DE10245803A1

DE10245803A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE10245803A1
Application number: DE2002145803
Authority: DE
Inventors: Kinh Toai Pham
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-22
Also published as: FR2845142B1; FR2845142A1

Abstract

Bei einer Dichtungsanordnung (100) mit DOLLAR A - einem Basiselement (10), das eine ebene Dichtfläche aufweist, DOLLAR A - einem Aufsatzelement (20), das über Schraubverbindungen (32.1, 32.3) mit dem Basiselement (10) zu verbinden ist, mit einem sich umfänglich erstreckenden, auf der Dichtfläche des Basiselements (10) aufliegenden Verschraubungsflansch, in den wenigstens eine umlaufende Nut eingesenkt ist und DOLLAR A - einem Dichtungselement (30), das in der Nut des Aufsatzelements (20) angeordnet ist und die Dichtfläche des Basiselements (10) dichtend kontaktiert, DOLLAR A ist entweder der Nutgrund (26), die Dichtfläche oder das Dichtungselement (30) selbst zwischen den Verschraubungspunkten (32.1, 32.3) gewölbt ausgebildet, so dass die Klemmhöhe für das Dichtungselement (30) in der Nut variiert. Im Bereich einer Schraubverbindung (32.1, 32.2) wird das Dichtungselement (30) somit weniger stark verformt als in der Mitte zwischen zwei Schraubverbindungen (32.1, 32.2). Die elastischen Verformungen der miteinander verschraubten Bauteile (10; 20) werden über die Länge des Verschraubungsflansches durch die lokal verschieden starke Stauchung des zwischengelegten Dichtungselements (30) ausgeglichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung umfassend:

– ein Basiselement, das eine ebene Dichtfläche sowie mehrere Verschraubungsausnehmungen aufweist, die in der Dichtfläche oder benachbart zu dieser angeordnet sind,
– ein Aufsatzelement mit einem sich umfänglich erstreckenden, auf der Dichtfläche des Basiselements aufliegenden Verschraubungsflansch, in den wenigstens eine umlaufende Nut eingesenkt ist und in den neben der Nut mehrere Verschraubungsausnehmungen eingebracht sind, die den Verschraubungsausnehmungen des Basiselements gegenüberliegen und mit diesen Schraubverbindungen ausbilden, und
– ein Dichtungselement, das in die Nut des Aufsatzelements eingesetzt ist und die Dichtfläche des Basiselements dichtend kontaktiert.

Im Getriebe- und Motorenbau werden solche Dichtungsanordnungen beispielsweise zum Verbinden von Gehäusen und Deckeln eingesetzt. Durch die Elastizität der miteinander verschraubten Bauteile ist in einem mittleren Bereich zwischen je zwei Verschraubungen die Flächenpressung auf die zwi schengelegte Dichtung kleiner als direkt im Bereich einer Verschraubung. Im Zusammenspiel mit mechanischen Schwingungen und Wärmedehnungen kann dies dazu führen, dass die Dichtung nicht mehr ausreichend fest an die Dichtflächen der Bauteile angedrückt ist und Lecks entstehen, aus denen Kühlwasser oder Schmiermittel austreten können. Dieser Effekt wird noch erhöht, wenn Bauteile aus Werkstoffen mit stark unterschiedlichem Verformungsverhalten verschraubt werden, beispielsweise bei einem Kunststoffaufsatzteil, das auf ein Basiselement aus Stahl geschraubt wird.
Die Leckbildung kann teilweise durch eine Erhöhung des Anzugsdrehmoments bei den Verschraubungen verhindert werden, welches aber gerade bei im Motorenbau eingesetzten Leichtbauwerkstoffen wie Kunststoff, Aluminium und Magnesium begrenzt ist, um nicht die Gewindebohrungen auszureißen.
Außerdem können die Abstände zwischen den Schraubverbindungen reduziert werden, was aber eine größere Anzahl von Verschraubungen bedingt, die nachteilig ist, weil sich die Herstellung und Montage verteuert. Auch steht bei einer modernen kompakten Motoren- oder Getriebebauweise nicht genügend Platz zur Verfügung, um eine große Zahl von Verschraubungen, die zu Wartungszwecken bei dem im Fahrzeug eingebauten Motor zugänglich sein müssen, vorzusehen.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Dichtungsanordnung so zu verbessern, dass die Dichtigkeit verbessert und/oder die Anzahl der Verschraubungen reduziert werden kann.

Diese Aufgaben werden bei einer Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.

