DE102009020490A1

DE102009020490A1 - Dichtungselement zur Abdichtung von Flanschflächen bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102009020490A1
Application number: DE102009020490A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. Prehn
Original assignee: Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Current assignee: Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-05-09
Also published as: WO2010127649A1; US20120056385A1; CN102422060A; EP2427675A1; DE102009020490B4

Abstract

Dichtungselement zur Abdichtung von Flanschflächen bei Brennkraftmaschinen, bestehend aus mindestens einem ringförmigen metallischen Profilkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper aus einem Draht besteht und mindestens einen Kern- und mindestens einen Biegebereich aufweist, dass die Materialdicke des Drahtes im Kernbereich größer als im jeweiligen Biegebereich ausgebildet ist und dass der Draht im Kernbereich, zur mittel- oder unmittelbaren Verbindung mit mindestens einem weiteren Bauteil, mit mindestens einem Verbindungsmittel versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement zur Abdichtung von Flanschflächen bei Brennkraftmaschinen, bestehend aus mindestens einem ringförmigen metallischen Profilkörper.
Es ist bekannt, bei metallischen Zylinderkopfdichtungen, die aus mehreren Lagen bestehen, die unterschiedlichen Lagen mit geeigneten Fügeverfahren (z. B. Clinchen, Schweißen, Nieten) miteinander zu verbinden. Diese Lagen können Sicken oder andere Dichtungselemente in Form von polymeren Dichtungen aufweisen, um Fluide oder Gase abzudichten.
Derartige Dichtungselemente müssen einerseits genügend Federeigenschaften aufweisen, um statische Unebenheiten der Dichtflächen sowie dynamische Dichtspaltschwingungen (bei Einsatz als Zylinderkopfdichtung) auszugleichen. Zum anderen müssen diese Dichtungen steif genug sein, um nicht derart nachzugeben, dass eine ungenügende Spannkraft einen Ausbruch des Dichtungselementes herbeiführt.
Es ist ebenfalls bekannt, profilierte Metallringe zu verwenden, um am Brennraumrand einer Brennkraftmaschine eine genügende Vorspannung zu erzeugen. Das dabei verwendete Prinzip ist, einen metallischen Ring derart plastisch zu verformen, dass der Dichtspalt verschlossen wird. Wesentliche Vorraussetzung für den Betrieb einer solchen Dichtung ist dann jedoch, dass keine Dichtspaltbewegung auftritt, denn ein plastisch verformter Metallring bietet so gut wie keine elastischen Eigenschaften mehr, die für den Ausgleich von Dichtspaltschwingungen genutzt werden könnten.
Der GB 979,408 ist eine Abdichtung einer Zylinderlaufbuchse zu entnehmen, die durch einen ringförmigen metallischen Profilkörper gebildet wird, der, über seine radiale Wanddicke gesehen, eine gleichmäßige Höhe und ein im Wesentlichen symmetrisches Querschnittsprofil aufweist. Zwischen Zylinderkopf und Motorblock ist eine Zylinderkopfdichtung angeordnet, die einen radialen Freiraum zur Aufnahme dieses Profilkörpers aufweist. Bedingt durch die nach außen gewölbte Kontur des Dichtungselementes, die die axiale Bauhöhe der Zylinderkopfdichtung übersteigt, wird der Profilkörper beim Verspannen von Motorblock und Zylinderkopf innerhalb seiner ihn aufnehmenden Nut dergestalt elastisch verformt, dass bei maximalem Verformungsdruck der Profilkörper mit Ausnahme seiner seitlichen Aufnahmebereiche noch einen definierten Abstand zum Nutgrund der aufnehmenden Nut aufweist. Der Profilkörper wird aus einem nichtrostenden Stahl hergestellt und weist zumindest nutgrundseitig scharfkantige Übergangsbereiche von der jeweiligen radialen Endbegrenzung in die zugehörige axiale Flanke auf. Hierbei gewähren die scharfkantigen Übergangsbereiche die hinreichend hohe Flächenpressung im Bereich der beiden Dichtlinien.
