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Die
Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung mit wenigstens
zwei übereinander
angeordneten metallischen Dichtungslagen. In miteinander korrespondierenden
Durchlassbereichen der Dichtungslagen sind Löcher vorhanden, die zumindest bereichsweise überlagert
sind und so eine durch die Dichtungslagen hindurchgehende Durchgangsöffnung bilden.
Bei dieser Durchgangsöffnung
kann es sich beispielsweise um eine Fluidöffnung für Öl oder Kühlwasser oder ein Entlüftungsloch
handeln. In vielen Flachdichtungen werden für derartige Durchgangsöffnungen
nur sehr kleine Öffnungsquerschnitte
benötigt,
um den erforderlichen Durchfluss zu gewährleisten. Häufig werden
diese Öffnungen
in die Dichtungslagen eingestanzt. Dabei ergibt sich jedoch das
Problem, dass bei sehr kleinen Öffnungsdurchmessern
von beispielsweise bis zu 6 mm und insbesondere bei einem Durchmesser
von nur bis zu 3 mm die entsprechenden Stanzstempel sehr schnell
verschleißen.
Entsprechend häufig
müssen
die Stanzwerkzeuge ausgetauscht werden, was die Kosten für die so
hergestellten Dichtungen erheblich erhöht.
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Seitens
der Anmelderin ist bereits versucht worden, dieses Problem dadurch
zu umgehen, dass anstelle einer kleinen Öffnung in jede der Dichtungslagen
jeweils eine größere Öffnung eingestanzt
werden. Die Öffnungen
sind jeweils seitlich gegeneinander versetzt angeordnet, so dass
ihre Randbereiche überlagern.
Der Öffnungsquerschnitt
des durch die Überlagerung
der Öffnungen
gebildeten Durchlasses entspricht dem Überlagerungsbereich. Problematisch
ist hierbei aber die starke Schwankung des Öffnungsquerschnitts, wenn die
Dichtungslagen nicht exakt in der vorgesehenen Position übereinander
angebracht sind. Die beobachteten Schwankungen des Öffnungsquerschnitts
von bis zu 200 % in Abhängigkeit
vom Versatz der Dichtungslagen zueinander lassen diese Lösung als
weniger geeignet erscheinen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es entsprechend, eine mehrlagige metallische Flachdichtung
anzugeben, die sich auch bei sehr kleinen Öffnungsquerschnitten von in
der Dichtung vorhandenen Durchgangsöffnungen auf kostengünstige Weise,
insbesondere mit Hilfe eines Stanzwerkzeugs bei möglichst
geringem Verschleiß des
Werkzeugs, herstellen lässt.
Zudem sollte sich bei einem Versatz der Dichtungslagen gegeneinander
die Durchflussmenge durch die Öffnung
nicht oder nur unwesentlich verändern.
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Die
Lösung
der Aufgabe gelingt mit der metallischen Flachdichtung gemäß Anspruch
1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße metallische
Flachdichtung umfasst wenigstens zwei übereinander angeordnete metallische
Dichtungslagen, in denen in einem jeweiligen Durchlassbereich jeweils
wenigstens ein Loch ausgebildet ist, das zumindest bereichsweise
mit dem wenigstens einen Loch der anderen Lage überlappt. Auf diese Weise wird
in den übereinander
angeordneten Dichtungslagen wenigstens eine Durchgangsöffnung gebildet,
deren Öffnungsquerschnitt
dem Überlagerungsbereich
der übereinander
angeordneten Löcher
entspricht. Der so in den korrespondierenden Durchlassbereichen gebildete
Durchlass kann – abhängig von
der Anordnung der Löcher
in erster und zweiter Dichtungslage – aus einer einzigen Durchgangsöffnung bestehen oder
von mehreren durch Überlagerung
gebildeten Durchgangsöffnungen
gemeinsam gebildet sein. Unabhängig
davon dient der Durchlass in übereinander angeordneten,
korrespondierenden Durchlassbereichen der Dichtungslagen als einheitlicher
Versorgungs- oder Entsorgungsdurchlass und ersetzt eine einzelne,
nicht durch Überlagerung
mehrerer Löcher hergestellte
herkömmliche
Durchgangsöffnung.
Bei Aufteilung des Durchlasses in mehrere Durchgangsöffnungen
setzt sich der Öffnungsquerschnitt
daher aus den Einzelöffnungsquerschnitten
der einzelnen Durchgangsöffnungen
zusammen. Die gewünschte Durchflussmenge
pro Zeiteinheit durch den Durchlass wird also durch Einstellen der
Gesamtüberlagerungsfläche der
Löcher
in den korrespondierenden Durchlassbereichen der Dichtungslagen
eingestellt. Der Überlagerungsbereich
kann dabei grundsätzlich beliebig
groß eingestellt
werden, so dass auch sehr kleine Öffnungsquerschnitte erzeugt
werden können. Die
in die erste und zweite Dichtungslage eingestanzten Löcher können dagegen
deutlich größer sein
als die Öffnungsfläche der
durch Überlappung erzeugten
Durchgangsöffnung.
