JP2015500960A - 金属ビードガスケット - Google Patents

Abstract

本発明は、金属ビードガスケット（１１）であって、少なくとも１つのビード（９）を有するシール領域（１２）と、締付け手段（５）、特にねじを受容するための少なくとも１つの凹部（２１）を有する少なくとも１つの締付け領域（１３）と、シール領域（１２）を締付け領域（１３）に接続する少なくとも１つの中間領域（１４）とを備え、中間領域（１４）が、シール領域（１２）及び／又は締付け領域（１３）よりも、締付け方向（４）に対して直角に変形的により不安定であるように構成される金属ビードガスケット（１１）に関する。

Description

本発明は、金属ビードガスケット及び金属ビードガスケットを備える排気ガスターボチャージャに関する。

金属ビードガスケットは、シールプレート内に刻成されたビードがシールされるべき面を押圧するように作用する。この場合におけるビードとシールされるべき面との間の接触は、ほぼ直線状である。複数のシールプレートが互いに上下に配置されることが多い。プレートのそれぞれのビードは、次に、対向するシール面と接触する。ビードプレートは、ビードのプレストレスの結果として作用し、熱負荷の下でも、それらの弾性を大部分維持する。材料は、それに応じて選択される。ビードがブロック箇所に押圧された場合、ビードが平坦に押圧されるので、ビードの作用が失われる。これを防止するために、金属ビードガスケットには、いわゆる「ストッパ層」が一般に設けられる。これにより、ビードの領域のシール面の十分な間隔が保証される。

図１は、第１の要素１と第２の要素２との間の従来技術による金属ビードガスケット３を示している。既知の金属ビードガスケット３は、第１の層６、第２の層７及びストッパ層８を備える。３つの層は互いに上下に積み重ねられる。ビード９は、第１の層６に及び第２の層７に形成される。締付け手段５、特にねじが、締付け方向４に沿って３つのすべての層を通して突出する。この締付け手段５は、２つの要素１、２を押し合わせる。この場合、ビード９が変形し、シールする。熱によって誘発される膨張プロセスの場合、既知の金属ビードガスケット３は、２つの要素１、２のシール面と同じ程度に必ずしも膨張しない。高温にさらされるガスケットの場合、２つの層６、７はオーステナイトであり、これに対しシールされるべき要素１、２はフェライトである。このことは、膨張挙動の差をもたらす。圧力を受けた金属ビードガスケット３は、熱負荷の場合にシールされるべき要素１、２よりも大きく膨張するであろう。しかし、この膨張は、押圧のために不可能であるので、金属ビードガスケット３は微視的に圧縮される。この圧縮は、冷却により完全に反転されないが、この理由は、金属ビードガスケット３の強度が、金属ビードガスケット３の圧縮を反転させる程度に応力が十分に大きくなる前に、冷却により当初増大するからである。したがって、高温にさらされ、ストッパ層８を有する既知の金属ビードガスケット３は、サイクル数が増加するにつれて短縮され、凹凸を形成し、引き裂かれる可能性がある。この結果、ガスケットが漏れやすくなる。締付け手段５を受容するためのスロットの使用は、このことを同様に十分に防止しない。

図２は、従来技術による別の装置を示している。この場合、既知の金属ビードガスケット３は、第１の要素１内の溝１０に受容される。この金属ビードガスケット３はストッパ層を備えない。金属ビードガスケット３のこの実施例において、膨張用に十分な空間を可能にするために、溝１０が第１の要素１内にフライス削りされる。この場合、溝１０の深さは、金属ビードガスケット３をブロック箇所に押圧できないように選択される。したがって、要素１、２は、直接互いに相応してねじ留めされ、この場合、金属ビードガスケット３はねじ組立体の部分とはならない。この場合の不都合は、溝１０のフライス削りの結果として、第１の要素１の機械加工が複雑かつ高価であることである。

本発明の目的は、特に高い熱負荷下における費用効果的な製造及び組立による２つの要素の永続的かつ確実なシールの達成を可能にする金属ビードガスケットを提供することである。

