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Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung für Heißgassysteme, insbesondere für Abgassysteme von Brennkraftmaschinen, umfassend mindestens ein Dichteinsatzelement mit mindestens einem Sickensystem, welches einen Durchlass für einen Heißgasstrom umschließt, wobei das Dichteinsatzelement aus einem ersten metallischen Werkstoff gebildet ist, und ferner umfassend ein Trägerelement, welches mindestens eine Lage aus einem Flachmaterial aus einem zweiten Werkstoff aufweist, und welches mindestens einen das Dichteinsatzelement aufnehmenden Durchbruch aufweist.
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Derartige Flachdichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Bei diesen besteht stets das Problem, das Dichteinsatzelement mit der notwendigen Zuverlässigkeit zu fixieren.
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Insbesondere treten Probleme auch dadurch auf, dass die auf das Dichteinsatzelement wirkenden Kräfte zu einer derart großen Relativverschiebung des Dichteinsatzelements relativ zum Trägerelement führen können, dass eine zuverlässige Abdichtung nicht mehr gewährleistet ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung für Heißgassysteme derart zu verbessern, dass eine zuverlässige langzeitstabile Abdichtung eines Heißgassystems mit dieser Flachdichtung möglich ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Flachdichtung für Heißgassysteme erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Werkstoff ein hochtemperaturfedernder metallischer Werkstoff ist, dass das Trägerelement auf einander gegenüberliegenden Seiten Auflageflächen für gegeneinander abzudichtende Komponenten des Heißgassystems aufweist und dass die Flachdichtung eine Fixierung für das Dichteinsatzelement aufweist, welche mindestens einen an den Durchbruch angrenzenden Stützbereich mit einer einer der Auflageflächen zugewandten und relativ zu dieser zurückgesetzten Stützfläche aufweist, auf welcher das jeweilige in dem Durchbruch aufgenommene Dichteinsatzelement mit einem Stützarm aufliegt.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist einerseits darin zu sehen, dass durch das Trägerelement und die von diesem gebildeten Auflageflächen ein definierter Minimalabstand der Komponenten vorgegeben ist, der zu einem Schutz des Dichteinsatzelements gegen eine zu starke Verformung führt, und dass außerdem das Dichteinsatzelement in einfacher Weise, jedoch mit der notwendigen Zuverlässigkeit, an dem Trägerelement durch die Fixierung fixiert werden kann.
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Außerdem besteht der Vorteil dieser Lösung darin, dass diese einfach und kostengünstig herzustellen ist.
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Unter einem hochtemperaturfedernden metallischen Werkstoff sind alle Werkstoffe zu verstehen, die bei Temperaturen über 550°C noch eine ausreichende Federelastizität aufweisen, die sich beispielsweise in Zeitstandsfestigkeiten der Werkstoffe zeigt, die größer sind als die durch eine temperaturabhängige Grenzfunktion festgelegten Zeitstandsfestigkeiten, wobei die temperaturabhängige Grenzfunktion durch Interpolation zwischenfolgenden Stützstellen
| bei 540°C, | 450 MPa bei 1000 h |
| bei 600°C, | 330 MPa bei 1000 h |
| bei 650°C, | 230 MPa bei 1000 h |
| bei 700°C, | 160 MPa bei 1000 h |
| bei 750°C, | 100 MPa bei 1000 h |
| bei 815°C, | 50 MPa bei 1000 H |
festgelegt ist.
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Dabei beschreibt die Zeitstandsfestigkeit die mechanische Spannung (angegeben in MPa), die bei einem metallischen Werkstoff nach einer bestimmten Beanspruchungszeit (bei den vorstehend genannten Werten 1000 h) und bei konstanter Temperatur (den vorstehend genannten Temperaturwerten) oberhalb der sogenannten Übergangstemperatur zum Bruch führt.
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Derartige Werkstoffe sind beispielsweise Legierungen auf Nickel-, Eisen- oder Kobaltbasis wie zum Beispiel Alloy 718.
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Für das Trägerelement sind gewöhnliche bei Flachdichtungen einsetzbare Trägermaterialien, wie z. B. Stahl, denkbar.
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Um einerseits den Stützarm sicher aufnehmen zu können, andererseits aber auch zuverlässig fixieren zu können, ist vorgesehen, dass der Stützbereich eine Höhe aufweist, die geringer ist als ein Abstand der im Sinne eines Stopperelements wirkenden Auflageflächen, so dass der auf dem Stützbereich aufliegende Stützarm so gestaltet werden kann, dass er auch bei den an beiden Auflageflächen aufliegenden Komponenten des Heißgassystems die Möglichkeit hat, sich gegebenenfalls relativ zu dem Stützbereich zu bewegen.