Beispielsweise können
in die einzelnen Dichtungslagen Löcher mit einem Durchmesser
von über
3 mm und bevorzugt über
6 mm eingestanzt werden, so dass der Verschleiß an den entsprechend verwendeten
Stanzwerkzeugen beim Einstanzen dieser Löcher deutlich reduziert werden
kann.
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Beim
Aufeinanderstapeln der ersten und zweiten Dichtungslage mit den
eingestanzten Löchern
besteht die Gefahr, dass die Dichtungslagen nicht immer vollkommen
passgenau aufeinander gefügt
werden können.
In der Praxis kommt es, wie erwähnt,
ohne weitere Maßnahmen
daher häu fig
zu Schwankungen des Öffnungsquerschnitts
der durch Überlagerung
der Löcher
der ersten und zweiten Dichtungslage gebildeten Durchgangsöffnung(en).
In der Praxis sind Abweichungen von bis zu 200 % keine Seltenheit.
Die sich aus den schwankenden Öffnungsquerschnitten
ergebenden Unregelmäßigkeiten
bei der Durchflussmenge eines durch die Öffnung geführten Fluids sind jedoch nicht
akzeptabel. Es muss daher dafür
gesorgt werden, dass die (Gesamt)Öffnungsgröße der Durchgangsöffnung(en), die
durch Überlagerung
größerer Löcher in
der ersten und zweiten Dichtungslage gebildet werden, im Wesentlichen
konstant bleibt – unabhängig davon,
ob beim Aufeinanderstapeln dieser Dichtungslagen Ungenauigkeiten
in der Positionierung zueinander auftreten oder nicht. Erfindungsgemäß wird dies
durch die besondere Ausbildung und Orientierung der Löcher in
der ersten und zweiten Dichtungslage erreicht.
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In
der ersten Dichtungslage ist deshalb ein erstes Loch mit einer ersten
Länge und
ersten Breite vorgesehen. Das zweite Loch in der zweiten Dichtungslage
weist gegenüber
diesem ersten Loch eine geringere Länge (nachfolgend zweite Länge genannt)
als die Länge
des ersten Lochs auf. Seine Breite in einer zur Längsrichtung
des ersten Lochs senkrechten Richtung ist dagegen größer als
die Breite des ersten Lochs. Sind in der zweiten Dichtungslage mehrere
zweite Löcher
vorhanden, bezieht sich die größere Breite
der zweiten Löcher
bezüglich der
Breite des ersten Lochs auf die gesamte maximale Breitenerstreckung,
die von den zweiten Löchern überspannt
wird. Die gemeinsame maximale Breitenerstreckung ist dabei der Abstand
zwischen den am weitesten voneinander entfernt gelegenen Außenränder der
zweiten Löcher,
gemessen in einer zur Längsrichtung
des ersten Lochs in der ersten Dichtungslage senkrechten Richtung.
Die zweiten Löcher müssen dabei
nicht zwangsläufig
auf dieser zur Längsrichtung
des ersten Lochs Senkrechten liegen. Sie können vielmehr auch ober- oder unterhalb dieser
Senkrechten angeordnet sein. Die maximale Breitenerstreckung wird
dann zwischen den beiden Tangenten gemessen, die entlang der entferntesten Außenränder der
zweiten Löcher
und parallel zur Längsrichtung
des ersten Lochs verlaufen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die zweiten
Löcher
alle auf einer zur Längsrichtung
des ersten Lochs senkrechten Linie angeordnet sind, wobei diese
Senkrechte die Längsachse
des ersten Lochs bevorzugt in einem Mittelbereich des ersten Lochs
schneidet. Auch ein einzelnes zweites Loch ist bevorzugt so angeordnet, dass
es mit einem Mittelbereich des ersten Lochs überlagert wird.
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Die
spezielle Anordnung von ersten und zweiten Löchern in der ersten und zweiten
Dichtungslage ermöglicht
es, dass auch bei einem Versatz der Dichtungslagen und einer Abweichung
von der vorgesehen Ausrichtung zueinander noch eine Überlagerung
von ersten und zweiten Löchern
stattfindet und sich der Öffnungsquerschnitt
der durch Überlagerung
von ersten und zweiten Löchern
gebildeten Durchgangsöffnung(en)
nicht oder nur geringfügig ändert. Eine
nur geringfügige Änderung,
das heißt
ein im Wesentlichen unveränderter Öffnungsquerschnitt,
soll bedeuten, dass ein Versatz der ersten zur zweiten Dichtungslage
abweichend von der vorgesehenen Position zu einer Änderung
der Öffnungsquerschnittsfläche von
höchstens
50 % gegenüber
der Öffnungsgröße bei exakter
Positionierung führt.
Bevorzugt ist die Änderung
der Öffnungsquerschnittsfläche nicht
größer als
25 % und insbesondere nicht größer als
15 %.
