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Hintergrund
der Erfindung und Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Metalldichtung mit verschiedenen
Flächendruckabschnitten
oder ausgeprägten
Dichtungslinien, welche zum Abdichten eines Abschnitts nützlich ist,
der einer Wärmeverformung
unterworfen ist und/oder eine niedrige Steifigkeit aufweist. Die
Dichtung ist nützlich als
eine Krümmerdichtung
zum Verbinden eines Zylinderkopfs mit einem Krümmer und als eine Flanschdichtung
zum Verbinden eines Krümmers
mit einem Abgasrohr oder einer anderen Einrichtung.
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Der
Krümmer
oder das Abgasrohr, an welchen bzw. an welcher die Krümmerdichtung
oder Flanschdichtung installiert ist, umfasst einen Flansch an einem
Ende eines Rohrs. Die Steifigkeit des Flanschs ist verhältnismäßig niedrig,
und er wird wiederholt erhitzt und abgekühlt, da Abgas mit einer hohen
Temperatur den Krümmer
und das Abgasrohr passiert. Daher dehnt sich der Flansch wiederholt, immer
wenn der Motor betrieben wird, aus und zieht sich zusammen, d.h.
er ist einer Wärmeverformung unterworfen.
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Die
Dichtung zum Abdichten des Krümmers oder
des Abgasrohrs muss den Flansch abdichten, welcher sich gemäß der Wärme verformt.
Insbesondere kann eine Oberflächenkonfiguration
des Flanschs teilweise verformt sein, und ein durch die Dichtung
abzudichtender Raum kann durch die Wärmeverformung des Flanschs
verändert
werden. Da die Dichtung den verformten Flansch oder die verformten
Flansche abdichten muss, muss die Dichtung eine hinreichende Kompressibilität oder Rückfederung
zum Absorbieren der Verformung des Flanschs aufweisen.
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Weiterhin
darf die Rückfederung
der Dichtung am Abdichtungsabschnitt nicht verloren gehen, um beim
Flansch sicher abzudichten, obwohl die Wärmeverformung am Flansch wiederholt
auftritt, wenn ein Motor betrieben wird. Wenn bei der Dichtung zum
Abdichten des Flanschs eine Sicke verwendet wird, ist es nötig, eine
Kriechrelaxation und eine Rissbildung an der Sicke zu verhindern.
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In
Anbetracht der oben genannten Anforderungen ist eine Dichtung 2,
wie sie in 4 gezeigt ist, in der japanischen
Patentveröffentlichung
(KOKAI) Nr. 4-219572 vorgeschlagen worden. Die Dichtung 2 ist
aus einer Platte 22 mit einer Sicke 22b und einer
oberen Platte 23 mit einem gekrümmten Abschnitt 23a und
einem Flansch 23b ausgebildet. Die Breite Wb der Sicke 22b wird
so geändert,
dass, wenn sich die Sicke 22b einem Bolzenloch für die Dichtung 2 nähert, die
Breite der Sicke 22b verringert und die Höhe der Sicke 22b erhöht ist.
Wenn die Dichtung angezogen ist, wird bei dieser Dichtung 2 der
an der Sicke gebildete Flächendruck
im Allgemeinen gleich, um dadurch die Verformung des Flanschs auszugleichen.
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Bei
der Dichtung 2 ist ein aus drei Plattenabschnitten ausgebildeter
Stopperabschnitt 25 am Flansch 23b eingerichtet, und die
Sicke 22b erstreckt sich von einem Abschnitt oberhalb des
Flanschs 23b zu einem Abschnitt außerhalb des Flanschs 23b. Wenn
die Dichtung 2 angezogen ist, wird somit die Sicke 22b durch
den Stopperabschnitt 25 nicht vollständig zusammengedrückt, was
eine Kriechrelaxation der Sicke 22b verhindert. Da ein
Bereich, welcher sich von dem gekrümmten Abschnitt 23a zur
Sicke 22b am Flansch 23b erstreckt, aus den Plattenabschnitten
mit der gleichen Dicke ausgebildet ist, ist jedoch ein Dichtungsabschnitt
für ein
Loch 3 aus einem Abschnitt ausgebildet, welcher sich von
dem gekrümmten
Abschnitt 23a zur Sicke 22b erstreckt.
