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Die
Erfindung betrifft ein Dichtungssystem, insbesondere für Anschlussverbindungen
an Strömungswegen
für Heißgase wie
Abgasströme
von Brennkraftmaschinen, mit einem Dichtungsträger und zumindest einem Dichtelement,
das eine zwischen Dichtflächen
gelegene Dichtungsebene definiert.
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Bei
abzudichtenden Anschlussverbindungen in Heißgasbereichen, wie bei Verbrennungsmotoren beispielsweise
am Krümmerausgang,
am Turbolader, am Katalysator oder auch im Anschlussbereich zwischen
Zylinderkopf und Abgaskrümmer,
treten sowohl hohe thermische Belastungen als auch mechanische Belastungen
auf, sodass für
die zugeordneten Dichtungssysteme ein hoher konstruktiver Aufwand erforderlich
ist. Als Dichtelemente müssen
metallische Dichtungen aus hitzebeständigen Werkstofflegierungen
zum Einsatz kommen, wobei die abgasführenden Anschlussteile in ihrer
Funktion als Dichtungsträger
eine Nut oder einen Absatz für
ein betreffendes, ringförmiges
Dichtelement aufweisen müssen.
Diese Bauweise bedeutet nicht nur einen erheblichen Herstellungsaufwand,
sondern bedingt auch eine mechanische Schwächung betreffender Anschlussteile.
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Probleme
ergeben sich auch hinsichtlich der Montagesicherheit, weil bei Montagevorgängen darauf
geachtet werden muss, dass an der jeweiligen Anschlussverbindung
die betreffenden Dichtelemente tatsächlich vorhanden, und nicht
versehentlich weggelassen sind, und dass sie an den Anschlussteilen
richtig positioniert sind.
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Im
Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe,
ein Dichtungssystem zur Verfügung
zu stellen, das sich durch eine eine wirtschaftliche Herstellung
ermöglichende
Bauweise auszeichnet, wobei zudem Montagesicherheit gewährleistet
ist.
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Erfindungsgemäß ist diese
Aufgabe durch ein Dichtungssystem gelöst, das die Merkmale des Patentanspruches
1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Anspruches 1 der Dichtungsträger ein eigenständiges Bauteil
ist, das vom Dichtelement als weiterem eigenständigen Bauteil zwar separiert,
andererseits mit dem Dichtelement jedoch verliersicher verbunden
ist, gestaltet sich zum einen der Montagevorgang besonders einfach
und sicher, weil die Gefahr vermieden ist, dass der Dichtungsträger ohne vorhandenes
Dichtelement eingebaut wird. Zum anderen ergeben sich gegenüber dem
Stand der Technik wesentlich verringerte Herstellungskosten, weil zum
einen kein Bearbeitungsaufwand an den Anschlussteilen, beispielsweise
durch Ausbildung von Nuten oder Absätzen für das Dichtelement, erforderlich
ist und weil zum anderen nur die funktionsrelevanten Dichtelemente
selbst aus teuren, hitzebeständigen
Werkstoffen hergestellt werden müssen,
während
der Dichtungsträger
aus einem weniger teuren Werkstoff gefertigt werden kann.
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Vorzugsweise
ist die Anordnung hierbei so getroffen, dass der Dichtungsträger, wenn
er im Einbauzustand zwischen Anschlussteilen der Anschlussverbindung
festgelegt ist, das Dichtelement zumindest gegen eine in einer Richtung
quer zur Dichtungsebene verlaufende Bewegung sichert oder für einen
Dichtvorgang freigibt. Je nach thermischen Belastungen und/oder
der Geometrie des Dichtelementes kann eine starre Verbindung zwischen
Dichtungsträger
und Dichtelement vorteilhafter sein, beispielsweise indem das Dichtelement
mit dem Dichtungsträger
verstemmt, verschweißt,
verklebt oder in den Dichtungsträger
eingesprengt ist, oder es kann vorteilhafter sein, die Verbindung
so zu gestalten, dass im Einbauzustand bei einer entsprechenden Verformung,
die sich am Dichtelement beim Dichtvorgang unter Einfluss der Dichtungskraft
ergibt, eine gewisse Bewegung des Dichtelementes relativ zum Dichtungsträger möglich ist.
