-
Die Erfindung betrifft eine Dichtung zur Verbindung einer thermisch hochbelasteten Komponente, insbesondere Komponenten von Abgasanlagen von Verbrennungseinrichtungen, beispielsweise Verbrennungsmotoren, mit thermisch wenig belastbaren Einheiten.
-
In der thermisch hochbelasteten Komponente können beispielsweise Temperaturen im Bereich zwischen 600° C und mehr, insbesondere bis zu 1000° C, auftreten.
-
Bei derartigen Dichtungen stellt sich die Aufgabe, dass diese einerseits eine möglichst gute Abdichtung und andererseits eine möglichst geringe Wärmeübertragung gewährleisten sollen.
-
Diese Aufgabe wird bei einer Dichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Dichtung eine Dichtungspressungskräften standhaltende Mittellage aus einem thermisch isolierenden Material und beiderseits der Mittellage angeordnete Dichtungslagen aufweist und dass mindestens auf einer der thermisch hochbelasteten Komponente zugewandten Seite der Mittellage die Dichtungslage aus den Temperaturen der thermisch hochbelasteten Komponenten standhaltendem Material ausgebildet ist.
-
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass einerseits die Mittellage thermisch isolierende Eigenschaften aufweist und dadurch ein Übergang zwischen der thermisch hochbelasteten Komponente und der thermisch wenig belastbaren Einheit verhindert und andererseits die Dichtungslagen auf der Mittellage die erforderliche Abdichtung zwischen der thermisch hochbelasteten Komponenten und der thermisch wenig belastbaren Einheit bewirken.
-
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Mittellage Glimmermaterial umfasst, da mit Glimmermaterial in einfacher Weise eine gute thermische Isolation realisierbar ist.
-
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Mittellage Glimmermaterial verfestigt mit einer den Temperaturen der thermisch hochbelasteten Komponente standhaltenden Matrix für das Glimmermaterial umfasst.
-
Mit einer derartigen das Glimmermaterial bindenden Matrix lässt sich insbesondere erreichen, dass die Mittellage den Dichtungspressungskräften dauerhaft Stand hält.
-
Eine besonders günstige Lösung sieht dabei vor, dass die Mittellage aus Glimmermaterial mit einem Thermodurmaterial als Matrix für das Glimmermaterial aufweist.
-
Eine derartige Ausbildung der Mittellage hat sich einerseits als für die Temperaturen der thermisch hochbelasteten Komponenten geeignet erwiesen und andererseits aber auch die Möglichkeit eröffnet, ausreichend hohe Dichtungspressungskräfte aufzunehmen.
-
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Mittellage aus Glimmermaterial mit einem Thermodurharz als Matrix für das Glimmermaterial hergestellt ist.
-
Um ausreichend gute Abdichtungseigenschaften durch die Dichtungslagen zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Druckstandfestigkeit der Mittellage größer ist als die Druckstandfestigkeit der Dichtungslagen.
-
Insbesondere ist es günstig, wenn die Druckstandfestigkeit der Mittellage um mindestens einen Faktor 1,3 größer ist als Druckstandfestigkeit der Dichtungslagen.
-
Hinsichtlich der Ausbildung der Dichtungslagen wurden bislang keine weiteren Angaben gemacht.
-
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die der thermisch hochbelasteten Komponente zugewandte Dichtungslage Glimmermaterial umfasst.
-
Besonders günstig ist es, wenn die der thermisch hochbelasteten Komponente zugewandte Dichtungslage Glimmermaterial gebunden durch eine den Temperaturen der thermisch hochbelasteten Komponenten standhaltenden Matrix umfasst.
-
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Dichtungslage als Matrix ein Thermoplastmaterial umfasst.
-
Alternativ oder ergänzend ist vorgesehen, dass die Dichtungslage als Matrix ein Material auf Silikonbasis umfasst.
-
Hinsichtlich der Ausbildung der der thermisch wenig belastbaren Einheit zugewandten Dichtungslage wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung keine näheren Angaben gemacht.
-
Aus Kostengründen könnte eine derartige Dichtungslage so ausgebildet sein, dass diese in konventioneller Weise eine Abdichtung zwischen der Mittellage und der thermisch wenig belastbaren Einheit bewirkt.
-
Dabei wäre es nicht zwingend notwendig, dass diese Dichtungslage aus einem den Temperaturen der thermisch hochbelasteten Komponente standhaltenden Material ausgebildet ist.
-
Aus Gründen der Einfachheit und der sicheren Anwendbarkeit einer erfindungsgemäßen Dichtung ist vorzugsweise jedoch vorgesehen, dass die der thermisch wenig belastbaren Einheit zugewandte Dichtungslage in gleicher Weise wie die der thermisch hochbelasteten Komponente zugewandte Dichtungslage ausgebildet ist.
-
Damit ist selbst bei starker Erwärmung die der thermisch wenig belastbaren Einheit zugewandte Dichtungslage ebenfalls thermisch stabil und darüber hinaus ist ausgeschlossen, dass ein Anwender die erfindungsgemäße Dichtung mit falscher Ausrichtung der Dichtungslagen relativ zu der thermisch hochbelasteten Komponente einsetzen kann.
