DI CHTUNGS SYS TEM FÜR ABGASLEITUNGEN DI CLEANING SYS TEM FOR EXHAUST PIPES
Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem, insbesondere zur Abdichtung mehrteiliger Abgasleitungen für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem ersten und einem zweiten, einen Wärmestrom führenden Flanschteil, die zwischen sich einen Aufnahmeraum für mindestens ein Dichtelement begrenzen.The invention relates to a sealing system, in particular for sealing multi-part exhaust pipes for an internal combustion engine, with at least a first and a second, a heat flow leading flange portion defining a receiving space for at least one sealing element between them.
Dichtungssysteme dieser Art sind bekannt. Die DE 10 2004 060 845 AI zeigt beispielsweise ein derartiges Dichtungssystem für die Abgasleitung eines Hubkolbenmotors, wobei als Dichteiement ein metallischer Dichtring in Form eines Profilkörpers mit C-förmigem Profilquerschnitt vorgesehen ist. Dichtelemente am Abgasstrang unterliegen sehr hohen Temperaturen, die mehr als 6000C betragen können. Selbst wenn Werkstoffe mit hin- sichtlich der Wärmefestigkeit ausgesuchten Eigenschaften verwendet werden, verlieren die Dichtelemente bei herrschenden hohen Arbeitstemperaturen ihre für die Abdichtung zu fordernden funktionalen Eigenschaften, insbesondere verringert sich die Elastizität der Dichtelemente durch Kriechvorgänge aufgrund zu hoher thermischer Belastungen.Sealing systems of this type are known. DE 10 2004 060 845 AI shows, for example, such a sealing system for the exhaust pipe of a reciprocating engine, wherein a metallic sealing ring in the form of a profile body with C-shaped profile cross-section is provided as density element. Sealing elements on the exhaust system are subject to very high temperatures, which may be more than 600 0 C. Even if materials with properties selected with regard to heat resistance are used, the sealing elements lose their functional properties required for sealing under prevailing high working temperatures; in particular, the elasticity of the sealing elements is reduced by creeping processes due to excessive thermal stresses.
Im Hinblick hierauf stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Dichtungssystem zur Verfügung zu stellen, das bei einem Einsatz im Heißgasbereich, auch bei Auftreten hoher Temperaturen an den abzudichtenden Abgasleitungen, eine betriebssichere Abdichtung gewährleistet.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch ein Dichtungssystem gelöst, das die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.In view of this, the invention has the object to provide a sealing system that ensures a reliable seal when used in the hot gas area, even when high temperatures occur at the sealed exhaust pipes. According to the invention this object is achieved by a sealing system having the features of claim 1 in its entirety.
Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die gegeneinander abzudichtenden Flanschteile einen vom Wärmestrom abgewandten, quer zu diesem nach außen vorspringenden Ringflansch bilden, in dem für das betreffende Dichtelement eine Kammerung gebildet wird, bildet der Werkstoff des Ringflansches selbst bereits eine gewisse thermi- sehe Abschirmung des Dichtelementes gegenüber dem Wärmestrom. Dadurch, dass zudem das in einer Ringnut gekammerte Dichtelement zusätzlich mittels eines Deckelementes geschützt ist, das innerhalb der Ringnut eine thermische Abschirmung zumindest an der der Stirnfläche des Flanschteiles zugewandten Seite des Dichtelementes bildet, d.h. an der thermisch am stärksten belasteten offenen Seite der Ringnut, ist das Dichtelement besonders wirksam gegen zu hohe thermische Belastungen geschützt, so dass das erfindungsgemäße System auch an thermisch hoch belasteten Abgaslei- tungen betriebssicher einsetzbar ist.Characterized in that according to the characterizing part of claim 1, the mutually sealed flange to form a side facing away from the heat flow, transverse to this outwardly projecting annular flange in which a chambering is formed for the relevant sealing element, the material of the annular flange itself already forms a certain thermal see shielding of the sealing element against the heat flow. The fact that in addition the chambered in an annular groove sealing element is additionally protected by a cover member which forms a thermal shield within the annular groove at least on the end face of the flange facing side of the sealing element, i. At the thermally most heavily loaded open side of the annular groove, the sealing element is particularly effectively protected against excessive thermal loads, so that the system according to the invention can also be used reliably on thermally highly loaded exhaust gas lines.
Vorzugsweise ist als Deckelement ein metallischer Ringkörper vorgesehen.Preferably, a metallic annular body is provided as a cover element.
