DE9313668U1 - Hohlzylindrischer Dichtring zur elastischen Verbindung von Rohrenden, insbesondere von Abgaskrümmern bei großen Dieselmotoren - Google Patents

Description

Feodor Burgmann München, den

Dichtungswerke GmbH & Co. 09.09.1993

(u.Z.: GM 2006/5-93) A/11 /br

Hohlzvlindrischer Dichtrinq zur elastischen Verbindung von Rohrenden, insbesondere von Abqaskrümmern bei großen Dieselmotoren

Die Erfindung bezieht sich auf einen hohlzylindrischen Dichtring zur elastischen Verbindung zweier Rohrenden, insbesondere von Abgaskrümmern bei größeren Dieselmotoren.

Solche Dichtringe, häufig auch als "Tucksringe" bezeichnet, werden ganz besonders in der Kraftfahrzeugtechnik zum Verbinden der Enden von Abgaskrümmern bei großen Dieselmotoren eingesetzt, um deren bei Wärmeausdehnung und Vibrationen verursachte Relativbewegungen zueinander bei den gerade bei größeren Dieselmotoren im Betrieb auftretenden hohen Temperaturen und relativ großen Dehnungslängen zu erlauben, ohne die Dichtigkeit der Verbindung herabzusetzen.

Bekannt sind solche Dichtringe aus spiralförmig gewickelten und entlang der Ringachse gepreßten graphitierten Asbestgewebe. Das bei der Herstellung dieser Ringe eingesetzte Verpressen führt zu faltenartigen Verwerfungen des Asbestgewebes im Inneren des Rings, wobei die Innenseite des Dichtrings jedoch glatt ist.

Solche Dichtringe sind zum einen nur für Temperaturen bis etwa 550⁰C bis 600⁰C anwendbar und entwickeln durch das Ausbrennen der in den Ringen enthaltenen Binde- und Imprägniermittel bei Betrieb einen sehr starken, unangenehmen Geruch. Die bekannten Ringe zerfallen auch relativ leicht bei der Demontage und sie reißen oftmals in der Dehnfuge zwischen den beiden Krümmerenden auf.

Bei anderen bekannten hohlzylindrischen, ebenfalls gepreßten und gewickelten Dichtringen wird ein beidseits mit Alufolie belegtes, spiralförmig gewickeltes Edelstahlgestrick eingesetzt, so daß beim fertigen Dichtring sowohl dessen radiale Außenfläche, wie auch dessen Innenfläche von der Aluminiumfolie gebildet wird. Diese

Dichtringe sind gegenüber axialen Relativbewegungen der Krümmerenden ziemlich unempfindlich, da die innere Beweglichkeit des Edelstahlgestrickes auch bei solchen Bewegungen eine einheitliche axiale Verpassung des Dichtrings an die Krümmerenden gewährleistet. Von Vorteil ist auch, daß bei diesen Dichtringen die unerwünschte Verwendung von Asbest vermieden wird. Diese bekannten Dichtringe sind durch die Verwendung mechanisch und thermisch stabilerer Materialien auch höher belastbar als die aus Asbestgewebe hergestellten Dichtringe. Bei lateralen Relativbewegungen der Krümmerenden, also bei Bewegungen, die dazu führen, daß die Achsen der Krümmerenden nicht mehr parallel zueinander stehen, besteht bei diesen bekannten Dichtringen jedoch die Gefahr eines leichten Aufreißens in der Dehnfuge. Dies geschieht insbesondere auch bei Betriebstemperaturen über 600⁰C, da bei diesen Temperaturen die eingesetzte Alufolie "weich" wird. Eine solche thermische Belastung führt ferner dazu, daß diese Dichtringe dazu neigen, sich an einem Krümmerende festzusetzen. Hierdurch entsteht ein relativ starker Verschleiß an der gegenüberliegenden, noch beweglichen Seite des

5 Dichtrings, der daraufhin leck werden kann. Ein weiterer unerwünschter Nebeneffekt des

Festsetzens besteht auch darin, daß sich die Flachschelle, mit der der Dichtring an den Krümmerenden befestigt wird, lösen kann. Diese bekannten Dichtringe sind somit besonders für kleinere Motoren, bei denen die thermische Belastung an den Verbindungsstellen der Krümmerenden geringer ist, recht gut geeignet. Werden sie jedoch z.B. bei größeren Dieselmotoren eingesetzt, führen sie oftmals zu einer unbefriedigend kurzen Lebensdauer.