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Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Stützbereich relativ zu dem übrigen Trägerelement ein eine geringere Höhe aufweisender Bereich ist.
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Eine derartige geringere Höhe als das übrige Trägerelement aufweisender Bereich lässt sich in unterschiedlicher Art und Weise realisieren.
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Beispielsweise wäre es denkbar, den Stützbereich durch Abtragen von Material auf eine geringere Höhe als das übrige Trägerelement zu reduzieren.
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Es ist aber auch denkbar, dass das Trägerelement aus mehreren Lagen von Flachmaterial ausgebildet ist und dass nicht sämtliche, das Trägerelement bildenden Lagen des Flachmaterials den Stützbereich bilden, sondern eine reduzierte Zahl von Lagen zur Bildung des Stützbereichs herangezogen wird, so dass dadurch die Höhe des Stützbereichs gegenüber der Höhe des übrigen Trägerelements reduziert werden kann.
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Alternativ dazu sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der Stützbereich durch Deformation einer das Trägerelement bildenden Lage des Flachmaterials gebildet ist.
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Eine derartige Deformation sieht beispielsweise ein Stauchen oder Prägen der Lage des Flachmaterials vor, um die Höhe des Stützbereichs relativ zur Höhe des übrigen Trägerelements zu reduzieren.
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Hinsichtlich der Ausbildung des Stützarms wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
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So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der Stützarm eine Höhe aufweist, die geringer ist als ein Abstand zwischen der Auflagefläche und der relativ zu dieser zurückgesetzten Stützfläche.
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Durch diese Ausbildung der Höhe des Stützarms in Relation zum Abstand zwischen der Auflagefläche und der Stützfläche besteht ausreichend Raum zur Fixierung des Stützarms an der Stützfläche mit geeigneten Maßnahmen und außerdem ist auch der Stützarm nicht unmittelbar durch die an die Flachdichtung angrenzenden Komponenten des Heißgassystems beaufschlagt und somit ist der Stützarm nicht durch die an der Flachdichtung anliegenden Komponenten gegen die Stützfläche gedrückt.
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Um eine zusätzliche Sicherung des Dichteinsatzelements gegen eine Bewegung relativ zum Trägerelement zu schaffen, ist vorzugsweise auf einer dem Durchbruch zur Aufnahme des Dichteinsatzelements gegenüberliegenden Seite des Stützbereichs eine Ausnehmung im Trägerelement angeordnet, in welche ein Endbereich des Stützarms eingreift.
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Eine derartige Lösung hat den Vorteil, dass selbst dann, wenn die Komponenten des Heißgassystems von den Auflageflächen abheben, durch den in die Ausnehmung eingreifenden Endbereich des Stützarms noch eine Sicherung des Dichteinsatzelements gegen eine weitere Verschiebung relativ zum Trägerelement möglich ist.
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Eine besonders einfache Lösung sieht vor, dass die Ausnehmung sich in Richtung der Auflagefläche erstreckt, von welcher die Stützfläche abgewandt ist.
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Im einfachsten Fall ist dabei vorgesehen, dass die Ausnehmung das Trägerelement durchsetzt.
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Um eine sichere Fixierung des Endbereichs des Stützarms in der Ausnehmung zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Stützarm mit dem Endbereich in die Ausnehmung eingebogen eingreift.
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Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass der in die Ausnehmung eingebogene Endbereich zwischen eine die Ausnehmung begrenzende Wand des Stützbereichs und eine die Ausnehmung begrenzende gegenüberliegende Wand des Trägerelements eingreift, um eine dauerhafte zusätzliche Festlegung des Stützarms relativ zum Trägerelement zu erreichen.
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Hinsichtlich der Ausbildung des Stützarms sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Stützarm als Stützfahne ausgebildet ist.
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Um eine verliersichere Fixierung des Dichteinsatzelements am Trägerelement zu erhalten, sind die unterschiedlichsten Lösungen der Fixierung der beiden relativ zueinander, zumindest bis zum Einbau der Flachdichtung, denkbar.
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Beispielsweise könnte eine Fixierung im Bereich des Durchbruchs erfolgen. Eine besonders einfache Lösung sieht jedoch vor, dass der Stützarm mit dem Stützbereich fest verbunden ist.
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Eine derartige feste Verbindung lässt sich in unterschiedlichster Art und Weise realisieren.
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So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der Stützarm mit dem Stützbereich durch Stoffschluss verbunden ist.
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Ein derartiger Stoffschluss kann beispielsweise durch ein Kleben erfolgen. Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Stützarm mit dem Stützbereich verschweißt ist.
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Eine alternative Lösung zu einem Stoffschluss sieht vor, dass der Stützarm mit dem Stützbereich durch Formschluss verbunden ist.
