DE202015106338U1

DE202015106338U1 - Metallische Flachdichtung

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Publication number: DE202015106338U1
Application number: DE202015106338.5U
Authority: DE
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2025-11-21
Also published as: US10808843B2; US20180328490A1; DE112016005312A5; WO2017085044A1

Abstract

Metallische Flachdichtung (1) mit mindestens einer metallischen Lage (2, 3), wobei die mindestens eine metallische Lage (2, 3) mindestens eine Durchgangsöffnung (11) aufweist, die von einem Siebelement (4) überdeckt ist, wobei sich die mindestens eine metallische Lage (2, 3) in ihrem unmittelbar an die Durchgangsöffnung (11) anschließenden Bereich in einer ersten Ebene (E1) erstreckt, wobei das Siebelement (4) aus einem Maschenmaterial (5) besteht oder dieses enthält und einen Wölbungsabschnitt (43) aufweist, der sich bis zu einer zweiten Ebene (E2) wölbt, sowie einen den Wölbungsabschnitt (43) ringförmig umgebenden Randabschnitt (45) aufweist, der sich zumindest abschnittsweise in einer dritten Ebene (E3) erstreckt, wobei die zweite Ebene (E2) verschieden von der dritten Ebene (E3) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine metallische Lage (2) mindestens zwei Fortsätze (20) aufweist, die sich aus dem Rand der Durchgangsöffnung (11) in den Bereich der Durchgangsöffnung hinein erstrecken, wobei sich die mindestens zwei Fortsätze so wölben, dass mindestens zwei der Fortsätze in einer vierten Ebene (E4) ineinander übergehen oder miteinander verbunden sind, wobei die erste Ebene (E1) verschieden von der vierten Ebene (E4) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung mit einer Durchgangsöffnung, die von einem Siebelement überdeckt ist. Die Dichtung dient somit einerseits der Abdichtung eines Leitungsübergangs zwischen zwei Bauteilen und andererseits dem Abfangen von Partikeln, die das durch diese Leitung strömende Fluid enthält.
Im Stand der Technik wurde versucht, Dichtungen dadurch mit einer Siebwirkung zu versehen, dass eine komplette Dichtungslage aus einem Siebmaterial, insbesondere einem Gewebe, in der Dichtung zwischen mindestens zwei Blechlagen verbaut wurde und die die Siebflächen umgebenden Bereiche mit einem Dichtungsmaterial, beispielsweise einem Elastomer, verfüllt wurden, wie es in der DE 10 2007 019 946 A1 beschrieben ist. Entsprechende Siebe sind aufgrund des Füllmaterials nur in einem sehr beschränkten Temperaturbereich einsetzbar, sind also für Heißgasanwendungen nicht geeignet. Zudem ist der Herstellprozess der mehrlagigen Dichtung sehr aufwändig.
Ebenso wurde versucht, Dichtungen mit Sieben herzustellen, indem die Löcher des Siebs direkt in die Dichtungslage eingebracht wurden, beispielsweise durch Ätzen oder mittels Laser, wie dies beispielsweise in der DE 10 2009 010 385 A1 beschrieben ist. Dies sichert eine gute Stabilität der Sieblage. Hierbei werden jedoch häufig Löcher hergestellt, die zu groß sind. Zudem sind die Verfahren sehr zeitaufwändig, so dass die Dichtungen nicht in den erforderlichen Taktzeiten und im erlaubten Kostenrahmen hergestellt werden können.
Oftmals ist zudem der für die Filtrierung zur Verfügung stehende Bauraum sehr gering, da die Querschnittsfläche des zu filtrierenden Fluiddurchgangs sehr klein ist. Zudem haben die nur in der Ebene der Dichtung ausgebildeten Filterelemente einen unzulässig hohen Druckverlust des durchgeleiteten Fluids zur Folge. Die DE 10 2009 010 385 A1 zeigt Ausführungsbeispiele, bei denen die Dichtungslage im Bereich des Filters zylinderförmig aus der Lage herausgeformt ist, so dass nicht nur die Grundfläche des Zylinders, sondern auch die durch die Umformung entstandenen Seitenwände als Filterfläche zur Verfügung stehen, so dass auch der Druckverlust verringert wird. Neben den bereits zuvor genannten Nachteilen dieses Ansatzes zur Filterintegration kommt hier noch dazu, dass die Verformung des Materials zu einer Reduktion der Blechstärke in den betreffenden Bereichen führt, wodurch das Blech nicht mehr die ausreichende Struktursteife aufweist.
Gleiches gilt für die in der DE 20 2014 102 014 U1 genannten Filtertöpfe aus Siebgewebe, bei denen das Siebgewebe mit einer Lage einer metallischen Flachdichtung über einen Spannring oder durch Umfalten von Randbereichen von Dichtungslage und Siebelement umeinander verbunden ist. Hier weist das frei auskragende Siebgewebe nicht genügend Struktursteifigkeit auf, um Dehnungen durch die hohen Drücke und Temperaturen des durchfließenden Fluids zu vermeiden. Die Folge sind unkontrolliert vergrößerte Maschenweiten des Siebelements und damit eine unkontrollierte Filterwirkung.
Dem wurde in letzter Zeit bei Dichtungen mit aus Drahtgewebe hergestelltem Filtereinsatz dadurch Rechnung getragen, dass Dichtungen mit Filtertöpfen hergestellt wurden, bei denen neben einer geprägten, insbesondere gesickten Dichtungslage und einem einfachen tiefgezogenen Filtertopf aus einem Drahtgewebe auch noch ein ebenfalls tiefgezogenes rahmenförmiges Stützelement vorgesehen ist, mit dem der Filtertopf auch bei großen anstehenden Fluiddrücken in Position gehalten wird. Der aufwändige doppelte Tiefziehprozess ist hier notwendig, da sowohl der Boden des Filtertopfes als auch der Rahmen des Stützelements deutlich aus der Ebene der Flachdichtung, genauer aus der Ebene der Dichtungslage in der Umgebung des Filterelements, herausgebogen ist, um einerseits die notwendige Filterfläche zu schaffen und andererseits eine ausreichende Stützwirkung dieses Filtertopfs zu gewährleisten. Zusätzlich zum Material der gesickten Dichtungslage wird zudem das Material des Stützelements aus einem tiefziehfähigen Blechmaterial benötigt, da in das tiefziehfähige Blech ohne weitere Behandlung keine dauerelastischen Abdichtelemente eingeprägt werden können.