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Die
ersten und zweiten Löcher
sind also in ihrer Form und Anordnung zueinander zweckmäßig so ausgebildet,
dass Verschiebungen der zweiten Dichtungslage aus der vorgesehenen
Idealposition heraus in Längs-
und/oder Breitenrichtung des ersten Lochs der ersten Dichtungslage
im Wesentlichen nicht zu einer Veränderung der Überlagerungsfläche der
ersten und zweiten Löcher
führt.
Zweckmäßig sind
dabei im Falle mehrerer Löcher
in einem oder beiden der Durchlassbereiche alle Löcher der
einen Dichtungslage bereichsweise mit einem Loch der anderen Dichtungslage überlagert.
Außerdem
ist es bevorzugt, bei mehreren Löchern
in einem oder beiden der Durchlassbereiche in einer der Dichtungslagen ein
Loch weniger vorzusehen als in der anderen Dichtungslage und die
Löcher
mit der geringeren Anzahl zwischen den Löchern mit der höheren Anzahl anzuordnen.
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Die
Form der Löcher
kann – von
den angegebenen Längen-
und Breitenverhältnissen
abgesehen – grundsätzlich beliebig
gewählt
werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn das wenigstens eine erste Loch
und/oder das wenigstens eine zweite Loch sowohl bezüglich einer
der Längserstreckungsrichtung des
ersten Lochs entsprechenden oder hierzu parallelen Mittelachse als
auch bezüglich
einer hierzu senkrechten Mittelachse spiegelsymmetrisch ausgebildet
ist. Das erste Loch kann beispielsweise rechteckig, quadratisch,
rund oder oval ausgebildet sein. Bei der Herstellung eckiger Formen
wird jedoch am entsprechenden Stanzwerkzeug in der Regel ein höherer Verschleiß beobachtet
als bei Formen mit gerundeten Ecken. Aus diesem Grund sind rechteckige Formen
mit gerundeten Ecken gegenüber
Rechtecken grundsätzlich
bevorzugt. Bevorzugt weist das wenigstens eine erste Loch eine größere Länge als Breite
auf, da dies eine größere Toleranz
bei Versatz der Dichtungslagen in der Längserstreckungsrichtung des
ersten Loches erlaubt. Allerdings ist diese Ausbildung des wenigstens
einen ersten Loches nicht zwingend, und es sind auch erste Löcher mit gleicher
Länge wie
Breite oder geringerer Länge denkbar.
Beispielhaft seien runde oder quadratische Formen (erneut bevorzugt
mit gerundeten Ecken) genannt. In diesen Fällen ist die Längserstreckungsrichtung
des ersten Loches diejenige, die senkrecht zur Breitenerstreckung
des wenigstens einen zweiten Loches verläuft.
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Die
Form des wenigstens einen zweiten Loches kann grundsätzlich derjenigen
des erstes Loches entsprechen. Bei Verwendung nur eines zweiten
Lochs in Kombination mit einem ersten Loch sind Rechteckformen oder
Ovale zweckmäßig, ansonsten auch
quadratische und runde Formen oder vieleckige Formen, die beispielsweise
in einem Kreisumfang Platz finden. Im Hinblick auf den Verschleiß des Stanzwerkzeugs
sind auch hier Formen mit gerundeten Ecken bevorzugt.
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Die
Anordnung des wenigstens einen zweiten Loches in der zweiten Dichtungslage
zu dem wenigstens einen ersten Loch der ersten Dichtungslage erfolgt
zweckmäßig so,
dass bei idealer Ausrichtung der ersten und zweiten Dichtungslage
zueinander der Schwerpunkt der Lochanordnung der ersten Dichtungslage
im Wesentlichen mit dem Schwerpunkt der Lochanordnung der zweiten
Dichtungslage zusammenfällt.
Auf diese Weise können
vergleichsweise große
Verschiebungen aus der Ideallage toleriert werden, bevor es zu einer Änderung
des Öffnungsquerschnittes
der durch Überlagerung
der Löcher
in der ersten und zweiten Dichtungslage gebildeten Durchgangsöffnung(en)
kommt. Wenn beispielsweise in der ersten Dichtungslage ein erstes Loch
und in der zweiten Dichtungslage ein zweites Loch vorhanden ist,
werden diese zweckmäßig so zueinander
angeordnet, dass ihre Schwerpunkte bei exakter Ausrichtung von erster
und zweiter Dichtungslage übereinander
zu liegen kommen. Bei sowohl bezüglich
ihrer Längs-
als auch ihrer Breitenrichtung spiegelsymmetrischen Löchern kommen
die Schnittpunkte dieser Spiegelachsen im Falle einer idealen Ausrichtung
von erster und zweiter Dichtungslage zueinander also bevorzugt übereinander zu
liegen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
sind in den miteinander korrespondierenden Durchlassbereichen in
der ersten Dichtungslage zwei erste Löcher und in der zweiten Dichtungslage
ein zweites Loch vorhanden. Zweckmäßig sind die beiden ersten Löcher gleich
groß und
gleichförmig
ausgebildet und bevorzugt im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander
angeordnet, wobei die Längsachsen
der beiden ersten Löcher
bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die Breite
des zweiten Loches ist größer als
der minimale Abstand zwischen den beiden ersten Löchern im Überlagerungsbereich,
und ein Mittelbereich des zweiten Loches überlappt mit dem Stegbereich
zwischen den ersten Löchern.