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In diesem Fall wäre eine Verbindung zwischen dem Stützarm und dem Stützbereich beispielsweise durch ein formschlüssiges Verbindungselement oder durch einen direkten Formschluss realisierbar.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Stützarm mit dem Stützbereich durch eine Einsteckverbindung verbunden ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung einer erfindungsgemäßen Flachdichtung sieht vor, dass das Dichteinsatzelement durch einen Formschluss zwischen dem Dichteinsatzelement und dem Trägerelement im Bereich des Durchbruchs definiert ausgerichtet gehalten ist.
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Diese Lösung sieht eine weitere vorteilhafte Sicherung der Position des Dichteinsatzelementes dadurch vor, dass im Bereich des Durchbruchs ein Formschluss vorhanden ist, welcher eine definierte Ausrichtung des Dichteinsatzelements relativ zum Trägerelement gewährleistet, so dass sich das Dichteinsatzelement in einer in einer Ausdehnungsebene der Flachdichtung liegenden Richtung nicht so weit von der vorgesehenen Position weg bewegen kann, dass die Dichtfunktion beeinträchtigt ist.
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Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Formschluss spielbehaftet ist, um unterschiedliche thermische Ausdehnungen oder auch unterschiedliche mechanische Belastungen ohne Auftreten von Zwangskräften zwischen dem Dichteinsatzelement und dem Trägerelement zu berücksichtigen.
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Vorzugsweise lässt sich ein derartiger Formschluss dadurch realisieren, dass eine erste zu dem Formschluss führende Kontur des Trägerelements und eine zweite zu dem Formschluss führende Kontur des Dichtelements quer zu einer Ausdehnungsebene des Trägerelements verlaufende Ausrichtflächen aufweisen.
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Eine derartige Lösung lässt in einfacher Weise eine Ausrichtung des Dichteinsatzelements relativ zum Trägerelement durch im Bereich des Durchbruchs vorgesehene Ausrichtflächen zu.
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Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Trägerelement und das Dichteinsatzelement mindestens auf einer Seite miteinander korrespondierende Konturverläufe aufweisen, die die quer zur Ausdehnungsebene verlaufenden und zusammenwirkenden Ausrichtflächen aufweisen.
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Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Dichteinsatzelement mindestens einen sich in der Ausdehnungsebene erstreckenden Vorsprung oder Rücksprung mit einer quer zur Ausdehnungsebene verlaufenden Ausrichtfläche aufweist.
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Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Trägerelement mindestens einen sich in der Ausdehnungsebene erstreckenden Rücksprung oder Vorsprung mit einer quer zur Ausdehnungsebene verlaufenden Ausrichtfläche aufweist.
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Hinsichtlich der Ausbildung des Dichteinsatzelements wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht.
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So sieht eine bevorzugte Lösung vor, dass das Dichteinsatzelement aus mehreren aufeinander aufliegenden Funktionslagen gebildet ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Dichteinsatzelement aus zwei aufeinander aufliegenden Funktionslagen gebildet ist.
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Hinsichtlich der Ausbildung der Funktionslagen wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Summe aus der Höhe einer ersten Funktionslage und der Höhe einer zweiten Funktionslage kleiner ist als ein Abstand der Auflageflächen voneinander.
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So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass eine erste Funktionslage eine Höhe aufweist, die maximal einer Hälfte eines Abstandes der Auflageflächen voneinander entspricht.
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Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine zweite Funktionslage eine Höhe aufweist, die maximal einer Hälfte eines Abstandes der Auflageflächen voneinander entspricht.
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Hinsichtlich der Ausbildung des Sickensystems selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
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So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass zur Ausbildung des Sickensystems mindestens eine der Funktionslagen eine Sicke aufweist.
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Im Fall mehrerer Funktionslagen ist vorzugsweise vorgesehen, dass zur Ausbildung des Sickensystems jede der Funktionslagen eine Sicke aufweist.
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Um die beiden Funktionslagen gegeneinander abzudichten ist vorzugsweise in diesem Fall vorgesehen, dass im eingebauten Zustand der Flachdichtung die Sicke der mindestens einen Funktionslage mit einem Sickenfuß, insbesondere mit einem Sickenfußknick, an der jeweils anderen Funktionslage anliegt.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die Abdichtung der Funktionslagen gegeneinander auch dadurch, dass die Sickenfüße, insbesondere die Sickenfußknicks, der Funktionslagen aneinander anliegen.
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Hinsichtlich der Anordnung der Sicken relativ zum Durchlass für den Heißgasstrom wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
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So ist vorzugsweise vorgesehen, dass der jeweilige Sickenfuß auf einer dem Durchlass für den Heißgasstrom abgewandten Seite der jeweiligen Sicke angeordnet ist.
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Dabei könnten die Sicken nach wie vor als Vollsicken ausgebildet sein.