Kerngedanke der Erfindung, der allen Ausführungsformen zu Grunde liegt, ist es, über die Länge des Verschraubungsflansches eine gleichmäßige Kompression durch vordefinierte Wölbungen an den durch die Verschraubung gegeneinander gepressten Flächen zu bewirken. Der Verschraubungsflansch verformt sich durch die Rückstellkräfte in den stärker gestauchten Abschnitten des Dichtungselements. Durch eine vordefinierte Wölbung werden die unterschiedlichen Stauchungswege ausgeglichen, so dass im Resultat die relative Flächenpressung zwischen dem Dichtungselement und der Dichtfläche des Basiselements bzw. dem Verschraubungsflansch des Aufsatzelements über die Länge des Dichtungselements weitgehend konstant ist bzw. nur in engen Grenzen variiert.

Dadurch werden die Vorteile erzielt, dass eine erhöhte Lecksicherheit gegeben ist und die Abstände zwischen den Schraubverbindungen vergrößert bzw. deren Anzahl verringert werden kann. Beispielsweise kann mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ein Verbrennungsmotor gefertigt werden, dessen Zylinderkopfhaube mit weniger Schraubverbindungen an dem Zylinderkopf befestigt ist und der so wesentlich montage- und wartungsfreundlicher ist als herkömmliche Motoren.

Statt eines separat in eine Nut einzusetzenden Dichtungselements kann das erfindungsgemäße Prinzip, unterschiedlich lange Stauchungswege vorzusehen und damit eine gleichmäßige Flächenpressung zu bewirken, auch bei einer Dichtungsanordnung angewandt werden, die umfasst:

– ein Basiselement, das eine ebene Dichtfläche sowie mehrere Verschraubungsausnehmungen aufweist, die in der Dichtfläche oder benachbart zu dieser angeordnet sind,
– ein Aufsatzelement mit einem sich umfänglich erstreckenden, auf der Dichtfläche des Basiselements aufliegenden Verschraubungsflansch, in den mehrere Verschraubungsausnehmungen eingebracht sind, die den Verschraubungsausnehmungen des Basiselements gegenüberliegen und mit diesen Schraubverbindungen ausbilden.

Zur Verbesserung der Dichtigkeit und/oder der Reduzierung der Verschraubungen ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Dichtungsfläche und/oder der Verschraubungsflansch wenigstens teilweise elastisch ausgebildet sind und dass die Dichtungsfläche und/oder der Verschraubungsflansch gewölbt ausgebildet ist und jeweils ausgehend von einem zu einer Schraubverbindung benachbarten Bereich mit einer ersten Höhe h₁ bis auf eine Höhe h₂ in einem zwischen benachbarten Verschraubungsausnehmungen liegenden mittleren Bereich ansteigt.

