DE2852409C2

DE2852409C2 - Elastomere Dichtung für eine Flansch-Klemmverbindung

Info

Publication number: DE2852409C2
Application number: DE2852409A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 7014 Kornwestheim Martin; Kurt 7251 Mönsheim Scharpf
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1978-12-04
Filing date: 1978-12-04
Publication date: 1982-10-28
Also published as: ES8302246A1; JPS598702B2; JPS5578858A; FR2443623B1; DE2852409A1; US4310165A; ES486585A0; FR2443623A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf eine elastomere Dichtung für eine FianschKlemmverbindung zwischen einem mit einem stabilen Flansch versehenen ersten Teil und einem mit einem umbiegbaren Randbereich (Flanschbereich) versehenen zweiten Teil. Eine derartige Dichtung ist beispielsweise durch die DEOS 23 53 442 oder durch das DEGM 74 14 340 bekanntgeworden.

Diese Dichtungen für sogenannte Bördelverbindungen besitzen einen geschlossenen und vollen Querschnitt, der im gepreßten Zustand den für die Dichtung vorgesehenen Raum vollständig ausfüllt. Bei derartigen, zum Beispiel O Ringförmigen Dichtungen ergeben sich bei relativ geringen Vorspannwegen (Verformungen) hohe Rückstellkräfte (Verformungskräfte), die ihrerseits die Verbindung belasten und somit zu eimern Aufbiegen des umgebördelten Randbereiches bis zu einer Funktionsuntüchtigkeit der Verbindung führen können. Andererseits sind aufgrund eines vorgegebenen !nnendruckes bestimmte Mindestdichtkräfte zu gewährleisten. Infolge eines konstanten Schließmaßes einerseits und infolge der bei derartigen Verbindungen herstellungsbedingten Toleranzen, d. h. des Flansches, der Blechstärke und der Dichtung andererseits sowie infolge der progressiv ansteigenden KxaftVerformungsKennlinie der Dichtung, werden diese Dichtkräfte jedoch oft erheblich überschritten, so daß es zu der schädlichen Überbeanspruchung der Bördelverbindung kommt

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Dichtung für eine FlanschKlemmve:bindung der im Oberbegriff genannten Gattung zu schaffen, deren Verformungskräfte in Abhängigkeit von der Verformung relativ gering und möglichst wenig zunehmend sind, wobei die Dichtkräfte ausreichend sein und die Verbindung mechanisch möglichst gering beanspruchen sollen.

Durch das DEGM 71 15 418, das DEGM 69 37 598, das DEGM 18 12 544 und die FRPS 15 38 954 sind zwar Dichtungen bekanntgeworden, die zwischen zwei Teilen geklemmt werden, jedoch sind die die Dichtung zusammenpressenden Bereiche als starre Flanschbereiche ausgebildet, die insbesondere keinen umbiegbaren Randbereich aufweisen; diesen vorbekannten Verbindungen liegt also ein anderes Dichtproblem zugrunde, sie sind daher als gattungsfremd einzustufen.

Die Lösung der vorstehend genannten Aufgabe liegt gemäß Anspruch 1 darin, daß der Querschnitt der Dichtung eine Aussparung zur Aufnahme der Verformung der Dichtung aufweist und daß die Aussparung asymmetrisch zur Dichtkraftresultierenden angeordnet

Durch diese Aussparung einerseits wird eine Herabsetzung der Verformungskräfte bei gleicher Verformung gegenüber bekannten Dichtungen erreicht; andererseits wird durch die asymmetrische Anordnung der Aussparung in bezug auf die Dichtkraftresultierende ein geringes Rückstellmoment infolge verringerten Hebelarmes der Dichtkraftresultierenden erreicht. Infolge der geringeren Rückstellkräfte und momente der erfindungsgemäßen Dichtung unterliegt die Klemmverbindung einer geringeren und günstigeren mechanischen Beanspruchung und erreicht daher eine höhere Lebensdauer. Infolge geringerer Beanspruchung der Verbindung ergibt sich als weiterer Vorteil, daß die Materialstärke der zu verbindenden Teile, insbesondere die des umzubiegenden Teiles, herabgesetzt werden kann. Vorteilhaft bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Dichtung ist ferner, daß man für die zu verbindenden Teile größere Bautoleranzen wählen kann, da sich hierdurch keine erheblich größeren Rückstellkräfte ergeben.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist der Quersthnittsbereich der Dichtung ohne Aussparung auf der Außenseite der FianschKlemmverbindung im unmittelbaren Anpreßbereich des umbiegbaren Randbereiches (Flanschbereiches) des zweiten Teiles vorgesehen. Durch diese asymmetrische Ausbildung der Dichtung wird eine Verlagerung der Dichtkraftresultierenden nach außen und damit eine Reduzierung des Rückstellmomentes aus der verformten Dichtung erreicht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird die Aussparung zur Aufnahme