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Als besonders zweckmäßig, insbesondere hinsichtlich der erforderlichen Höhenelastizität hat es sich erwiesen, wenn mindestens eine der Sicken eine Halbsicke ist.
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Hinsichtlich der Anordnung der Funktionslagen relativ zueinander wurden ebenfalls bislang keine näheren Angaben gemacht.
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So ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Funktionslagen im Bereich einer Trennebene aneinander anliegen.
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In diesem Fall ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die Sicken sich jeweils von der Trennebene weg erstrecken.
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Hinsichtlich der Verbindung der Funktionslagen zur Bildung des Dichteinsatzelements wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
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Prinzipiell wäre es denkbar, die Funktionslagen separat in den Durchbruch einzusetzen und separat relativ zum Trägerelement zu fixieren, beispielsweise mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht jedoch vor, dass die Funktionslagen miteinander verbunden sind.
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Die Verbindung kann dabei in unterschiedlichster Art und Weise erfolgen. So sieht eine Möglichkeit vor, dass die Funktionslagen durch Formschluss miteinander verbunden sind.
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Ein derartiger Formschluss kann beispielsweise ein Verbindungselement, wie zum Beispiel ein Niet oder eine Bördelung, umfassen.
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Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass die Funktionslagen durch eine Einsteckverbindung miteinander verbunden sind.
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Eine Einsteckverbindung ist besonders einfach realisierbar und hat den Vorteil, dass sie noch eine gewisse Beweglichkeit der Funktionslagen relativ zueinander zulässt.
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Beispielsweise ist die Einsteckverbindung dadurch realisiert, dass die Einsteckverbindung durch eine in eine Öffnung einer der Funktionslagen eingreifende Lasche der anderen Funktionslage gebildet ist.
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Alternativ oder ergänzend zum Vorsehen eines Formschlusses sieht eine weitere Lösung vor, dass die Funktionslagen durch einen Stoffschluss miteinander verbunden sind.
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Ein derartiger Stoffschluss kann beispielsweise durch eine Klebeverbindung realisiert werden, wobei eine Klebeverbindung bei Heißgasbedingungen problematisch sein kann.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht daher vor, dass die Funktionslagen durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden sind.
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Eine derartige Schweißverbindung könnte beispielsweise eine lokalisierte Punktschweißverbindung sein.
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Eine besonders günstige Lösung, die auch die Abdichtung zwischen den Funktionslagen verbessert, sieht vor, dass die Funktionslagen durch eine um den Durchlass für den Abgasstrom umlaufende Schweißverbindung miteinander verbunden sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Flachdichtung;
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2 eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs der erfindungsgemäßen Flachdichtung mit einem Dichteinsatzelement umgeben von dem Trägerelement;
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3 einen Schnitt längs Linie 3-3 in 2 im nicht eingebauten Zustand der Flachdichtung;
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4 einen Schnitt längs Linie 4-4 in 2 im nicht eingebauten Zustand der Flachdichtung;;
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5 einen Schnitt längs Linie 5-5 in Fig. im eingebauten Zustand der Flachdichtung;;
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6 eine Draufsicht ähnlich 2 auf das Trägerelement im Bereich eines Durchbruchs;
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7 eine Draufsicht ähnlich 2 auf eine erste Funktionslage;
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8 eine Draufsicht ähnlich 2 auf die zweite Funktionslage;
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9 einen Schnitt längs Linie 9-9 in 2;
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10 einen Schnitt ähnlich 4 durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung;
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11 einen Schnitt ähnlich 4 durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung;
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12 einen Schnitt ähnlich 4 durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung;
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13 einen Schnitt ähnliche 4 durch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung;
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14 einen Schnitt ähnlich 4 durch ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung und
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15 ein Diagramm mit Werten für die Zeitstandsfestigkeit eines bevorzugten hochtemperaturfedernden Werkstoffs.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung für Heißgassysteme, in diesem Fall einer Flachdichtung für ein Abgassystem von Brennkraftmaschinen, insbesondere zur Abdichtung zwischen einem Motorblock und einem Abgaskrümmer der Brennkraftmaschine, umfasst, wie in 1 bis 9 dargestellt, ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Trägerelement in Form einer sich in einer Längsrichtung 12 erstreckenden Lage eines Flachmaterials 20, die sich in einer Querrichtung 14 quer zur Längsrichtung 12 zwischen Längsseiten 16 und 18 erstreckt, wobei die Längsseiten 16, 18 nicht geradlinig verlaufen müssen, sondern beliebige Konturen aufweisen können.
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Hierbei erstreckt sich das Trägerelement 10 in einer parallel zur Längsrichtung 12 und parallel zur Querrichtung 14 verlaufenden Ausdehnungsebene AE als flächenhaftes Teil.