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Und
zwar muss eine Mehrzahl von Abdichtungsbereichen um das Loch 3 ausgebildet
sein, um eine hinreichende Abdichtungsfähigkeit bereitzustellen, während eine
große
Wärmeverformung
am Flansch um das Loch 3 absorbiert wird. Da die Dichtung 2 einen
Stopperabschnitt 25 aufweist, welcher aus den drei Plattenabschnitten
ausgebildet ist, ist jedoch die Dicke am Stopperabschnitt 25 die
gleiche. Somit wird, wie in 5(b) gezeigt,
der Flächendruck des
Stopperabschnitts 25 allmählich verringert, wenn die
Dichtung 2 angezogen wird. Und zwar wird kein wirksamer
zweiter Abdichtungsabschnitt um das Loch 3 ausgebildet.
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Da
die Dichtung 2 eine Sicke 22b aufweist, ist auch
ein abzudichtender Raum am Flansch des Rohrs auf die Größe der Sicke 22b beschränkt. Falls der
abzudichtende Raum groß ist,
muss die Sicke 22b somit breit und hoch sein, was zu einer
Kriechrelaxation der Sicke führen
kann. Da die Höhe
und die Breite der Sicke 22b allmählich geändert werden, werden weiterhin
die Herstellungskosten der Dichtung erhöht.
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Aus
der
US 4,739,999 ist
eine Metalldichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
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Weiterhin
offenbart die
US 5,549,307 eine andere
Metalldichtung, welche eine erste Metallplatte, die ein erstes Loch
mit einem ersten Rand aufweist, eine oberhalb der ersten Metallplatte
angeordnete und ein zweites Loch aufweisende zweite Metallplatte,
wobei das zweite Loch größer als
das erste Loch ist und einen oberhalb der ersten Metallplatte angeordneten
zweiten Rand aufweist, und eine dritte Metallplatte umfasst, welche
einen oberhalb der zweiten Metallplatte angeordneten Basisabschnitt, einen
gekrümmten
Abschnitt, der sich vom Basisabschnitt erstreckt und in den ersten
und zweiten Löchern
angeordnet ist, und einen Flansch mit einem dritten Rand umfasst,
der sich vom gekrümmten
Abschnitt erstreckt und unter der ersten Metallplatte angeordnet
ist. Eine Sicke ist in der ersten Metallplatte ausgebildet, um die
ersten und zweiten Löcher
zu umgeben, und ist seitlich außerhalb
des ersten und zweiten Rands angeordnet. Der dritte Rand des Flanschs
der dritten Metallplatte ist zwischen dem ersten und dem zweiten
Rand angeordnet, so dass Bereiche mit einem hohen Flächendruck
oberhalb des Flanschs und der Sicke gebildet werden, mit einem Bereich
mit niedrigem Flächendruck
dazwischen.
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Die
vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf das Obige gemacht worden,
und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Metalldichtung bereitzustellen, welche
für einen
Dichtungsbefestigungsabschnitt mit Wärmeverformbarkeit und einer
niedrigen Steifigkeit geeignet ist.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Metalldichtung wie oben
genannt bereitzustellen, welche eine Mehrzahl von ausgeprägten Dichtungslinien
bereitstellen kann, um um das Loch herum sicher abzudichten.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Metalldichtung wie oben
genannt bereitzustellen, welche eine große Sickenkompressibilität bereitstellen
kann, um um ein Loch herum sicher abzudichten.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Metalldichtung wie oben
genannt bereitzustellen, wobei eine Kriechrelaxation der Sicke verringert oder
vermieden wird.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
der Erfindung ersichtlich werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Nach
der vorliegenden Erfindung werden diese Aufgaben gelöst durch
eine Metalldichtung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Die abhängigen Ansprüche definieren
bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße Metalldichtung
ist aus ersten, zweiten und dritten Metallplatten ausgebildet, welche
zusammenlaminiert sind. Die erste Metallplatte weist ein erstes
Loch mit einem ersten Rand auf, und die zweite Metallplatte ist
oberhalb der ersten Metallplatte angeordnet und weist ein zweites Loch
mit einem zweiten Rand auf, welches größer als das erste Loch ist.
