DE102013008280A1 - Multi-layer metallic flat gasket for use as seal in internal combustion engine of passenger car, has sealing layer with strap lying in recess in sections in other sealing layer, and connecting element guided through central recessed area - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung mit mindestens zwei Dichtungslagen, bei der die Dichtungslagen mittels eines separaten Verbindungselements miteinander verbunden sind.The invention relates to a metallic flat gasket with at least two gasket layers, in which the gasket layers are connected to one another by means of a separate connecting element.
Obwohl sehr viele Verbindungstechniken bekannt sind, bei denen die Dichtungslagen metallischer Flachdichtungen durch Umformen von Abschnitten der Dichtungslagen aneinander befestigt werden, so zum Beispiel aus der
Im Stand der Technik ist es bekannt, Dichtungslagen metallischer Flachdichtungen in ungepressten Bereichen, d. h. Bereichen, in denen zumindest eines, bevorzugt aber beide gegeneinander abzudichtende Bauteile, Aussparungen aufweisen, mittels Nietverbindungen miteinander zu verbinden. Besonders bevorzugt sind diese Nietverbindungen an über den Außenrand der abzudichtenden Bauteile überstehenden Abschnitten der Flachdichtung angebracht. Diese Art der Nietverbindung ist jedoch nur möglich, wenn die Flachdichtung über die Außenränder der Bauteile übersteht oder entsprechende Bereiche mit Rücksprüngen in den Bauteilen vorhanden sind. Zudem wird es oftmals von den Motorenherstellern nicht erlaubt, überstehende Nietverbindungen einzusetzen.In the prior art, it is known gasket layers of metallic gaskets in ungepressten areas, d. H. Areas in which at least one, but preferably both have to be sealed against each other components, recesses to connect by means of riveted joints with each other. Particularly preferably, these rivets are attached to over the outer edge of the components to be sealed protruding portions of the gasket. However, this type of rivet connection is only possible if the flat gasket protrudes beyond the outer edges of the components or corresponding areas with recesses in the components are present. In addition, engine manufacturers often do not permit the use of protruding rivet connections.
Diese Verbindungstechnik wurde in der
Für zweilagige metallische Flachdichtungen werden Nietverbindungen bisher nur in solchen Bereichen eingesetzt, in denen eine Aufdickung zulässig ist.For two-layer metallic gaskets, rivet joints have hitherto been used only in areas in which thickening is permitted.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine mehrlagige Flachdichtung zur Verfügung zu stellen, deren Dichtungslagen mittels mindestens eines gesonderten Verbindungselements miteinander verbunden sind und zwar so, dass es reproduzierbar an den Verbindungsstellen zu keiner Aufdickung kommt und die Verbindungsstellen somit frei gewählt werden können.It is therefore an object of the invention to provide a multilayer flat gasket available whose gasket layers are connected to each other by means of at least one separate connecting element in such a way that it reproducibly at the junctions to no thickening and the connection points can thus be chosen freely.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der metallischen Flachdichtung gemäß Anspruch 1 und der Verwendung einer metallischen Flachdichtung gemäß Anspruch 17. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The solution of this problem is achieved with the metallic flat gasket according to
Die Erfindung betrifft also eine metallische Flachdichtung mit mindestens einer ersten und einer zweiten Dichtungslage, bei der sich durch die mindestens zwei Dichtungslagen mindestens eine erste Mediendurchgangsöffnung sowie mindestens eine Öffnung für die Aufnahme eines Verbindungselements hindurch erstrecken. Die mindestens eine Öffnung zur Aufnahme des Verbindungselements weist in den mindestens zwei Lagen im gefügten Zustand der Dichtungslagen einen ausgesparten zentralen Bereich auf, der begrenzt wird von einem Randbereich, in dem sich in jeder der ersten und zweiten Dichtungslage mindestens eine Aussparung und mindestens eine in Richtung des zentralen ausgesparten Bereichs weisende Lasche abwechseln. Die mindestens eine Lasche einer Dichtungslage kommt im gefügten Zustand zumindest abschnittsweise in einer der mindestens einen Aussparungen in der jeweils anderen der ersten und zweiten Dichtungslagen zu liegen. Zur Verbindung der mindestens zwei Lagen ist ein separates Verbindungselement nach Art eines Niets durch den zentralen ausgesparten Bereich geführt und seine umgebördelten oder umgefalteten Ränder kommen im befestigten Zustand auf den Laschen zu liegen. Durch die abschnittsweise Aussparung der jeweiligen Randbereiche, die den zentralen ausgesparten Bereich umgeben, besteht dieser Randbereich in seiner Dicke jeweils nur aus einer Dichtungslagenstärke, so dass die Lagenstärke im Verbindungsbereich reduziert ist.The invention thus relates to a metallic flat gasket with at least one first and one second gasket layer, in which at least one first media passage opening and at least one opening for receiving a connecting element extend through the at least two gasket layers. The at least one opening for receiving the connecting element has in the at least two layers in the joined state of the gasket layers a recessed central region, which is delimited by an edge region in which at least one recess and at least one in the direction in each of the first and second gasket layer alternating the tab with the central recessed area. The at least one tab of a gasket layer comes in the assembled state at least partially lie in one of the at least one recesses in the other of the first and second gasket layers. To connect the at least two layers, a separate connecting element is guided in the manner of a rivet through the central recessed area and its flanged or folded edges come to lie in the fastened state on the tabs. Due to the section-wise recess of the respective edge regions which surround the central recessed region, this edge region in its thickness consists in each case of only one sealing layer thickness, so that the layer thickness in the connection region is reduced.