Hiervon ausgehend stellt die Erfindung darauf ab, einen hohlzylindrischen Dichtring zu schaffen, der eine gute Dichtigkeit nicht nur bei radialen Relativbewegungen der zu verbindenden Rohrenden (Abgaskrümmerenden), sondern auch bei lateralen Relativbewegungen derselben aufweist und sich ohne weiteres auch bei Temperaturen über 600⁰C einsetzen läßt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein hohlzylindrischer Dichtring zur elastischen Verbindung zweier Rohrenden, insbesondere von Abgaskrümmen bei größeren Dieselmotoren, mit einer die Innenfläche des Dichtrings bildenden Schicht aus Graphit vorgesehen wird, um die eine aus zwei Lagen bestehende Werkstoffbahn annähernd spiralförmig gewickelt ist, wobei die der Graphitfolie zugewandte Lage der Werkstoffbahn aus einer Edelstahlfolie und die zweite Lage der Werkstoffbahn aus einem Edelstahlgestrick bestehen und die Länge der aus Edelstahlfolie bestehenden Lage der

Werkstoffbahn um die Länge des Außenumfangs des Dichtringes größer als die Länge der aus Edelstahlgestrick bestehenden Lage der Werkstoffbahn ist.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Dichtrings wird eine Mehrfach-Werkstoffbahn eingesetzt, die sich aus der Graphitfolie als einer Lage und der aus zwei Lagen bestehenden Werkstoffbahn als zwei weiteren Materiallagen zusammensetzt. Dabei erstreckt sich, ausgehend von einem Ende dieser Mehrfach-Werkstoffbahn, die Graphitfolie z.B. auf der Oberseite über eine gewisse Strecke hinweg, die dem Innenumfang des zu erzeugenden hohlzylindrischen Dichtrings entspricht. Unter der Graphitfolie ist die Werkstoffbahn aus der Edelstahlfolie angeordnet, wobei unter dieser die Bahn aus dem Edelstahlgestrick vorliegt. Die Länge der drei Bahnen ist unterschiedlich, wobei die Bahn aus Edelstahlfolie die längste Ausdehnung und die aus Edelstahlgestrick die zweitlängste Erstreckung aufweist. Die kürzeste Länge hat die Bahn aus Graphitfolie, die in ihrer Länge der Länge des Innenumfangs des zu erzeugenden hohlzylindrischen Dichtrings entspricht. Zur

5 Erzeugung des Dichtrings wird diese Gesamt-Werkstoffbahn auf einen Dorn aufgewickelt,

wobei die Graphitfolie dem Dorn zugewandt ist. Da die Graphitfolie gerade der Länge des Innenumfangs des Dichtrings entspricht, kann sie beim Umwickeln gerade einmal den Umfang des Wickeldornes umlaufen. Das weitere Wickeln erfolgt dann nur noch mit den beiden verbleibenden Lagen der Werkstoffbahn, nämlich der Bahn aus Edelstahlfolie und der aus Edelstahlgestrick. Nach der ersten Wicklung um den Dorn wird sodann die Edelstahl-Folie, die als Trägerbahn für die Graphitfolie gedient hatte, auf der Rückseite der ersten Wicklung, die aus Edelstahlgestrick besteht, beim weiteren Aufwickeln anliegen. Die Wicklung erfolgt solange, bis auch die Lage des Edelstahlgestrickes ausläuft. Anschließend wird die noch verbleibende Länge der längsten Lage, nämlich der Edelstahlfolie, die bevorzugt eine Länge aufweist, die dann noch der Länge eines Außenumfangs des bis dahin gewickelten Körpers beträgt, um dessen Außenumfang herumgewickelt, so daß der Innenumfang des gewickelten Ringes von der Graphitfolie und sein Außenumfang von der Edelstahlfolie gebildet wird. Anschließend wird die so auf den Dorn aufgewickelte Mehrfach-Werkstoffbahn mit dem Dorn in eine Preßform eingebracht und dann axial auf die gewünschte Länge kalt verpreßt, wonach der erwünschte hohlzylindrische Dichtring fertiggestellt ist.