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Ferner weist das Trägerelement 10 nahe der Längsseiten 16 und 18 liegende Ausnehmungen 22 und 24 für Befestigungsschrauben auf.
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Das Trägerelement 10 ist beispielsweise mit mehreren in der Längsrichtung 12 aufeinanderfolgend angeordneten und eine Innenkontur 28 aufweisenden Durchbrüchen 26 versehen, in welche als Ganzes mit 30 bezeichnete Dichteinsatzelemente eingesetzt sind, von denen jedes mindestens einen Durchlass 32 für einen Heißgasstrom umschließt.
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Die Dichteinsatzelemente 30 sind erfindungsgemäß aus einem temperaturbeständigen metallischen Werkstoff, insbesondere einem hochtemperaturfedernden ersten Werkstoff, zum Beispiel einer Nickelbasislegierung, gebildet, und diese sind somit in der Lage, eine Abdichtung auch bei den hohen Temperaturen in einem Heißgassystem sicherzustellen, während das Trägerelement 10 aus einem weniger hochwertigen und somit auch weniger temperaturbeständigen, metallischen Werkstoff hergestellt ist, da das Trägerelement 10 weit geringeren Temperaturen, insbesondere nicht den hohen Temperaturen des den jeweiligen Durchlass 32 durchströmenden Abgases, ausgesetzt ist.
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Wie ferner in 1 bis 5 dargestellt, umfasst jedes Dichteinsatzelement 30 ein unmittelbar an den Durchlass 32 für das Heißgas angrenzendes Sickensystem 34, welches an die Flachdichtung angrenzenden Komponenten K1 und K2 des Abgassystems, beispielsweise einen Motorblock als Komponente K1 und einen Abgaskrümmer als Komponente K2 gegeneinander abdichtet und somit eine den Durchlass 32 vollständig umschließende dauerhafte Abdichtung des Heißgases beim Übergang zwischen diesen Komponenten gewährleistet.
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Dabei ist ein Mindestabstand der Komponenten K1 und K2 durch Auflageflächen A1 und A2 des Trägerelements 10 festgelegt, welche eine Stopperfunktion haben und den minimalen Abstand der Komponenten K1 und K2 vorgeben und deren Abstand AA durch eine Höhe HT des Trägerelements 10 bestimmt ist.
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Das Sickensystem 34 jedes Dichteinsatzelements 30 wird umschlossen von einem Positionierbereich 36 des jeweiligen Dichteinsatzelements 30, welcher dazu vorgesehen ist, das Sickensystem 34 relativ zu den Komponenten K1 und K2 des Abgassystems in der für das Sickensystem 34 vorgesehenen Position zu halten, wobei sich der Positionierbereich 36 hierzu unter anderem in unterschiedlichster Art und Weise an dem Trägerelement 10 abstützt und außerdem gegebenenfalls dazu beiträgt, das Sickensystem 34 – wenn dieses mehrteilig ausgebildet ist – zu einer Einheit zusammen zu halten.
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Wie in 1 und vergrößert in 2 für ein Dichteinsatzelement 30 dargestellt, umfasst der Positionierbereich 36 beispielsweise zwei einander gegenüberliegende und sich radial zum Durchlass 32 erstreckende Vorsprünge 42 und 44, in denen jeweils eine Ausrichtöffnung 46, 48 für eine vereinfachte Montage angeordnet ist sowie außerdem noch jeweils eine formschlüssige Einsteckverbindung 52.
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Darüber hinaus sind ebenfalls noch zwei weitere, sich radial zum Durchlass 32 erstreckende Vorsprünge 54 und 56 im Positionierbereich vorgesehen, die eine geringere radiale Erstreckung als die Vorsprünge 42 und 44 aufweisen, und ebenfalls eine formschlüssige Einsteckverbindung 52 tragen.
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Wie in 3 dargestellt, ist das Dichteinsatzelement 30 durch eine erste Funktionslage 62 und eine zweite Funktionslage 64 gebildet, die beispielsweise zur Bildung der Vorsprünge 42 und 44 bzw. 54 und 56 aneinander im Bereich einer Trennebene 66 anliegende Flanschbereiche 72 und 74 aufweisen, die zusammen beispielsweise die Vorsprünge 42 und 44 bilden und ausgehend von den Flanschbereichen 72 und 74 dem Durchlass 32 zugewandte Halbsicken 76 und 78 aufweisen.