Der zweite Rand ist oberhalb der ersten Metallplatte angeordnet.
Eine erste Sicke ist in wenigstens einer der ersten und zweiten
Metallplatten ausgebildet, um die ersten und zweiten Löcher zu umgeben,
und ist seitlich außerhalb
des ersten und zweiten Rands angeordnet.
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Die
dritte Metallplatte umfasst einen Basisabschnitt, welcher oberhalb
der zweiten Metallplatte angeordnet ist, einen gekrümmten Abschnitt,
welcher sich von dem Basisabschnitt erstreckt und innerhalb des
ersten und zweiten Lochs angeordnet ist, und einen Flansch, welcher
sich von dem gekrümmten
Abschnitt erstreckt und unter der ersten Metallplatte angeordnet
ist. Der Flansch weist einen dritten Rand auf, welcher zwischen
dem ersten und zweiten Rand angeordnet ist. Wenn die Dichtung angezogen
ist, sind Bereiche mit einem hohen Flächendruck am Flansch und an
der ersten Sicke ausgebildet, und ein Bereich mit einem niedrigen
Flächendruck
ist dazwischen ausgebildet.
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Bevorzugt
ist die Gesamtdicke der ersten und dritten Metallplatten am Flansch
größer als
die Gesamtdicke der ersten, zweiten und dritten Metallplatten, welche
relativ zum abzudichtenden Loch außerhalb des Flanschs angeordnet
sind.
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Da
der Bereich mit einem niedrigen Flächendruck zwischen den zwei
Bereichen mit einem hohen Flächendruck
ausgebildet ist, sind bei der erfindungsgemäßen Dichtung zwei Dichtungslinien
an den Bereichen mit einem hohen Flächendruck um das abzudichtende
Loch ausgebildet. Eine Dichtungslinie ist oberhalb des Flanschs
angeordnet, während
die andere Dichtungslinie oberhalb der ersten Sicke angeordnet ist.
Die zwei Dichtungslinien können
sicher um das Loch herum abdichten.
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Bei
der Erfindung ist die erste Sicke durch einen Stopperabschnitt am
Flansch nicht vollständig zusammengedrückt, wenn
die Dichtung vollständig angezogen
ist. Daher wird eine Kriechrelaxation der ersten Sicke verringert
oder unterbunden.
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Bei
der Erfindung wird das Loch durch den Stopperabschnitt ohne eine
wesentliche Rückfederung
und die erste Sicke mit Rückfederung
abgedichtet, welche die zwei Dichtungslinien ausbilden. Daher kann
die Dichtung sicher um das Loch herum abdichten, selbst falls die
Dichtung stark zum Vibrieren gebracht wird, und kann über eine
lange Zeit hinweg verwendet werden. Da die Dichtung an den Dichtungsbefestigungsabschnitten
mit zwei Dichtungslinien zusammengedrückt ist, wird der Bereich zum
Aufnehmen des Flächendrucks
breit. Daher wird der Dichtungsbefestigungsabschnitt nicht beschädigt oder
verformt, selbst falls der Dichtungsbefestigungsabschnitt aus einem
weichen Metall, z.B. Aluminium oder einer Legierung desselben ausgebildet ist.
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Die
erste Metallplatte weist eine Dicke auf, welche kleiner als diejenige
der dritten Metallplatte ist. Wenn die erste, zweite und dritte
Metallplatte ohne Ausüben
einer Anziehkraft auf die Dichtung zusammengesetzt sind, ist ein
Verhältnis
zwischen den Dicken oder Höhen
am Flansch und denjenigen an der Sicke 1,2-2,0. Als ein Ergebnis
werden die Flächendrücke am Stopperabschnitt
und an der ersten Sicke wirksam genutzt, wenn die Dichtung beim
tatsächlichen
Gebrauch zusammengedrückt
ist.