der Verformung der Dichtung durch einen etwa dreieckförmigen Schlitz gebildet Der besondere Vorteil dieses innen liegenden Verformungsschlitzes besteht darin, daß eine erhöhte Dichtwirkung durch die beiden äußeren Lippen und den im Inneren des dreieckförmigeri Schlitzes wirkenden Innendruck erzielt wird. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist die Tiefe des dreieckförmigen Schlitzes etwa gleich der halben Anpreßbreite der Dichtung. Durch diese Ausbildung der Dichtung wird insbesondere den speziellen geometrischen Verhältnissen von bekannten Bördel oder Klemmverbindungen in vorteilhafter Weise Rechnung getragen.

In weiterer Au>.gestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist die Aussparung zur Aufnahme der Verformung der Dichtung durch einen im Inneren des Dichtungsquerschnittes angeordneten Hohlraum gebildet Durch diese Ausführungsvariante ist die Erfindung auch an einem geschlossenen Dichtungsprc^fil verwirklicht, wodurch sich der Vorteil einer auf ihrem gesamten Umfang anliegenden und damit in der Dichtungskammer gut geführten Dichtung ergibt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 bildet der Querschnitt der gepreßten Dichtung ein zur Innenseite der FlanschKiemmverbindung hin offenes, durch den dreieckförmigen Schlitz vermindertes oder ein geschlossenes, durch den Hohlraum vermindertes Rechteck. Durch diese Rechteckform der Dichtung ergibt sich eine der Ausbildung der Flanschbereiche angepaßte Dichtung, die leicht zu montieren bzw. einzulegen und auch gut geführt ist.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 ist die Dichtung als Formdichtung ausgebildet, was sich bei einer endlosen Dichtung (zum Beispiel Kreis oder Rechteckform in der Draufsicht) als vorteilhaft erweist.

Schließlich ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 8 eine Verwendung der Dichtung für eine FlanschKlemmverbindung an einem Wärmetauscher vorgesehen, der aus einem KunststoffWasserkasten mit Flansch und einem metallischen Blechboden mit umbiegbarem Randbereich besteht. Der Randbereich des relativ dünnwandigen, metallischen Rohrbodens (Blechbodens) ist hierbei zum Beispiel um den Flansch des Wasserkastens umgebogen oder umgebördelt.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Dichtung verringert S'ch auch die mechanische Beanspruchung für den Kunststoffflansch: Die Relaxation (Kriechen) des Kunststoffes wird reduziert, d. h. der Flansch behält seine ursprüngliche Form bei, und die Dichtheit der Klemmverbindung bleibt erhalten. Derartige Wärmetauscher werden zum Beispiel als Kühler oder Heizkörper für Kraftfahrzeuge in sehr hohen Stückzahlen hergestellt, und die zu verbindenden Teile, wie Blechboden und Kunststoffflansch sowie Dichtung, weisen oft erhebliche Toleranzen auf, aus denen sich, bedingt durch den technologischen Schließvorgang, stark unterschiedliche Reaktionskräfte ergeben. Hier wirkt sich die erfindungsgemäße Dichtung, die als Formdichtung mit einem geschlossenen Rechteckgrundriß ausgebildet sein kann, besonders vorteilhaft aus.

Einzelne Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine herkömmliche Dichtung für eine Bördelverbindung,

F i g. 2 die erfindungsgemäße Dichtung mit Dreieckschlitz für eine Bördelverbindung mit Scnließlappen,

F i g. 3 die erfindungsgemäße Dichtung mit Dreieckschlitz für eine spezielle Klemmverbindung,
F i fe. 4 die erfindungsgemäße Dichtung mit Hohlraum für eine Bördelverbindung mit Schließleiste,

Fig.5 die erfindungsgemäße Dichtung im unverformten und verformten Zustand,

F i g. 6 ein Diagramm mit Kennlinien für eine

herkömmliche Dichtung und für die erfindungsgemäße Dichtung.

In F i g. 1 ist eine herkömmliche Bördelverbindung mit einer herkömmlichen Dichtung mit vollem Dichtungsquerschnitt dargestellt Die Dichtkraft F als

Reaktionskraft zur Anpreßkraft wirkt dabei in der Wirkungslinie w etwa in der Mitte der Dichtungsbreite. Dies führt zu einem Moment welches auf den Flansch wirkt und diesen um die Kante k zu drehen versucht. Dieses Biegemoment F ■ a um die Drehachse K führt zu einer Verdrehung und damit veränderten Lage des Flansches, wie sie durch gestrichelte Linien dargestellt ist