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Die Halbsicken 76, 78 liegen mit ihren Sickenfüßen 82 und 84 im Bereich der Trennebene 66 einander an und bilden jeweils einen Sickenfußknick 81, 83, von welchem ausgehend sich jeweils Sickenflanken 85, 87 jeweils von der Trennebene 66 weg erstrecken bis zu jeweils einem Sickenkammknick 89, 91, von welchem ausgehend sich dann jeweils ein Sickenkamm 86, 88 erstreckt, der in nicht eingebautem Zustand der Flachdichtung in einem Abstand von der Trennebene 66 liegt, welcher so groß ist, dass bei einer Deformation der Halbsicken 76 und 78 beim Einbau der erfindungsgemäßen Flachdichtung eine ausreichend große Dichtlinienpressung im Bereich der Sickenkämme 86 und 88 und auch im Bereich der Sickenfüße 82 und 84 auftritt.
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Die Halbsicken 76 und 78 bilden dabei das Sickensystem 34, das im nicht eingebauten Zustand gemäß 3 und 4 insgesamt einen Kammabstand KH aufweist, welcher größer ist als ein Abstand AA der Auflageflächen A1, A2 des Trägerelements 10.
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Insgesamt bilden die Halbsicken 76 und 78 somit das in Richtung quer zur Trennebene 66 höhenelastische Sickensystem 34, wobei im eingebauten Zustand, gemäß 5, die Abdichtung der Halbsicken 76 und 78 relativ zueinander im Bereich von deren aneinander in der Trennebene 66 anliegenden Sickenfußknicks 81, 83 der Sickenfüße 82 und 84 erfolgt und die Abdichtung zu den Komponenten K1 und K2 des Abgassystems durch die an einander gegenüberliegenden Komponenten K1 und K2 anliegenden Sickenkammknicks 89, 91 der Sickenkämme 86 und 88 erfolgt. Dabei sind die Halbsicken 76, 78 so ausgebildet, dass die Sickenkämme 86, 88 im eingebauten Zustand der Flachdichtung in Richtung aufeinander zu gebogen sind und sich insbesondere mit ihren den Sickenkammknicks 89, 91 gegenüberliegenden und den Durchlass 32 umgrenzenden Enden aneinander abstützen.
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Außerdem sind die Halbsicken 76, 78 so ausgebildet, dass sich im eingebauten Zustand auch die Sickenfüße 82 und 84 ausgehend von den Sickenfußknicks 81, 83 spreizen.
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Zur Ausrichtung des Dichteinsatzelements 30 bildet der gesamte Positionierbereich 36 zumindest im Bereich der Vorsprünge 42 und 44 sowie 54 und 56 mit den jeweiligen Außenkonturen 92 und 94 der Funktionslagen 62, 64 jeweils Ausrichtflächen 96 und 98, die einer durch die Innenkontur 28 des Durchbruchs 26 gebildeten Ausrichtfläche 100 des Trägerelements 10 zugewandt sind, wobei die Innenkontur 28 auch der Außenkontur der Vorsprünge 42, 44, 54 und 56 angepasste Rücksprünge 43, 45, 55 und 57 umfasst.
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Somit können sich die Ausrichtflächen 96 und 98 an der Ausrichtfläche 100 abstützen, um das Dichteinsatzelement 30 in einer definierten Ausrichtung relativ zum Trägerelement 10 zu halten.
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Bei Raumtemperatur weisen die Ausrichtflächen 96 und 98 beispielsweise einen Abstand zur Ausrichtfläche 100 auf, so dass durch diesen eine unterschiedliche thermische Ausdehnung des Trägerelements 10 relativ zum Dichteinsatzelement 30 ausgeglichen werden kann.
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Um eine Festlegung des Dichteinsatzelements 30 insbesondere gegen Bewegungen relativ zu dem Trägerelement 10 in Richtung parallel zu den Ausrichtflächen 96, 98, 100 zu erreichen ist, wie beispielsweise in 2 und 4 dargestellt, ist die zweite Funktionslage 64 im Bereich zwischen den Vorsprüngen 42 und 44 sowie 54 und 56 mit Stützarmen 102 versehen, die auf Stützbereichen 104 des Trägerelements 10 aufliegen, wobei alle Stützbereiche 104 einer der zwei durch das Trägerelement 30 gebildeten Auflageflächen A1 und A2, beispielsweise der zweiten Auflagefläche A2, zugewandte Stützflächen 106 für die Stützarme 102 aufweisen, die gegenüber der einen der zwei durch das Trägerelement 30 gebildeten Auflageflächen A1 und A2, in diesem Fall beispielsweise gegenüber der zweiten Auflagenfläche A2, zurückgesetzt ist.
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Die Höhe HS des Stützbereichs 104 ist dabei so gewählt, dass ein Abstand A der Stützfläche 106 von der Auflagefläche A2, gegenüber welcher die Stützfläche 106 zurückgesetzt ist, größer ist als eine Höhe HA des Stützarms 102.