Von einer der Oberflächen der metallischen Flachdichtung betrachtet erstreckt sich die mindestens eine Lasche einer Dichtungslage vollständig im Bereich der Ausnehmung der anderen Dichtungslage, „abschnittsweise” ist hier so zu verstehen, dass nur das freie Ende einer Lasche in der Ebene der Aussparung zu liegen kommt. Es ist dabei bevorzugt, dass die zum zentralen ausgesparten Bereich weisenden Randabschnitte der Laschen der ersten und zweiten Dichtungslage sich in derselben Ebene erstrecken. Dies bedeutet, dass der an den zentralen ausgesparten Bereich angrenzende Abschnitt einer Lasche einer Dichtungslage, d. h. deren freies Ende, in einer Ausnehmung der anderen Dichtungslage so zu liegen kommt, dass dieser Abschnitt sich auch in der Ebene befindet, in der die Lasche der anderen Lage an den zentralen ausgesparten Bereich anschließt.Viewed from one of the surfaces of the metallic flat gasket, the at least one tab of a gasket layer extends completely in the region of the recess of the other gasket layer, "section wise" is to be understood here that only the free end of a tab comes to lie in the plane of the recess. It is preferred that the edge portions of the flaps of the first and second gasket layers facing the central recessed area extend in the same plane. This means that the portion of a tab adjacent to the central recessed area of a gasket layer, i. H. the free end of which lies in a recess of the other sealing layer so that this section is also in the plane in which the flap of the other layer connects to the central recessed area.
Es ist zudem bevorzugt, dass die erste und zweite Dichtungslage zumindest im Randbereich um die zentrale Aussparung einer Öffnung zur Aufnahme eines Verbindungselements herum im Wesentlichen dieselbe Lagenstärke aufweisen, da hierdurch eine bündige Auflage des Niets und eine besonders stabile Befestigung erreicht wird. Unterschiede in der Blechdicke von 0,05 mm oder 0,025 mm können jedoch in den meisten Anwendungsfällen hingenommen werden. It is also preferred that the first and second gasket layer have at least in the edge region around the central recess of an opening for receiving a connecting element around substantially the same layer thickness, as this a flush support of the rivet and a particularly stable attachment is achieved. However, differences in sheet thickness of 0.05 mm or 0.025 mm can be tolerated in most applications.
Für eine stabile und dauerhafte Befestigung ist es weiterhin bevorzugt, wenn jede der ersten und zweiten Dichtungslagen an einer Öffnung zur Aufnahme eines Verbindungselements mindestens zwei Laschen aufweist, wobei die Laschen vorzugsweise voneinander durch eine Ausnehmung beabstandet sind. Insbesondere liegen die Laschen einander über den gesamten Umfang der Öffnung betrachtet gegenüber.For a stable and permanent attachment, it is further preferred if each of the first and second gasket layers at an opening for receiving a connecting element has at least two tabs, wherein the tabs are preferably spaced from each other by a recess. In particular, the tabs are opposite each other over the entire circumference of the opening.
Für die Stabilität der Verbindung ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Laschen der ersten und zweiten Dichtungslage jeweils im wesentlichen gleich große Winkelsegmente des Umfangs der Öffnung zur Aufnahme des Verbindungselements überspannen, da das Verbindungselement so auf dieselbe Fläche der ersten und der zweiten Dichtungslage gepresst wird. Bei Flachdichtungen mit mehr als einer Lasche pro Dichtungslage an einer Öffnung zur Aufnahme des Verbindungselements ist es vorteilhaft, wenn sich sämtliche Laschen einer Öffnung über im wesentlichen gleich große Winkelsegmente erstrecken, da der Krafteintrag und die Belastung so weiter vergleichmäßigt werden.For the stability of the connection, it is further preferred if the tabs of the first and second gasket layers each span substantially equal angular segments of the circumference of the opening for receiving the connecting element, since the connecting element is pressed onto the same surface of the first and the second gasket layer. In flat gaskets with more than one tab per gasket layer at an opening for receiving the connecting element, it is advantageous if all lugs of an opening extend over substantially equal angular segments, since the force input and the load are so evened out.