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Vorzugsweise
ist als Dichtungsträger
ein Ringkörper
vorgesehen, der an zumindest einem Randabschnitt für das Dichtelement
einen Sitz aufweist, der die verliersichere Verbindung von Dichtelement
und Dichtungsträger
bildet.
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Anstelle
eines Ringkörpers,
der als Dichtungsträger
zwischen betreffende Anschlussteile der Anschlussverbindung eingebaut
wird, kann als Dichtungsträger
ein flaches, Platinen- oder flanschartiges Bauteil mit zumindest
einer Durchgangsöffnung
vorgesehen sein, wobei am den Strömungsweg umgebenden Öffnungsrand
der betreffenden Durchgangsöffnung
zumindest ein Randabschnitt für
das Dichtelement einen Sitz aufweist, der die verliersichere Verbindung
von Dichtelement und Dichtungsträger
bildet. Eine derartige Ausgestaltung des Dichtungsträgers in
Art einer Platine eignet sich insbesondere für Anschlussverbindungen zwischen
einem Abgaskrümmer
und einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors. Hierbei kann sich
der Dichtungsträger über mehrere
nebeneinander liegende Abgas-Austrittsöffnungen am Zylinderkopf erstrecken,
wobei der Dichtungsträger
an Randabschnitten mehrerer Durchgangsöffnungen mit Dichtelementen
zusammenwirkt, sodass für
mehrere Dichtelemente an nebeneinander liegenden Anschlussverbindungen
ein einziger Dichtungsträger
vorgesehen ist.
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Bei
vorteilhaften Ausführungsbeispielen
ist ein einen Formring bildendes Dichtelement vorgesehen, wobei
der Sitz am betreffenden Randabschnitt des Dichtungsträgers zumindest
ein sich entlang eines Umfangsabschnittes des Formringes erstreckendes
Flächenstück aufweist.
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Hierbei
kann die Anordnung so getroffen sein, dass der Sitz zur Sicherung
des Formringes gegen in beiden Richtungen quer zur Dichtungsebene verlaufende
Bewegungen zumindest zwei Flächenstücke aufweist,
die einen zwischen sie eingreifenden Umfangsabschnitt des Formringes
zu beiden Seiten der Dichtungsebene übergreifen.
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Zur
Bildung solcher den Formring zumindest bereichsweise übergreifender
Flächenstücke kann der
Sitz für
den Formring durch eine am Randabschnitt des Dichtungsträgers in
Radialrichtung vertiefte Ringnut gebildet sein, in die der Formring
mit zumindest einem Umfangsabschnitt eingreift. Der Formring kann
in die Ringnut derart eingesprengt sein, dass eine begrenzte Relativbewegung
zwischen Formring und Dichtungsträger möglich ist.
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Jedoch
kann der Formring mit dem Dichtungsträger auch verstemmt sein, indem
die sich entlang eines Umfangsabschnittes des Ringkörpers erstreckenden
Flächenteile
des Sitzes für
das Dichtelement durch bereichsweise plastische Verformungen des
betreffenden Randabschnittes des Dichtungsträgers gebildet sind.
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Bei
besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen
ist als Dichtelement ein Formring mit C-, U- oder V-förmigem Profilquerschnitt
oder mit mäanderförmiger Querschnittsform
oder ein durch einen kombinierten Sickenring gebildeter Formring
vorgesehen.
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Vorzugsweise
ist ein derartiger Formring relativ zum Dichtungsträger und
zum Strömungsweg
in solcher Lageanordnung vorgesehen, dass die Profil form des Formringes
radial nach innen geöffnet
ist. Bei solcher Lageorientierung gestaltet sich nicht nur die Verbindung
zwischen Formring und Dichtungsträger am Sitz desselben besonders
einfach, sondern aufgrund der zum Strömungsweg hin offenen Profilform
ergeben sich auch besonders gute Verhältnisse hinsichtlich der Abdichtwirkung,
weil der Formring vom Profilinneren her im Betrieb druckbeaufschlagt ist,
was am Formring aufweitend und dichtkrafterhöhend wirkt.