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Die
erste Metallplatte umfasst die erste Sicke, und die zweite Metallplatte
umfasst eine zweite Sicke, welche über der ersten Sicke angeordnet
ist. Die ersten und zweiten Sicken können die gleichen Größen aufweisen
und in zueinander entgegengesetzten Richtungen hervorragen.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 ist
eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Metalldichtung;
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2 ist
eine vergrößerte perspektivische Querschnittsansicht
der erfindungsgemäßen Metalldichtung;
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3 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
entlang einer Linie 3-3 in 1;
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4 ist
eine Querschnittsansicht ähnlich
zu 3 einer herkömmlichen
Dichtung;
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5(a) ist eine Darstellung, welche einen Flächendruck
zeigt, der bei der erfindungsgemäßen Metalldichtung
gebildet wird; und
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5(b) ist eine Darstellung, welche einen Flächendruck
zeigt, der bei der in 4 gezeigten herkömmlichen
Metalldichtung gebildet wird.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Nun
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert werden.
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1-3 zeigen
eine Flanschdichtung 1, welche zwischen einem Zylinderkopf
und einem Krümmer
oder zwischen einem Krümmer
und einem Abgasrohr anzuordnen ist. Die Dichtung 1 weist
als Löcher
ein abzudichtendes Loch 3 und zwei Bolzenlöcher 4 auf,
und umfasst einen Stopperabschnitt 5, einen Zwischenabschnitt 6,
einen Sickenabschnitt 7 und einen Außenabschnitt 8, welche
in der Reihenfolge vom Loch 3 nach außen konzentrisch angeordnet sind.
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Die
Dichtung 1 ist aus einer Metallplatte 11, einer
auf der Metallplatte 11 angeordneten Metallplatte 12 und
einer oberen Platte 13 ausgebildet, welche dicker als die
Platte 12 und oberhalb der Platte 12 angeordnet
ist. Die Platte 11 umfasst ein Loch 11h und eine
Sicke 11b um das Loch 11h, während die Platte 12 ein
Loch 12h, das einen größeren Durchmesser
als denjenigen des Lochs 11h aufweist, und eine Sicke 12b um
das Loch 12h umfasst. Die Sicken 11b, 12b weisen
die gleichen Breiten und Höhen
auf und ragen in entgegengesetzte Richtungen nach außen hervor.
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Die
obere Platte 13 weist einen Hauptabschnitt 13a,
einen gekrümmten
Abschnitt 13d, welcher in den Löchern 11h, 12h angeordnet
ist, um das Loch 3 zu definieren, und einen unter der Platte 11 angeordneten
Flansch 13e auf. Ein Rand 13f des Flanschs 13e ist
eine Entfernung L von einem Innenrand 12f der Platte 12 weg
nach innen angeordnet, wodurch der Zwischenabschnitt 6 gebildet
wird. Und zwar ist der Rand 13f zwischen einem Innenrand 11f der
Platte 11 und dem Innenrand 12f der Platte 12 angeordnet.
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Falls
bei der Dichtung 1 die Dicken der Platten 11, 12, 13 als
t1, t2, t3 definiert sind, und die Höhen der Sicken 11b, 12b als
h1, h2 definiert sind, weist die Dichtung 1 die speziellen
Dicken und Höhen auf.
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Insbesondere
wird im zusammengedrückten Zustand
der Dichtung, welche zwischen einem Krümmer und einem Abgasrohr angeordnet
und mit (nicht gezeigten) Bolzen angezogen ist, die Dicke am Stopperabschnitt 5 durch
ta = 2 × t3
+ t1 ausgedrückt,
da der Stopperabschnitt 5 aus dem Flansch 13e,
einem Teil des Hauptabschnitts 13a und einem Teil der Platte 11 gebildet
ist. Der Zwischenabschnitt 6 zwischen dem Stopperabschnitt 5 und
dem Sickenabschnitt 7 ist aus einem Teil des Hauptabschnitts 13a und
einem Teil der Platte 11 gebildet, d.h. t1 + t3. Der Sickenabschnitt 7,
welcher sich vom Rand der Platte 12 erstreckt, um das Loch 12h zu
umgeben, weist die durch tb = t1 + t2 + t3 ausgedrückte Dicke
auf.