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In diesem Fall ist auch der Stützarm 102 insbesondere gebildet durch die nahe der Auflagefläche A2 liegende Funktionslage 64 und beispielsweise ausgebildet als eine Fahne 116 des die obere Funktionslage 64 bildenden Flachmaterials, die sich in Fortsetzung des den Positionierbereich 36 bildenden Flachmaterials über die Stützfläche 106 hinweg erstreckt.
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Zur Festlegung der Stützarme 102 an den Stützbereichen 104 zumindest vor einem Einbau der Flachdichtung zwischen die Komponenten K1 und K2 sind die Stützarme 102 durch eine Verschweißung 110, beispielsweise einen Schweißpunkt, mit den Stützbereichen 104 verbunden.
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Der Stützbereich 104, der Stützarm 102 und die beide verbindende Verschweißung 110 bilden eine Fixierung 120, die zwischen dem Dichteinsatzelement 30 und dem Trägerelement 10 zumindest so lange wirksam ist, bis die Flachdichtung zwischen den Komponenten K1 und K2 des Heißgassystems montiert ist.
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Zur ergänzenden sicheren Festlegung der Stützarme 102 an dem Trägerelement 10 weist das Trägerelement 10 auf einer dem Durchbruch 26 abgewandten Seite des Stützbereichs 104 eine Ausnehmung 118 auf, welche beispielsweise das gesamte Flachmaterial 20 des Trägerelements 10 durchsetzt.
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In diese Ausnehmung 118 hinein erstreckt sich ein Endbereich 122 des Stützarms, welcher in Richtung der ersten Auflagefläche 112 umgebogen ist und somit in die zwischen eine die Ausnehmung 118 begrenzende Wand 124 des Stützbereichs sowie eine die Ausnehmung 118 begrenzende Wand 126 des Trägerelements 10, welche der Wand 124 gegenüberliegt, eingreift, so dass selbst bei einem Abheben des Stützarms 102 von der Stützfläche 106 noch eine Fixierung des Dichteinsatzelements 30 durch den zwischen die Wände 124 und 126 eingreifenden Endbereich 122 des Stützarms 102 gegeben ist, die somit selbst dann, wenn sich die Verschweißung 110 im Betrieb lösen sollte, noch eine zusätzliche Möglichkeit der Fixierung des Dichteinsatzelements 30 darstellt.
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Wie in 6 dargestellt, werden die Stützbereiche 104 mit den Stützflächen 106 vorzugsweise gebildet durch eine Prägung des Flachmaterials 20 in dem den Stützbereich 104 ergebenden Bereich desselben, so dass der Abstand der Stützfläche 106 von der zweiten Auflagefläche A2 mindestens einer Höhe des die Stützfahne 116 bildenden Flachmaterials entspricht, vorzugsweise etwas größer ist als die Höhe, jedoch geringer ist als ein halber Abstand der Auflageflächen A1 und A2 voneinander.
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Zur Ausbildung der Steckverbindungen 52 ist, wie in 7 dargestellt, die erste Funktionslage 62 im Bereich der Vorsprünge 42 und 44 sowie der Vorsprünge 54 und 56 mit Öffnungen 132 versehen, durch welche in der zweiten Funktionslage 64, dargestellt in 8 im Bereich der Vorsprünge 42 und 44 sowie der Vorsprünge 54 und 56 ausgeformte Laschen 134 hindurchsteckbar sind, so dass wie in 9 dargestellt, die formschlüssige Einsteckverbindung 52 entsteht, welche die beiden Funktionslagen 62 und 64 dauerhaft und sicher miteinander verbindet.
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In Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels ist bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in 10 vorgesehen, dass die beiden Funktionslagen 62 und 64 nicht durch die Einsteckverbindungen 62 und 64 verbunden sind, sondern durch eine im Positionierbereich 64 um das Sickensystem 34 umlaufende Schweißverbindung 142, welche somit nicht nur eine feste Verbindung zwischen den Funktionslagen 62 und 64 gewährleistet, sondern zusätzlich eine dichte Verbindung zwischen diesen, so dass eine Abdichtung der beiden Funktionslagen 62 und 64 relativ zueinander im Bereich der Sickenfüße 82 und 84 nicht zwingend erforderlich ist.
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Nach wie vor werden die beiden Funktionslagen 62 und 64 jedoch im Bereich der Sickenfüße 82 und 84 und im Bereich der Trennebene 66 aneinander anliegen, um bei einer Deformation der Halbsicken 76 und 78 diese gegeneinander abzustützen.
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Im Übrigen ist das zweite Ausführungsbeispiel hinsichtlich aller weiterer Merkmale mit denen des ersten Ausführungsbeispiels identisch, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird.