この目的は、独立請求項の特徴の組み合わせによって達成される。従属請求項は、本発明のある有利な発展形態を含む。

したがって、この目的は、少なくとも１つのビードと、少なくとも１つの締付け領域と、シール領域を締付け領域に接続する少なくとも１つの中間領域とを有するシール領域を備える金属ビードガスケットによって達成される。締付け領域は、締付け手段、特にねじを受容するための少なくとも１つの凹部を有する。この凹部は、特に貫通孔として又は横方向に開口した貫通孔として形成される。本発明によれば、中間領域は、シール領域及び／又は締付け領域よりも、締付け方向に対して直角の方向に変形的により不安定であるように構成される。締付け方向は、金属ビードガスケットに対して略直角に、すなわち締付け手段又はねじに対して平行に延びる。「変形的に不安定な」とは、特に、中間領域が金属ビードガスケット全体の加熱の下で可塑的に及び／又は弾性的に変形し、この結果、金属ビードガスケット内の応力が分解されることを意味する。本発明によれば、金属ビードガスケットは、接続されるべき第１及び第２の要素と共に、ねじ組立体の構成部分である。締付け領域と同じ高さにのみ互いに挟持されるように、２つの要素を接続することが好ましい。２つの要素にシールされるべき面の領域の残りは、熱的に膨張することができ、金属ビードガスケットの締付けをなんらもたらさない。金属ビードガスケットは、特に、中間領域の変形的に不安定な構造のため、熱によって誘発された変形を容易に補償することができる。従来技術による図２に示したような溝は、もはや不要である。

好ましい実施形態では、シール領域が、締付け方向に互いに上下に配置される少なくとも２つの層を備え、中間領域がシール領域よりも少ない少なくとも１つの層を備えるようになっている。特に、シール領域は２つの層を備え、中間領域は１つのみの層を備える。

さらに、締付け領域が、締付け方向に互いに上下に配置される少なくとも２つの層を備え、中間領域が締付け領域よりも少ない少なくとも１つの層を備えるようになっていることが好ましい。特に、締付け領域は２つの層を備え、２つの層の一方はいわゆるストッパ層である。

さらに、締付け方向に上昇する少なくとも１つの波形部が中間領域に形成されるようになっていることが好ましい。特に、中間領域は波形プレートとして形成される。中間領域のプレートに波形部を形成することにより、中間領域は「蛇腹状にされる」。

特に好ましい実施形態では、中間領域が、締付け領域とシール領域との間に少なくとも１つのウェブを備え、ウェブの長さが特にウェブの幅よりも大きいようになっている。金属ビードガスケットは、好ましくは複数の締付け領域を備え、各々の締付け領域は、締付け手段を挿入するための凹部を有する。これらの締付け領域の各々は、別個のウェブによってシール領域に接続される。金属ビードガスケットが、熱膨張によってねじ留め箇所に対して十分に変位可能なままであるように、締付け領域は、薄くかつ蛇腹状のウェブによってのみシール領域に接続されることが好ましい。これにより、金属ビードガスケットが膨張することができ、かつねじ留め箇所に結合することによって位置が確保されたままであることが保証される。

仮想線が、金属ビードガスケット全体の重力と、締付け領域の凹部の一方の中心点との間に画定される。ウェブとこの仮想線との間の角度は、３０°〜１５０°に、特に４０°〜１４０°に、特に５０°〜１３０°にある。各々のウェブの角度は、これらの角度範囲に従って形成されることが好ましい。特に、丸いか又は円周の金属ビードガスケットの場合、この角度範囲のウェブの構造により、ほぼ半径方向のウェブの延伸がもたらされる。これによって、金属ビードガスケットの全径が可能な限り小さく維持される。

さらに、締付け領域の第１の厚さが、中間領域の第２の厚さとシール領域の第３の厚さとの間にあるようになっていることが好ましい。この場合、厚さは締付け方向で測定される。シール領域の厚さは、非取付け状態で測定されるべきである。この構造の結果、中間領域は、締付け方向に膨張する特に十分な可能性を有する。

さらに、金属ビードガスケットが、一部片で製造されかつ締付け領域、中間領域及びシール領域と共通の構成部品である少なくとも１つの層を有するようになっていることが好ましい。

さらに、締付け方向に対して直角に測定された締付け領域の最大の第１の直径と、締付け手段用の凹部の第２の直径との比率が、最大５、特に最大４、特に最大３であるようになっていることが好ましい。これにより、締付け領域の大きさ、特にストッパ層の大きさが可能な限り小さく維持され、この結果、十分な空間が中間領域のために利用可能であることが保証される。

金属ビードガスケットは、金属プレートから製造されることが特に好ましい。ストッパ層は、金属及びプラスチックの両方から成ることができる。

さらに、本発明は、今説明した金属ビードガスケットの少なくとも１つを備える排気ガスターボチャージャを包含する。特に排気ガスターボチャージャの場合、金属ビードガスケットは、非常に頻繁に熱応力にさらされ、したがって、この場合、本発明による金属ビードガスケットが特に優先して使用される。