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Bei
einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist ins Innere
des Profiles ein den Strömungsweg
umgebender Innenring als Feuerschutz eingelegt, insbesondere fixiert,
der eine Reduzierung der Temperatur im Dichtbereich bewirkt, was
bei sehr hohen Abgastemperaturen von großer Bedeutung ist.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im
Einzelnen erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
abgebrochen gezeichneten Teillängsschnitt
eines ersten Ausführungsbeispieles des
erfindungsgemäßen Dichtungssystemes,
wobei lediglich ein linksseitig gelegener Endabschnitt des Ausführungsbeispieles
in einem gegenüber
einer realen Ausführungsform
stark vergrößerten Maßstab dargestellt
ist;
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2 eine
annähernd
in natürlichem
Maßstab
gezeichnete Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles des Dichtungssystems
mit einem flanschartigen Dichtungsträger;
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3 eine
gegenüber 2 in
etwa vergleichbarem Maßstab
dargestellte Draufsicht eines abgebrochen gezeichneten, platinenartigen
Dichtungsträgers,
wobei in der Figur linksseitig und rechtsseitig zwei unterschiedliche
Ausführungsbeispiele
des Dichtungssystems dargestellt sind;
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4 eine
der 2 ähnliche
Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles
des Dichtungssystemes;
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5 bis 11 abgebrochen
und gegenüber
einer praktischen Ausführungsform
stark vergrößerte Längsschnitte
lediglich eines äußeren Endbereiches
unterschiedlicher Bauformen von Formringen zur Verwendung als Dichtelement
beim erfindungsgemäßen Dichtungssystem;
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12 einen
abgebrochen und ebenfalls in stark vergrößertem Maßstab gezeichneten Teillängsschnitt
eines weitere Ausführungsbeispieles
des Dichtungssystemes, wobei lediglich der Verbindungsbereich zwischen
Dichtungsträger
und Formring gezeigt ist; und
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13 bis 20 der 12 ähnliche Teillängsschnitte
weiterer Ausführungsbeispiele
des Dichtungssystems, wobei 20 einen
teilweise Schnitt betreffend den Gegenstand der 4 darstellt.
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Die
in den 1 sowie 5 bis 20 gezeigten,
vertikal angeordneten Achsenverläufe
betreffen die Längsachsen
des jeweiligen abzudichtenden Strömungsweges.
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Die 1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel
des Dichtungssystems, wobei in dem abgebrochen dargestellten, in übertrieben
großem
Maßstab gezeichneten
Teillängsschnitt
lediglich der Verbindungsbereich zwischen Dichtungsträger und
einem Dichtelement in Form eines metallischen Formringes 1 gezeigt
ist, bei dem es sich um einen einteiligen Profilkörper handelt,
dessen Profil eine V-förmige Querschnittsform
besitzt. Der Formring 1 ist einem Dichtungsträger zugeordnet,
der die Form eines kreisrunden, metallischen Ringkörpers 3 besitzt,
der zwischen nicht dargestellten Anschlussteilen einer betreffenden
Anschlussverbindung so festlegbar ist, dass er zu sammen mit dem
Formring 1 einen Strömungsweg
für ein
Heißgas,
zum Beispiel einen Abgasstrom, bildet. Der Ringkörper 3 weist an seinem radial
innen liegenden Ringrand 5 einen Sitz für den Formring 1 auf,
wobei bei dem Beispiel von 1 als Sitz
eine in Radialrichtung vertiefte Ringnut 7 vorgesehen ist.
Der Formring 1, dessen Profilform zum Strömungsweg
hin nach innen offen ist, ist in die Ringnut 7 eingesprengt,
sodass die parallel zur Dichtungsebene verlaufenden Innenwände 9 der
Ringnut 7 den zwischen sie eingreifenden Umfangsabschnitt 11 des
Formringes 1 übergreifen
und daher eine verliersichere Halterung für den Formring 1 bilden.