Auch hier werden mit den gewölbten Bereichen unterschiedlich lange Stauchungswege der elastischen Bereiche der Dichtungsfläche und/oder des Verschraubungsflanschs hervorgerufen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 4 bis 8 enthalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:
1a ein Basiselement in perspektivischer Ansicht;
1b ein Aufsatzelement in perspektivischer Ansicht;
2a, 2b die Dichtungsanordnung vor und nach der Verschraubung in schematischer Schnittansicht;
3 ein Aufsatzelement mit bogenförmigem Nutgrund in Schnittansicht und
4 ein Dichtungselement in Seitenansicht.
1a zeigt ein Basiselement 10, das eine ebene, umseitig umlaufende Dichtfläche 12 sowie mehrere Verschraubungsausnehmungen 14.1 ... 14.n aufweist, die entweder in der Dichtfläche 12 selbst oder benachbart zu dieser angeordnet sind. Insbesondere sind die Verschraubungsausnehmungen 14.1 ... 14.n als Gewindesacklöcher ausgebildet. Bei dem Basiselement 10 kann es sich um eine an sich bekannte Motorenbaugruppe, beispielsweise den Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, handeln.
1b zeigt ein Aufsatzelement 20 mit einem Verschraubungsflansch 22, welcher ebenfalls endlos ausgebildet ist und entlang des Umfangs des Aufsatzelements 20 verläuft. Im oder am Verschraubungsflansch 22 sind Verschraubungsausnehmungen 24.1 ... 24.n vorgesehen, insbesondere Durchgangsbohrungen, durch die von der Deckelaußenseite 27 des Aufsatzelements 20 her Schrauben hindurch gesteckt werden können, die dann in die Verschraubungsausnehmungen 14.1 ... 14.n des Basiselements 10 eingeschraubt werden. Eine umlaufende Nut 25 ist in den Verschraubungsflansch 22 eingesenkt. Bei dem Aufsatzelement 20 kann es sich um eine Zylinderkopfhaube, ein Ölabscheidergehäuse, ein Saugmodul oder eine andere zum Anbau an einen Verbrennungsmotor bestimmte Baugruppe handeln.
Während die Breite der Nut 25 über ihre Länge vorzugsweise konstant ist, variiert deren Tiefe von einer Verschraubungsausnehmung 24.1 ... 24.n zur nächsten durch den gekrümmten Nutgrund 26, 26', wie die 2a und 3 zeigen.
Die zusammengesetzten Einzelteile der Dichtungsanordnung 100 vor der Verschraubung sind schematisch in 2a in einem Schnitt durch die Nut 25 dargestellt. Der gewölbte Nutgrund 26 kontaktiert das eingelegte Dichtungselement 30 zunächst nur in einem mittleren Bereich zwischen zwei Schraubverbindungen 32.1 ... 32.2. Mit dem Anziehen der Schraubverbindungen 32.1 ... 32.2 verformt sich das Aufsatzelement 20 unter gleichzeitiger Verpressung des eingelegten elastischen Dichtungselements 30 und legt sich über die gesamte Länge zwischen den Schraubverbindungen 32.1 ... 32.2 daran an.
In dem in 2b dargestellten Betriebszustand der Dichtungsanordnung 100 hat sich eine starke Biegung am Aufsatzelement 20 zwischen den Schraubverbindungen 32.1 ... 32.2 eingestellt. Da im Ausgangszustand gemäß 2a der Nutgrund 26 erfindungsgemäß spiegelbildlich zu der sich einstellenden Biegelinie ausgebildet ist, verläuft der Nutgrund 26 im Betriebszustand nahezu gerade und damit parallel zur Dichtfläche 12 des Basiselements 10. Folglich variiert die Flächenpressung zwischen dem Dichtungselement 30 und dem Basiselement 10 bzw. zwischen dem Dichtungselement 30 und dem Aufsatzelement 20 über die Länge des Dichtungselements 30 bzw. der Nut 25 nur wenig.
Während der Nutgrund 26 bei der in 2a dargestellten Ausführungsform wellenförmig nach Art einer Sinusschwingung verläuft, ist der Nutgrund 26' bei der in 3 gezeigten Ausführungsform jeweils zwischen zwei Schraubverbindungen 32.1; 32.2 kreisbogenförmig ausgebildet. In beiden Fällen hat die Nut 25 im Bereich jeder der Schraubverbindungen 32.1, 32.2 eine größere Tiefe t₁ als die Tiefe t₂ in einem mittleren Bereich zwischen zwei Schraubverbindungen 32.1, 32.2.
Die erfindungsgemäße Wirkung wird auch erreicht, wenn der lokal unterschiedliche Stauchungsgrad des Dichtungselements nicht durch einen an- und absteigenden Nutgrund 26; 26', sondern durch eine konstante Nuttiefe und eine entsprechende Profilierung der Längskante 46 des Dichtungselements 40, das in 4 dargestellt ist, bewirkt wird. Hier ist die Längskante 46 jeweils ausgehend von einem zu einer Schraubverbindung 32.1, 32.2 benachbarten Bereich 42.1, 42.2 mit einer ersten Höhe h₁ gekrümmt ausgebildet und steigt bis auf eine Höhe h₂ in einem zwischen benachbarten Verschraubungsausnehmungen 32.1, 32.2 liegenden mittleren Bereich 44.1 an. Auch bei dem Dichtungselement 40 sind kreisbogen-, wellen- und sinusförmige Profilierungen möglich.
Die Darstellungen des Verlaufs des Nutgrunds 26; 26' bzw. der Längskante 46 des Dichtungselements 40 sind in den Figuren stark überhöht und nicht maßstäblich dargestellt. Die tatsächliche Höhen- bzw. Tiefendifferenz bemisst sich nach den konkret gemessenen oder berechneten Verformungen an der Dichtungsanordnung.