In Fig.2 ist eine herkömmliche Bördelverbindung dargestellt, bei der die beiden Teile 1 und 2 durch Umlegen eines verformbaren Randbereiches, der aus einzelnen Schließlappen 6 besteht, um den Flansch 4 miteinander verbunden werden. Das Teil 2 ist hier als Blechboden eines Wärmetauschers, der entsprechende nicht dargestellte Rohre aufnimmt, ausgebildet und weist in seinem äußeren Bereich eine nutförmige, umlaufende Rinne 5 auf, während der Teil 1 als Kunststoffdeckel oder Wasserkasten für diesen Wärmetauscher ausgebildet ist, der in einem in die Nut 5 passenden Flansch 4 endet. Zwischen Flansch 4 und Boden der nutförmigen Rinne 5 ist die Dichtung 3 angeordnet, die durch eine dreieckförmige Aussparung 7 auf der rechten, d. h. inneren Seite der Bördelverbindung gekennzeichnet ist. Im Vergleich zur gesamten Anpreßbreite Z? der Dichtung besitzt der dreieckförmige Verformungsschlitz 7 eine Tiefe f, die etwa der Hälfte der Anpreßbreite b entspricht. Aus dieser Formgebung der Dichtung 3 in Relation zu der entsprechenden Formgebung der Nut 5 ergibt sich eine auf der linken, d. h. auf der äußeren Seite der Bördelverbindung, in ihrer Wirkungslinie iv wirkende Dichtkraft F. Im Vergleich zu F i g. 1 erkennt man, daß der wirksame Hebelarm a'gegenüber a erheblich reduziert worden ist und damit auch das auf die Bördelverbindung wirkende Moment F · a'gegenüber F ■ a. Der Flansch oder Fuß 4 des Deckels 1 wird daher bei Verwendung der erfindungsgemäßen Dichtung 3 nicht mehr in dem Maße, wie in F i g. 1 verdeutlicht, beansprucht, so daß die gesamte Verbindung funktionstüchtiger wird.

F i g. 3 zeigt die Dichtung 3 mit dreieckförmigem Verformungsschlitz 7 für eine andere Art von Klemmverbindung, wie sie genauer in einer gleichzeitig mit dieser eingereichten Anmeldung der Anmelderin beschrieben ist. Auch bei dieser Klemmverbindung werden zwei Teile 1 und 2, die ebenfalls den Deckel 1 mit Flansch bzw. Fuß 4 und den Boden 2 mit nutförmiger Rinne 5 eines Wärmetauschers darstellen, miteinander verbunden. Wie aus den zusätzlichen Ansichten in Richtung X und Y hervorgeht, werden wellenförmige Abschnitte 9, die sich über Langlöchern 8 befinden, über den Fuß 4 des Deckels 1 geschoben, so daß sich eine feste Verbindung zwischen den Teilen 1 und 2 ergibt. Der verformbare Randbereich ist also in dieser Verbindung grundsätzlich anders ausgebildet als bei der

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herkömmlichen Bördelverbindung nach F i g. 2. Für diese Art von neuartiger Klemmverbindung ist die Dichtung 3 insofern besonders vorteilhaft, als beim Zusammenfügen beider Teile 1 und 2 ein größerer Verformungsweg der Dichtung 3 erforderlich ist. Der Fuß 4 des Deckels 1 muß nämlich soweit nach unten, d.h. auf die Dichtung 3 gepreßt werden, daß die Abschnitte 9 über den Langlöchern 8 frei über die Oberkante des Fußes 4 bis zum Erreichen ihrer wellenförmigen Gestalt geschoben werden können — dann federt der Fuß 4 aufgrund der Rückstellkraft in der Dichtung 3 an die Unterkante der wellenförmigen Abschnitte 9 zurück. Der Verlauf der Wirkungslinie w der Dichtkraft Fzeigt ebenfalls, daß das Biegemoment F■ a' relativ klein und damit die mechanische Beanspruchung dieser Klemmverbindung gegenüber solchen mit herkömmlichen Dichtungen herabgesetzt ist.

F i g. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Dichtung 10, die einen geschlossenen Querschnitt und einen in dessen Inneren angeordneten Hohlraum 11 aufweist. Dieser Hohlraum 11 ist in ähnlicher Weise, wie der zuvor erwähnte, dreieckförmige Verformungsschlitz 7 geeignet, Verformungen der Dichtung 10 beim Zusammenfügen der Teile 1 und 2 aufzunehmen, so daß sich die gleichen Vorteile, wie für die Dichtung 3 beschrieben, ergeben. Darüber hinaus hat diese Dichtung 10 mit Hohlraum 11 den Vorteil, daß sie allseitig in der nutförmigen Rinne 5 des Bodens 2 geführt ist und somit gleichmäßig den vorhandenen Nutquerschnitt des Bodens 2 ausfüllt. Diese Art von Bördelverbindung wird durch Schließen, d. h. Umlegen der durchgehenden Schließleiste 12 um den Flansch 4 des Deckels 1 hergestellt. Auch hier erweist sich der verkürzte Hebelarm a'der Dichtkraft Fbzw. ihrer Wirkungslinie w als entlastend für die mechanische Beanspruchung dieser Bördelverbindung.