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Die 5 bis 11 verdeutlichen
unterschiedliche Bauformen von Formringen 1, wie sie beim
Ausführungsbeispiel
von 1 sowie bei den weiteren, nachstehend zu beschreibenden
Ausführungsbeispielen
des erfindungsgemäßen Dichtungssystems
vorteilhaft zur Anwendung kommen können. So zeigen 7 und 8 einen
einteiligen Formring mit V-förmiger Profilquerschnittsform,
wobei das Profil bei 7, ebenso wie bei dem Beispiel
von 1, radial nach innen offen ist, während 8 einen
Formring 1 mit V-förmiger
Profilform zeigt, die jedoch radial nach innen geschlossen ist. 5 und 6 zeigen
jeweils einen Formring 1 mit C-förmiger Profilform,
die bei 5 radial nach innen und bei 6 radial
nach außen
offen ist.
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9 und 10 zeigen
ebenfalls einteilige Formringe 1 mit mäanderförmiger Profilquerschnittsform,
die bei 9 radial nach innen und bei 10 radial
nach außen
offen ist. Die mäanderförmige Querschnittsform
des Formringes 1 von 9 und 10 zeichnet
sich durch einen größeren „Federweg" des Formringes 1 bei
der Verformung durch die wirkende Dichtungskraft aus, verglichen
mit den Profilformen gemäß 5 bis 8.
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Die 11 zeigt
einen Formring 1, aufgebaut durch Kombinieren zweier Metall-Sickenringe 13.
Die Sickenringe 13 können
zur Bildung des Form ringes 1 derart kombiniert sein, dass
sie an einem flachen, radial außen
liegenden Endrand 15 fest miteinander verbunden sind, beispielsweise
durch Schweißen
oder Kleben, oder dass sie am betreffenden Sitz des zugeordneten
Dichtungsträgers
zusammengehalten sind, wie dies bei dem unten zu beschreibenden
Ausführungsbeispiel
von 19 der Fall ist.
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Die 2 zeigt
ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel,
bei dem der Dichtungsträger,
anders als beim Beispiel von 1, kein
kreisrunder Ringkörper 3,
sondern ein flächiges,
flanschartiges Bauteil 17 ist, das die Form eines dreiseitigen
Gleichdickes besitzt, wobei in den drei Eckbereichen jeweils ein
Loch 19 vorhanden ist, das den Durchtritt von Gewindebolzen
ermöglicht,
wenn das Bauteil 17 im Einbauzustand zwischen betreffenden,
nicht gezeigten Anschlussteilen angeordnet ist. Das Bauteil 17 weist eine
Durchgangsöffnung 23 auf,
an deren den Strömungsweg
umgebendem Innenrand 21 wiederum ein Sitz für ein Dichtelement
vorgesehen ist, bei dem es sich wiederum um einen Formring 1 handelt,
wie er insbesondere in den 5 bis 11 gezeigt
ist. Bei dem Ausführungsbeispiel
von 2 befindet sich dieser Sitz jeweils an einem Randabschnitt 25 der Öffnung 23,
der einem der Löcher 19 gegenüberliegend
ist. In jedem dieser Randabschnitte 25 ist der Innenrand 21 so
verstemmt, und zwar von beiden Seiten des Bauteiles 17 her,
dass plastisch radial nach innen verformte Flächenstücke 27 den Formring 1 beidseits übergreifen.