Durch die DE 12 53 950 ist ein Dichtring für die Abdichtung von Zylinderdeckeln bei Brennkraftmaschinen bekannt geworden, bestehend aus mindestens einer Lage Metallblech, wobei die Lage im Querschnitt kreisabschnittsförmig ausgebildet ist und die Innenkante sowie die Außenkante in einer Ebene angeordnet sind. Auch hier ist die axiale Höhe des Dichtrings, über seine gesamte radiale Wanddicke gesehen, gleich ausgebildet. Darüber hinaus wird in diesem Stand der Technik vorgeschlagen, dass der Dichtring aus zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Dichtringen besteht, die sich längs eines mittleren Durchmessers berühren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Dichtelement zur Abdichtung von Flanschflächen bei Brennkraftmaschinen bereitzustellen, das einerseits genügend Federeigenschaften aufweist, um statische Unebenheiten der jeweiligen Dichtfläche sowie bedarfsweise dynamische Dichtspaltschwingungen auszugleichen. Darüber hinaus muss das Dichtungselement steif genug sein, um nicht derart nachzugeben, dass eine ungenügende Spannkraft einen Ausbruch des Dichtungselementes bewirkt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Profilkörper aus einem Draht besteht und mindestens einen Kern- und mindestens einen Biegebereich aufweist, dass die Materialdicke des Drahtes im Kernbereich größer als im jeweiligen Biegebereich ausgebildet ist, und dass der Draht im Kernbereich, zur mittel- oder unmittelbaren Verbindung mit mindestens einem weiteren Bauteil, mit mindestens einem Verbindungsmittel versehen ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Erfindungsgegenstand basiert auf der technischen Ausführungsform eines Biegebalkens. Durch das Aufbringen von Kräften bzw. das Verspannen einer solchen Geometrie zwischen zwei Platten (z. B. zwischen Motorblock und Zylinderkopf) wird von oben, etwa in der Mitte, der Biegebalken belastet und die Kraft durch die beiden Auflagepunkte an den Außenseite der Unterseite abgestützt. Dadurch sind zum einen die Auflagepunkte exakt definierbar und zum anderen ist die Kraftverteilung zwischen den Auflagepunkten justierbar. Weiterhin korreliert die Dicke des Biegebalkens mit der Steifigkeit des Systems und den dem System zugeordneten Federeigenschaften (Materialauswahl).
Der Erfindungsgegenstand ermöglicht es nun, bedarfsweise gleichartige Bauteile (Profilkörper) im Bereich der Verbindungsmittel miteinander in Wirkverbindung zu bringen. Die Form der Bauteile kann hierbei aber auch vom Profilkörper unterschiedlich sein. Die Verbindungsmittel werden bei unmittelbarer Verbindung mit gleichartigen Profilkörpern/andersartigen Bauteilen zueinander passend ausgebildet. Die Profilkörper/Bauteile können somit auf einfache Weise miteinander kombiniert bzw. gestapelt werden.
Das Anbringen bzw. Einbringen der Verbindungsmittel im Kernbereich des Dichtungselementes, d. h. außerhalb der Biegebereiche, hat folgende Vorteile:

– durch das Stapeln zweier Profilkörper/Bauteile kann der doppelte Federweg als bei einem einzelnen Profilkörper erzielt werden;
– durch das Vorsehen der Verbindungsmittel kann die Krafteinleitung in den Profilkörper/das Bauteil maßgeblich beeinflusst werden. Dadurch kann das Feder-Kraft-Niveau eingestellt und der Kraftfluss optimiert werden;
– durch die Verbindungsmittel können derartige Profilkörper/Bauteile direkt in Einprägungen bzw. Aussparungen an Funktionslagen einer Dichtung bzw. einem Träger mechanisch verankert bzw. eingehängt werden.

Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß können zur mittelbaren Verbindung einzelner Profikörper/Bauteile auch zusätzliche Verbindungselemente, respektive Zwischenstücke, eingesetzt werden, wodurch beliebige Einbauhöhen des Dichtungselementes realisiert werden können.
Das jeweilige Verbindungsmittel wird, einem Gedanken der Erfindung gemäß, gebildet durch zueinander versetzte Flächenbereiche. In einfacher Ausgestaltung können zwei, höhenmäßig unterschiedlich im Kernbereich vorgesehene, parallel zueinander verlaufende Flächenbereiche vorgesehen werden.
Ebenfalls denkbar sind konkav und konvex ausgebildete Flächenbereiche an den einzelnen Profilkörpern/Bauteilen/Zwischenstücken, um eine mittel- oder unmittelbare Verbindung der jeweiligen Komponenten herbeizuführen.
Unter Zugrundelegung dieses Prinzips bieten sich erfindungsgemäß mehrere technische Ausführungsformen an, nämlich

– die radiale Wanddicke des Drahtes ist dergestalt profiliert, dass sie in etwa der geometrischen Form einer Banane entspricht;
– der Draht weist ein derartiges Profil auf, dass die radialen Enden unter Bildung eines Einschnitts jeweils zwei obere und zwei untere Biegebereiche bilden;
– der Draht weist ein derartiges Profil auf, dass radial innen oder außen ein verdickter Kernbereich gegeben ist und am gegenüberliegenden Ende des Querschnitts zwei Biegebereiche gebildet sind, die im Ausgangszustand die axiale Höhe des Kernbereichs übersteigen.

Von besonderem Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist, dass zumindest die freien radialen Enden des jeweiligen Biegebereiches in gerundeter Form vorgesehen sind. Dadurch werden Eingrabungen, insbesondere bei dynamischen Dichtspaltschwingungen, in der das Dichtungselement aufnehmenden Nut vermieden.
Bei Verwendung einer bananenförmigen Geometrie des Drahtes weist das Profil in der Mitte den höchsten Querschnitt auf. Zu den beiden Enden hin verjüngt sich der Querschnitt (gleichmäßig oder ungleichmäßig). Dies bedeutet, bei Belastung verbiegen sich die elastischen Enden. Bei Totalkompression, wie sie sich bei einer Zylinderkopfdichtung einstellen kann, setzt die Mitte des unteren Bogens des bananenförmigen Profils auf der jeweiligen Flanschfläche, respektive dem Nutgrund, auf, dergestalt, dass nur noch dieser mittlere Bereich trägt. Durch dieses Wirkprinzip wird eine so genannte Stopperfunktion begründet. Weiterhin wird durch den Stopperbereich eine zusätzliche Dichtlinie definiert. Diese zusätzliche Dichtlinie ist insbesondere für die Abdichtung vergleichsweise hoher Drücke vorteilhaft, da im Gegensatz zum Stand der Technik mit zwei Dichtlinien auf scharfkantige Übergangsbereiche verzichtet werden kann.
Diese dem klassischen Biegebalken entsprechende Wirkweise ist auch auf die weiteren, dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegenden, Profile zu übertragen. Die äußeren, Biegebereiche bildenden, Enden verbiegen sich elastisch, bis bei Totalkompression wiederum nur der mittlere Bereich trägt.
Mit dem Erfindungsgegenstand wird demnach ein Federelement mit einem integrierten Stopperelement kombiniert. Die Stopperhöhe bzw. die Einbauhöhe ergibt sich somit aus dem größten Querschnitt oder den größten Querschnitten, sofern mehrere Teilbereiche als Kernbereiche ausgebildet sind. Die Ausgestaltung der elastischen Bereiche definieren das Federverhalten (und die Dichtkraft) eines solchen Drahtprofils.
Durch gezielte Auslegung der Profildrahtgeometrie, beispielsweise durch FEM, kann die Kontur so gewählt werden, dass sich die Dichtkraft im Einbaupunkt exakt einstellen lässt. Dadurch wird gewährleistet, dass sowohl die statischen Unebenheiten der jeweiligen Flanschfläche als auch bedarfsweise dynamische Dichtspaltschwingungen ausgeglichen werden können.
Sofern eine zusätzliche Mikroabdichtung erforderlich sein sollte, kann der Profildrahtring, beispielsweise auch noch vollständig oder nur partiell beschichtet werden.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, kann es sich als vorteilhaft erweisen, das Drahtprofil asymmetrisch zu gestalten. Dadurch kann die Kraftverteilung (Verzug) am Motorblock bzw. am Zylinderkopf positiv beeinflusst werden.
Das erfindungsgemäße Dichtungselement kann sowohl in Kombination mit einer Zylinderkopfdichtung als auch mit einer Flachdichtung oder als einzelnes Dichtelement, beispielsweise im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, eingesetzt werden.
Je nachdem, ob mit diesem drahtförmigen Mediendichtelement weitere Dichtelemente kombiniert werden sollen, können sich unterschiedliche Anforderungen an den erfindungsgemäßen Profildrahtdichtring ergeben. Folge Forderungen sind exemplarisch denkbar:

– zusätzliche (zumindest partielle) Beschichtung für die Mikroabdichtung,
– Fügen des Profildrahtdichtrings (es ist auch denkbar, dass der Dichtring ähnlich wie bei einem Kolbenring am Stoß nicht gefügt wird, sondern so verbleibt),
– Ausbildung mindestens einer Zone bzw. eines Bereiches, der für ein Fügeverfahren benötigt wird.

Der profilierte Draht ist, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, aus einem Federstahl hergestellt, der vorteilhafterweise eine Streckgrenze ≥ 600 MPa aufweist.
Hier bieten sich bekannte austenitische oder martensitische, rostfreie bzw. rostarme Werkstoffe an.
Ebenfalls denkbar ist, dass der Draht aus einem nicht rostfreien Stahl besteht.
Der Fachmann wird je nach Anwendungsfall das geeignete Material auswählen.
Allgemein kann gesagt werden, dass als Werkstoffe für den Profildraht alle Federstähle in Betracht kommen, die elastische bzw. federnde Eigenschaften mit sich bringen.
Beispielhaft seien hier austenitische Chrom-Nickel-Stähle, martensitische Chrom-Stähle, bainitische bzw. martensitische Kohlenstoffstähle oder Mehrphasen-Stähle genannt. Bei der Verwendung als Dichtungselement im Abgasstrang sei auf Nickelbasislegierungen verwiesen.
Die Kombination aus dem geeigneten Material oder eventuell auch den geeigneten Materialien, bedarfsweise unter Einbeziehung eines Härtungsprozesses und/oder einer Wärmebehandlung sowie der optimierten Geometrie (Drahtquerschnitt) stellen die Funktion des erfindungsgemäßen Dichtungselementes je nach Einbauort unter allen Betriebszuständen sicher.
Je nach Anwendungsfall, wie beispielsweise Pkw oder Nutzfahrzeug, Diesel- oder Benzinmotor, aufgeladen (z. B. Turbo oder Kompressor) oder nicht, kann voraussichtlich eine jeweils andere angepasste geometrische Form des Dichtungselementes am günstigsten sein (abhängig vom Verbrennungsdruck und der Verbrennungstemperatur kommen unterschiedliche Querschnitte in Frage).
Mit Hilfe der Geometrie, der Dicke des jeweiligen Kernbereichs, des Querschnitts des jeweiligen Biegebereichs und des ausgewählten Materials kann eingestellt werden, welche Federwirkung und welche Einbaudicke der Profildrahtdichtring haben soll. Je nach Einsatzfall kann – wie bereits angesprochen – mit dem jeweiligen Kernbereich des Drahtes eine Art Stopper realisiert werden.
Durch die Kombination verschiedener Querschnitte lassen sich komplexe Geometrien erzeugen, die in Bezug auf die Anwendung die erforderlichen Federeigenschaften aufweisen.
Ein weiterer großer Vorteil eines solchen Dichtungselementes besteht darin, dass der zum Einsatz kommende Profildraht bereits das nötige Endmaß aufweist und somit nur noch ein Umformprozess und bedarfsweise ein Fügeprozess und gegebenenfalls eine Wärmebehandlung durchgeführt werden muss, um ein Mediendichtelement herzustellen. Nur unter Umständen wird eine mechanische Nachbearbeitung von Nöten sein.
Für den ebenfalls bedarfsweise anzuwendenden Fügeprozess sind sowohl kraft-, form- als auch stoffschlüssige Verfahren vorstellbar. Es kann sich aber auch um eine Kombination handeln, beispielsweise aus einem form- und stoffschlüssigen Verfahren (z. B. eine mechanische Verklammerung mit anschließender Klebung der Stossstelle).
Von wesentlicher Bedeutung ist, dass durch die gewählte Geometrie des Profildrahtes in Verbindung mit dem geeigneten Material dessen Last-/Verformungskurve sehr stark beeinflusst werden kann. Eine ideale Lastverformungskurve wird durch eine horizontale Linie im Lastverformungsdiagramm repräsentiert. Das bedeutet, zu Beginn nimmt die Verformung mit steigender Last proportional zu. Ab einem gewissen Lastniveau bleibt die Last (nahezu) gleich, während sich das Profit weiter verformt. Erst wenn das Profil fast vollständig verformt wurde, steigt die Last, bei nur noch geringer Verformung, sehr stark an. Bei letztlicher Totalkompression kann nur noch die Last gesteigert werden, und zwar ohne eine weitere Verformung herbeizuführen (allerdings noch plastische Deformation denkbar). Von großer Bedeutung sind in diesem Zusammenhang die Rückfederungseigenschaften des erfindungsgemäßen Profildrahtes. Die Rückfederrate ist ein Maß für das Verhältnis von elastischer Verformung zu plastischer Deformation.
Je geringer die plastische Deformation beim Belasten eines solchen Profils ausfällt, desto besser ist das Rückfederungsverhalten bei seiner Entlastung. Im vorliegenden Fall kann mit Hilfe der Geometrie und der Materialauswahl ein Lastverformungsverhalten erzielt werden, das dem beschriebenen Idealfall sehr nahe kommt. Dadurch ist es möglich:

– den Einbaupunkt eines solchen Dichtungselementes genau zu definieren,
– ein sehr hohes Maß an Rückfederverhalten zu erzielen,
– die benötigte Schraubenkraft bei gleicher oder besserer Dichtfunktion zu minimieren,
– die Verzüge am Motorblock oder an anderen Dichtflanschen zu minimieren,
– größere Dichtspaltbewegungen bzw. -schwingungen auszugleichen.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 Darstellung zweier gleich ausgebildeter beabstandeter Profilkörper mit einander zugewandten Verbindungsmitteln;
2 Zusammengesetztes Dichtungselement, gebildet aus den Profilkörpern gemäß 1;
3 Darstellung gemäß 2 mit zusätzlichem Verbindungselement/Zwischenstück;
4 Darstellung gemäß 3 im Montagezustand;
5 Einzelner Profilkörper gemäß 1 in Wirkverbindung mit einem alternativ ausgebildeten Bauteil;
6 Darstellung gemäß 2 im montierten Zustand.
1 zeigt zwei gleich ausgebildete Dichtungselemente (Profilkörper 1, 1'), die beide definierte elastische (Feder-)Eigenschaften aufweisen. Die Profilkörper 1, 1' sind ringförmig ausgebildet und bestehen aus profilierten Drähten. Wesentliches Merkmal der Geometrien der Profilkörper 1, 1' ist, dass selbige einerseits einen Kernbereich 2, 2' aufweisen, der unter Einsatzbedingungen (je nach Anordnung des Dichtungselementes) eine Stopperfunktion übernehmen kann, und andererseits mindestens einen elastisch biegsamen Bereich 3, 4, 3', 4' beinhalten, der unter Einsatzbedingungen die elastische Dichtfunktion des Dichtungselementes 1, 1' gewährleistet. Das Dichtungselement 1, 1' gemäß 1 weist in seiner Mitte (Kernbereich 2, 2') den größten Querschnitt auf. Zu den beiden Enden hin (Biegebereiche 3, 4, 3', 4') verjüngt sich der Querschnitt (gleichmäßig oder ungleichmäßig). Dies bedeutet, bei Belastung F verbiegen sich die jeweiligen Biegebereiche 3, 4, 3', 4' bis bei Totalkompression nur noch der Kernbereich 2, 2' trägt.
Mit Hilfe des Erfindungsgegenstands wird demzufolge ein Federelement (Biegebereiche 3, 4, 3', 4') mit einem Stopperelement (Kernbereich 2, 2') kombiniert. Die Stopperhöhe bzw. die Einbaudicke (sofern nur der Profilkörper – ohne weiteren Lagen – verwendet wird) ergibt sich somit aus dem größten Querschnitt oder den größten Querschnitten (wenn mehrere Teilbereiche des Dichtungselementes 1, 1' als Kernbereiche ausgebildet sind) eines solchen Profils. Die Ausgestaltung der Biegebereiche 3, 4, 3', 4' definieren das Federverhalten und die Dichtkraft eines solchen Dichtungselementes 1, 1'.
Wie bereits angesprochen, kann das erfindungsgemäße Dichtungselement 1, 1' nicht nur zwischen Motorblock und Zylinderkopf angeordnet werden, sondern darüber hinaus auch zur Abdichtung im Abgasstrang eingesetzt werden. Bedingt durch unterschiedliche Betriebstemperaturen kommen hier auch unterschiedliche Werkstoffe zum Einsatz.
Sofern das erfindungsgemäße Dichtungselement 1, 1' im Bereich einer Zylinderkopfdichtung eingesetzt werden soll, muss der Werkstoff für Temperaturen bis ca. 350°C einsetzbar sein.
Wird das erfindungsgemäße Dichtungselement 1, 1' beispielsweise als Abgasdichtung eingesetzt, muss es für den Einsatz bei Temperaturen > 350°C bis hin zu ca. 1.000°C geeignet sein.
Zur Erzielung größerer Federwege wird nun vorgeschlagen, im Kernbereich 2, 2' eines jeden Dichtungselementes 1, 1' Verbindungsmittel 5, 5' vorzusehen. Diese Verbindungsmittel 5, 5' sind in ihrer einfachsten Ausgestaltungsform durch zueinander parallele Flächenbereiche 6, 7, 6', 7' ausgebildet, die auf unterschiedlichem Höhenniveau im Kernbereich 2, 2' vorgesehen sind. Der jeweilige Stufensprung ist durch das Bezugszeichen 8, 8' definiert.
Alternativ sind auch andersartig geformte Flächenbereiche, z. B. konvex/konkav, denkbar, wobei hier jedoch ein größerer logistischer Aufwand betrieben werden muss. Ein Dichtungselement verfügt beispielsweise über einen Ansatz, während das andere Dichtungselement mit einer entsprechend geformten Nut versehen ist.