Das Edelstahlgestrick gibt dem Ring eine innere "Weichheit", Beweglichkeit und gewisse Rückfedereigenschaften, wodurch der Ring axial verpreßbar wird. An der Edelstahlfolie bilden sich nach dem Pressen umlaufende Falten, die dem Ring Steifigkeit vermitteln und ihm einen Widerstand gegen unerwünschtes "Zusammenfalten", z.B. unter der Radialkraft

einer Befestigungsschelle, geben. Obgleich die am Innenumfang des Dichtrings vorhandene Graphitfolie ebenfalls eine gewisse Abdichtung bewirkt, die jedoch nicht vollständig ist, stellt den eigentlichen Dichtkörper die Edelstahlfolie dar. Die sich bei der Edelstahlfolie beim Pressen ausbildenden umlaufenden Falten haltern, soweit sie sich am Innenumfang des Rings befinden, den Graphit und wirken wie eine Kammprofildichtung.

Unter Last stützt sich der Dichtring auf den biegesteifen und verschleißfesten Spitzen der Falten ab, wobei aus den dazwischen angebrachten Graphitkammern jederzeit bei einer Relativbewegung Graphit als Schmiermittel austreten kann. Der erfindungsgemäße Dichtring ist zudem an seinem Außendurchmesser durchgehend von Edelstahlfolie bedeckt, d.h. es stehen keine losen Drahtenden vor, wodurch eine hiervon ausgehende Ver 3tzungsgefahr bei der Montage vermieden ist. Insgesamt wird durch die glatte Ausbildung des durch die Edelstahlfolie gebildeteten Außenumfangs des erfindungsgemäßen Dichtringes eine optisch gefällige Wirkung erreicht, was sich im Hinblick auf Ersatzteile als ein ebenfalls sehr wichtiger Faktor erweist. Schließlich kann beim erfindungsgemäßen Dichtring ein Eindringen von Salzwasser, Schmutz, Waschwasser o.a. in den Dichtkörper hinein nicht mehr auftreten.

Die Graphitschicht wirkt als Gleit- und Trennmittel zwischen dem eigentlichen Dichtkörper (Edelstahlfolie) und dem Krümmer; sie schafft Dichtigkeit zwischen der Oberfläche des Dichtkörpers und den Krümmerenden. Durch den Graphit wird jedoch auch ein Ankleben der Dichtung an die Krümmerenden sicher vermieden und es ergeben sich insgesamt beim nicht-eingebauten Dichtring saubere und glatte Oberflächen.

Durch die Kombination der eingesetzten Werkstoffbahnen läßt sich der erfindungsgemäße Dichtring für höhere Krümmertemperaturen als bisher bekannte Dichtringe einsetzen, sogar für Temperaturen über 750⁰C. Der erfindungsgemäße Dichtring bewahrt alle Vorteile bekannter Dichtringe, wie platzsparender Einbau oder ein Ermöglichen von axialen Schiebebewegungen, wobei zudem der Dichtring nicht mehr entlang des abzudichtenden Ringspaltes aufreißt, da sein Gefüge auch laterale Bewegungen zuläßt und selbst bei höheren Temperaturen Vibrationen standhält. Insgesamt ergibt sich beim Einsatz des erfindungsgemäßen Dichtrings eine gegenüber bekannten Dichtringen verbesserte Dichtheit sowie eine besonders hohe Lebensdauer, wobei keine merkliche Oxidation und kein Abfallen der physikalischen Eigenschaften mehr feststellbar ist. Es tritt auch kein Setzen des Dichtrings unter Einwirkung der Schraubenkräfte an der Befestigungsschelle mehr auf, so daß die von der Schelle ausgeübten Befestigungskräfte erhalten bleiben.