-
Ferner wurden hinsichtlich der Verbindung der Dichtungslagen mit der Mittellage keine weiteren Angaben gemacht.
-
Beispielsweise können die Dichtungslagen und die Mittellage miteinander durch einen Kleber verklebt werden.
-
Alternativ dazu ist vorgesehen, dass die Dichtungslage und die Mittellage miteinander durch Temperatureinwirkung verbunden sind, beispielsweise dadurch, dass das Thermoplastmaterial der Matrix der Dichtungslagen bei der Temperatureinwirkung erweicht wird.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
-
In der Zeichnung zeigen:
-
1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer thermisch hochbelasteten Komponente verbunden mit einer zusätzlichen Einheit;
-
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer thermisch hochbelasteten Komponente verbunden mit einer Einheit und
-
3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Dichtung.
-
Ein in 1 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel einer thermisch hochbelasteten Komponente ist beispielsweise ein als Ganzes mit 10 bezeichneter Abgaskanal, in welchem ein Abgasstrom 12 geführt ist, wobei der Abgasstrom Temperaturen im Bereich zwischen 600 und 1000 Grad Celsius aufweisen kann.
-
Beispielsweise ist der Abgaskanal 10 ein Kanalstück einer Auspuffanlage einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, wobei dieses Kanalstück vor oder nach einem Abgaskatalysator angeordnet sein kann.
-
Derartigen Abgaskanälen 10 ist mindestens ein Sensor 20 zugeordnet, welcher mit einem Montageflansch 22 eines Sensorgehäuses 24 an einer Kanalwand 14 des Abgaskanals montiert ist und mit einem Messfühler 26 einen Durchbruch 16 in der Kanalwand 14 durchgreift, um beispielsweise eine Temperatur des im Abgaskanal 10 geführten Abgasstroms 12 zu erfassen.
-
Um einen dichten Abschluss zwischen der Kanalwand 14 und dem Montageflansch 22, insbesondere um den Durchbruch 16 herum, zu schaffen ist zwischen der Kanalwand 14 und dem Montageflansch 22 eine als Ganzes mit 30 bezeichnete Dichtung vorgesehen, welche jedoch nicht nur einen dichten Abschluss um den Durchbruch 16 herum ermöglicht, sondern auch eine thermische Isolation des Montageflansches 22 relativ zur Kanalwand 14 und somit auch eine thermische Isolation des Sensorgehäuses 24 relativ zur Kanalwand 14 bewirkt, da in dem Sensorgehäuse 24 Baugruppen vorhanden sind, welche temperaturempfindlich sind und somit gegen starke Erwärmung zu schützen sind, die insbesondere durch eine Wärmeleitung zwischen der Kanalwand 14 und dem Sensorgehäuse 24 erfolgen würde.
-
Ein anderes, beispielhaft in 2 dargestelltes Ausführungsbeispiel zeigt einen Zylinderkopf 40 mit einem Abgaskanal 42, durch welchen ein Abgasstrom 44 aus dem Zylinderkopf 40 austritt und dabei beispielsweise in einen direkt am Zylinderkopf 40 montierten Turbolader 50 eintritt, welcher sich beispielsweise mit einem Montageflansch 52 an dem Turbolader abstützt.
-
Der Zylinderkopf 40 ist dabei üblicherweise bei einem Verbrennungsmotor wassergekühlt, während der Turbolader 50 durch die Temperatur des in diesen eintretenden Abgasstroms 44 eine thermisch hochbelastete Komponente darstellt.
-
Zur Abdichtung um den Abgaskanal 42 herum und zwischen den Zylinderkopf 40 und dem Montagflansch 52 eines Turboladergehäuses 54 ist ebenfalls die Dichtung 30 vorgesehen, welche einerseits einen gasdichten Abschluss zwischen dem Zylinderkopf 40 und dem Montageflansch 52 des Turboladers 50 bewirkt und andererseits eine thermische Isolation des wassergekühlten Zylinderkopfes 40 relativ zum thermisch hochbelasteten Turboladergehäuse 54 ermöglicht, da das thermisch hochbelastete Turboladergehäuse 54 im Fall einer fehlenden thermischen Isolation eine thermische Belastung des Zylinderkopfes 40 im Bereich des Abgaskanals 42 zur Folge hätte, die die mechanischen Eigenschaften des Zylinderkopfes 50 signifikant beeinträchtigen würde.
-
Eine erfindungsgemäße Dichtung 30, exemplarisch dargestellt in 3 umfasst ihrerseits eine Mittellage 32, welche so ausgebildet ist, dass sie üblichen Dichtungspresskräften bei Temperaturen von beispielsweise 600° C oder mehr, insbesondere bis zu 1000° C, standhält.
-
Die Mittellage 32 umfasst vorzugsweise ein thermisch isolierendes Material mit einer Wärmeleitfähigkeit die 0,6 W/m°K, noch besser 0,4 W/m°K, oder weniger beträgt, beispielsweise Glimmermaterial 42.