Vorzugsweise bilden die erste und zweite Dichtungslage jeweils die Aussenlagen der Dichtung. Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn die Flachdichtung mindestens eine weitere Dichtungslage umfasst, die zwischen der ersten und zweiten Dichtungslage angeordnet ist. Diese mindestens eine Mittellage ist dabei nicht nur im Bereich der Öffnungen für die Aufnahme des Verbindungselements ausgespart, sondern darüber hinaus auch umlaufend im gesamten Randbereich, in den die Laschen der ersten und zweiten Dichtungslage hineinragen. Weiter ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Mittellage über einen radial noch weiter reichenden Bereich, beispielsweise der radialen Breite des Randbereichs entsprechenden Bereich ausgespart ist, weil es so besonders einfach ist, die Laschen der ersten und zweiten Dichtungslage zueinander zu verformen.Preferably, the first and second gasket layers respectively form the outer layers of the gasket. In this case, it is further preferred if the flat gasket comprises at least one further gasket layer, which is arranged between the first and second gasket layer. This at least one central position is not only recessed in the region of the openings for receiving the connecting element, but also circumferentially in the entire edge region, in which protrude the tabs of the first and second gasket layer. Further, it is advantageous if the at least one central position is recessed over a radially even further reaching area, for example, the radial width of the edge region corresponding area, because it is so easy to deform the tabs of the first and second gasket layer to each other.
Um die an den zentralen ausgesparten Bereich angrenzenden Randbereich der Laschen der ersten und zweiten Dichtungslage in dieselbe Ebene zu führen, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Laschen der ersten und zweiten Dichtungslage in Richtung der jeweils anderen Dichtungslage in diesem Randbereich abgekröpft sind, da hierdurch eine gleichmäßige Verformung der Laschen beider Lagen erreicht wird. Das Ausmaß der Kröpfung kann in beiden Dichtungslagen dasselbe sein oder auch unterschiedlich.In order to guide the edge region of the flaps of the first and second gasket layer adjoining the central recessed region into the same plane, it is furthermore advantageous if the tabs of the first and second gasket layers are bent in the direction of the respective other gasket layer in this edge region, as a result uniform deformation of the tabs of both layers is achieved. The extent of the crank can be the same or different in both gaskets.
Ebenso ist es möglich, nur eine der ersten und zweiten Dichtungslage im Randbereich der Laschen abzukröpfen und zwar so stark, dass diese in den Ausnehmungen der jeweils anderen der ersten und zweiten Dichtungslage in deren Eben zu liegen kommen. Dies kann aufgrund des geringeren Herstellaufwands vorteilhaft sein.Likewise, it is possible to crank off only one of the first and second gasket layers in the edge region of the straps, specifically to such an extent that they come to rest in the recesses of the respective other of the first and second gasket layers in their plane. This can be advantageous because of the lower manufacturing effort.
Für manche Anwendungsfälle kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn die Dichtungslage im Verbindungsbereich einseitig aus der Ebene der Dichtung herausragt. Hierzu sind die Laschen der ersten und zweiten Dichtungslage in dieselbe Richtung abgekröpft. Die Abkröpfung erfolgt jedoch in unterschiedlichem Ausmaß. Diese Ausführungsform kommt insbesondere dann zum Einsatz wenn sich der Verbindungsbereich im Bereich einer Ausnehmung an nur einem der gegeneinander abzudichtenden Bauteile befindet. Weist die metallische Flachdichtung mehrere Verbindungsbereiche auf, ist es je nach Gestalt der angrenzenden Bauteile möglich, dass sämtliche Laschen eines ersten Verbindungsbereichs in eine Richtung gekröpft sind, während sämtliche Laschen eines zweiten Verbindungsbereichs in die entgegengesetzte Richtung abgekröpft sind. Ebenso ist es möglich, dass innerhalb einer Flachdichtung sich sowohl mindestens ein Verbindungsbereich mit zueinander gekröpften Laschen und mindestens ein Verbindungsbereich mit in dieselbe Richtung gekröpften Laschen vorgesehen sind.For some applications, however, it may be advantageous if the gasket layer protrudes in the connection region on one side from the plane of the seal. For this purpose, the tabs of the first and second gasket layer are bent in the same direction. However, the bend is done to varying degrees. This embodiment is used in particular when the connection region is in the region of a recess on only one of the components to be sealed against each other. If the metallic flat gasket has a plurality of connecting regions, it is possible, depending on the shape of the adjacent components, for all the tabs of a first connecting region to be bent in one direction, while all tabs of a second connecting region are bent in the opposite direction. It is likewise possible for at least one connection region with mutually offset tabs and at least one connection region with tabs bent in the same direction to be provided within a flat gasket.