Bei exakt mittiger Anordnung des zweiten Loches zu den beiden ersten
Löchern
werden Durchgangsöffnungen
zu beiden Seiten des Stegbereichs gebildet. Bei einer Verschiebung
der zweiten Dichtungslage quer zum Stegbereich vergrößert sich
die Durchgangsöffnung
auf einer Seite des Steges, während
sie sich auf der anderen Seite des Steges verkleinert. Bei einer
Verschiebung in Längsrichtung
der ersten Löcher
findet solange keine wesentliche Änderung des Öffnungsquerschnitts
der Durchgangsöffnungen
statt, wie das zweite Loch nicht über eines der Enden der ersten
Löcher
hinausgeschoben wird. Durch entsprechende Auswahl der Form, Größenabmessungen
und Abstände
der Löcher
kann gezielt vorgegeben werden, welche Toleranzen bei der Anordnung
von erster und zweiter Dichtungslage aufeinander noch ausgeglichen
werden können,
ohne dass sich der durch Überlagerung
der Löcher
gebildete Durchlassquerschnitt ändert.
Dies gilt entsprechend für
alle übrigen
Ausführungsformen
der Erfindung.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
ist in der ersten Dichtungslage in einem Durchlassbereich nur ein
erstes Loch vorhanden, und in dem korrespondierendem Durchlassbereich
der zweiten Dichtungslage sind zwei zweite Löcher angeordnet. Auch hier
sind die doppelt vorhandenen zweiten Löcher bevorzugt im Wesentlichen
gleich groß und
gleichförmig
ausgebildet und zweckmäßig im Wesentlichen
spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Wie bereits erwähnt, ist
der Abstand zwischen den am weitesten voneinander entfernt gelegenen
Außenrändern der
zweiten Löcher – d. h.
ihre gemeinsame maximale Breitenerstreckung – größer als die Breite des ersten
Lochs im Überlagerungsbereich.
Der Abstand der zweiten Löcher
ist dagegen kleiner als die maximale Breite des ersten Lochs im Überlagerungsbereich.
Eine die Mittelpunkte der zweiten Löcher miteinander verbindende
Linie schneidet die Längsachse
des ersten Lochs und geht zweckmäßig durch
einen mittleren Bereich des ersten Lochs hindurch. Bei exakt symmetrischer
Anordnung der Löcher
zueinander schneidet die Verbindungslinie zwischen den zweiten Löchern die
Längsachse
des ersten Lochs senkrecht in der Mitte, und der Abstand der beiden
zweiten Löcher
zu der Längsachse
des ersten Lochs ist identisch. Beide zweiten Löcher bilden deshalb jeweils
eine Durchgangsöffnung
mit gleichem Öffnungsquerschnitt
durch Überlappung
mit dem ersten Loch der ersten Dichtungslage. Wie schon im Falle
der oben beschriebenen Anordnung mit zwei ersten Löchern und
einem zweiten Loch bewirkt auch hier eine Verschiebung in Längsrichtung
des ersten Lochs solange keine wesentliche Änderung der Öffnungsquerschnitte
der Durchgangsöffnungen,
bis die zweiten Löcher über eines der
längsseitigen
Enden des ersten Lochs hinausgeschoben werden. Bei einer Verschiebung
quer zur Längserstreckungsrichtung
des ersten Lochs wird die Verkleinerung des einen Öffnungsquerschnitts durch
die Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts der
anderen Durchgangsöffnung
ausgeglichen.
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Das
oben beschriebene Prinzip kann grundsätzlich auch durch Verwendung
von mehr als zwei ersten Löchern
oder mehr als zwei zweiten Löchern pro
Durchlassbereich verwirklicht werden. Beispielsweise können zwei
erste Löcher
und zwei zweite Löcher
miteinander kombiniert werden oder drei erste Löcher mit einem oder zwei zweiten
Löchern,
ein erstes Loch mit drei zweiten Löchern usw. Aus Gründen der
leichteren Herstellbarkeit sind jedoch Durchlassbereiche mit nicht
mehr als zwei Löchern
pro Dichtungslage gegenwärtig
bevorzugt. Abhängig
davon, wie viele Durchgangsöffnungen
in der metallischen Flachdichtung benötigt werden, kann auch mehr
als ein Durchlassbereich pro Dichtungslage auf die oben beschriebene
Weise gebildet werden.
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Neben
den erwähnten
zwei Dichtungslagen kann die erfindungsgemäße metallische Flachdichtung
auch weitere Dichtungslagen umfassen. Deren Anzahl ist grundsätzlich beliebig.