-
Das Glimmermaterial 42, beispielsweise Glimmerflocken und/oder Glimmerpulver, ist durch eine den Temperaturen der thermisch hochbelastbaren Komponente standhaltende Matrix 44 aus Bindemittel oder Matrixmaterial zu einer kompakten Platte verbunden, welche eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 5 Millimeter aufweist.
-
Das Bindemittel oder Matrixmaterial ist vorzugsweise ein thermisch beständiges Harzmaterial, insbesondere ein Thermodurharz.
-
Die Mittellage 32 umfasst insbesondere einen Anteil von Bindemittel oder Matrixmaterial von 7 Gew% oder mehr und reicht bis zu 15 Gew% oder weniger, der Rest ist Glimmer.
-
Somit hat die Mittellage 32 beispielsweise eine Dichte gemäß DIN 3754 im Bereich von 2 g/cm3 oder mehr bis zu 2,5 g/cm3 oder weniger.
-
Der Glühverlust nach DIN 52911 beträgt kleiner gleich 3%.
-
Die Kompressibilität gemäß ASTM F 36J liegt im Bereich von 10% und mehr sowie 16% und weniger.
-
Eine Rückfederung gemäß ASTM F 36J liegt bei größer gleich 45%.
-
Eine Druckstandfestigkeit gemäß DIN52913 bei 50 N/mm2, 16 Stunden und 300° beträgt größer gleich 40 N/mm2.
-
Die Wärmeleitfähigkeit der Mittellage beträgt vorzugsweise 0,6 W/m°k oder weniger, noch besser 0,4 W/m°K oder weniger.
-
Die Mittellage 32 könnte beispielsweise eine der thermisch hochbelasteten Komponente 14, 54 zugewandte Dichtungslage 34 tragen, die deren Temperaturen standhält, und eine der thermisch wenig belastbaren Einheit 24, 40 zugewandte Dichtungslage 36, die als konventionelle Dichtungslage 36, beispielsweise für Temperaturen bis zu 300° C, ausgebildet ist.
-
Um Einbaufehler zu vermeiden sind insbesondere beide Dichtungslagen 34, 36 so ausgebildet, dass sie den Temperaturen der thermisch hochbelasteten Komponente 14, 4 standhalten.
-
Die Mittellage 32 trägt vorzugsweise beiderseits Dichtungslagen 34, 36 die ebenfalls Glimmermaterial 52, insbesondere Glimmerflocken und/oder Glimmerpulver umfassen.
-
Allerdings sind diese Dichtungslagen 34, 36 nicht durch eine bei hohen Temperaturen starre Matrix verbunden, sondern das Glimmermaterial 52 ist bei den Dichtungslagen 34, 36 durch eine elastische Matrix 54, beispielweise aus einem Thermoplastmaterial oder einem Silikonharz oder einem Silikonmaterial verbunden.
-
Dabei beträgt der Anteil der Matrix 54 bei den Dichtungslagen 7 Gew% und mehr und reicht bis zu 15 Gew% und weniger, der Rest ist Glimmermaterial.
-
Beispielsweise haben die Dichtungslagen 34 und 36 eine Dicke im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm, eine Dichte gemäß DIN 3754 im Bereich von 1,2 g/cm3 oder mehr bis zu 2,0 g/cm3 oder weniger.
-
Der Glühverlust nach DIN 52911 liegt bei weniger als 3,5%.
-
Die Kompressibilität der Dichtungslagen 34, 36 nach ASTM F 36J liegt zwischen 8% und mehr und reicht bis zu 12% und weniger.
-
Die Rückfederung der Dichtungslagen 34, 36 nach ASTM F 36J ist größer als 30%.
-
Die Druckfestigkeit der Dichtungslagen 34, 36 nach DIN 52913 bei 50 N/mm2, 16 Stunden/300° liegt bei größer gleich 33 N/mm2.
-
Vorzugsweise lässt sich eine derartige erfindungsgemäße Dichtung 30 dadurch herstellen, dass zunächst die Mittellage 32 hergestellt wird und dass dann die fertig hergestellten Dichtungslagen 34, 36 auf die Mittelage 32 aufgelegt und beispielsweise durch Erhitzen des Thermoplasten und Aufpressen der Dichtungslagen 34, 36 mit dieser verbunden werden.
-
Eine derartige fertige Kombination aus der Mittelage 32 und der Dichtungslagen 34, 36 lässt sich in die gewünschte Form der Dichtung 30 mit den erforderlichen Durchbruch 62 für das Abgas und den Durchbrüchen 64 für Befestigungselemente, insbesondere Schrauben, durch einfaches Stanzen der Kombination bringen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- DIN 3754 [0044]
- DIN 52911 [0045]
- ASTM F 36J [0046]
- ASTM F 36J [0047]
- DIN52913 [0048]
- DIN 3754 [0055]
- DIN 52911 [0056]
- ASTM F 36J [0057]
- ASTM F 36J [0058]
- DIN 52913 [0059]