Ansätze, Dichtungen mit gewölbtem Filterelement aus nicht-tiefziehfähigem Blech herzustellen, gab es auch schon bisher, so z.B. in der DE 20 2014 005 866 U1 . Das Filterelement besteht bei der dortigen Lösung aus einem „Doppeltopf“-Sieb, einem Sieb, das sich entgegen der Flussrichtung und zurück aufwölbt, welches eine sehr starke Umformung erfordert. Insbesondere bei kleinen bis mittleren Siebflächen ist diese Umformung nicht mit reproduzierbarer Maschenweite möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine metallische Flachdichtung mit mindestens einer Dichtungslage anzugeben, in der ein Siebelement integriert ist, das einerseits eine ausreichende Durchflussfläche bietet, andererseits aber auch eine reproduzierbare Maschenweite. Weiterhin soll auf den Einsatz zusätzlicher tiefziehfähiger Blechmaterialien verzichtet werden. Die Abdichtung soll dauerhaft gewährleistet sein. Die Dichtung soll aus möglichst wenigen Bauteilen bestehen und mit möglichst einfachen Prozessen herstellbar sein.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der metallischen Flachdichtung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft also eine metallische Flachdichtung mit mindestens einer metallischen Lage, nämlich einer Blechlage. Diese mindestens eine Lage weist mindestens eine Durchgangsöffnung auf, die von einem Siebelement überdeckt ist. Die mindestens eine metallische Lage erstreckt sich in ihrem unmittelbar an die Durchgangsöffnung anschließenden Bereich in einer ersten Ebene. Das Siebelement besteht aus einem Maschenmaterial oder enthält dieses. Das Siebelement ist dabei nicht flach ausgebildet, sondern weist einen Wölbungsabschnitt auf, der sich bis zu einer zweiten Ebene wölbt. Der Wölbungsabschnitt wird ringförmig von einem Randabschnitt umgeben, der sich zumindest abschnittsweise, vorzugsweise aber vollständig um den Wölbungsabschnitt umlaufend in einer dritten Ebene erstreckt. Die zweite Ebene ist dabei verschieden von der dritten Ebene. In der mindestens einen metallischen Lage sind mindestens zwei Fortsätze ausgebildet, die sich aus dem Rand der Durchgangsöffnung in den Bereich der Durchgangsöffnung hinein erstrecken, die mindestens zwei Fortsätze wölben sich dabei jeweils so, dass mindestens zwei der Fortsätze in einer vierten Ebene in einander übergehen oder miteinander verbunden sind. Diese vierte Ebene ist verschieden von der ersten Ebene.
Die mindestens zwei Fortsätze können dabei so ausgebildet sein, dass sie miteinander abschnittsweise unter Ausbildung mindestens eines Stützabschnitts verbunden sind, also beispielsweise im Bereich ihrer freien Enden miteinander verbunden sind. Ebenso ist es möglich, dass aus dem Rand der Durchgangsöffnung der mindestens einen metallischen Lage der Flachdichtung zwar mindestens zwei Fortsätze herausragen, diese sich aber paarweise einstückig ineinander fortsetzen. Der mindestens eine Stützabschnitt besteht dann also aus ununterbrochen aus der Blechlage geformtem Material, obwohl der Stützabschnitt aufgrund seiner Wölbung eine größere Länge aufweist als die unmittelbare Verbindung der Bereiche der mindestens einen metallischen Lage, in denen die zugehörigen Fortsätze sich aus dem Rand bzw. der Ebene der Durchgangsöffnung aufwölben.
Die metallische Flachdichtung kann mit genau einem Stützabschnitt versehen sein, der die Durchgangsöffnung überspannt. Sie kann aber auch mehr als einen Stützabschnitt aufweisen, wobei die Stützabschnitte dann jeweils die Ränder der Durchgangsöffnung verbinden und die Durchgangsöffnung überspannen. Dabei ist es jeweils bevorzugt, dass der Wölbungsabschnitt des Siebelements nicht über seine gesamte Fläche frei schwebt, sondern zumindest abschnittsweise unter Ausbildung mindestens eines inneren Kontaktbereichs auf dem mindestens einen Stützabschnitt aufliegt. Der mindestens eine Stützabschnitt verhindert somit, dass das Siebelement gedehnt und die Maschengröße des Siebelements verändert wird. Der mindestens eine Stützabschnitt ist somit immer in Flussrichtung des zu filtrierenden Fluids hinter dem Siebelement angeordnet.
Auch ausserhalb der Durchgangsöffnung, nämlich im Bereich seines sich in der dritten Ebene erstreckenden Randabschnitts ist es vorteilhaft, wenn das Siebelement zumindest abschnittsweise, bevorzugterweise jedoch umlaufend, auf der mindestens einen metallischen Lage aufliegt und dabei einen äußeren Kontaktabschnitt bildet. Vorteilhafterweise sind das Siebelement und die mindestens eine metallische Lage in diesem Randbereich verbunden. Dabei bildet sich ein Verbindungsabschnitt aus. Die Verbindung kann beispielsweise stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißens erfolgen. Dabei kann die Verbindung sowohl umlaufend, z.B. in Form einer kontinuierlichen Schweißnaht oder abschnittsweise, z.B. in Form einzelner Schweißpunkte erfolgen. Vorzugsweise wird dabei lasergeschweißt. Auch formschlüssige Verbindungen sind möglich, z.B. über Noppen und/oder Riffelungen in der Blechlage oder mittels Durchsetzfügens ausserhalb des für das Abdichten relevanten Bereichs.
Zur Abdichtung ist die metallische Flachdichtung vorzugsweise mit mindestens einem in die mindestens eine metallische Lage eingeformten Abdichtelement versehen, von denen mindestens ein Abdichtelement die Durchgangsöffnung vollständig umläuft. Das Abdichtelement ist insbesondere als Sicke ausgebildet, wobei aus Platzgründen meist eine stufenförmige Sicke, also eine Halbsicke vorteilhaft ist. Zusätzlich, d.h. als insbesondere abschnittsweises, Abstützelement, oder alternativ sind auch periodische Abdichtelemente möglich.
Die Stützabschnitte erfindungsgemäßer metallischer Flachdichtungen lassen sich aus tiefziehfähigen Metallen, d.h. Metallen mit geringer Zugfestigkeit unmittelbar als einstückige Bögen umformen. Derartige Materialien erlauben aber nicht die gleichzeitige dauerhaltbare Ausformung von geprägten Dichtelementen in der betreffenden Blechlage, sondern erfordern einen aufwändigen Härtungsprozess ehe ein elastisches Dichtelement dauerhaltbar eingeformt werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung bezieht sich daher vorzugsweise nur auf solche metallische Flachdichtungen, bei denen der mindestens eine Stützabschnitt in Blechlage eingeformt ist, die aus Stahl oder einer Nickelbasislegierung besteht oder diese enthält und eine Zugfestigkeit aufweist, die mindestens 900 N/mm², vorzugsweise mindestens 1100 N/mm², insbesondere mindestens 1350 N/mm²beträgt. Die Zugfestigkeit betrifft dabei nicht nur den fertigen Zustand der gesamten Dichtung, sondern insbesondere den Zustand zum Zeitpunkt des Einformens des elastischen Abdichtelements. Noch höhere Zugfestigkeiten sind prinzipiell bevorzugt. Die Dehngrenze dieser Materialien, die kleiner als 22% ist, ist zudem für die hier benötigte Umformung ausreichend. Die Zugfestigkeiten beziehen sich dabei auf neue Dichtungen. Im Betrieb werden die Dichtungen zum Freibrennen von Ruß oft sehr stark erhitzt, so dass die genannten Zugfestigkeiten bei gebrauchten Dichtungen dann nur noch in den Randbereichen der Dichtung gegeben sind, die den hohen Temperaturen nicht ausgesetzt waren.