Dabei ist es möglich,
auch in einer oder mehreren der weiteren Dichtungslagen Löcher so
vorzusehen, dass sie durch Überlagerung
mit dem wenigstens einen ersten Loch der ersten Dichtungslage und
dem wenigstens einen zweiten Loch der zweiten Dichtungslage den Öffnungsquerschnitt
der Durchgangsöffnung
mitbestimmen. Da sich auf diese Weise jedoch der Öffnungsquerschnitt
der Durchgangsöffnung(en)
nur noch schwer kontrollieren lässt,
ist dies nicht bevorzugt. Zweckmäßig wird
vielmehr in den weiteren Dichtungslagen im Durchlassbereich, der
den Durchlassbereichen der ersten und zweiten Dichtungslage entspricht,
eine Durchgangsöffnung
vorgesehen, die groß genug
ist, um die Durchflussmenge der durch Überlagerung der Löcher in
der ersten und zweiten Dichtungslage gebildeten Durchgangsöffnung(en) nicht
zu beeinflussen. Entsprechend weist die Durchgangsöffnung in
den weiteren Dichtungslagen bevorzugt eine Öffnungsfläche auf, die groß genug
ist, sämtliche
Löcher
der korrespondierenden Durchlassbereiche der ersten und zweiten
Dichtungslagen zu umfassen.
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Der
erfindungsgemäß durch Überlagerung größerer Löcher in
verschiedenen Dichtungslagen gebildete Durchlass eignet sich besonders
als Durchgangsöffnung
für ein
Fluid wie Öl
oder Kühlflüssigkeit oder
als Entlüftungsöffnung.
Bevorzugt handelt es sich bei der erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung
um eine Zylinderkopfdichtung. Abgesehen von der Ausbildung der Durchlassbereiche
mit den sich überlagernden Öffnungen
in den verschiedenen Dichtungslagen kann die erfindungsgemäße metallische
Flachdichtung ansonsten wie im Stand der Technik üblich ausgebildet
sein. So können
weitere Durchgangsöffnungen
in den Dichtungslagen vorhanden sein, die nicht durch Überlagerung
unterschiedlich ausgebildeter Löcher
gebildet werden. Außerdem
können
die Durchgangsöffnungen
in üblicher Art
und Weise von Dichtelementen umgeben sein. Das Material der einzelnen
metallischen Dichtungslagen ist bevorzugt Stahl, insbesondere Edelstahl,
Federstahl oder Kohlenstoffstahl. Einzelne oder alle der Dichtungslagen
können
ganz oder bereichsweise, ein- oder
beidseitig mit einer Beschichtung versehen sein.
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Die
Herstellung der erfindungsgemäßen metallischen
Flachdichtung erfolgt grundsätzlich
ebenfalls auf an sich im Stand der Technik bekannte Art und Weise.
Wie bereits erwähnt,
werden die Löcher in
den Durchlassbereichen der ersten und zweiten Dichtungslage, die
durch Überlagerung
die wenigstens eine kleinere Durchgangsöffnung ergeben, bevorzugt durch
Stanzen hergestellt. Hierfür
werden die üblichen
Stanzwerkzeuge eingesetzt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Stanzvorgang
gleichzeitig mit dem Einstanzen der übrigen Durchgangsöffnungen
und gegebenenfalls mit dem Freistanzen der Außenkontur der Dichtungslage
in einem Arbeitsschritt erfolgt, da sich so die Kosten für die Herstellung
der Dichtung verringern.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert werden.
Die Figuren beschreiben lediglich beispielhaft einige bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung und sollen die Erfindung in keiner Weise beschränken. In
der Zeichnung zeigen schematisch:
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1(a) und 1(b) ein
erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung mit
einer ersten und einer zweiten Dichtungslage in Teilansichten auf
deren Durchlassbereiche in gesprengter Darstellung und mit aufeinander
angeordneten Dichtungslagen;
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1(c) bis 1(e) verschiedene Teildraufsichten
auf die metallische Flachdichtung gemäß 1(b) mit
unterschiedlicher Anordnung der Dichtungslagen zueinander;
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2(a) und 2(b) ein
weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung
mit zwei Dichtungslagen in Teilansicht auf deren Durchlassbereiche
in gesprengter Darstellung und mit übereinander angeordneten Dichtungslagen;
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2(c) bis 2(e) die
metallische Flachdichtung gemäß 2(b) in Teildraufsicht mit verschiedener Anordnung
der metallischen Dichtungslagen zueinander;
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3 bis 14 verschiedene
Beispiele der Ausgestaltung der Löcher in den Durchlassbereichen verschiedener
erfindungsgemäßer metallischer Flachdichtungen
in Draufsicht und
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15 eine
Teildraufsicht auf eine erfindungsgemäße metallische Flachdichtung.