Damit die Laschen sich gut in die Ausnehmungen der jeweils anderen der ersten und zweiten Dichtungslage hinein verformen lassen, ist es vorteilhaft, wenn die erste und zweite Dichtungslage eine Lagenstärke von 0,125 bis 0,5 mm aufweisen, wobei eine Lagenstärke von 0,125 bis 0,3 mm bei Flachdichtungen für Personenkraftwagen (Pkw) und eine Lagenstärke von 0,2 bis 0,5 mm bei Flachdichtungen für Nutzfahrzeuge (Nfz) bevorzugt ist.So that the tabs can be deformed well into the recesses of the respective other of the first and second gasket layers, it is advantageous if the first and second gasket layers have a layer thickness of 0.125 to 0.5 mm, with a layer thickness of 0.125 to 0.3 mm in flat gaskets for passenger cars (cars) and a layer thickness of 0.2 to 0.5 mm in flat gaskets for commercial vehicles (commercial vehicles) is preferred.
Produktionstechnisch ist es besonders vorteilhaft, wenn die erste und zweite Dichtungslage an der mindestens einen Öffnung für die Aufnahme des Verbindungselements jeweils genau zwei Laschen aufweisen, da hier einerseits zwei Auflageflächen pro Dichtungslage für Kippsicherheit sorgen und andererseits die Laschen aufgrund ihrer Größe mühelos hergestellt werden können.In terms of production, it is particularly advantageous if the first and second gasket layers each have exactly two tabs at the at least one opening for receiving the connecting element, since on the one hand two contact surfaces per gasket layer provide tilting security and on the other hand the tabs can be easily produced due to their size.
Prinzipiell wäre es denkbar, dass die Laschen so gestaltet werden, dass sich die Laschen der ersten und zweiten Lage zu einem umlaufenden Ring ergänzen, d. h. die Ränder der Laschen der beiden Lagen im gefügten Zustand bündig sind. Dies erlaubt allerdings keine Herstelltoleranzen. Daher ist es bevorzugt, wenn die einander benachbarten Seitenkanten der Laschen der ersten und zweiten Dichtungslage einen Abstand von 0,05 bis 0,4 mm, insbesondere von 0,05 bis 0,2 mm aufweisen. So können Herstelltoleranzen ausgeglichen werden und es besteht dennoch kein Risiko, dass die Lagen sich gegeneinander verschieben oder verdrehen.In principle, it would be conceivable that the tabs are designed so that the tabs of the first and second layer complement each other to a circumferential ring, ie the edges of the tabs of the two Layers in the joined state are flush. However, this does not allow manufacturing tolerances. Therefore, it is preferred if the adjacent side edges of the tabs of the first and second gasket layers have a spacing of 0.05 to 0.4 mm, in particular 0.05 to 0.2 mm. So manufacturing tolerances can be compensated and there is still no risk that the layers move against each other or twist.
Für das Verformen des Verbindungselements ist es bevorzugt, wenn das Verbindungselement aus einem weicheren Metall als die Dichtungslagen besteht. Während mindestens die erste und zweite Lage der metallischen Flachdichtung jeweils bevorzugt aus Stahl, insbesondere C-Stahl, Edelstahl, federhartem Stahl oder Federstahl, oder einer Nickelbasislegierung besteht, ist für das Verbindungselement insbesondere Messing bevorzugt.For the deformation of the connecting element, it is preferable if the connecting element consists of a softer metal than the gasket layers. While at least the first and second layers of the metallic flat gasket each preferably made of steel, in particular carbon steel, stainless steel, spring-hard steel or spring steel, or a nickel-based alloy, in particular brass is preferred for the connecting element.
