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Die
Erfindung betrifft eine verbesserte torusförmige oder torische Dichtung
für mit
Flanschen versehene Abgasleitungen bzw. Abgasrohre, im Besonderen
für Abgasrohre
von Verbrennungsmotoren.
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In
den letzten Jahren wurden, da auf dem Gebiet der Kraftfahrtzeugtechnik
Katalysatoreinrichtungen eingesetzt wurden, mit zunehmender Bedeutung
Dichtungen in den Verbindungen zwischen den Rohren verwendet, die
das Abgassystem von Verbrennungsmotoren bilden, um ein Entweichen
der Gase in die Atmosphäre
zu minimieren, ehe die Gase durch den Katalysator getreten sind.
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Darüber hinaus
ist der Bedarf an einer undurchlässigen
Abdichtung in Abgasrohren kürzlich sogar
noch dringender geworden, da die bordinterne Abgasdiagnose (Exhaust
On-Board Diagnostics – EOBD)
eingeführt
worden ist wobei Sonden und Sensoren verwendet werden, deren ordnungsgemäßer Betrieb
durch Gaslecks in den Rohren negativ beeinflusst wird.
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Die
zulässige
Undichtigkeit in den Flanschverbindungen zwischen Rohren liegt nun
zwischen 0,1 l/Min. und 3 l/Min., in Abhängigkeit davon, ob die Installation
neu oder bereits über
einen erheblichen Zeitraum in Betrieb ist und ob der Dichtungsflansch zum
Krümmer
oder zum Katalysator gehört.
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Die
vorstehenden Anforderungen wurden erfüllt, indem nach innovativen
Lösungswegen
gesucht wurde, welche zur Entwicklung einer speziellen torusförmigen Dichtung,
wie in 1 gezeigt, geführt haben
und ein ringförmiges
Element aus einem feuerfesten Material umfassen, das in einem torusförmig gekanteten
Metallblech, etwa aus rostfreiem oder verzinktem Stahl, eingekapselt
ist und eine Dicke von 0,2 bis 0,25 mm aufweist.
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Das
feuerfeste Material des gekapselten ringförmigen Elements ist typischerweise
Keramik oder eine Aramidfaser oder Graphit, der mit Metalleinsätzen verstärkt sein
kann. Keramik hat den Vorteil, dass es ein inertes, d. h. nicht
oxidierbares, Material ist, hat jedoch den Nachteil, dass es keine
Rückfederung
aufweist. Andererseits verfügt
Graphit über
gute Rückfederung
und sollte daher bevorzugt werden, obgleich er in einer Weise gekapselt
werden sollte, dass er vor der externen oxidierenden Atmosphäre geschützt ist.
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Obgleich
sich dieser Lösungsweg
von einem betrieblichen Standpunkt aus als ziemlich effektiv erwiesen
hat, da bei geringer Belastung eine gute Nachgiebigkeit und über einen
Betriebstemperaturbereich eine erhebliche Stabilität der mechanischen Charakteristika
vorhanden ist, verursachen torusförmige Dichtungen einige Probleme,
die deutlich werden, wenn man die Montagearbeitsgänge betrachtet.
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Während der
Montage wird eine Dichtung um einen Rohrabschnitt angeordnet, der
von der Kontaktseite eines der Flansche vorsteht, so dass, wenn
die Flansche miteinander verbunden werden, die Dichtung in einer
Aussparung aufgenommen ist, die zwischen den Radien der Kontaktseiten
der Flansche und den inneren zylindrischen Oberflächen der Rohrabschnitte
an den axialen Enden der zu verbindenden Rohre ausgebildet ist.
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Während der
ursprünglichen
Montage oder während
eines Austausches kann die Dichtung jedoch leicht vom Rohr abfallen,
was zu unbequemen Arbeitsbedingungen für den Bediener führt, wobei letzterer
häufig
dazu gezwungen ist, derartige Schritte in einer unbequemen Stellung
durchzuführen.
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Ein
weiterer Nachteil des Standes der Technik besteht darin, dass es,
nachdem die Flansche miteinander verbunden worden sind, keine Möglichkeit
gibt, zu überprüfen, ob
sich die Dichtung in Stellung befindet. Sollten Zweifel daran bestehen,
ob die Dichtung weggelassen wurde, besteht die einzige Möglichkeit
darin, die Montage von Beginn an zu wiederholen und eine neue Dichtung
einzusetzen. Wenn es erwünscht ist,
zu überprüfen, ob
die Montage des Abgassystems korrekt ist, muss durch den Auseinanderbau
der Flansche Zeit verschwendet werden.
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Das
Dokument
EP 0 654 626
A1 offenbart eine Dichtung mit einem gekanteten Metallblech,
das teilweise einen Ring umschließt und sich nach außen in zwei
Flügel
erstreckt, die mit Schraubenlöchern versehen
sind.