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1(a) bis 1(e) zeigen
ein erstes Ausführungsbeispiel
einer zweilagigen erfindungsgemäßen metallischen
Flachdichtung. Die erfindungsgemäße Flachdichtung
besteht aus einer ersten metallischen Dichtungslage 1 und
einer zweiten metallischen Dichtungslage 2. Beide metallischen
Dichtungslagen bestehen aus Stahl, insbesondere Federstahl, und
mittels eines Stanzwerkzeugs wurden verschiedene Durchgangsöffnungen
in die Dichtungslagen eingestanzt. 1(a) bis 1(e) zeigen jeweils nur einen kleinen Ausschnitt
der gesamten Dichtungslagen 1 und 2, nämlich jeweils
einen Durchlassbereich A1 bzw. A2, in denen ein Fluiddurchlass ausgebildet
ist. Bei dem Fluiddurchlass handelt es sich im gezeigten Fall um
eine Öffnung
für Kühlflüssigkeit, insbesondere
Kühlwasser,
in einer Zylinderkopfdichtung, wie sie beispielhaft in 15 dargestellt
ist.
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15 zeigt
die Teildraufsicht auf die erste Dichtungslage 1 der Zylinderkopfdichtung 10.
Die Zylinderkopfdichtung 10 weist vier Zylinderöffnungen 12 auf,
von denen hier nur ein Teil dargestellt ist, sowie mehrere Fluidöffnungen 14 für Kühlflüssigkeit
oder Öl sowie
Schraubenöffnungen 13,
um die Zylinderkopfdichtung zwischen Zylinderkopf und Motorblock
einzuspannen. Eine der Fluidöffnungen 14 im
Durchlassbereich A1 der ersten Dichtungslage und in dem darunter
liegenden, hier nicht zu sehenden, korrespondierenden Durchlassbereich
A2 der zweiten Dichtungslage ist auf erfindungsgemäße Weise durch Überlagerung
der Öffnungsquerschnitte
von Löchern
in der ersten und der zweiten Dichtungslage gebildet. In der gezeigten
Dichtung ist lediglich eine der Fluidöffnungen 14 in dieser
Weise ausgebildet. In der Praxis werden jedoch bevorzugt sämtliche
Fluidöffnungen – oder zumindest
sämtliche
Fluidöffnungen
mit einem Durchmesser von weniger als 6 mm – durch Überlagerung von Löchern größerer Öffnungsfläche in erster
und zweiter Dichtungslage gebildet werden.
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Der
Fluiddurchlass in den Durchlassbereichen A1 und A2 wird in der in 1 dargestellten metallischen Flachdichtung
dadurch gebildet, dass in der ersten Dichtungslage zwei erste Löcher 3 und 3' mit ihren Längsachsen
parallel zueinander in die Dichtungslage 1 eingestanzt
werden. Durch Verwendung gerundeter anstelle spitzer Ecken kann
die Lebensdauer des zur Herstellung der Löcher 3 und 3' verwendeten
Stanzwerkzeugs verlängert
werden. In dem mit dem Durchlassbereich A1 korrespondierenden Durchlassbereich
A2 der unter der ersten Dichtungslage 1 befindlichen zweiten
Dichtungslage 2 ist ein rundes Loch 4 eingestanzt.
Werden erste Dichtungslage 1 und zweite Dichtungslage 2 aufeinander angeordnet,
wie dies in 1(b) dargestellt ist, überlappt
ein Mittelbereich des runden Loches 4 mit dem Steg 5 zwischen
den ersten Löchern 3 und 3'. Da der Durchmesser
W des Loches 4 größer ist
als die Breite des Steges 5 (der Abstand D zwischen den
ersten Löchern 3, 3' im Überlagerungsbereich),
werden bei Überlagerung
der Löcher
der ersten Dichtungslage 1 und der zweiten Dichtungslage 2 rechts
und links des Steges 5 Durchgangsöffnungen 11 und 11' gebildet, durch
die Kühlflüssigkeit
hindurchgeführt
werden kann. Der Gesamtöffnungsquerschnitt
der Durchgangsöffnungen 11 und 11' ist geringer
als die einzelnen Öffnungsquerschnitte
der Löcher 3, 3' und 4.
Es wird also ein sehr kleiner Fluiddurchlass erzeugt, obwohl hierfür relativ
große
Löcher
in die Dichtungslagen 1 und 2 eingestanzt werden.
Auf diese Weise wird der Verschleiß der Stanzwerkzeuge beim Stanzen
verringert.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung
der ersten Löcher 3 und 3' in der ersten
Dichtungslage 1 und des zweiten Loches 4 in der
zweiten Dichtungslage 2 können zudem Abweichungen bei
der Positionierung der Dichtungslagen 1 und 2 übereinander verkraftet
werden, ohne dass dies zu einer wesentlichen Veränderung des Gesamtöffnungsquerschnitts der
Durchgangsöffnungen 11 und 11' führt. Dies
ist beispielhaft den 1(c) bis 1(e) zu entnehmen. 1(c) zeigt
die Dichtungslagen 1 und 2 in idealer Weise übereinander
positioniert. Der Durchlassbereich A2 der zweiten Dichtungslage 2 sieht
daher unter der ersten Dichtungslage 1 nicht hervor. In diesem
Fall ist das zweite Loch 4 exakt mittig unterhalb der beiden
ersten Löcher 3 und 3' der ersten Dichtungslage 1 positioniert.
