum Krümmer 20 und
zum Zylinderkopf 10 druckfrei. Bei dem Zylinderkopf 10 wird
diese Druckfreiheit der Verbindungsabschnitte 32, 34, 36 durch
eine zurückgesetzte
Position der den Verbindungsabschnitten 32, 34, 36 gegenüberliegenden
Abschnitte des Zylinderkopfs 10 im Verhältnis zu den Flächen 41, 42, 43, 44 des
Zylinderkopfs 10 um die Leitungen 11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24 herum
erreicht. Bei dem Krümmer 20 wird
diese Druckfreiheit der Verbindungsabschnitte 32, 34, 36 durch
den Abstand der Flansche 61, 62, 63, 64 erreicht.
Es ist auch möglich,
einen einstückigen Flansch
zu verwenden.
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Im
Betrieb erfolgen die Ausdehnungen des Zylinderkopfs 10,
des Krümmers 20 und
der Flachdichtung 30 im Wesentlichen entlang deren Länge, d.h.
entlang der Richtung X in den Zeichnungen der 1, 2 und 3.
Hier bestehen der Zylinderkopf 10, der Krümmer 20 und
die Flachdichtung 30 aus verschiedenen Materialien und
unterliegen unterschiedlichen Temperaturen, was Ausdehnungsunterschiede
zwischen dem Zylinderkopf 10, dem Krümmer 20 und der Flachdichtung 30 mit
sich bringt. Alternativ kann man auch identische Materialien verwenden,
die unterschiedlichen Temperaturen unterliegen.
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Der
Zylinderkopf 10 erfährt
eine geringe Ausdehnung. In der 3 ist die
durch diese Ausdehnung verursachte Verstellung des Zylinderkopfs 10 durch
die Pfeile M und N dargestellt. Der Abgaskrümmer 20 und insbesondere
seine Flansche 61, 62, 63, 64 dehnen
sich stärker
als der Zylinderkopf 10 aus, was zu einer größeren Verstellung
des Krümmers 20 führt als
diejenige des Zylinderkopfs 10, wie es die Verstellpfeile
I und J in der Zeichnung der 3 zeigen.
Schließlich
unterliegt die Flachdichtung 30 ebenso einer gewissen Ausdehnung,
die sich von der Ausdehnung des Zylinderkopfs 10 und derjenigen des
Krümmers 20 unterscheidet.
Da die Flachdichtung 30 zwischen dem Zylinderkopf 10 und
dem Krümmer 20 positioniert
ist, erfährt
sie eine Verstellung, die zwischen der Verstellung des Zylinderkopfs 10 und
derjenigen des Krümmers 20 liegt,
wie es in der 3 durch die Verstellpfeile K
und L dargestellt ist.
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Zwischen
einer Kaltposition, die in der 2 dargestellt
ist, und einer Warmposition, die in der 3 dargestellt
ist, reibt jeder im Verhältnis
zum Zylinderkopf 10 nicht zentrierte Flansch 61, 63, 64 auf der
Flachdichtung 30. Ebenso reibt der Zylinderkopf 10 im
Zuge seiner Ausdehnung auf den nicht zentrierten Abschnitten 31, 35, 37 der
Flachdichtung 30. Die nicht zentrierten Dichtungsabschnitte 31, 35, 37 der
Flachdichtung 30 werden so durch die Verstellungen der
Flansche 61, 63, 64 und die Verstellung
des Zylinderkopfs 10 mitgenommen, was einen Zug und/oder
einen Stauchung in den Verbindungsabschnitten 32, 34, 36 der
Flachdichtung 30 verursacht.
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Nach
einem gewissen Zeitraum des Kraftfahrzeugbetriebs verursachen die
Zug- und Stauchkräfte den
Bruch der Bruchzonen 95, 96, 97 der Verbindungsabschnitte 32, 34, 36 der
Flachdichtung 30, wie es in der 3 dargestellt
ist.
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Die
Dichtungsabschnitte 31, 33, 35, 37 der Flachdichtung 30 werden
dann voneinander völlig unabhängig und
unterliegen nicht mehr den Zug- und Stauchkräften, die von den benachbarten
Dichtungsabschnitten 31, 33, 35, 37 ausgeübt werden.
Die nicht zentrierten Dichtungsabschnitte 31, 35, 37 der Flachdichtung 30 verstellen
sich dann im Verhältnis zum
Zylinderkopf 10 oder im Verhältnis zu den Flanschen 61, 63, 64 des
Krümmers 20 unabhängig voneinander.
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Dementsprechend
werden die Dichtungsabschnitte 31, 33, 35, 37 der
Flachdichtung 30 weniger mit Zug und Stauchung beansprucht,
und nutzen folglich weniger schnell ab, und sie bleiben auf den Flächen des
Zylinderkopfs 10 und des Krümmers 20 um die Abgasleitungen 11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24 herum
richtig positioniert.
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Die
vorliegende Erfindung ist in keinster Weise auf die beschriebenen
und dargestellten Ausführungsformen
beschränkt,
vielmehr wird der Fachmann jegliche, seinem Horizont entsprechende
Veränderung
vornehmen können.
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Es
kann auch vorgesehen sein, zwischen den ebenen Flächen der
Flansche des Krümmers und
den Dichtungsabschnitten der Flachdichtung ein Schmiermittel einzubringen,
um die Abnutzung der Dichtungsabschnitte durch die beträchtliche
Reibung der Flansche auf diesen Dichtungsabschnitten zu verringern.