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Das
Hauptziel der Erfindung besteht daher darin, die vorstehenden Nachteile
zu vermeiden, indem eine verbesserte torusförmige Dichtung für mit Flanschen
versehene Rohre so bereitgestellt wird, dass sie sicher am Flansch
in Stellung gebracht werden kann, ohne zu riskieren, dass sie während der Montageschritte
herausfällt,
wobei die betrieblichen Merkmale früherer Dichtungen beibehalten
werden.
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Das
vorstehende Ziel umfasst ein spezifischeres Ziel der Erfindung,
welches darin besteht, eine verbesserte Dichtung so vorzusehen,
dass ihr Vorhandensein zwischen den Flanschen überprüft werden kann, nachdem die
Flansche aneinander montiert worden sind.
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Ein
weiteres Ziel ist es, die vorstehende Dichtung so bereitzustellen,
dass sie anstelle einer herkömmlichen
Dichtung direkt verwendet werden kann, ohne die Flansche anpassen
oder ihre Größe verändern zu
müssen.
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Noch
ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die vorstehende Dichtung
so vorzusehen, dass sie einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die vorstehende Dichtung
so bereitzustellen, dass sie mittels bekannter Verfahren und Vorrichtungen
hergestellt werden kann.
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Die
vorstehenden und andere Ziele und Vorteile, wie etwa die nachfolgend
genannten, werden mittels einer verbesserten torusförmigen Dichtung
für Abgasrohre
er zielt, die die in Anspruch 1 ausgeführten Merkmale aufweist, wobei
die abhängigen
Ansprüche
weitere vorteilhafte Merkmale darlegen.
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Die
Erfindung wird nun genauer unter Bezugnahme auf eine bevorzugte,
jedoch nicht alleinige, Ausführungsform
offenbart, die anhand eines veranschaulichenden und nicht einschränkenden
Beispiels in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigt:
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1 eine
Längsschnittansicht
einer herkömmlichen
torusförmigen
Dichtung während
eines anfänglichen
Montageschrittes zwischen zwei mit Flanschen versehenen Rohren,
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2 eine ähnliche
Ansicht wie 1 während eines abschließenden Montageschrittes,
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3 eine
Querschnittansicht in Richtung des Pfeiles III aus 1,
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4 eine
räumliche
Ansicht, in vergrößertem Maßstab, einer
erfindungsgemäßen verbesserten
torusförmigen
Dichtung,
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5 eine
Teilansicht einer Folie im Schnitt, welche Teil der Dichtung gemäß 4 ist,
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6 eine
vergrößerte Schnittansicht
eines Details der Dichtung gemäß 4,
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7 eine
Längsschnittansicht
einer erfindungsgemäßen torusförmigen Dichtung
während
eines anfänglichen
Montageschrittes zwischen zwei mit Flanschen versehenen Rohren,
und
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8 eine ähnliche
Ansicht wie 7 während eines abschließenden Montageschrittes.
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Bezug
nehmend auf die 1 und 2 sind zwei
miteinander zu verbindende Metallblechrohre 10 und 12 jeweils
mit identischen Flanschen 14 und 16 versehen.
Jeder der Flansche ist aus einer dickgezogenen Metallplatte gefertigt
und hat rechtwinklige Ränder 18, 20 und 22, 24.
Die Flansche sind, wie per se bekannt, jeweils an die Enden der zwei
Rohre geschweißt,
wobei der Flansch 14 über die
Kante des Rohres vorsteht, während
der Flansch 16 zurückgesetzt
ist. Die Flansche weisen zwei oder mehr Bohrungen auf, wie etwa 26,
in denen jeweils Befestigungsschrauben 28 aufgenommen sind,
die jeweils mittels Muttern 30 festgezogen werden.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst eine herkömmliche torusförmige Dichtung 32 beispielsweise einen
Ring aus verstärktem
Graphit, der in einem torusförmig
gekanteten Metallblech mit überlappenden Kanten
eingekapselt ist. Die Dichtung 32 wird in einer ringförmigen Aussparung
angeordnet, die durch die Kante des Rohres 10 und die angrenzende
Fußrundungsfläche des
Flansches 14 gebildet wird, wobei das Rohr 12 dann
stirnseitig angenähert
wird. Die Schrauben 28 werden festgezogen bis ein fester Kontakt
zwischen den Flanschen 14 und 16 hergestellt worden
ist, so dass die Dichtung 32 zwischen der äußeren zylindrischen
Oberfläche
des Rohres 10 und den angrenzenden Fußrundungsflächen der beiden Flansche 14 und 16 eingeklemmt
und verformt wird, wie aus 2 hervorgeht.