Wenn ein Ringkörper in Form eines flachen Ringes vorgesehen ist, ist dieser vorzugsweise so eingelegt, dass er sich zwischen Dichtelement und der zugewandten Stirnfläche des Flanschteiles erstreckt und somit eine thermi- sehe Barriere an dem thermisch am stärksten belasteten Bereich der Ringnut bildet, in der das Dichtelement gekammert ist.If an annular body is provided in the form of a flat ring, this is preferably inserted so that it extends between the sealing element and the facing end face of the flange and thus forms a thermal barrier on the thermally most heavily loaded area of the annular groove in which the Chamber is chambered.
Anstelle eines flachen Ringkörpers kann das Deckelement durch einen Profilring gebildet sein, der beispielsweise ein gewölbtes Profil oder ein abge- winkeltes Profil besitzen kann.
Bei derartigen Ausführungsbeispielen ist der Ringkörper vorzugsweise in die Ringnut derart eingelegt, dass er das Dichtelement sowohl an der der Stirnfläche zugewandten Seite als auch an einer Seite umgibt, die einer weiteren Wand des Aufnahmeraumes zugewandt ist.Instead of a flat annular body, the cover element may be formed by a profile ring, which may for example have a curved profile or a beveled profile. In such embodiments, the annular body is preferably inserted into the annular groove such that it surrounds the sealing element both on the side facing the end face and on one side, which faces a further wall of the receiving space.
Eine besonders gute thermische Abschirmung des Dichtelementes ist bei derartigen Ausführungsbeispielen erreichbar, wenn das Deckelement das Dichtelement auch an der dem Wärmestrom nächstgelegenen Seite umgibt, also an derjenigen Seite, die der radial innenliegenden Wand der Ringnut zugewandt ist.A particularly good thermal shielding of the sealing element is achievable in such embodiments when the cover element surrounds the sealing element also on the side closest to the heat flow, ie on the side facing the radially inner wall of the annular groove.
Als Dichtelement ist vorzugsweise eine Formringdichtung vorgesehen, insbesondere mit einem C- oder V-förmigen Profilquerschnitt. Hierbei ist das Dichtelement mit C-Profil vorzugsweise in die Ringnut so eingebaut, dass das Profil radial nach innen, also zur Druckseite des Systems hin, offen ist.As a sealing element, a molding ring seal is preferably provided, in particular with a C-shaped or V-shaped profile cross-section. Here, the sealing element with C-profile is preferably installed in the annular groove so that the profile is radially inward, ie towards the pressure side of the system, open.
Anstelle eines V- oder C-förmigen Profilquerschnittes könnte das Dichtele- ment auch einen mäanderförmigen Profiiquerschnitt aufweisen, in der Art einer Balglösung, bei der mehrere übereinanderliegende Falten den Quer- schnitt bilden.Instead of a V-shaped or C-shaped profile cross-section, the sealing element could also have a meander-shaped profile section, in the manner of a bellows solution, in which a plurality of superimposed folds form the cross-section.
Alternativ können im Aufnahmeraum Metall-Sickendichtungen eingebaut sein. In jedem Fall gewährleistet die Erfindung für das jeweilige Dichtelement einen thermischen Schutz, so dass bei metallischen Dichtelementen aus einem für Hochtemperatureinsatz zur Verfügung stehenden Werkstoff eine betriebssichere Abdichtung in Heißgasbereichen gewährleistet ist. Die Ringform für das Dichtelement kann kreisrund sein oder annähernd kreisförmig. Ferner sind Ringformen denkbar in der Art eines Ovals oder einer Rechteckform, vorzugsweise mit abgerundeten Eckbereichen. Eine zuor- denbare Ringnut hat dann der dahingehenden Ringform des Dichtelementes vorzugsweise nachzufolgen.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:Alternatively, metal bead seals can be installed in the receiving space. In any case, the invention ensures thermal protection for the respective sealing element, so that a reliable sealing in hot gas areas is ensured in the case of metallic sealing elements made from a material available for high-temperature use. The ring shape for the sealing element may be circular or approximately circular. Furthermore, ring shapes are conceivable in the manner of an oval or a rectangular shape, preferably with rounded corner regions. An assignable annular groove then preferably has to follow the pertinent annular shape of the sealing element. The invention with reference to embodiments shown in the drawings will be explained in detail. Show it:
Fig. 1 einen stark schematisch vereinfacht, abgebrochen und halbseitig gezeichneten Längsschnitt benachbarter Leitungsstücke einer Abgasleitung, wobei die Leitungsstücke durch ein Dichtungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gegenseitig abgedichtet sind; Fig. 2 einen halbseitigen Längsschnitt lediglich des Stoßbereiches der benachbarten Flanschteile zweier Leitungsstücke, versehen mit einem zweiten Ausführungsbeispiel des Dichtungssystems, und Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung, versehen mit einem drittenFigure 1 shows a highly schematically simplified, broken and half-side drawn longitudinal section of adjacent pipe sections of an exhaust pipe, the pipe sections are mutually sealed by a sealing system according to an embodiment of the invention. Fig. 2 is a half-side longitudinal section only of the joint area of the adjacent flange portions of two pipe sections, provided with a second embodiment of the sealing system, and Fig. 3 is a similar to Fig. 2 representation, provided with a third
Ausführungsbeispiel des Dichtungssystems.Embodiment of the sealing system.