F i g. 5 zeigt die Dichtung 3 auf der linken Seite in unverformtem und auf der rechten Seite in verformten! Zustand, wobei diese Dichtung 3 in einer nutförmigen Rinne entsprechend den F i g. 1 bis 4 in senkrechter

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40 Richtung zusammengedrückt wurde. Die unverformte Dichtung 3 hat einen Querschnitt Ao und die weiteren Außenmaße Do, 5b und Bo als Breite. Entsprechende Bezeichnungen A\, d\, S\ und b\ gelten für die Dichtung 3 im verformten Zustand, wobei ßbund b\ in beiden Fällen das gleiche Maß haben, da sich die Breite der Dichtungskammer nicht ändert. Die Querschnitte der Dichtung 3 im unverformten und im verformten Zustand Ao und A\ können als annähernd gleich betrachtet werden, da das für die Dichtung vorgesehene Material, ein Elastomer, praktisch inkorr.pressibel ist. Die Verformung der Dichtung 3 von den Ausgangsmaßen 5b und Do auf die Endmaße S\ und d\ wird also durch die Aussparung 7 im wesentlichen aufgenommen. Dadurch ergibt sich die gewünscnte Verbesserung der Dichtungskenniinie, d. h. eine Verminderung der Rüekstellkräfte bei gleichem Verformungsweg gegenüber den herkömmlichen bekannten Dichtungen.

F i g. 6 zeigt schließlich ein Diagramm mit Kennlinien einer herkömmlichen und der erfindungsgemäßen Dichtung, die als untere Kennlinie gestrichelt eingezeichnet ist. In diesem Diagramm ist die Preßkraft F, d. h. die Reaktionskraft der Dichtung auf die sie zusammenpressenden Teile, aufgetragen über der Verformung der Dichtung. Man erkennt aus dem Vergleich beider Kennlinien, daß sich für die herkömmliche Dichtung, in diesem Fall eine Rundschnurdichtung, bei gleicher Verformung beider Dichtungen erheblich größere und im oberen Verformungsbereich stark progressiv ansteigende Preßkräfte ergeben, während die Preßkraft für die erfindungsgemäße Dichtung in diesem Bereich der minimalen und maximalen Verformung, d. h. der kleinsten und größten Pressung, annähernd linear und flacher verläuft. Wie dieses Diagramm also deutlich veranschaulicht, wurde durch die erfindungsgemäße Formgebung eine Dichtung geschaffen, die besonders an den technologischen Vorgang des Bördelns bzw. Klemmens oder ähnlicher Verbindungsarten angepaßt ist, wobei die erforderlichen Dichtkräfte bei minimaler Beanspruchung der Verbindung erzeugt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elastomere Dichtung für eine FlanschKJemmverbindung zwischen einem mit einem stabilen Flansch versehenen ersten Teil und einem mit einem umbiegbaren Randbereich (Flanschbereich) versehenen zweiten Teil, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Dichtung (3,10) eine Aussparung (7, 11) zur Aufnahme der Verformung der Dichtung (3_y 10) aufweist und daß die Aussparung (7, 11) asymmetrisch zur Dichtkraftresultierenden angeordnet ist

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnittsbereich der Dichtung (3, 10) ohne Aussparung (7, 11) auf der Außenseite der FianschKlemmverbindung im unmittelbaren Anpreßbereich des umbiegbaren Randbereiches (Flänschbereiches) (6, 9, 12) des zweiten Teiles (2) vorgesehen ist

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung zur Aufnahme der Verformung der Dichtung (3) durch einen etwa dreieckförmigen Schlitz (7) gebildet ist

4. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (t) des dreieckförmigen Schlitzes (7) etwa gleich der halben Anpreßbreite (b) der Dichtung (3) ist

5. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung zur Aufnahme der Verformung der Dichtung (10) durch einen im Inneren des Dichtungsquerschnittes angeordneten Hohlraum (11) gebildet ist.

6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der gepreßten Dichtung (3, 10) ein zur Innenseite der FianschKlemmverbindung hin offenes, durch den dreieckförmigen Schlitz (7) vermindertes oder ein geschlossenes, durch den Hohlraum (11) vermindertes Rechteck bildet.

7. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (3,10) als Formdichtung ausgebildet ist.

8. Verwendung der Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für eine FianschKlemmverbindung an einem Wärmetauscher, bestehend aus einem KunststoffWasserkasten mit Flansch (4) und einem metallischen Blechboden (2) mit umbiegbarem Randbereich (Flanschbereich) (6,9,12), der den Flansch (4) formschlüssig umgreift

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