Folglich weisen die den mindestens einen Stützabschnitt bildenden Fortsätze ausserhalb ggf. vorhandener Knickbereiche, etwa am Übergang vom die Durchgangsöffnung umgebenden Bereich in die Fortsätze oder an sonstigen Stellen starker Richtungsänderung und/oder ausserhalb ggf. vorhandener Verbindungsbereiche, in denen z.B. eine Schweißverbindung vorliegt, vorteilhafterweise keine signifikanten Gefügeveränderungen auf. Die Korngrößen des Metallblechs entsprechen somit in den Fortsätzen – ausserhalb der beiden genannten Bereiche – vorteilhafterweise denen des Metallblechs im die Durchgangsöffnung umgebenden Bereich bis zum Beginn der Abdichtelemente. Hiervon unterscheiden sich tiefgezogene Stützabschnitte signifikant, da in diesen eine Längung der Korngrößen in Richtung des Tiefziehens, d.h. überwiegend in Erstreckungsrichtung der Fortsätze gegeben ist.
In einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung setzen sich mindestens zwei Fortsätze unter Ausbildung mindestens eines Bogens kontinuierlich fort und bilden so einen Stützabschnitt.
Eine erste Variante dieser ersten Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens eine metallische Lage genau einen Stützabschnitt aufweist, der aus genau einem zusammenhängenden Bogen besteht, somit also genau zwei Fortsätze aufweist. Wird dieser bogenförmige Stützabschnitt in die erste Ebene projiziert, so weist er über seinen gesamten Verlauf eine Maximalbreite auf, die maximal dem doppelten, vorzugsweise maximal dem eineinhalbfachen der Blechstärke der mindestens einen metallischen Lage entspricht. Hierzu weisen die beiden Fortsätze jeweils genau einen Anschlussbereich auf, in dem sie am Rand der Durchgangsöffnung aus der Blechlage herauskragen. In ihrem jeweiligen Anschlussbereich weisen die Fortsätze jeweils eine Umlenkung um 80° bis 100° aus der ersten Ebene auf. Hierzu ist insbesondere am Rand der Durchgangsöffnung ein bogenförmiges Element unter Aufrechterhaltung der beiden Verbindungen der Fortsätze zur sonstigen Blechlage freigeschnitten und in den beiden Anschlussbereichen so verformt, dass dieses bogenförmige Element sich ausserhalb der Anschlussbereiche im Wesentlichen senkrecht zur Blechlage in dem die Durchgangsöffnung umgebenden Bereich erstreckt.
Eine zweite Variante dieser ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung enthält dagegen mehrere Stützabschnitte mit jeweils einem zusammenhängenden Bogen. Wieder weisen die beiden einen bogenförmigen Stützabschnitt bildenden Fortsätze jeweils einen Anschlussbereich auf. Hier sind die Fortsätze jedoch nicht ganz so stark aus der ersten Ebene ausgelenkt; die Fortsätze sind in ihrem Anschlussbereich jeweils um 45 bis 90° aus der ersten Ebene umgelenkt. Beispielsweise sind nun, analog zur ersten Variante, wieder insbesondere am Rand der Durchgangsöffnung zwei bogenförmige Elemente unter Aufrechterhaltung der jeweiligen Verbindungen der Fortsätze zur sonstigen Blechlage freigeschnitten und in den jeweiligen Anschlussbereichen so verformt, dass diese beiden bogenförmigen Elemente sich ausserhalb der Anschlussbereiche quer zur Blechlage erstrecken. Hierbei ist es im Hinblick auf die Stützwirkung der Stützabschnitte vorteilhaft, wenn diese sich in einem Bereich erstrecken, in dem die Wölbung des Siebelements ausgeprägt ist, d.h. in einem Bereich mit einem großen Abstand zwischen zweiter und dritter Ebene. Zudem ist es weiter vorteilhaft, wenn der Umlenkungswinkel in den Anschlussbereichen eine geringe Differenz von 90° aufweist, da somit bei Projektion der bogenförmigen Stützabschnitte in die erste Ebene eine geringere Maximalbreite des Stützabschnitts resultiert als mit geringen Umlenkungswinkeln, so dass ein geringerer Anteil des Siebelements vom Stützabschnitt verdeckt bzw. verschlossen wird.
In einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung erfolgt keine oder nur eine geringe Umlenkung der Fortsätze in den Anschlussbereichen. Folglich erstreckt sich die Fläche der den Stützabschnitt bildenden Fortsätze quer zur Erstreckungsrichtung der Fortsätze im Wesentlichen parallel zur ersten Ebene oder spannt mit der ersten Ebene einen Winkel von –25° bis 25° auf. Dies hat zur Folge, dass der mindestens eine Stützabschnitt bei Projektion in die erste Ebene über seinen gesamten Verlauf eine Mindestbreite aufweist, die mindestens dem fünffachen, vorzugsweise mindestens dem achtfachen der Blechstärke der mindestens einen metallischen Lage entspricht. Die Breite des Stützabschnitts kann sich dabei im Verlauf des Stützabschnitts ändern. Hierbei sind die Fortsätze so ausgebildet, dass sie ein freies Ende aufweisen. Sie sind vorteilhafterweise so aus der Blechlage, genauer aus dem die Durchgangsöffnung bildenden Bereich der Blechlage freigeschnitten, dass sie eine Länge aufweisen, die mehr als dem halben Durchmesser der Durchgangsöffnung entsprechen. Hierbei sind insbesondere Schnittgeometrien vorteilhaft, bei denen zwei jeweils einen Fortsatz bildende Abschnitte abschnittsweise nebeneinander verlaufen, beispielsweise parallel zueinander oder mit einer parallelen Haupterstreckungsrichtung.
Zur Ausbildung eines Stützabschnitts überlappen bei dieser Ausführungsform mindestens zwei Fortsätze abschnittsweise. Die Verbindung erfolgt dann vorzugsweise im Bereich dieser Überlappung. Hierbei können sowohl stoffschlüssige Verbindungen, insbesondere mittels (Laser-)Schweißens, formschlüssige Verbindungen, insbesondere durch Umfalzen der freien Enden umeinander oder mittels eines Verbindungsmittels, insbesondere mittels eines Niets, zum Einsatz kommen. Stoffschlüssige Verbindungen sind insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn auch im äußeren Kontaktabschnitt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Siebelement und der mindestens einen metallischen Lage erfolgt.
Weist der mindestens eine Stützabschnitt genau zwei Fortsätze auf, so ergibt sich auch bei dieser zweiten Ausführungsform ein bogenförmiger Stützabschnitt. Die zweite Ausführungsform ermöglicht jedoch auch Stützabschnitte mit komplexeren Formen, etwa mehrstrahlige Sterne oder ein Ringelement, das sich über zwei oder mehr strahlenförmige Elemente aus dem Rand der mindestens einen metallischen Lage fortsetzt. Hierbei weist die metallische Flachdichtung mehr als zwei Fortsätze auf, wobei die Fortsätze vorzugsweise über Verzweigungen miteinander verbunden sind. Auch hier werden die jeweiligen Fortsätze fortlaufend aus dem Material der Durchgangsöffnung in der mindestens einen metallischen Lage unter Beibehaltung einer Verbindung freigeschnitten.