Claims

Dichtungsanordnung umfassend: – ein Basiselement (10), das eine ebene Dichtfläche (12) sowie mehrere Verschraubungsausnehmungen (14.1 ... 14.n) aufweist, die inder Dichtflöche (12) oder benachbart zu dieser angeordnet sind, – ein Aufsatzelement (20) mit einem sich umfänglich erstreckenden, auf der Dichtfläche (12) des Basiselements (10) aufliegenden Verschraubungsflansch (22), in den wenigstens eine umlaufende Nut (25) eingesenkt ist und in den neben der Nut (25) mehrere Verschraubungsausnehmungen (24.1 ... 24.n) eingebracht sind, die den Verschraubungsausnehmungen (14.1 ... 14.n) des Basiselements (10) gegenüberliegen und mit diesen Schraubverbindungen (32.1, 32.3) ausbilden, und – ein Dichtungselement (30), das in der Nut (25) des Aufsatzelements (20) angeordnet ist und die Dichtfläche (12) des Basiselements (10) dichtend kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (26; 26') entlang des Verschraubungsflansches (22) zwischen benachbarten Schraubverbindungen (32.1, 32.2) gewölbt ausgebildet ist, wobei die Nut (25) jeweils ausgehend von einem zu einer Schraubverbindung (32.1, 32.2) be nachbarten Bereich mit einer ersten Tiefe t₁ bis auf eine kleinere Tiefe t₂ der Nut (25) in einem zwischen benachbarten Verschraubungsausnehmungen (24.1, 24.2) liegenden mittleren Bereich ansteigt.
Dichtungsanordnung umfassend: – ein Basiselement (10), das eine ebene Dichtfläche (12) sowie mehrere Verschraubungsausnehmungen (14.1 ... 14.n) aufweist, die in der Dichtfläche (12) oder benachbart zu dieser angeordnet sind, – ein Aufsatzelement (20) mit einem sich umfänglich erstreckenden, auf der Dichtfläche (12) des Basiselements (10) aufliegenden Verschraubungsflansch (22), in den wenigstens eine umlaufende Nut (25) eingesenkt ist und in den neben der Nut (25) mehrere Verschraubungsausnehmungen (24.1 ... 24.n) eingebracht sind, die den Verschraubungsausnehmungen (14.1 ... 14.n) des Basiselements (10) gegenüberliegen und mit diesen Schraubverbindungen (32.1, 32.2) ausbilden, und – ein Dichtungselement (40), das in die Nut des Aufsatzelements (20) angeordnet ist und die Dichtfläche (12) des Basiselements (10) dichtend kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (40) entlang des Verschraubungsflansches (22) zwischen benachbarten Schraubverbindungen (32.1, 32.2) gewölbt ausgebildet ist, wobei wenigstens eine Längskante (46) des Dichtungselements (40) jeweils ausgehend von einem zu einer Schraubverbindung (32.1, 32.2) benachbarten Bereich (42.1, 42.2) mit einer ersten Höhe h₁ gekrümmt ausgebildet ist und bis auf eine Höhe h₂ in einem zwi schen benachbarten Verschraubungsausnehmungen (32.1, 32.2) liegenden mittleren Bereich (44.1) ansteigt.
Dichtungsanordnung umfassend: – ein Basiselement, das eine ebene Dichtfläche sowie mehrere Verschraubungsausnehmungen aufweist, die in der Dichtfläche oder benachbart zu dieser angeordnet sind, – ein Aufsatzelement mit einem sich umfänglich erstreckenden, auf der Dichtfläche des Basiselements aufliegenden Verschraubungsflansch, in den mehrere Verschraubungsausnehmungen eingebracht sind, die den Verschraubungsausnehmungen des Basiselements gegenüberliegen und mit diesen Schraubverbindungen ausbilden, und dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsfläche und/oder der Verschraubungsflansch wenigstens teilweise elastisch ausgebildet sind und dass die Dichtungsfläche und/oder der Verschraubungsflansch gewölbt ausgebildet ist und jeweils ausgehend von einem zu einer Schraubverbindung benachbarten Bereich mit einer ersten Höhe h₁ bis auf eine Höhe h₂ in einem zwischen benachbarten Verschraubungsausnehmungen liegenden mittleren Bereich ansteigt.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (26') oder die Längskante (46) des Dichtungselements (40) jeweils zwischen zwei Schraubverbindungen (32.1; 32.2) kreisbogenförmig ausgebildet ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (26') oder die Längskante (46) des Dichtungselements (40) wellenförmig ausgebildet ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (26) oder die Längskante (46) des Dichtungselements (40) sinusförmig ausgebildet ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (12) und der Verschraubungsflansch (22) endlos ausgebildet sind und sich außenseitig entlang des Umfangs des Basiselements (10) und des Aufsatzelements (20) erstrecken.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement der Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors ist und das Aufsatzelement eine Zylinderkopfhaube ist.