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Im
zusammengesetzten Zustand der Dichtung 1, d.h. im nicht
zusammengedrückten
Zustand, weist der Stopperabschnitt 5 die Höhe Ta =
t1 + 2 × t3
+ t2 auf, während
der Sickenabschnitt 7 die Höhe Tb = t1 + t2 + t3 + h1 +
h2 aufweist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Dichtung 1 ist die
Dicke t3 der oberen Platte 13 größer als die Dicke t2 der Platte 12.
Wenn die Dichtung zusammengedrückt
wird, wird daher die Dicke ta am Stopperabschnitt 5 größer als
die Dicke tb am Sickenabschnitt 7, so dass die Sicken 11b, 12b am
Sickenabschnitt 7 durch den Stopperabschnitt 5 nicht
vollständig
zusammengedrückt
oder flach gedrückt
werden. Somit schützt
der Stopperabschnitt 5 die Sicken 11b, 12b, um
eine Kriechrelaxation der Sicken zu verhindern, wenn die Dichtung
angezogen ist.
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Weiterhin
ist im zusammengesetzten Zustand der Dichtung 1 das Verhältnis Tb/Ta
der Höhe Tb
am Sickenabschnitt 7 zur Höhe Ta am Stopperabschnitt 5 in
einem Bereich zwischen 1,2 und 2,0. In diesem Bereich ist es möglich, eine
hinreichende Kompressibilität
am Sickenabschnitt 7 zu erreichen, und die Sicken 11b, 12b durch
den Stopperabschnitt 5 an gemessen zu schützen. Das
Loch 3 kann ebenfalls sicher abgedichtet werden. Daher
kann der Sickenschutz mit einer guten Abdichtungsfähigkeit
zusammenwirkend erzeugt werden.
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Wenn
die erfindungsgemäße Dichtung 1 zwischen
einem (nicht gezeigten) Krümmer
und einem (nicht gezeigten) Abgasrohr angeordnet und mit Bolzen
angezogen ist, werden zuerst die Sicken 11b, 12b am
Sickenabschnitt 7 zusammengedrückt und verformt. Durch die
Rückfederung
der zusammengedrückten
Sicken 11b, 12b wird ein Flächendruck gebildet, um dadurch
eine Dichtungslinie auszubilden. Dann wird der Stopperabschnitt 5 elastisch
zur Höhe ta
zusammengedrückt.
So stellen der Stopperabschnitt 5 und der Sicken-abschnitt 7 elastische
Flächendrücke bereit.
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Wenn
die Dichtung 1 weiter angezogen wird, wird der gekrümmte Abschnitt 13d am
Stopperabschnitt 5 vollständig gebogen. Selbst falls
die Dichtung weiter angezogen wird, wird die Dichtung 1 nicht mehr
zusammengedrückt
und weist die Dicke ta am Stopperabschnitt 5 auf. In diesem
Zustand liegen ein Abschnitt 13c und der Flansch 13e der
oberen Platte 13 am Stopperabschnitt 5 an der
Platte 11 an, wodurch der Sickenabschnitt 7 geschützt wird.
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Da
der Abschnitt für
die Länge
L oder der Zwischenabschnitt 6 aus zwei Platten, d.h. der
oberen Platte 13 und der Platte 11 gebildet ist,
wird in diesem Zustand der Dichtungsdruck am Zwischenabschnitt 6 kleiner
als die Dichtungsdrücke
am Stopperabschnitt 5 und am Sickenabschnitt 7.
Somit bildet der Stopperabschnitt 5 eine erste Dichtungslinie
darauf aus, um um das Loch 3 herum abzudichten.
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Auch
wird, da der Sickenabschnitt 7 außerhalb des Zwischenabschnitts 6 aus
den drei Platten ausgebildet ist, wenn die Dichtung 1 angezogen
wird, der Rand des Lochs 12h zusammengedrückt, um eine
zweite Dichtungslinie auszubilden, welche sich vom Rand des Lochs 12h zu
den Außenenden
der Sicken 11b, 12b erstreckt. Da die Gesamtdicke
tb am Sickenabschnitt 7 kleiner als die Gesamtdicke ta
am Stopperabschnitt 5 ist, werden in diesem Zustand die Sicken 11b, 12b nicht
vollständig
flachgedrückt.