2 zeigt die in 1 dargestellten gleichartig ausgebildeten einzelnen Dichtungselemente 1, 1'. Die gegensinnig profilierten Verbindungsmittel 5, 5' liegen nun dergestalt unmittelbar ineinander, dass die Flächenbereiche 6, 7' sowie 7, 6' bündig aufeinander liegen. Somit wird durch unmittelbare Verbindung der Dichtungselemente 1, 1' ein einzelnes Dichtungselement D, gebildet, wodurch nun ein gegenüber einem einzelnen Dichtungselement 1, 1' vergrößerter Federweg erzielt werden kann. Erkennbar sind die jeweiligen Kernbereiche 2, 2' sowie die Biegebereiche 3, 4, 3', 4'.
3 zeigt eine Alternative zu 2. Zum Einsatz gelangen die in 1 dargestellten einzelnen Dichtungselemente 1, 1'. Abweichend zu 2 ist bei 3 zur mittelbaren Verbindung der einzelnen Dichtungselemente 1, 1' ein separates Verbindungselement/Zwischenstück 9 vorgesehen, das zwischen den Verbindungsmitteln 5, 5' der Dichtungselemente 1, 1' positioniert ist. Das Verbindungselement/Zwischenstück 9 ist mit einem, an das jeweilige Profil der Verbindungsmittel 5, 5' der Dichtungselemente 1, 1' angepassten Gegenprofil 10, 11 versehen. Durch unterschiedlich hohe Verbindungselement/Zwischenstücke 9 können beliebige Einbauhöhen des zusammengesetzten Dichtungselementes D realisiert werden.
Ebenfalls denkbar ist, den Kernbereich 2, 2' eines jeden Dichtungselementes 1, 1' mit gleichartig gewölbten Flächenbereichen auszustatten und entsprechend geformte Gegenprofile im Verbindungselement/Zwischenstück 9 vorzusehen. Auch hier wäre dann eine mittelbare Verbindung der einzelnen Dichtungselemente 1, 1' gegeben, wobei der logistische Aufwand – ähnlich wie in 1 dargestellt – gering wäre.
4 zeigt das Dichtungselement D, gebildet aus den Dichtungselementen 1, 1', gemäß 3, und zwar im Montagezustand.
Erkennbar sind zwei plattenförmig ausgebildete äußere Lagen 12, 13 einer nur angedeuteten Zylinderkopfdichtung sowie eine dazwischen angeordnete Distanzlage 14. Das aus den Dichtungselementen 1, 1' zusammengesetzte Dichtungselement D beinhaltet das Verbindungselement/Zwischenstück 9. Dargestellt ist der noch nicht vollständig verspannte Zustand der Lagen 12, 13, wobei lediglich die Biegebereiche 3, 4, 3', 4' an den Gegenflächen 12', 13' der Lagen 12, 13 anliegen. Bei weiterem Verpressen der Lagen 12, 13 gegeneinander würde der Spalt h, h' reduziert und bedarfsweise sogar gegen Null gehen.
5 zeigt eine weitere Einbauvariante. Erkennbar ist das Dichtungselement 1' gemäß 1, das über das Verbindungsmittel 5' verfügt. In diesem Beispiel ist eine äußere Lage 14 einer nur angedeuteten Zylinderkopfdichtung gegeben, auf welcher die Biegebereiche 3', 4', unter Bildung des Spaltes h', abgestützt sind. Zum Einsatz kommt eine weitere äußere Lage 15, die in Analogie zum Dichtungselement 1' mit einem Verbindungsmittel 15' versehen ist. Zwischen den äußeren Lagen 14, 15 befindet sich auch hier eine Distanzlage 16.
6 zeigt eine weitere Alternative zu den 4 und 5. Zum Einsatz gelangt ein, aus den Dichtungselementen 1, 1' bestehendes Dichtungselement D gemäß 2.
Über die Verbindungsmittel 5, 5' können die Dichtungselemente 1, 1', beispielsweise in eine Aussparung 17, 18, beispielsweise einer Distanzlage 19 einer nicht näher dargestellten Flachdichtung, eingehängt werden. Zu diesem Zweck wird das Dichtungselement 1' auf dem Motorblock 20 aufgesetzt, wobei der Biegebereich 4' innerhalb der Aussparung 17 ruht. Anschließend wird das Dichtungselement 1 mit seinen Verbindungsmitteln 5 auf die Verbindungsmittel 5' des Dichtungselementes 1' aufgesteckt, so dass der Biegebereich 4 in die Aussparung 19 eingreift. Mit dem Bezugszeichen 21 ist der Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine beziffert.
Im Folgenden werden beispielhaft einige Legierungen wiedergegeben: Sämtliche Angaben sind in Gew.-%.
A: Dichtungselement zum Einsatz im Bereich einer Zylinderkopfdichtung.
1. Austenitischer Stahl