Schließlich zeigt sich, daß bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Dichtrings auch nur

kleinere Preßkräfte als bei der Herstellung von Dichtringen aus Edelstahlgestrick mit beidseitiger Alu-Beschichtung eingesetzt werden müssen. Da der Außenumfang des erfindungsgemäßen Dichtrings aus dem Endabschnitt der aus Edelstahlfolie bestehenden Lage der Werkstoffbahn besteht, kann es auch z.B. bei einer Reinigung mittels eines Hochdruckstrahls nicht zu einem unerwünschten Wassereintritt in die Abgasleitung mit der Gefahr eines Eindringens von Wasser in den Motor kommen, da die Edelstahlfolie (anders als Al-Folien) nicht durchbricht.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dichtrings besteht darin, daß die gewickelte Länge der Edelstahlfolie im wesentlichen dreimal und des Edelstahlgestrickes im wesentlichen doppelt so groß wie die Umfangslänge der Graphitfolie sind. Hierdurch läßt sich mit geringem Aufwand ein Dichtring-Aufbau erreichen, der bestens allen Anforderungen entspricht, eine rasche und wirtschaftliche Herstellung des Dichtrings ermöglicht und dennoch einen unnötigen Materialaufwand (zu viele Wicklungen o.a.) vermeidet.

Bevorzugt ist der erfindungsgemäße Dichtring in Form einer Schiebehülse für ein seitliches Aufschieben auf die beiden miteinander zu verbindenden Rohrenden ausgebildet. In dieser Form als Schiebehülse kann er einfach auf die miteinander zu verbindenden Rohrenden aufgeschoben und mittels einer sich bevorzugt über seine gesamte Ausdehnung erstreckenden Rohrschelle (etwa in Form einer Flachschelle) unter Druckvorspannung gesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im Prinzip noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Dichtring (in vergrößerter Darstellung);

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Dichtring aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Gesamt-Werkstoffbahn zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dichtrings, sowie

Fig. 4 einen Schnitt durch zwei mittels eines erfindungsgemäßen Dichtrings miteinander verbundene Rohrenden.

Der in den Fig. 1 und 2 im Längs- bzw. Querschnitt dargestellte Dichtring 1 ist, wie aus Fig. 2 entnommen werden kann, durch Wicklung einer mehrlagigen Werkstoffbahn

hergestellt. Eine solche mehrlagige Werkstoffbahn ist in Fig. 3 gezeigt und allgemein mit 15 bezeichnet. Fig. 3 zeigt dabei die Werkstoffbahn 15 im Zustand vor der Wicklung. Die Werkstoffbahn 15 ist dreilagig ausgebildet und weist, wie Fig. 3 zeigt, eine erste, in Fig. 3 oben dargestellte erste Werkstofflage 2 in Form einer Graphitfolie auf, die ihrerseits von einer zweilagigen Werkstoffbahn 5 hinterlegt ist. Die zweitägige Werkstoffbahn 5 besteht mit ihrer der Graphitfolie 2 zugewandten Lage aus einer Edelstahlfolie 3, die auf ihrer der Graphitfolie 2 abgewandten Seite mit einem Edelstahlgestrick 4 hinterlegt ist.

Die Graphitfolie 2 weist eine Länge L₀ auf, die dem Umfang am Innendurchmesser des Rings 1 entspricht (siehe Fig. 2). In der dreilagigen Werkstoffbahn 15 weist die Graphitfolie 2 die kürzeste Länge (Lg), das Edelstahlgestrick 4 eine mittlere Länge (entsprechend 2L_O) und die mittlere Lage, nämlich die Edelstahlfolie 3, die größte Länge (entsprechend 3Lq) auf.