Nähere
Einzelheiten einer derartigen Ausbildung des Sitzes durch Verstemmen
sind weiter unten anhand der Beschreibung der 16 und 17 näher erläutert.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Dichtungssystems, bei dem der Dichtungsträger, ähnlich wie bei 2,
ein flaches Bauteil 17 ist, das jedoch platinenartig gestaltet
und mehrere in Reihe angeordnete Durchgangsöffnungen 23 für mehrere Abgasauslässe eines
Zylinderkopfes aufweist. Wie bei dem flanschartigen Bauteil 17 von 2 sind
im platinenartigen Bauteil 17 Löcher 19 für Gewindebolzen
vorgesehen. In 3 ist bei der linksseitig gezeigten
Durchgangsöffnung 23 für den Formring 1 ein Sitz
vorgesehen, der sich am Randabschnitt 25 zwischen Endstellen 29 erstreckt
und, wie dies in 13 deutlicher dargestellt und
bei dem Beispiel von 1 gleichermaßen der Fall ist, durch eine
Ringnut 7 gebildet ist, deren Seitenwände 9 einen Umfangsabschnitt 11 des
Formringes 1 beidseits übergreifen.
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Die 3 zeigt
an der rechtsseitig gelegenen Durchgangsöffnung 23 eine Ausbildung
des Sitzes für
den Formring 1, die dem Ausführungsbeispiel von 2 ähnlich ist.
Wie dies in 16 und 17 deutlicher
gezeigt ist, sind am Innenrand 21 der Öffnung 23 Bohrungen 31,
siehe 16, oder Einkerbungen 33,
siehe 17, vorhanden, von denen ausgehend
das Bauteil 17 so verstemmt ist, dass plastisch radial
nach innen verformte Flächenstücke 27 einen
Umfangsabschnitt 11 des Formringes 1 übergreifen,
siehe 16 und 17.
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Bei
Einsatz eines platinenartigen Bauteiles 17, wie es in 3 gezeigt
ist, bei Anschlussverbindungen an einem Zylinderkopf, können am
platinenartigen Bauteil 17 Maßnahmen vorgesehen sein, um eine
thermische Entkopplung zwischen den Anschlussteilen und dem Zylinderkopf
zu bewirken. Zu diesem Zwecke ist der Platinensteg 35 zwischen
den Öffnungen 23 schmal
ausgeführt,
um die Wärmeleitfläche zu verringern.
Außerdem
können
weitere Maßnahmen
vorgesehen sein, beispielsweise Durchbrüche im Bauteil 17,
um die Anlagefläche
zu verkleinern, oder es können
auch Antifriktions-Maßnahmen an
den Platinen- oder flanschartigen Bauteilen 17 vorgesehen
sein.
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Die 14 und 15 zeigen
alternative Möglichkeiten
der Ausbildung einer Ringnut 7 als Sitz für den Formring 1.
Bei dem Beispiel von 14 sind die den Umfangsabschnitt 11 des
Formringes übergreifenden
Seitenwände 9 der
Ringnut 7 durch flache, scheibenförmige Bauteile 37 gebildet, die
an der Durchgangsöffnung 23 über das
Bauteil 17 radial nach innen vorstehen und mit den vorstehenden
Teilen die Wände 9 der
Ringnut 7 bilden.
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15 zeigt
eine weitere Alternative der Ausbildung der Ringnut 7 in
der Weise, dass der Dichtungsträger 3 oder 17 aus
zwei spiegelbildlich gleichen Platten 39 zusammengesetzt
ist (durch Verkleben, Schweißen
oder dergleichen), wobei jede Platte 39 an ihrem von der
Dichtungsebene axial entfernten Ende einen radial nach innen vorstehenden Rand 41 zur
Bildung der Seitenwände 9 der
Ringnut 7 aufweist.
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Vorstehend
wurden Ausführungsbeispiele beschrieben,
bei denen der Formring 1 jeweils am Richtungsträger so orientiert
ist, dass das Profil radial nach innen offen ist. 12 verdeutlicht
ein Beispiel, bei dem der Formring 1 mit einem C-Profil
am Dichtungsträger,
der ein Ringkörper 3 oder
flächiges
Bauteil 17 sein kann, so orientiert ist, dass das Profil
radial nach außen
offen ist. Bei diesem Beispiel ist an einem Ende der C-Form ein
sich radial nach außen erstreckender,
das Profil verlängernder
Profilschenkel 45 vorhanden, der an einer axial zurückgestuften, sich
parallel zur Dichtungsebene erstreckenden Anlagefläche 47 anliegt
(verschweißt,
verklebt oder anderweitig befestigt ist).