Die Durchgangsöffnungen 11 und 11' besitzen genau
gleiche Größe.
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In
der in 1(d) gezeigten Anordnung ist die
zweite Dichtungslage 2 gegenüber der ersten Dichtungslage 1 nach
oben verschoben. Dadurch rutscht auch das zweite Loch 4 in
Längsrichtung
der ersten Löcher 3 und 3' weiter nach
oben. Der Öffnungsquerschnitt
der Durchgangsöffnungen 11 und 11' ändert sich
dadurch jedoch nicht.
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In
der Darstellung der 1(e) ist
die zweite Dichtungslage 2 gegenüber der ersten Dichtungslage 1 zum
rechten Bildrand hin verschoben. Entsprechend verschiebt sich auch
das zweite Loch 4 mehr in Richtung des ersten Loches 3' hin, und der Öffnungsquerschnitt
der Durchgangsöffnung 11' nimmt zu. Insgesamt
führt dies
jedoch nicht zu einer Vergrößerung der
Gesamtöffnungsfläche der
Durchgangsöffnungen 11 und 11', da sich der Öffnungsquerschnitt
der Durchgangsöffnung 11 entsprechend
der Zunahme des Öffnungsquerschnitts
der Durchgangsöffnung 11' verkleinert.
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2(a) bis 2(e) zeigen
ein zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen metallischen
Flachdichtung. Ausschnitte und Darstellungen entsprechen grundsätzlich denjenigen
aus 1. Im Unterschied dazu ist jedoch
in der ersten Dichtungslage 1 nur ein erstes Loch 3 vorhanden,
während
in die zweiten Dichtungslage 2 zwei kreisrunde Löcher 4 und 4' eingestanzt
sind. Die Mittelpunkte der Löcher 4 und 4' liegen auf
einer virtuellen Linie, welche im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckungsrichtung
des ersten Lochs 3 verläuft.
Die maximale Breitenerstreckung Wg der Löcher 4 und 4' – also der maximale
Abstand zwischen den Außenrändern der Löcher 4 und 4' – ist größer als
die Breite B des ersten Lochs 3 im Überlagerungsbereich. Der Abstand
E der zweiten Löcher 4, 4' voneinander
ist geringer als die maximale Breite B des ersten Lochs 3 im Überlagerungsbereich.
Entsprechend überschneidet
sich jeweils nur ein Teilbereich der Löcher 4 und 4' mit dem ersten
Loch 3 und bildet Durchgangsöffnungen 11 und 11', wie dies in 2(b) zu sehen ist. Wie schon bei der in 1(c) bis 1(e) gezeigten
Ausführungsform
führt auch
bei der Dichtung gemäß 2 ein Verschieben der Dichtungslagen 1 und 2 relativ
zueinander nicht zu einer Veränderung
der Gesamtöffnungsfläche der
Durchgangsöffnungen 11 und 11' (vgl. 2(c) bis 2(e)).
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3 bis 14 zeigen
weitere Möglichkeiten
der Ausbildung und Anordnung der Löcher in den Durchlassbereichen
A1 und A2. Gezeigt ist jeweils eine Draufsicht auf die erste Dichtungslage 1 im Durchlassbereich
A1. Die zweite Dichtungslage 2 mit dem korrespondierenden
Durchlassbereich A2 liegt unterhalb der ersten Dichtungslage 1.
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3 zeigt
eine Variante mit zwei ersten Löchern 3 und 3' in der ersten
Dichtungslage 1, die wie in 1 ausgebildet
und ebenfalls mit ihren Längsachsen
parallel zueinander angeordnet sind. Anstelle des runden Lochs 4 in
der zweiten Dichtungslage 2 der 1 ist
hier jedoch ein zweites Loch 4 vorhanden, welches in Form
und Größe im Wesentlichen den
ersten Löchern 3 und 3' entspricht,
jedoch in rechtem Winkel zu diesen angeordnet ist. Ein Mittelbereich
des zweiten Lochs 4 kommt unterhalb des Steges 5 zwischen
den ersten Löchern 3 und 3' zu liegen,
während
die längsseitigen
Enden des zweiten Lochs 4 mit den ersten Löchern 3 und 3' überlappen und
so Durchgangsöffnungen 11 und 11' bilden.
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4 bis 6 zeigen
jeweils Ausgestaltungen mit nur jeweils einem Loch pro Dichtungslage
in den Durchlassbereichen A1 und A2. Die Längsachsen der ersten Löcher 3 schneiden
sich jeweils im Wesentlichen rechtwinklig mit den Längsachsen
der zweiten Löcher 4.
Die Durchgangsöffnungen 11 werden
jeweils dadurch gebildet, dass Mittelbereiche der Löcher 3 und 4 miteinander überlagert
sind.