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Bei einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung, dargestellt in 11, ist das Trägerelement 10' aus zwei Lagen von Flachmaterial 28a und 28b gebildet, wobei die erste Lage 28a von Flachmaterial eine derartige Höhe Ha aufweist, so dass diese ohne Prägung oder Deformation den Stützbereich 104 mit der Stützfläche 106 bilden kann, während eine zweite auf der ersten Lage 28a aufliegende Lage 28b von Flachmaterial dazu dient, die Lage der Anlageflächen A1 und A2 relativ zueinander zu definieren, so dass die Stützfläche 106 einen ausreichenden Abstand von der zweiten Anlagefläche 114 aufweist.
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Im Übrigen sind die Merkmale des dritten Ausführungsbeispiels mit denen des ersten Ausführungsbeispiels identisch, so dass hinsichtlich der Beschreibung desselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.
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Bei einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung, dargestellt in 12, erfolgt die Verbindung des Stützarms 102'' mit dem Trägerelement 10 ebenfalls durch eine Einsteckverbindung, wobei in diesem Fall der Endbereich 122' des Stützarms so weit verlängert ist, dass dieser durch die Ausnehmung 118 hindurchgeführt werden kann und in eine sich an die Ausnehmung 118 auf einer dem Stützbereich 104 gegenüberliegenden Seite anschließende Ausnehmung 152 eingreifen kann, die sich ausgehend von der ersten Auflagefläche A1 zu einer Anlagefläche 154 erstreckt, welche einen derartigen Abstand von der Auflagefläche A1 aufweist, dass der verlängerte Endbereich 122 auch auf dieser Anlagefläche 154 aufliegt.
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Somit ist der Stützarm 102 einmal durch die der zweiten Auflagefläche A2 zugewandte Stützfläche 106 und einmal durch die der ersten Auflagefläche A1 zugewandte Anlagefläche 154 sicher in dem Trägerelement 10 gehalten.
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Bei einem fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung, dargestellt in 13, wird die Lage der Auflageflächen A1 und A2 durch eine ein- oder mehrfache Abkröpfung des den Träger 10'' bildenden Flachmaterials 20 vorgegeben, das eine Höhe aufweist, welche bereits ohne Deformation die Lage der Stützfläche 106 relativ zur zweiten Auflagefläche A2 definiert, ohne dass eine Deformation des Stützbereichs 104'' erforderlich ist.
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Im Übrigen ist das fünfte Ausführungsbeispiel in gleicher Weise ausgebildet wie das erste Ausführungsbeispiel, so dass hinsichtlich aller übrigen Merkmale vollinhaltlich auf die Ausführungen zu dem ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.
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Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung, dargestellt in 14 erfolgt die Verbindung zwischen dem Stützarm 102 und dem Stützbereich 104 durch ein zusätzliches Verbindungselement 162, welches beispielsweise als Niet- oder ähnliches Element ausgebildet sein kann, welches einerseits den Stützarm 102 durchgreift und andererseits in den Stützbereich 104 eingreift oder gegebenenfalls diesen durchsetzt.
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Im Übrigen wird hinsichtlich der weiteren Merkmale dieses Ausführungsbeispiels vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen.
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Als hochtemperaturfedernde Werkstoffe sind Werkstoffe vorgesehen, die bei Temperaturen über 550°C noch eine ausreichende Federelastizität aufweisen, wobei sich die Federelastizität in der Zeitstandsfestigkeit der Werkstoffe bei Temperaturen über 550°C äußert.
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Die Zeitstandsfestigkeit beschreibt die mechanische Spannung, die bei einem metallischen Werkstoff nach einer bestimmten Beanspruchungszeit und bei konstanter Temperatur oberhalb der sogenannten Übergangstemperatur zum Bruch führt. Die Zeitstandsfestigkeit wird mithilfe von Zeitstandversuchen ermittelt und ist abhängig von den Beanspruchungsgrößen Temperatur und Beanspruchungszeit. Die Zeitstandfestigkeit wird daher jeweils für die Beanspruchungszeit und Beanspruchungstemperatur angegeben. Eine Zeitstandfestigkeit bei 600°C von 800 MPa bei 1000 h bedeutet: In einem Zeitstandversuch hat der Werkstoff bei einer konstanten Temperatur von 600°C 1000 Stunden lang die konstante Last von 800 MPa ertragen bevor die Probe gebrochen ist.
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Die hochtemperaturfedernden Werkstoffe sind Werkstoffe deren Zeitstandfestigkeit bei Werten liegt, die über den Werten der Grenzfunktion G in 15 liegen.
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Als Beispiel ist in 15 die Zeitstandfestigkeit der Ni-Basislegierung 2.4668 als Funktion FNi angegeben.
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Eine andere hochtemperaturfedernde Legierung wäre zum Beispiel auch die Eisen-Basislegierung 1.4980.