Zur Herstellung eines Dichtrings 1, wie er in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellt ist, wird die Werkstoffbahn 15 aus Fig. 3 mit ihrer obersten, durch die Graphitfolie 2 gebildeten Lage um einen Wickeldorn herumgelegt, dessen Umfang der Länge L₀ der Graphitfolie 2 entspricht, wodurch die Graphitfolie 2 die Innenfläche des noch zu wickelnden Dichtrings bildet. Nach dieser ersten Wicklung liegt somit um den (in den Figuren nicht dargestellten) Wickeldorn eine erste Schicht der dreilagigen Werkstoffbahn 15 vor, deren innerste Lage (Graphitfolie 2) am Wickeldorn anliegt, deren mittlere Lage von der Edelstahlfolie 3 gebildet wird und deren radial außenliegende Lage aus dem Edelstahlgestrick 4 besteht. Wickelt man anschließend weiter, dann legt sich nunmehr auf die radial äußerste Lage (Edelstahlgestrick 4) der ersten Windung die Edelstahlfolie 3 und hinter dieser als zweite Lage der Werkstoffbahn 5 wieder das Edelstahlgestrick 4. Da die Länge des Edelstahlgestrickes 4 der zweifachen Länge L₀, also etwa dem zweifachen Wickelumfang, entspricht, verbleibt nach Ausführung der zweiten Wicklung nurmehr der über die Länge des Edelstahlgestrickes 4 hinaus sich erstreckende Restabschnitt der Edelstahlfolie 3. Da dieser dem Außenumfang des Wickelkörpers entsprechen soll (somit in grober Näherung etwa dreimal so lang wie die Länge Lq der Graphitfolie 2 ist), reicht nach Beendigung der zweiten Wicklung der verbleibende Reststreifen der Edelstahlfolie 3 in seiner Länge gerade noch aus, um im Rahmen einer dritten Wicklung die Außenseite des Dichtrings 1 vollständig zu umgeben. Dabei ergibt sich letztlich ein prinzipieller Aufbau der Wicklung, wie er aus Fig. 1 oder Fig. 2 entnommen werden kann.

Die solchermaßen auf einen Wickeldorn aufgewickelte Werkstoffbahn 1 5 wird zusammen anschließend in eine Preßform koaxial eingeführt und hiernach der gewickelte Ring axial kalt verpreßt, bis er auf die gewünschte axiale Länge (oder ein mehrfaches derselben, das ein Abstechen von Einzelringen später zuläßt) gebracht ist. 5

Der Aufbau des letztlich erhaltenen Dichtrings 1 läßt sich besonders gut aus Fig. 1 entnehmen: Während der Herstellung des Dichtrings, nämlich beim Kaltpreßvorgang, kommt es innerhalb des Dichtrings 1 zu Verwerfungen der Edelstahlfolie 3 in axialer Richtung in Form von umlaufenden Falten, die dem Ring eine besondere Steifigkeit vermitteln und einen Widerstand gegen ein unerwünschtes radiales "Zusammenfallen" unter der Einwirkung radialer Preßkräfte, etwa der Radialkraft einer Flachschelle 9 (vgl. Fig. 4), vermitteln.

Auf der radialen Innenfläche wirken dabei die Falten der Edelstahlfolie 3 als Aufnahmekammern für den Graphit der Graphitfolie 2.

Unter Last stützt sich die Dichtung 1 auf den recht biegesteifen und verschleißfesten Spitzen der Falten der Edelstahlfolie 3 ab.

Die Dichtung ist ferner auf ihrer radialen Außenseite durchgehend vom letzten Endbereich der Edelstahlfolie 3 bedeckt und bildet dabei eine durchgehende, glatte Abdeckung, die auch bei stärkerer radialer Beanspruchung (etwa durch einen Hochdruckstrahl) nicht durchbrochen werden kann, so daß auch z.B. bei einer Hochdruckreinigung eines Fahrzeugs, das mit einer solchen Dichtung versehen ist, kein unerwünschter Wassereintritt in die Abgasleitung und damit auch nicht die Gefahr eines Eindringens von Wasser in den Motorraum besteht.