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Wie
bereits erwähnt,
ist in 11 ein Formring 1 gezeigt,
der aus Sickenringen 13 kombiniert ist. 18 zeigt
ein Beispiel der Anordnung eines derartigen Formringes 1 am
Dichtungsträger,
also einem Ringkörper 3 oder
einem flächigen
Bauteil 17, wobei der Endrand 15 des Formringes 1 wiederum
an einer Anlagefläche 47 gehalten
ist, die sich wie bei dem Beispiel von 12 als
Abstufung am Dichtungsträger 3, 17 parallel
zur Dichtungsebene erstreckt, wobei der Endrand 15 wiederum
mit der Anlagefläche 47 auf
geeignete Weise verbunden sein kann.
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19 zeigt,
dass der aus Sickenringen 13 kombinierte Formring 1 mit
seinem Endrand 15 in einer passenden Nut 49 an
der Öffnung 23 des
Dichtungsträgers 3, 17 eingesprengt
ist. Hierbei kann bei geeigneter Passung die Befestigung der beiden
Sickenringe 13 untereinander entfallen.
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4 und 20 verdeutlichen
ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
des Dichtungssystems. Hier kommt wiederum ein Formring 1 mit
V-förmigem Profilquerschnitt
zum Einsatz, wobei das Profil radial nach innen offen ist. In ähnlicher
Weise wie bei dem Beispiel von 12 weist
das Profil einen die Profilform verlängernden, in diesem Fall radial
nach innen vorstehenden Profilschenkel 51 auf, der innenseitig
eine parallel zur Dichtungsebene verlaufende Anlagefläche 53 bildet.
Auf dieser aufliegend ist ein als Feuerschutz dienender Metallring 55 eingelegt,
der den Strömungsweg
umgibt und bei sehr hohen Abgastemperaturen eine thermische Barriere
als Schutzschild für
den Formring 1 bildet. Beim Beispiel von 20 ist
der Sitz am Dichtungsträger 3, 17 wiederum
durch eine Ringnut 7 gebildet, deren Gestaltung dem Beispiel
von 14 entspricht.
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4 zeigt
die Anwendung des in 20 gezeigten Prinzips des Feuerschutzes
mittels eines eingelegten Ringes 55 am Beispiel eines Dichtungsträgers in
Form eines flächigen,
flanschartigen Bauteiles 17, wie es auch beim Beispiel
von 2 benutzt wird. Wie bei diesem Ausführungsbeispiel
erfolgt die Sicherung des Formringes 1 durch Verstemmen,
d. h. durch Flächenstücke 27,
die durch bereichsweise plastische Verformung des flanschartigen
Bauteiles 17 gebildet sind. Es versteht sich, dass auch
bei Verwendung eines dem Feuerschutz dienenden Ringes 55 anstelle
des in 4 gezeigten Verstemmens eine der andersartigen
gezeigten Möglichkeiten
der Ausbildung des Sitzes am Dichtungsträgers 3, 17 vorgesehen
sein kann. Auch kann ein Innenring 55 in einen Formring 1 andersartiger
Profilform eingelegt sein, beispielsweise in eine C- oder U-Form
oder in eine Mäanderform
oder dergleichen, wenn ein entsprechender Profilsteg als Auflage
für den
Ring 55 vorgesehen ist. Sofern für das Dichtelement von einem
Ringkörper
die Rede ist, schließt dies
neben kreisrunden Ausführungen
auch solche mit annähernder
Kreisform mit ein. Ferner erstreckt sich der Begriff „Dicht-
oder Formring" auch
auf Ringausführungen
mit ovaler Form oder solcher in Rechteckausführung, wobei vorzugsweise die
Ecken des Rechtecks abgerundet ausgeführt sind. Andere Ringformen
sind hier möglich.
Die jeweiligen Aufnahmen für
den Form- oder Dichtring folgen vorzugsweise insoweit seiner jeweiligen
Geometrie nach.