In den Figuren sind ein erstes Leitungsstück und ein zweites Leitungsstück einer Abgasleitung mit 1 bzw. mit 3 bezeichnet. Beim Betrieb der betreffenden Brennkraftmaschine führt die Abgasleitung einen Abgas- Wärmestrom 5 mit einer entsprechend hohen Abgastemperatur. Die mit- einander zur verbindenden und mittels des erfindungsgemäßen Dichtungssystems gegeneinander abzudichtenden Leitungsstücke 1 und 3 weisen jeweils einen, bezogen auf die Leitungsachse 7, radial nach außen vorstehenden Flanschteil 9 bzw. 1 1 auf. Die Flanschteile 9 und 11 bilden zusammen einen Ringflansch 13, wobei die Flanschteile 9 und 1 1 einander zugewandte Stirnflächen 15 bzw. 17 aufweisen. Um die Leitungsstücke 1 und 3 miteinander zu verbinden, sind die Flanschteile 9, 11 des Ringflansches 13 durch geeignete Spannmittel miteinander verspannt, die in üblicher Weise ausgebildet sein können und daher nicht dargestellt sind. Beispielsweise könnte als Spannmittel ein Spannring vorhanden sein, der auf umfängliche Abschrägungen 25 der Flanschteile 9 und 11 aufgezogen ist (nicht dargestellt).
Die Figuren zeigen als Dichtelement für die Abdichtung zwischen den Flanschteilen 9 und 1 1 eine metallische Formringdichtung 31 C-förmigen Profilquerschnitts. Wie bereits oben angedeutet, könnte eine Formringdich- tung mit anderem Profilquerschnitt oder eine Sickendichtung oder dergleichen benutzt werden. In jedem Fall ist das betreffende Dichtelement in einem zwischen den Flanschteilen 9 und 11 gebildeten Aufnahmeraum 33 zumindest teilweise gekammert. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 1 bis 3 der Aufnahmeraum 33 jeweils durch eine Ringnut 45 gebildet, die im Flanschteil 1 1 von dessen Stirnfläche 17 her in Axialrichtung vertieft eingearbeitet ist, wobei in Verbindung mit der Stirnfläche 15 des Flanschteiles 9 eine geschlossene Kam- merung für die Formringdichtung 31 gebildet wird.In the figures, a first line piece and a second line piece of an exhaust pipe are denoted by 1 and 3 respectively. During operation of the relevant internal combustion engine, the exhaust pipe carries an exhaust heat flow 5 with a correspondingly high exhaust gas temperature. The line pieces 1 and 3 which are to be joined together and sealed against one another by means of the sealing system according to the invention each have a flange part 9 or 1 1 projecting radially outward, relative to the line axis 7. The flange parts 9 and 11 together form an annular flange 13, wherein the flange parts 9 and 1 1 have mutually facing end faces 15 and 17 respectively. In order to connect the pipe sections 1 and 3 with each other, the flange parts 9, 11 of the annular flange 13 are braced by suitable clamping means with each other, which may be formed in a conventional manner and are therefore not shown. For example, could be present as a clamping means a clamping ring which is mounted on circumferential chamfers 25 of the flange parts 9 and 11 (not shown). The figures show as a sealing element for the sealing between the flange 9 and 1 1 a metallic annular seal 31 C-shaped profile cross-section. As already indicated above, a molded ring seal with a different profile cross-section or a bead seal or the like could be used. In any case, the sealing element in question is at least partially chambered in a receiving space 33 formed between the flange parts 9 and 11. As shown in the drawing, in the embodiments according to Figures 1 to 3, the receiving space 33 each formed by an annular groove 45 which is recessed in the flange 1 1 from the end face 17 ago deepened in the axial direction, wherein in conjunction with the end face 15 of the flange 9 a closed chamber for the molding ring seal 31 is formed.