Somit werden die Sicken 11b, 12b in einem rückfedernden
Zustand gehalten und bilden die zweite Dichtungslinie.
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Bei
der Erfindung können
die Flächendrücke der
Dichtung 1 wie in 5(a) gezeigt
ausgebildet sein, wenn die Dichtung 1 zusammengedrückt ist. Und
zwar weist der Stopperabschnitt 5 den größten Flächendruck
auf; der Zwischenabschnitt 6 weist einen mittleren Flä chendruck
auf; der Sickenabschnitt 7, welcher sich vom Zwischenabschnitt
erstreckt, weist den großen
Flächendruck
auf, d.h. kleiner als derjenige am Stopperabschnitt 5;
und der Außenabschnitt 8 weist
den niedrigsten Flächendruck
auf. Daher stellen der Stopperabschnitt 5 und der Sickenabschnitt 7 zwei
Dichtungslinien bereit, um um das Loch 3 herum sicher abzudichten.
Auch wird die Haltbarkeit der Dichtung verbessert.
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Da
die Dicke ta der Metallplatten am Stopperabschnitt 5 größer als
die Dicke tb am Sickenabschnitt 7 gemacht ist, wirkt der
Stopperabschnitt 5, um das Flachdrücken oder eine Kriechrelaxation
der Sicken 11b, 12b zu verhindern. Die Sicken 11b, 12b werden
durch den Stopperabschnitt 5 geschützt, um die Haltbarkeit und
Dichtungsfähigkeit
zu verbessern.
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Falls
die Sicken 11b, 12b so ausgebildet sind, dass
sie sich mit der gleichen Breite W nach außen ausrichten, kann die Gesamthöhe der Sicken
bezüglich
der Breite derselben verhältnismäßig hoch gemacht
werden, selbst falls die Breite der Dichtung schmal ist. Da die
Sicken verformt werden können, während die
Rückfederung
derselben beibehalten wird, weist der Sickenabschnitt 7 auch
eine gute Kompressibilität
und Rückfederung
auf, um die Dichtungsfähigkeit
zu verbessern. Falls die zwei Sicken ausgebildet sind, ist weiterhin
eine Kriechrelaxation der Sicken in Bezug auf eine Sicke verbessert,
so dass die Haltbarkeit der Dichtung weiter verbessert wird.
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Da
die Platte 12 zwischen der oberen Platte 13 und
der Platte 11 angeordnet ist, und der Flansch 13e unter
der Platte 11 angeordnet ist, tritt noch weiterhin das
Loch 3 passierendes Gas nicht zwischen die Platten ein.
So wird die Dichtungsfähigkeit
und Haltbarkeit weiter verbessert.
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Da
die Platte 12 um die Entfernung L weg vom Rand 13f des
Flanschs 13e angeordnet ist, kann noch weiterhin das Verhältnis Tb/Ta
in Bezug auf die zusammengesetzten Dicken oder Höhen des Stopperabschnitts 5 und
des Sickenabschnitts 7 leicht eingestellt werden. Das Verhältnis Tb/Ta
= 1,2-2,0 kann leicht eingestellt werden.
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Bei
diesem Verhältnis
kann, selbst falls Dichtungsbefestigungsabschnitte des Krümmers oder des
Rohrs im Gebrauch durch Hitze oder bei der Installation durch Anziehen
der Bolzen verformt werden, die Dichtung der Verformung derselben
folgen. Und zwar kann die Dichtung durch den Stopperabschnitt 5 und
den Sickenabschnitt 7 um das Loch 3 herum abdichten,
selbst falls die Dichtungsbefestigungsabschnitte verformt sind.
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Da
die Dichtung mehrere Dichtungslinien um das Loch bereitstellen kann,
können
bei der Erfindung die Dichtungsbefestigungsabschnitte zum Stützen der
Dichtungslinien vergrößert werden.
Selbst falls der Dichtungsbefestigungsabschnitt aus Aluminium oder
seiner Legierung ausgebildet ist, wird der Dichtungsbefestigungsabschnitt
durch den starken Flächendruck
der Dichtung nicht beschädigt.