Zur weiteren Stabilisierung ist es möglich, dass das Siebelement und der mindestens eine Stützabschnitt abschnittsweise, insbesondere im inneren Kontaktbereich stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Dies ist insbesondere bei der zweiten Ausführungsform mittels Laserschweißens leicht zu realisieren.
Um eine möglichst große Filterfläche zur Verfügung zu haben ist es vorteilhaft, wenn die zweite Ebene und die dritte Ebene des Siebelements einen möglichst großen Abstand aufweisen. Gleichzeitig darf das Material des Siebelements nur in eng definierten Grenzen verformt werden. Folglich beträgt der Abstand zwischen zweiter und dritter Ebene vorteilhafterweise zwischen 15% und 55% des geringsten Abstandes der Seitenränder der Durchgangsöffnung. Auch darf der mindestens eine Stützabschnitt nur einen begrenzten Flächenanteil des Siebelements verschließen, um eine dauerhaft verlässliche Filtration des passierenden Mediums zu garantieren. Hierzu beträgt bei Projektion der Gesamtfläche des mindestens einen Stützabschnitts in die erste Ebene die Gesamtfläche des Stützabschnitts maximal 10%, vorzugsweise maximal 5% der in diese Ebene projizierten Fläche des Siebelements. Hier zeichnet sich insbesondere die erste Variante der ersten Ausführungsform durch sehr geringe und somit vorteilhafte Überlappungen aus. Insbesondere in Abhängigkeit von der Geometrie der gegeneinander abzudichtenden Körper, insbesondere von Leitungen, beispielsweise Abgasleitungen eines Verbrennungsmotors, kann die Geometrie der Durchgangsöffnung unterschiedlich gewählt werden. Neben kreisrunden, ovalen und elliptischen Formen sind auch eckige Durchgangsöffnungen, insbesondere rechteckige Durchgangsöffnungen möglich, wobei die Ecken selbstverständlich abgerundet sind.
Bei der Auswahl des Materials des Siebelements müssen Stabilität des Siebelements und Fluiddurchlass aufeinander abgestimmt werden. Vorteilhafterweise besteht das Siebelement zumindest abschnittsweise aus einem Siebgewebe, vorzugsweise aber vollflächig aus einem Siebgewebe. Das Gewebe besteht dabei insbesondere aus einem Stahldraht, vorzugsweise einem Edelstahldraht. Ein Siebelement, das nur abschnittsweise aus einem Siebgewebe besteht, weist beispielsweise einen umgefalzten Außenrahmen aus einem massiven Blech auf.
Es ist in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn das Siebelement der metallischen Flachdichtung im Randabschnitt und außerhalb des Verbindungsabschnitts eine Drahtstärke von 0,04 bis 0,2 mm, vorzugsweise von 0,05 bis 0,15 mm aufweist.
Für das Abfangen von Partikeln aus dem Fluid ist vor allem die Maschenweite des Siebelements maßgeblich. Für Leinengewebe gilt, insbesondere im Bereich des steilsten Anstiegs des Siebelements im Zwischenbereich zwischen der zweiten und dritten Ebene, dass das Siebelement vorzugsweise eine Maschenweite von 0,03 bis 0,5 mm, besonders vorzugsweise von 0,08 bis 0,3 mm aufweist. Dabei sind Maschenweiten von 0,15 bis 0,22 mm besonders bevorzugt. Es können auch mehrere Lagen eines Gewebes, insbesondere eines Leinengewebes aufeinandergelegt zu einem einzigen Siebelement kombiniert werden. Bei komplexeren Geweben, wie etwa Köpergeweben hat sich gezeigt, dass die besten Filterergebnisse bei gleichzeitig mäßigem Druckabfall dann erzielt werden, wenn das Siebelement innerhalb einer quadratischen Fläche mit 10 mm Seitenkantenlänge keine Masche aufweist, deren Maschenweite größer als 0,2 mm ist.
Vorzugsweise ist das Siebelement an seinem Außenrand zumindest abschnittsweise verpresst, insbesondere umlaufend verpresst. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass sich nicht einzelne Drähte des Siebs lösen und ihrerseits das durchgeleitete Fluid verunreinigen.
Die metallische Flachdichtung kann mehrlagig ausgeführt sein, hierbei kann eine Ausführungsform auch mindestens ein Stahlblech mit einem Blech aus einer Nickelbasislegierung kombinieren. Mehrlagige, insbesondere zweilagige Ausführungsformen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Siebelement eine große Dicke aufweist, hierbei ist es bevorzugt, wenn in zwei Blechlagen Sicken ausgebildet sind, die in Summe eine Sickenhöhe aufweisen, die größer ist als die Dicke des Siebelements. Es ist jedoch bevorzugt, wenn die metallische Flachdichtung lediglich aus einer Blechlage besteht. Neben den niedrigeren Kosten ergeben sich hier insbesondere auch Vorteile aus dem geringeren thermischen Widerstand zwischen den Bauteilen, insbesondere bei der Abdichtung zwischen Bauteilen aus Aluminiumlegierungen.
Die metallische Flachdichtung findet insbesondere Verwendung als Dichtung im Bereich heißer Gase, vorzugsweise für die Abgasrückführung von Verbrennungsmotoren. Hierbei dient das Siebelement dazu, beispielsweise von einem Katalysator oder Partikelfilter losgelöste Partikel aufzufangen, damit diese nicht in den Turbolader gelangen können. Im Hinblick auf die Temperaturen der durch die Dichtung geleiteten Fluide ist es dabei bevorzugt, dass die mindestens eine metallische Lage unbeschichtet ist. Grundsätzlich kann die mindestens eine metallische Lage aber ein- oder beidseitig, vollflächig oder partiell mit einer metall- oder polymerbasierten Beschichtung versehen sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Diese Figuren dienen ausschließlich der Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, ohne dass die Erfindung auf diese beschränkt wäre. Gleiche Teile sind in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Figuren enthalten neben den in den unabhängigen Ansprüchen dargelegten wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Erfindung auch in unterschiedlicher Zusammensetzung optionale und/oder vorteilhafte Weiterbildungen. Jede einzelne dieser vorteilhaften und/oder optionalen Weiterbildungen der Erfindung kann als solche die in den unabhängigen Ansprüchen dargelegte Erfindung weiterbilden, auch ohne Kombination mit einer, mehreren oder sämtlichen der in den Beispielen zugleich dargestellten optionalen und/oder vorteilhaften Weiterbildungen.