Erfindungsgemäß ist als zusätzlicher Wärmeschutz für die im Aufnahmeraum 33 befindliche Formringdichtung 31 jeweils ein in die Ringnut 45 eingelegtes Deckelement 47 vorhanden. Das Deckelement 47 ist so gestaltet, dass es eine thermische Barriere zwischen der Formringdichtung 31 und dem am stärksten thermisch belasteten Bereich des Aufnahmeraumes 33 bildet. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist das Deckelement 47 durch einen flachen Metallring gebildet, der zwischen der Formringdichtung 31 und der Stirnfläche 17 eingelegt ist, die an die Stirnfläche 15 des gegenüberliegenden Flanschteiles 9 angrenzt. Wie mit Strömungspfeil 49 angedeutet, steht diese Stoßstelle am stärksten unter dem Einfluss des Wär- mestromes 5, so dass das Deckelement 47 in dieser Position die größte Schutzwirkung hat.According to the invention, a cover element 47 inserted in the annular groove 45 is present in each case as additional heat protection for the annular seal 31 located in the receiving space 33. The cover element 47 is designed so that it forms a thermal barrier between the annular seal 31 and the most thermally stressed area of the receiving space 33. In the embodiment of Fig. 1, the cover member 47 is formed by a flat metal ring which is inserted between the annular seal 31 and the end face 17 which is adjacent to the end face 15 of the opposite flange part 9. As indicated by flow arrow 49, this joint is most under the influence of the heat flow 5, so that the cover member 47 has the greatest protective effect in this position.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist als Deckelement 47 anstelle eines flachen Ringes ein gewölbter Ringkörper vorgesehen, der in der Ring- nut 45 so eingebaut ist, dass er nicht nur diejenige Seite der Formringdichtung 31 abschirmt, die an die offene Seite des Ringraumes 45 angrenzt und
dort in gleicher Weise wie beim Beispiel von Fig. 1 eine Barriere bildet, sondern darüber hinaus mit einem gewölbten Bereich die Formringdichtung 31 so übergreift, dass diese auch gegenüber der radial innen liegenden Wand der Ringnut 45 abgeschirmt ist, d. h. gegen diejenige Wand des Auf- nahmeraumes 33, die dem Wärmestrom 5 nächstgelegen ist.In the embodiment of Fig. 2 is provided as a cover member 47 instead of a flat ring a curved annular body which is installed in the annular groove 45 so that it not only shields that side of the annular seal 31, which on the open side of the annular space 45th adjoins and 1 forms a barrier in the same way as in the example of FIG. 1, but moreover engages over the annular seal 31 with a curved region in such a way that it is also shielded from the radially inner wall of the annular groove 45, ie against the wall of the annular groove. receiving space 33, which is the heat flow 5 nearest.
Fig. 3 verdeutlicht ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Deckelement 47 ebenfalls einen Schirm an zwei Seiten der Formringdichtung 31 bildet. Hierfür ist das Deckelement 47 als abgewinkelter Profilring gestaltet, wobei sich ein Profilschenkel, entsprechend dem flachen Ringkörper von Fig. 1, entlang der Stoßstelle zwischen den Stirnflächen 17 und 15 erstreckt. Der demgegenüber abgewinkelte andere Profilschenkel bildet, nunmehr in Entsprechung zu dem gewölbten Profilteil des Deckelementes 47 von Fig. 2, wiederum die Abschirmung gegenüber der dem Wärmestrom 5 nächst- liegenden Wand des Aufnahmeraumes 33.Fig. 3 illustrates a further embodiment in which the cover member 47 also forms a screen on two sides of the annular seal 31. For this purpose, the cover element 47 is designed as an angled profile ring, wherein a profile leg, corresponding to the flat annular body of Fig. 1, along the joint between the end faces 17 and 15 extends. The other angled profile leg, in contrast, forms now, in correspondence with the arched profile part of the cover element 47 of FIG. 2, again the shield opposite the wall of the receiving space 33 closest to the heat flow 5.
Es versteht sich, dass anstelle der gezeigten Formen des Deckelementes 47 andere Profilquerschnitte benutzt werden könnten, beispielsweise ein U- Profil, das das Dichtelement entlang dreier Seite umgibt. In jedem Fall ist das Deckelement 47 in der Ringnut 45 so eingebaut, dass die Formringdichtung 31zumindest auf der Seite bedeckt ist, die der Stoßstelle zwischen den Stirnflächen 15 und 17 der Flanschteile 9 bzw. 1 1 zugewandt ist, wobei vorzugsweise zusätzlich die Formringdichtung 31 an zumindest einer weiteren, thermisch gefährdeten Seite durch das entsprechend geformte Decke- lement 47 übergriffen ist.
It is understood that instead of the illustrated shapes of the cover element 47 other profile cross sections could be used, for example, a U-profile, which surrounds the sealing element along three sides. In any case, the cover member 47 is installed in the annular groove 45 so that the annular seal 31 is covered at least on the side facing the joint between the end faces 15 and 17 of the flange 9 and 1 1, wherein preferably additionally the annular seal 31 at at least one further, thermally vulnerable side is overlapped by the correspondingly shaped cover element 47.