Ob die Laschen der metallischen Flachdichtung beschichtet oder unbeschichtet sind, hängt in erster Linie von der sonstigen Gestaltung der jeweiligen Dichtungslage ab. Ist die jeweilige erste und/oder zweite Dichtungslage selbst vollflächig auf einer Oberfläche beschichtet, so wird die entsprechende Oberfläche der betreffenden Lasche bevorzugterweise auch beschichtet sein. Ist die betreffende Oberfläche jedoch nicht oder nur partiell beschichtet, wird die entsprechende Oberfläche der Laschen beim Beschichten vorzugsweise ausgespart.Whether the tabs of the metallic flat gasket are coated or uncoated depends primarily on the other design of the respective gasket layer. If the respective first and / or second sealing layer itself is coated over its entire surface on a surface, then the corresponding surface of the relevant tab is preferably also coated. However, if the surface in question is not or only partially coated, the corresponding surface of the tabs during coating is preferably left blank.
Als Verbindungselemente werden bevorzugt Hohlniete oder Blindniete eingesetzt. Es kann sich dabei um Niete mit zwei flachen Köpfen oder um Niete mit jeweils einem flachen und einem abgerundeten Nietkopf handeln. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Nietköpfe nur eine geringe Bauhöhe aufweisen.Hollow rivets or blind rivets are preferably used as connecting elements. These can be rivets with two flat heads or rivets with one flat and one rounded rivet head each. It is particularly preferred if the rivet heads have only a small overall height.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die als Aussenlagen ausgeführten ersten und zweiten Dichtungslagen Aktivlagen der metallischen Flachdichtung sind, in die um die mindestens eine Mediendurchgangsöffnung herum – individuell oder in Kombination mit anderen gleichartigen Mediendurchgangsöffnungen – eine Sicke eingeformt ist. Weiter ist es bevorzugt, wenn die im Bereich der Mediendurchgangsöffnung weiter ausgesparte Mittellage eine Distanzlage ist, die in erster Linie der Anpassung der Höhe der Dichtung dient und in die keine Dichtelemente eingeformt sind. Allenfalls weist die Distanzlage Stopperelemente für die Sicken der Aktivlagen auf, wobei es produktionstechnisch bevorzugt ist, dass auch die Stopperelemente in die Aktivlagen eingeformt sind. Bei Dichtungen für Nutzfahrzeugmotoren, insbesondere bei deren Zylinderkopfdichtungen, kann die Mittellage auch vorteilhaft zur Befestigung von Elastomer- oder Gummidichtelementen Verwendung finden.It is particularly preferred if the first and second gasket layers designed as outer layers are active layers of the metallic flat gasket into which a bead is formed around the at least one media throughflow opening-individually or in combination with other similar media through-openings. Further, it is preferred if the center layer further recessed in the region of the media passage opening is a distance position which primarily serves to adapt the height of the seal and into which no sealing elements are formed. At most, the spacer layer has stopper elements for the corrugations of the active layers, wherein it is preferred in terms of production technology that the stopper elements are also molded into the active layers. In seals for commercial vehicle engines, especially in their cylinder head gaskets, the middle layer can also be used advantageously for the attachment of elastomer or rubber sealing elements use.
Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung als Dichtung in einem Verbrennungsmotor, beispielsweise als Zylinderkopfdichtung, in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, beispielsweise als Abgaskrümmerdichtung oder Dichtung im Bereich der Abgasrückführung oder -nachbehandlung, aber auch als Dichtung in einem Pneumatiksteuersystem oder einem Hydrauliksteuersystem, beispielsweise als Dichtung für ein Automatikgetriebe.The invention further relates to the use of a metallic flat gasket according to the invention as a seal in an internal combustion engine, for example as a cylinder head gasket, in an exhaust line of an internal combustion engine, for example as exhaust gas manifold gasket or gasket in the field of exhaust gas recirculation or aftertreatment, but also as a gasket in a pneumatic control system or a hydraulic control system, For example, as a seal for an automatic transmission.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Diese Zeichnungen dienen lediglich der Illustration bevorzugter Ausführungsbeispiele, ohne dass die Erfindung auf diese beschränkt wäre. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile, sie sind aber zur Vermeidung von Wiederholungen nicht notwendigerweise bei der Beschreibung jedes Ausführungsbeispiels explizit genannt.The invention will be explained in more detail with reference to drawings. These drawings are merely illustrative of preferred embodiments without the invention being limited to them. In the figures, like reference numerals designate like parts, but they are not necessarily explicitly mentioned in the description of each embodiment for avoiding repetition.
In den Zeichnungen zeigen schematisch:In the drawings show schematically:
Es ist offensichtlich, dass der Verbindungsbereich dieselbe Höhe aufweist wie der Bereich, in dem sich alle drei Dichtungslagen
Andererseits weisen die Kröpfungen
Der Schnitt entlang der Linie B-B in der Draufsicht der
In
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