Sowohl die Edelstahlfolie 3 auf der radialen Außenseite, wie auch die Graphitfolie 2 am radialen Innenumfang des Dichtrings 1 bilden jeweils sehr glatte Oberflächen aus.

Durch das Edelstahlgestricke 4 erhält der Dichtring 1 insgesamt eine innere Beweglichkeit, weswegen auch bei axialen Relativbewegungen der miteinander zu verbindenden Krümmerenden 6 und 7 (vgl. Fig. 4) eine einheitliche axiale Verpassung des Dichtrings 1 an die Krümmerenden 6, 7 gewährleistet bleibt.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau für den Dichtring 1 gewährleistet die Graphitfolie 2 eine gute Dichtigkeit zwischen der Oberfläche der Dichtung 1 und den Krümmerenden. Die ebenfalls faltenartig verworfene Edelstahlfolie 2 bewirkt eine gute Dichtigkeit in radialer Richtung.
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Fig. 4 zeigt den Dichtring 1 in einer Ausgestaltung als Schiebehülse, die seitlich auf die beiden miteinander zu verbindenden Rohrenden 6 und 7 von Auspuffkrümmern aufgesteckt ist, wobei die Rohrenden zwischen sich in axialer Richtung einen Spalt 8 freilassen. Der Dichtring 1 ist mittels einer um ihn axial herumgeführten Spannschelle 9 in Form einer Flachschelle umgeben, die über eine Spannschraube 10 radial verspannbar ist.

Dadurch läßt sich eine besonders einfache Montage des Dichtrings 1 gewährleisten. Zur besseren Aufnahme des Dichtrings 1 sind dabei die Krümmerenden 6 und 7 an ihrem freien Endbereich jeweils radial außen mit einem Zylinderabsatz versehen, wobei der Dichtring 1 mit seinen beiden seitlichen Endbereichen jeweils auf den Endbereich des Krümmerendes 6 bzw. 7 bis zur Ausbildung des Spaltes 8 (Dehnfuge) aufgesteckt ist. Die Dehnfuge 8 gibt Raum für eine axiale Relativbewegung zwischen den Krümmerenden 6 und 7, so daß die Verbindung insgesamt nicht "zu starr" wird, sondern leicht auftretenden Änderungen der Relativlage der zu verbindenden Krümmerenden 6 und 7 zueinander aufnehmen und ausgleichen kann.

Claims (3)

Feodor Burgmann München, den Dichtungswerke GmbH & Co. 09.09.1993 A/11/br u.Z.: GM 2006/5-93 Ansprüche

1. Hohlzylindrischer Dichtring zur elastischen Verbindung zweier Rohrenden (6, 7), insbesondere von Abgaskrümmern bei größeren Dieselmotoren, mit einer die Innenfläche des Dichtrings (1) bildenden Schicht (2) aus Graphitfolie, um die eine aus zwei Lagen (3,

4) bestehende Werkstoffbahn (5) annähernd spiralförmig gewickelt ist, wobei die der Graphitfolie (2) zugewandte Lage (3) der Werkstoffbahn (5) aus einer Edelstahlfolie und die zweite Lage (4) der Werkstoffbahn (5) aus einem Edelstahlgestrick bestehen, wobei die Länge der Graphitfolie (2) der Länge des Innenumfangs des Dichtrings (1) entspricht und die Länge der aus Edelstahlfolie bestehenden Lage (3) der Werkstoffbahn (5) um die Länge des Außenumfangs des Dichtringes (1) größer als die Länge der aus Edelstahlgestrick bestehenden Lage (4) der Werkstoffbahn (5) ist.

2. Hohlzylindrischer Dichtring nach Anspruch 1, bei dem die gewickelte Länge der Edelstahlfolie (3) im wesentlichen dreimal und die des Edelstahlgestrickes (4) im wesentlichen doppelt so groß wie die Umfangslänge der Graphitfolie (2) sind.

3. Hohlzylindrischer Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, ausgebildet als Schiebehülse zum seitlichen Aufschieben auf die beiden miteinander zu verbindenden Rohrenden (6, 7).