C max. 0,15%

Si max. 2%

Mn max. 0,5%

P max. 0,45%

S max. 0,04%

Cr 12–21%

Ni max. 16%

Mo max. 4%

Co max. 4%

Fe Rest

2. Martensitischer Stahl

C 0,16–0,50%

Si max. 1%

Mn max. 1,5%

P max. 0,045%

S max. 0,04%

Cr 12–14,5%

Ni max. 0,75%

Mo max. 1%

Fe Rest

3. Nicht rostfreier Stahl

C 0,5–1,3%

Si max. 3%

Mn max. 3%

P max. 0,035%

S max. 0,035%

Cr max. 2%

Fe Rest
B: Dichtungselement zum Einsatz im Bereich einer Auspuffflanschdichtung
Je nach Temperaturbereich (> 350°C) können Nickelbasislegierungen oder Nickelbasis-Superlegierungen zum Einsatz kommen. Im Rahmen der Verwendung eines derartigen erfindungsgemäßen Dichtungselementes handelt es sich hier im Wesentlichen um Nickel-Chromstähle mit einem Chromanteil zwischen 17 und 23% und einem Nickelanteil zwischen 25 und 55%.
Sämtliche Angaben der Elemente sind in Gew.-%.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- GB 979408 [0005]
- DE 1253950 [0006]