Die Figuren zeigen schematisch:
1: eine Schnittansicht der Einbaulage einer metallischen Flachdichtung des Stands der Technik zwischen zwei fluidführenden Bauteilen;
2: eine Schnittansicht der Einbaulage zweier erfindungsgemäßer metallischer Flachdichtungen zwischen zwei fluidführenden Bauteilen;
3: in Draufsicht und in zwei Schnittdarstellungen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung sowie eine Draufsicht der mindestens einen halbfertigen metallischen Lage;
4: drei Schnittdarstellungen von Stützabschnitte bildenden Fortsätzen erfindungsgemäßer metallischer Flachdichtungen;
5: eine Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung;
6: in Draufsicht und in einer Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung sowie eine Draufsicht der mindestens einen halbfertigen metallischen Lage;
7: eine vereinfachte Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung;
8: eine Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung sowie eine Draufsicht der zugehörigen halbfertigen mindestens einen metallischen Lage
9 bis 11: je eine Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung; und
12: eine Schnittdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung zwischen zwei fluidführenden Bauteilen.
1 stellt die Einbausituation einer konventionellen metallischen Flachdichtung 101 zwischen zwei fluidführenden Bauteilen 160 und 170 dar. Im Fluidkanal 150 fließt ein Fluid, hier Abgas eines Verbrennungsmotors, in Richtung des Pfeils durch die Durchgangsöffnung 111 in der metallischen Flachdichtung 101. Die Durchgangsöffnung wird durch eine umlaufende Sicke 121 in der einen metallischen Lage 102 der metallischen Flachdichtung 101 abgedichtet. Die Durchgangsöffnung 111 wird von einem Siebelement 104 überspannt, das dazu dient, im Fluidstrom mitgetragene Partikel aufzufangen und zu verhindern, dass die Partikel zu stromabwärts liegenden Bauteilen weitergetragen werden und diese beschädigen. Nachdem die Durchflussfläche senkrecht zur Fluidströmungsrichtung begrenzt ist, wird anstelle eines senkrechten, flachen Siebs ein gewölbtes Sieb verwendet, um eine ausreichend große Siebfläche zur Verfügung zu haben. Weiter wird das Siebelement so ausgelegt, dass die Maschenweite so gering ist, dass alle kritischen Partikel aufgefangen werden und dass die Maschenweite so groß ist, dass der Druckverlust auf ein zulässiges Maß begrenzt bleibt. Dieses Siebelement 104 wölbt sich in Durchflussrichtung. Das Siebelement 104 steht allerdings im Fluidstrom und erleidet unter Dauerbelastung Verformungen. Hierdurch wird die Maschenweite nicht-reproduzierbar verändert, so dass das Risiko besteht, dass Partikel ungefiltert das Siebelement passieren können.
Aus diesem Grunde weist die erfindungsgemäße metallische Flachdichtung 1 in 2-a bzw. 2-b, die den Übergang eines Fluidkanals 50 zwischen zwei Bauteilen 60, 70 abdichtet, wie in 3 zu erkennen ist, mindestens zwei Fortsätze 20 auf, die sich aus dem Rand der Blechlage 2 in die Durchgangsöffnung 11 hineinerstrecken und sich aus der Ebene E1 der Blechlage 2, aus der sie sich fortsetzen, hinausragen und gemeinsam einen Stützbereich 23 bilden. In den beiden Teilfiguren der 2 ist nur ein Fortsatz 20 geschnitten. Er bildet zusammen mit mindestens einem weiteren Fortsatz, mit dem er entweder verbunden ist oder in den er materialeinheitlich übergeht einen Stützabschnitt 23, der eine Verformung des gewölbten Siebelements 4 verhindert. Die Blechlage 2 ist aus einem nicht-tiefziehfähigen Federstahl mit einer Zugfestigkeit von ungefähr 1100 N/mm² gebildet, so dass die Fortsätze 20 insgesamt eine Länge aufweisen müssen, die es erlaubt, der gewölbten Form des Siebelements 4 zu folgen. Die Gesamtlänge muss hierzu deutlich größer sein als der kürzeste Abstand der die Durchgangsöffnung begrenzenden Ränder. In die Dichtungslage 2 der fertigen metallischen Flachdichtung 1 ist in allen dargestellten Ausführungsformen ein Abdichtelement 21 eingeformt, das insbesondere als Halbsicke ausgebildet ist.
2-a und 2-b illustrieren weiter, dass die Wölbung des Siebelements 4 sowohl in Flussrichtung des Fluids (2-a) als auch entgegen der Flussrichtung des Fluids (2-b) gerichtet sein kann. Wesentlich ist in beiden Fällen, dass der Stützbereich 23 in Flussrichtung des Fluids hinter dem Siebelement 4 angeordnet ist.
Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung 1 ist in 3 in einer Draufsicht (3-a) sowie zwei Schnittdarstellungen entsprechend den Schnitten B-B (3-b) und C-C (3-c) aus 3-a illustriert. Die halbfertige Blechlage 2a mit einer Vorstufe der Fortsätze 20 wird anhand von 3d erläutert. In 3-d sind bereits die Aussenkanten der Blechlage 2a sowie die Durchgangsöffnungen 12 für Befestigungsmittel sowie die Fluiddurchgangsöffnung 11 ausgestanzt. Ein Dichtelement ist im dargestellten Zustand noch nicht eingeformt. Die Fluiddurchgangsöffnung 11 ist nicht punktsymmetrisch ausgestanzt. Vielmehr verläuft auf der rechten Seite der Durchgangsöffnung 11 zwischen der freigesparten Durchgangsöffnung 11 und der eigentlichen Kante 13 der Durchgangsöffnung noch ein Blechabschnitt, der durch einen schmalen Spalt 14 von der Kante 13 der Durchgangsöffnung über knapp 180° des Kreisumfangs beabstandet ist. Lediglich in den Anschlussbereichen 24 setzen sich die Fortsätze 20 aus der Kante 13 der Durchgangsöffnung 11 fort und gehen unter Ausbildung eines zusammenhängenden Bogens 22 nahtlos ineinander über. Zur Ausbildung des eigentlichen Stützbereichs 23 wird dieser durch die Fortsätze 20 gebildete bogenförmige Blechabschnitt aus der Ebene E1 der Blechlage 2 im an die Durchgangsöffnung 11 angrenzenden Bereich um ca. 90° herausgebogen. Dies kann gleichzeitig oder unabhängig vom Einprägen des Dichtelements erfolgen. 3-a bis 3-c illustrieren, wie der Stützbereich in der fertigen Dichtung den Wölbungsabschnitt 43 des Siebelements abschnittsweise umläuft. Dies wird insbesondere aus 3-c deutlich. In 3-b wird der im Wesentlichen rechte Winkel um den die Fortsätze 20 in den Anschlussbereichen 24 gegenüber der Ebene E1 verformt sind besonders augenscheinlich. 3-a und 3-b verdeutlichen zudem, dass nur ein sehr schmaler Bereich des Siebelements 4 vom Stützbereich 23 verdeckt ist, nämlich ein Bereich, dessen Breite im Wesentlichen der Blechstärke der metallischen Lage 2 entspricht, hier 0,20 mm.