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In
der Dichtung gemäß 4 sind
die Löcher jeweils
im Wesentlichen rechteckig ausgebildet, wobei jedoch die Ecken gerundet
sind. Anhand von 4 sollen nochmals die Abmessungen
der Löcher 3 und 4 beschrieben
werden. Das erste Loch 3 in der ersten Dichtungslage hat
eine Länge
L, die größer ist als
die Länge
L2 des zweiten Loches 4 in der Längserstreckungsrichtung des
ersten Lochs 3. Dagegen ist die Breite W des zweiten Loches 4 in
einer zur Längserstreckung
des ersten Lochs 3 vertikalen Richtung größer als
die Breite B des ersten Loches 3 im Überlagerungsbereich. Breite
B des ersten Lochs 3 und Länge L2 des zweiten Lochs 4 sind
so gewählt, dass
die Öffnungsfläche der
Durchgangsöffnung 11 eine
der gewünschten
Durchflussmenge pro Zeiteinheit entsprechende Größe aufweist.
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In
den ersten Dichtungslagen der Dichtungen gemäß 5 und 6 sind
jeweils ovale erste Löcher 3 vorhanden.
Das zweite Loch 4 der zweiten Dichtungslage 2 in 5 ist
ebenfalls oval, während die
Form des zweiten Loches 4 in der Dichtung gemäß 6 derjenigen
des Loches 4 in 4 entspricht.
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7 bis 9 zeigen
Anordnungen mit jeweils einem ersten Loch 3 in der ersten
Dichtungslage 1 und zwei zweiten Löchern 4 und 4' in der zweiten
Dichtungslage 2. Anordnung und Funktionsprinzip entsprechen
im Wesentlichen demjenigen der Dichtung gemäß 2.
Die zwei ten Löcher 4 und 4' sind jeweils
oval und so über
dem ersten Loch 3 der ersten Dichtungslage angeordnet,
dass ein Stegbereich 6 zwischen den zweiten Löchern 4 und 4' über dem
ersten Loch 3 zu liegen kommt und Durchgangsöffnungen 11 und 11' durch Überlagerung
der aufeinander zuweisenden Randbereiche der zweiten Löcher 4 und 4' mit dem ersten
Loch 3 gebildet werden. Die maximale Breitenerstreckung
Wg der zweiten Löcher 4 und 4' in vertikaler
Richtung zur Längserstreckungsrichtung
des ersten Lochs 3 (vgl. 8) ist größer als
die Breite B des ersten Lochs 3 im Überlagerungsbereich. Zudem
ist der minimale Abstand E zwischen den Löchern 4 und 4' geringer als
die Breite B des ersten Lochs 3 im Überlagerungsbereich.
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10 bis 12 zeigen
weitere Varianten mit zwei mit ihren Längsachsen parallel zueinander angeordneten
ersten Löchern 3 und 3' sowie einem mit
dem Stegbereich 5 zwischen den ersten Löchern und den ersten Löchern 3 und 3' überlappenden zweiten
Loch 4 in der zweiten Dichtungslage 2. Anordnung
und Funktionsweise entsprechen grundsätzlich denjenigen der in 1 dargestellten Dichtung. Unterschiedlich
sind lediglich die Formen der einzelnen Löcher. In der Dichtung gemäß 10 sind
alle Löcher
oval, während
die Dichtungen gemäß 11 und 12 rechteckige
erste Löcher 3 und 3' mit gerundeten
Ecken aufweisen, wobei das zweite Loch 4 in 11 ein
querliegendes Oval ist, in 12 dagegen
als querliegendes Rechteck mit gerundeten Ecken ausgestaltet ist.
Die Breite W des zweiten Loches 4 ist größer als
der Abstand D zwischen den ersten Löchern 3 und 3'. In allen vorgenannten
Fällen
werden die Größe der Löcher 3, 3', 4 und 4' und ihr Abstand
zueinander so bemessen, dass sich Öffnungsquerschnitte 11 und 11' ergeben, die
den Durchtritt einer vorgegebenen Menge Fluid pro Zeiteinheit erlauben.
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Der
Durchlass in den Dichtungen der 13 und 14 wird
erneut durch Überlagerung
von einem ersten Loch 3 in der ersten Dichtungslage 1 mit zwei
zweiten Löchern 4, 4' in der zweiten
Dichtungslage gebildet. Während
das erste Loch 3 in 13 rund
und damit so breit wie lang ist, weist das erste Loch 3 in 14 eine
größere Breite
als Länge
auf. Anstelle der runden zweiten Löcher 4, 4' in 13 wurden
deshalb in 14 zweite Löcher 4, 4' in ovaler Form
und damit geringerer Längserstreckung
gewählt,
um eine ausreichende Verschiebbarkeit in der Längserstreckungsrichtung (nach
oben und unten in der Figur) ohne Änderung des Überlappungsquerschnitts
mit dem ersten Loch 3 zu ermöglichen.