Claims

Dichtungselement zur Abdichtung von Flanschflächen bei Brennkraftmaschinen, bestehend aus mindestens einem ringförmigen metallischen Profilkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper (1, 1') aus einem Draht besteht und mindestens einen Kern- (2, 2') und mindestens einen Biegebereich (3, 3') aufweist, dass die Materialdicke des Drahtes (1, 1') im Kernbereich (2, 2') größer als im jeweiligen Biegebereich (3, 3') ausgebildet ist, und dass der Draht (1, 1') im Kernbereich (2, 2'), zur mittel- oder unmittelbaren Verbindung mit mindestens einem weiteren Bauteil (1', 1, 9, 15), mit mindestens einem Verbindungsmittel (5, 5', 15') versehen ist.
Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Verbindungsmittel (5, 5', 15') durch zueinander versetzte Flächenbereiche (6, 7, 6', 7') gebildet ist.
Dichtungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Verbindungsmittel (5, 5', 15') durch parallel zueinander verlaufende auf unterschiedlichem Höhenniveau vorgesehene Flächenbereiche (6, 7, 6', 7') gebildet ist.
Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (5, 5', 15') durch gewölbt ausgebildete Flächenbereiche (6, 7, 6', 7') gebildet sind.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einzelnen mit ihren Kernbereichen (2, 2') einander zugewandten Profilkörpern (1, 1'), respektive Bauteilen (15'), separate Verbindungselemente/Zwischenstücke (9) vorgebbarer Höhe eingesetzt sind.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente/Zwischenstücke (9) mit einem dem jeweiligen Verbindungsmittel (5, 5', 15') entsprechenden Gegenprofil (10, 11) versehen sind.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 1') als offener oder geschlossener Ring ausgebildet ist.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Wanddicke des Drahtes (1, 1') dergestalt profiliert ist, dass sie der geometrischen Form einer Banane entspricht.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Biegebereiche (3, 4, 3', 4') im Ausgangszustand die axiale Höhe des Kernbereiches (2, 2') übersteigen.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die freien radialen Endbereiche des jeweiligen Biegebereichs (3, 4, 3', 4') in gerundeter Form vorgesehen sind.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdicke der jeweiligen Biegebereich (3, 4, 3', 4') der einzelnen Dichtungselemente (1, 1') gleich ausgebildet ist.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdicke der jeweiligen Biegebereiche (3, 4, 3', 4') unterschiedlich ausgebildet ist.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengesetzten Profilkörper (1, 1') Teil einer Zylinderkopfdichtung sind.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengesetzten Profilkörper (1, 1') im Bereich der jeweiligen Brennraumdurchgangsöffnung einer Zylinderkopfdichtung vorgesehen sind.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengesetzten Profilkörper (1, 1') im Bereich mindestens einer Mediendurchgangsöffnung, wie einem Wasser- oder Ölloch, vorgesehen sind.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengesetzten Profilkörper (1, 1') Teil einer Flanschdichtung, insbesondere einer Auspuffflanschdichtung, sind.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengesetzten Profilkörper (1, 1') als einzelnes Dichtelement in Zuführbereichen von Verbrennungsluft und/oder in Abführbereichen von Verbrennungsgas ist.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengesetzten Profilkörper (1, 1') zumindest partiell mit Teilen der Zylinderkopfdichtung, respektive der Auspuffflanschdichtung, verbunden sind.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengesetzten Profilkörper (1, 1') radial beweglich an der jeweiligen Öffnung angeordnet sind.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 1') aus Federstahl besteht.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 1') einsatzabhängig eine Streckgrenze ≥ 600 MPa aufweist.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 1') aus einem austenitischen rostfreien bzw. rostarmen Werkstoff besteht.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 1') aus einem martensitischen rostfreien bzw. rostarmen Werkstoff besteht.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 1') aus einem nicht rostfreien Stahl besteht.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 1') aus einer Nickelbasislegierung besteht.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 1) aus einer Nickelbasis-Superlegierung besteht.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die die Funktion definierenden Bereiche der Dichtlinien der Biegebereiche (3, 4, 3', 4') zumindest partiell beschichtet sind.