Die Fortsätze 20 erfahren nur in den Anschlussbereichen 24 eine Umlenkung. Auf eine Verbindung zwischen dem Stützbereich 23 und dem Siebelement 4 wurde hier verzichtet. Somit weist der Stützbereich 23 nur in den Anschlussbereichen 24 Gefügeveränderungen auf, ansonsten entspricht das Gefüge des Federstahlblechs des Stützbereichs 23 dem Gefüge des die Durchgangsöffnung umgebenden Bereichs der Federstahllage 2. Das Siebelement 4 besteht aus einem Köpergewebe aus Edelstahldraht mit einer Drahtstärke von 0,1 mm und einer Maschenweite von 0,18 mm.
4 illustriert in drei Teilbildern verschiedene Querschnitte von Fortsätzen 20 erfindungsgemäßer metallischer Flachdichtungen vergleichbar der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform. Dabei entspricht die Variante der 4-a dem in 3-b dargestellten rechteckigen Querschnitt. Dieser ist bei ausreichend dicken Blechstärken vorteilhaft, da er besonders einfach herzustellen ist. Bei sehr dünnen Blechen kann es jedoch an der inneren Kontaktfläche 26 zu Beschädigungen des Siebelements 4 kommen. Daher sind bei dünnen Blechstärken die Varianten der 4-b und 4-c bevorzugt, da hier die zum Siebelement 4 weisenden freien Kanten der Fortsätze 20 mit einem deutlichen Radius gebogen sind, so dass nur der verrundete Bereich an der inneren Kontaktfläche 26 auf dem Siebelement 4 zu liegen kommt. Verläuft der betreffende Fortsatz 20 dabei geneigt, wie in 4-b und 4-c, so kann der gebogene Endabschnitt 220 unter dem nicht umgebogenen Abschnitt des Fortsatzes (4-b) oder neben dem umgebogenen Abschnitt des Fortsatzes (4-c) zu liegen kommen. Gebogene Varianten sind aber auch mit nicht geneigten Fortsätzen 20 möglich.
5 stellt eine Variante der ersten Ausführungsform aus 3 dar. Hier sind insgesamt vier Fortsätze 20 vorhanden, die paarweise jeweils einen Stützbereich 23 bilden. Während der Stützbereich 23 in 3 genau durch die Mitte des Siebelements 4 verläuft, d.h. im Hauptstrom, sind die beiden Stützbereiche 23 jeweils etwas aus der Mitte zur Seite verrückt. Diese Position ist vorteilhaft bezüglich des Fluidstroms. Allerdings sind die beiden Stützbereiche bzw. die zugehörigen vier Fortsätze 20 in ihren Anschlussbereichen 24 um einen etwas geringeren Winkel, nämlich nur 70° aus der Ebene E1 verformt. Hieraus resultiert eine breitere Abdeckung des Siebelements 4. Diese ist aber noch immer sehr gering und beträgt weit weniger als 5% der in die Durchgangsöffnung 11 in der Ebene E1 projizierten Siebfläche, so dass dennoch ein ungehinderter Fluidfluss ermöglicht ist. Anders als im Ausführungsbeispiel der 3 ist das Siebelement 3 hier fast vollständig verrundet, weist also kein Plateau in der Ebene E2 auf.
6 stellt in zwei Teilfiguren 6-a, 6-b eine erste Variante einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung 1 dar. In 6-c ist zudem eine halbfertige Blechlage 2a zur Verwendung in dieser Ausführungsform wiedergegeben, in die allerdings anders als in 3 bereits ein Abdichtelement 21 eingeformt ist. Diese zweite Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Fortsätze 20 insofern unabhängig voneinander ausgebildet sind, als dass sie so freigeschnitten werden, dass zwischen ihnen ein Spalt verbleibt. Allerdings sind sie so platziert, dass sie möglichst nahe beieinander liegen, so dass beim Auswölben der Fortsätze aus der Ebene E1 bzw. beim Aufeinanderlegen der einander überlappenden freien Enden 201 im Überlappungsbereich 29 die Fläche der Fortsätze so verläuft, dass ihre Erstreckung senkrecht zur Längserstreckungsrichtung an jeder Stelle maximal um 15° aus einer Ebene parallel zur Ebene E1 abweicht. Im Überlappungsbereich 29 verlaufen die beiden freien Enden 201 der Fortsätze, die die Verbindung des Stützbereichs 23 herstellen, im Wesentlichen parallel zur Ebene E1.
Die Gesamtlänge des Stützbereichs 23 beträgt in der fertigen Dichtung 1 ungefähr 1,4-mal dem kürzesten Abstand 18 zwischen den Rändern 13 der Durchgangsöffnung. Aufgrund der verglichen mit dem Ausführungsbeispiel der 3 um ca. 75 bis 90° gedrehten Anordnung des Stützbereichs 23 ist die Breite des Stützbereichs deutlich größer als eine Blechdicke. Sie beträgt ca. 2 mm, und entspricht somit ungefähr dem 10-fachen der Blechdicke, während der Durchmesser der Durchgangsöffnung ca. 40 mm beträgt.
In 7 sind sowohl die Lage der verschiedenen Ebenen der erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung 2 als auch verschiedene Bereiche des Siebelements 4 genauer illustriert. Die Ebene E1 erstreckt sich in der Blechlage 2, aus der die Fortsätze in die Durchgangsöffnung 11 hineinragen, zumindest im Randbereich der Durchgangsöffnung 11 in der neutralen Faser dieser Blechlage. Die Ebene E4 stellt hingegen die Ebene dar, in der die Fortsätze 20 in der hier dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung miteinander verbunden sind. Hier ist die Ebene somit auf die Grenzfläche zwischen den beiden Fortsätzen 20 bezogen. In der ersten Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Übergang zwischen den beiden Fortsätzen 20n in der vierten Ebene E4, wie in 3-c angedeutet ist. Dort ist die Ebene E4 auf die neutrale Faser bezogen. Das Siebelement 4 besteht insbesondere aus einem Randbereich 45, der sich in einer dritten Ebene E3 erstreckt sowie einem Wölbungsbereich 43, der den gesamten aus der Ebene E3 herausragenden Abschnitt des Siebelements 4 umfasst. Die am weitesten ausgelenkten Abschnitte des Siebelements 4 erstrecken sich in der Ebene E2. Auch beim Siebelement 4 sind die Ebenen jeweils auf die neutrale Faser bezogen.
8 stellt eine Variante der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung 1 dar. 8-a zeigt dabei die halbfertige Blechlage 2a, 8-b die fertige Dichtung 1. Wiederum verlaufen die beiden Fortsätze 20 in der halbfertigen Blechlage 2a im Wesentlichen parallel zueinander und sind durch einen schmalen Spalt 14 voneinander getrennt. Die Fortsätze 20 weisen dabei aber anders als in 6c keine Rechtecksform auf, sondern weichen nach ca. ¼ ihrer Länge in die dem jeweils anderen Fortsatz beabstandete Richtung bogenförmig aus, ehe sie nach weiteren ca. 25% ihres Verlaufs wieder auf die ursprüngliche Richtung zurückkehren. An ihren freien Enden 201 weisen sie jeweils einen abgerundeten Abschnitt auf, der gegenüber dem sonstigen Verlauf des jeweiligen Fortsatzes verbreitert ist. Die jeweiligen verbreiterten freien Enden 201 ergeben sich aus den bogenförmigen Aussparungen 205. Der Spalt 14 zwischen den beiden Fortsätzen weist über seine gesamte Länge eine im Wesentlichen konstante Breite auf.