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Ein
Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass, wenn eine Vielzahl
von Rohren in Massenproduktion auf einer Fertigungsstraße montiert wird,
eine am Flansch eines Rohres in Stellung angeordnete Dichtung leicht
unabsichtlich verrutschen oder herausfallen kann, ohne dass das
Personal dies bemerkt, so dass die Dichtung in der Verbindung fehlt.
Dieser Umstand ist umso schwerwiegender, da es nicht mehr möglich ist,
die fertige Anordnung visuell auf eine Dichtung zu überprüfen.
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Bezug
nehmend auf die 4 bis 6 umfasst
eine erfindungsgemäße torusförmige Dichtung ebenfalls
einen Ring 34 aus verstärktem
Graphit, der in einem Metallblech 36 eingekapselt ist,
das beispielsweise aus rostfreiem oder verzinktem Stahl besteht, torusförmig gekantet
ist und überlappende Kanten
aufweist. Die erfindungsgemäße Dichtung umfasst
jedoch zudem eine im Wesentlichen ovale Folie 38, die ebenfalls
aus rostfreiem oder verzinktem oder aluminiumplattiertem Stahl besteht.
Die Folie 38 hat eine mittige Bohrung 40 mit einem
Durchmesser, der geringfügig
kleiner als der Außendurchmesser des
Ringes ist, deren Rand 42 zwischen den Kanten 44, 46 des
Metallbleches 36 angeordnet wird, ehe diese im Gesenk geschmiedet
werden, so dass der Rand 42 zwischen den Kanten eingeklemmt
ist.
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Die
Folie 38 hat zwei Flügel 44, 46,
die sich im rechten Winkel zur Mittelachse der Dichtung radial in
eine Ebene erstrecken, und ist leicht gezogen, so dass die Ebene
der Flügel 44, 46 mit
der Mittelebene der Dichtung zusammenfällt. Beide Flügel 44, 46 haben
jeweils ausgestanzte Löcher 48, 50,
die mit den Positionen der Bohrungen 26 in den Flanschen
zusammenfallen, wenn die Dichtung in Stellung gebracht wird. Jedes
Loch 48, 50 hat ein gezahntes Profil, das drei
Zähne definiert,
wie etwa 52, die mit dem Gewinde der Schraube eingreifen,
die durch die zugeordnete Bohrung hindurch tritt.
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Bei
der vorstehenden Anordnung werden, wenn die Dichtung ähnlich der
herkömmlichen
torusförmigen
Dichtung gemäß 1 am
Rohr angeordnet wird, wobei die Schrauben 28 in die Bohrungen 26 des
Flansches und folglich ebenfalls durch die Löcher 48 und 50 in
der Folie 38 eingesetzt werden, sowohl die Dichtung als
auch die Schrauben 28 stabil verrastet und lösen sich
nicht aus ihren jeweiligen Sitzen, sofern keine starke und eindeutige
Entfernungstätigkeit
ausgeführt
wird.
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Wie
in den 7 und 8 gezeigt, werden beide Rohre 10 und 12 dann
zusammengebracht und die Flansche mittels der Schrauben aneinander
befestigt, wobei das Ergebnis identisch mit einer herkömmlichen
Dichtung ist. Es wird darauf hingewiesen, dass, da der innere Rand
der Folie zwischen den überlappenden
Kanten des gekanteten Metallbleches an der Flanschdruckfläche eingeklemmt
ist, die Dicke der Folie zwischen den Kontaktflächen der Flansche automatisch
ausgeglichen wird und, bezogen auf eine herkömmliche Dichtung, keine Veränderung
der Druckkräfte
und Verformung der erfindungsgemäßen Dichtung
bewirkt.
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Wie
in 8 gezeigt, sind bevorzugt einer oder beide Flügel der
Folie 38 so geformt, dass sie in Form eines Lappens 54 nach
außen über die
Flansche vorstehen, wenn die Dichtung montiert ist, so dass überprüft werden
kann, ob die Dichtung tatsächlich
zwischen den Flanschen eingesetzt worden ist, sogar nachdem die
Verbindung hergestellt worden ist, indem überprüft wird, ob der Signallappen
sichtbar ist. Der Lappen 54 kann größer als in 8 gezeigt
ausgeführt
und mit Identifizierungsmarkierungen versehen werden.
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Ein
Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass die vorstehend beschriebene
Dichtung mittels auf dem Gebiet üblicher
Verfahren und Vorrichtungen hergestellt werden kann, indem lediglich
ein Schritt hinzugefügt
wird, der darin besteht, die Folie vor dem Gesenkschmieden der Kanten
des gekapselten Bleches anzuordnen, so dass die Herstellungskosten
der Dichtung nicht erheblich erhöht
werden.