In der fertigen Dichtung 1 sind die beiden verbreiterten freien Enden 201 unter Ausbildung eines Überlappungsbereichs 29 übereinander gelegt und miteinander verbunden. Dabei erheben sich die den Stützbereich 23 bildenden Fortsätze 20 aus der Ebene E1. Die Verbindung zwischen den jeweiligen Mitten der beiden Anschlussbereiche 24 definiert die Erstreckungsrichtung der Fortsätze 20. Ein Querschnitt durch einen Fortsatz 20 senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Fortsatzes 20 verläuft hier immer nahezu parallel zur Ebene E1. Die Ausführungsform der 8 ist somit besonders bevorzugt, da sie eine besonders stabile Stützung des Wölbungsabschnitts 43 des Siebelements 4 ermöglicht.
Auf einer Darstellung der Verbindung zwischen den beiden freien Enden 201 der Fortsätze 20 in ihrem Überlappungsbereich 29 wurde hier verzichtet. Neben einer Schweißverbindung, wie sie im Beispiel der 6 gegeben ist, bietet sich hier auch eine Nietverbindung an, da der vergrößerte Überlappungsbereich 29 hierfür ausreichend Platz bietet.
9 bis 11 zeigen weitere Varianten der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung. Diese weisen jeweils mehr als zwei Fortsätze 20, nämlich drei Fortsätze 20a bis 20c in den Beispielen der 9 und 11 und vier Fortsätze 20a bis 20d im Beispiel der 10 auf.
Im Ausführungsbeispiel der 9 ragen aus dem Rand 13 der Lage 2, die hier aus einer Nickelbasislegierung besteht, drei Fortsätze 20a, 20b, 20c in die Durchgangsöffnung 11 und wölben sich auf der dem Betrachter zugewandten Oberseite des Wölbungsbereichs 43 des Siebelements 4 ebenfalls dem Betrachter zu. Die Fortsätze sind so aus der Blechlage 2 freigeschnitten, dass sie unter geringer Neigung in den Anschlussbereichen 24a, 24b, 24c im Überlappungsbereich 29 aufeinander zu liegen kommen, wobei der Fortsatz 20a zu oberst liegt. Die Verbindung im Überlappungsbereich 29 ist über einen Schweißpunkt realisiert. Durch die dreiseitige Anbindung des Stützbereichs 23 erfährt der Wölbungsbereich 43 eine besonders gute Stützung, so dass die Gefahr einer Längung wirksam gebannt ist. Aufgrund der schmalen Fortsätze 20a, 20b, 20c ist trotz der Lage des Überlappungsbereichs 29 in der Mitte des Fluidstroms keine Behinderung des Fluidstroms gegeben.
Die Dichtung 1 der 9 unterscheidet sich weiter von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen dadurch, dass anstelle einer Halbsicke nun ein periodisches Abdichtelement 21 in die einzige Blechlage 2 eingeprägt ist. Anstelle eines Köpergewebes ist nun ein Leinengewebe im Siebelement 4 realisiert, es besteht wiederum aus einem Edelstahldraht.
Während die Dichtungen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele sämtliche eine kreisrunde Durchgangsöffnung 11 aufweisen, liegt in 10 eine langlochförmige Durchgangsöffnung 11 vor, diese wird von einem gewölbten Siebelement 4 überspannt, das auf seiner dem Fluidstrom abgewandten Seite von zwei Stützbereichen 23a, 23b abgestützt ist. Die Stützbereiche 23a, 23b setzen sich jeweils aus zwei Fortsätzen 20a, 20c bzw. 20b, 20d zusammen, die paarweise in einem Überlappungsbereich 29a, 29b zu einem Bogen 22a, 22b verbunden sind. Die Stützbereiche 23a, 23b sind dabei prinzipiell so ausgeführt wie der einzige Stützbereich 23 des Ausführungsbeispiels der 6. Bei Dichtungen, deren Durchgangsöffnung bezüglich des Verhältnisses von Länge zu Breite noch extremer ist, d.h. stärker langgestreckt ist, ist es auch möglich noch mehr als zwei Stützbereiche vergleichbar den Stützbereichen 23a, 23b anzuordnen. Ähnliches gilt auch für Stützbereiche vergleichbar denen der 4.
Der Stützbereich 23 des Ausführungsbeispiels der 11 unterscheidet sich von dem der 9 dadurch, dass er nicht nur aus drei im Wesentlichen rechteckigen Fortsätzen 20a, 20b, 20c besteht, sondern an den Fortsatz 20c noch ein ringförmiger Anschluss angeformt ist, der im gewölbten Zustand der Fortsätze 20a, 20b 20c auf den freien Enden der beiden Fortsätze 20a, 20b zu liegen kommt und mit diesen über eine Schweißverbindung verbunden ist. Hierdurch wird vermieden, dass das Zentrum der Durchgangsöffnung, in dem sich üblicherweise die größten Strömungsgeschwindigkeiten einstellen, vom Stützbereich 23 überdeckt ist.
12 illustriert eine weitere Gestaltungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung 1 in einer der 2 analogen Darstellung. Anders als die vorhergehenden Beispiele weist diese nicht nur eine, sondern zwei Blechlagen 2, 3, in denen jeweils eine Halbsicke 21, 31, die die Durchgangsöffnung 11 umläuft, eingeformt ist. Die Randbereiche der beiden Dichtungslagen 2, 3 kommen dabei aufeinander zu liegen. Das Siebelement 4 wird zwischen den beiden Lagen 2, 3 aufgenommen und dient auch als Verformungsbegrenzungselement für die Sicken 21, 31. Der Randbereich 48 des Siebelements 4 ist verpresst, so dass sich keine Drähte aus dem Siebgewebe lösen können. Das Siebelement ist sowohl im äusseren Kontaktbereich 27 über eine Schweißverbindung mit der Blechlage 2 verbunden als auch im inneren Kontaktbereich mit einem der Fortsätze 20. Auch die Fortsätze 20 sind zur Ausbildung des Stützabschnitts 23 in ihrem Überlappungsbereich 29 mittels einer Laserschweißverbindung miteinander verbunden.
Sämtliche dargestellten Beispiele erfindungsgemäßer metallischer Flachdichtungen eignen sich für verschiedene Einsatzzwecke, in denen eine Flachdichtung neben ihrer eigentlichen Dichtungsaufgabe auch Filteraufgaben übernehmen soll. Besonders geeignet sind die erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtungen im Bereich heißer Gase, insbesondere Abgase und dabei vorzugsweise als Dichtung im Bereich der Abgasrückführung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007019946 A1 [0002]
DE 102009010385 A1 [0003, 0004]
DE 202014102014 U1 [0005]
DE 202014005866 U1 [0007]

Claims

Metallische Flachdichtung (1) mit mindestens einer metallischen Lage (2, 3), wobei die mindestens eine metallische Lage (2, 3) mindestens eine Durchgangsöffnung (11) aufweist, die von einem Siebelement (4) überdeckt ist, wobei sich die mindestens eine metallische Lage (2, 3) in ihrem unmittelbar an die Durchgangsöffnung (11) anschließenden Bereich in einer ersten Ebene (E1) erstreckt, wobei das Siebelement (4) aus einem Maschenmaterial (5) besteht oder dieses enthält und einen Wölbungsabschnitt (43) aufweist, der sich bis zu einer zweiten Ebene (E2) wölbt, sowie einen den Wölbungsabschnitt (43) ringförmig umgebenden Randabschnitt (45) aufweist, der sich zumindest abschnittsweise in einer dritten Ebene (E3) erstreckt, wobei die zweite Ebene (E2) verschieden von der dritten Ebene (E3) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine metallische Lage (2) mindestens zwei Fortsätze (20) aufweist, die sich aus dem Rand der Durchgangsöffnung (11) in den Bereich der Durchgangsöffnung hinein erstrecken, wobei sich die mindestens zwei Fortsätze so wölben, dass mindestens zwei der Fortsätze in einer vierten Ebene (E4) ineinander übergehen oder miteinander verbunden sind, wobei die erste Ebene (E1) verschieden von der vierten Ebene (E4) ist.
Metallische Flachdichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der mindestens zwei Fortsätze (20) der mindestens einen metallischen Lage (2) unter Ausbildung mindestens eines Stützabschnitts (23) zumindest abschnittsweise miteinander verbunden sind oder sich einstückig ineinander fortsetzen, wobei der Stützabschnitt (23) in Projektionen auf die Ebene der Flachdichtung (1) innerhalb der Durchgangsöffnung (11) angeordnet ist bzw. die Durchgangsöffnung (11) überbrückt.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine metallische Lage (2) mehr als einen Stützabschnitt (23) aufweist.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wölbungsabschnitt (43) zumindest abschnittsweise unter Ausbildung eines inneren Kontaktbereichs (26) auf dem mindestens einen Stützabschnitt (23) aufliegt.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Randabschnitt (45) des Siebelements (4) zumindest abschnittsweise auf der mindestens einen metallischen Lage (2) unter Ausbildung eines äußeren Kontaktabschnitts (27) aufliegt.
Metallische Flachdichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Siebelement (4) im Bereich seines Randabschnitts (45) mit mindestens einer der einen metallischen Lage (2) unter Ausbildung eines Verbindungsabschnitts (49) verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden ist.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchgangsöffnung (11) außerhalb des Verbindungsabschnitts (49) von einem in die mindestens eine metallische Lage (2, 3) eingeformten Abdichtelement, insbesondere einer Sicke (21, 31), vorzugsweise einer Halbsicke, umgeben wird.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine metallische Lage (2, 3) aus einem Stahl oder einer Nickelbasislegierung besteht oder diese(n) enthält und dass vorteilhafterweise die Zugfestigkeit des Stahls oder der Nickelbasislegierung mindestens 900 N/mm², vorzugsweise mindestens 1100 N/mm², insbesondere mindestens 1350 N/mm²beträgt.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsätze (20) ausserhalb ggf. vorhandener Knickbereiche und/oder Verbindungsbereiche keine Gefügeveränderungen aufweist.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsätze (20) sich unter Ausbildung mindestens eines Bogens (22) kontinuierlich fortsetzen.
Metallische Flachdichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine metallische Lage (2) genau einen Stützabschnitt (23) aufweist, der aus genau einem zusammenhängenden Bogen (22) besteht und bei Projektion in die erste Ebene (E1) über seinen gesamten Verlauf eine Maximalbreite (B_max) aufweist, die maximal das Doppelte, vorzugsweise maximal das Eineinhalbfache der Blechstärke (D_S) der mindestens einen metallischen Lage (2) beträgt.
Metallische Flachdichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsätze (20) jeweils genau einen Anschlussbereich (24) aufweisen, wobei die Fortsätze (21) in ihrem Anschlussbereich (24) jeweils eine Umlenkung um 80° bis 100° aus der ersten Ebene (E1) aufweisen.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Stützabschnitte (23) mit jeweils einem zusammenhängenden Bogen (22) aufweist, wobei die Fortsätze (20) jeweils einen Anschlussbereich (24) aufweisen und die Fortsätze (20) in ihrem Anschlussbereich (24) jeweils um 45 bis 90° aus der ersten Ebene (E1) umgelenkt sind.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der den mindestens einen Stützabschnitt (23) bildenden Fortsätze (20) quer zur Erstreckungsrichtung der Fortsätze (20) sich im Wesentlichen parallel zur ersten Ebene (E1) erstreckt oder mit der ersten Ebene (E1) einen Winkel von –25° bis 25° aufspannt.
Metallische Flachdichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stützabschnitt (23) bei Projektion in die erste Ebene (E1) über seinen gesamten Verlauf eine Mindestbreite (B_min) aufweist, die mindestens das Fünffache, vorzugsweise mindestens das Achtfache der Blechstärke (D_S) der mindestens einen metallischen Lage (2) beträgt.
Metallische Flachdichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite (B_B) des mindestens einen Stützabschnitts (23) im Verlauf des Stützabschnitts (23) ändert.
Metallische Flachdichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens zwei Fortsätze (20) abschnittsweise überlappen und im Bereich dieser Überlappung (29) stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißens, und/oder formschlüssig und/oder mittels eines Verbindungsmittels (28), insbesondere mittels eines Niets, miteinander verbunden sind.
Metallische Flachdichtung nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stützabschnitt (23) mehr als zwei Fortsätze (20) umfasst, wobei die Fortsätze (20) vorzugsweise über Verzweigungen (25) miteinander verbunden sind.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Siebelement (4) und der mindestens eine Stützabschnitt (23) abschnittsweise, insbesondere im inneren Kontaktbereich (26) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ebene (E2) und die dritte Ebene (E3) einen Abstand (D23) voneinander aufweisen, der zwischen 15% und 55% des geringsten Abstandes (18) der Seitenränder der Durchgangsöffnung (11) beträgt.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Projektion der Gesamtfläche des mindestens einen Stützabschnitts (23) in die erste Ebene (E1) die Gesamtfläche des Stützabschnitts (23) maximal 10%, vorzugsweise maximal 5% der in diese Ebene (E1) projizierten Fläche des Siebelements (4) beträgt.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Siebelement (4) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise aber vollflächig aus einem Gewebe, insbesondere aus einem Stahldraht, vorzugsweise einem Edelstahldraht, besteht.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Siebelement (4) im Randabschnitt (45) und außerhalb des Verbindungsabschnitts (49) eine Drahtstärke von 0,04 bis 0,2 mm, vorzugsweise von 0,05 bis 0,15 mm aufweist.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Siebelement (4) innerhalb einer quadratischen Fläche mit 10 mm Seitenkantenlänge keine Masche aufweist, deren Maschenweite größer als 0,2 mm ist.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Siebelement (4) an seinem Außenrand (48) zumindest abschnittsweise verpresst ist.
Metallische Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, nämlich Abgasrückführungsdichtung.