例示的な実施形態について、添付図面に関連して以下に詳細に説明する。

従来技術による金属ビードガスケットの図面である。 従来技術による別の金属ビードガスケットの図面である。 第１の例示的な実施形態による本発明による金属ビードガスケットの断面図である。 第２の例示的な実施形態による本発明による金属ビードガスケットの断面図である。 第１の例示的な実施形態による本発明による金属ビードガスケットの平面図である。 両方の例示的な実施形態による本発明による金属ビードガスケット用のシール面を有する本発明による排気ガスターボチャージャの図面である。

本発明の例示的な実施形態について、図３〜図５を参照して以下により詳細に説明する。

図３は、第１の要素１と第２の要素２との間の取付け状態の金属ビードガスケット１１を示している。金属ビードガスケット１１は、第１及び第２の要素１、２の対向面を互いにシールする。

２つの要素１、２は、ねじとして形成された接続手段５によって押し合わせられる。接続手段５は、締付け方向４に延びる。貫通孔として形成された凹部２１が、金属ビードガスケット１１に設けられる。接続手段５は、この凹部２１を通して第１の要素１から第２の要素２に延びる。

締付け方向４に対して直角の方向に、金属ビードガスケット１１が、シール領域１２、締付け領域１３及び中間領域１４に分割される。中間領域１４は、シール領域１２と締付け領域１３との間に位置する。シール領域１２は、中間領域１４内に直接合流する。中間領域１４は、締付け領域１３内に直接合流する。金属ビードガスケット１１は、金属製プレートから製造された第１の層６を備える。第１の層６は、３つのすべての領域、すなわちシール領域１２、締付け領域１３及び中間領域１４にわたって延びる。さらに、金属ビードガスケット１１は、金属製プレートから製造された第２の層７と、ストッパ層８とを備える。第２の層７は、シール領域１２のみにわたって延びる。ストッパ層８は、締付け領域１３のみにわたって延びる。第２の層７は第１の層６に位置する。ストッパ層８は同様に第１の層６に位置する。したがって、中間領域１４は、第１の層６のみによって形成される。

ビードは、シール領域１２の第１の層６に及び第２の層７に形成される。これらのビードは、２つの要素１、２を押し合わせる際に僅かに変形され、したがって、２つの要素１、２を互いにシールする。中間領域１４は、第１の層６の２つの波形部１５、１６を有する。これらの波形部１５、１６は、中間領域１４の「蛇腹状の」構造を表す。

締付け領域１３は、第１の層６及びストッパ層８によって、２つの要素１、２の間の最小距離を画定する。締付け方向４で測定して、締付け領域１３は第１の厚さ２８を有する。中間領域１４の蛇腹状の領域は、同様に締付け方向４で測定して、第２の厚さ２９を有する。第１の厚さ２８は、第２の厚さ２９よりもかなり大きい。さらに、第１の厚さ２８は、非取付け状態におけるシール領域１２の第３の厚さよりも小さい。

さらに、図３は第１の直径１７を示している。この第１の直径１７は、特にストッパ層８の締付け領域１３の最大直径を画定する。第２の直径１８は、凹部２１の内径を示している。第１の直径１７は、十分な空間がシール領域１２及び中間領域１４のために利用可能であるように、可能な限り小さく選択される。第１の直径１７は、凹部２１の大きさ又は選択された締付け手段５の大きさに応じて適合される。

図３ａは、シール領域１２及び中間領域１４の両方が１つのみの層から成る本発明によるガスケットの別の実施形態を示している。この場合、シール領域１２におけるビードの高さは、中間領域１４におけるよりも高くなるように選択されるべきである。締付け領域１３は、この場合、フランジによって又は一方の層を折り返すことによって製造することができる。

図４は、図３の金属製ガスケット１１の平面図を示している。図４を参照すると、シール領域１２が閉鎖したリングとして形成されることが容易に理解できる。さらに、金属ビードガスケット１１は、各々が凹部２１を有する複数の締付け領域１３を有する。個々の締付け領域１３の各々は、ウェブとして形成された中間領域１４を介してシール領域１２に接続される。

さらに、図４は、凹部２１を閉鎖孔として及び横方向に開口した孔の両方として形成することができることを示している。第２の層７は、図示した溶接スポット１９を介して第１の層６に接続される。

ウェブとして形成された中間領域１４は、シール領域１２の周りに略半径方向に配置される。この半径方向の配置は、特に、次のように、すなわち金属ビードガスケット１１の重心２０が図４に描かれるように規定される。同様に、各々の凹部２１について、図４は、対応する凹部２１の中心点２２を示している。中心点２２と重心２０との間の接続が第１の仮想線２４として示されている。さらに、図４の参照符号２３は、シール領域１２におけるウェブの端部の中心を示している。第２の仮想線２５は、中心点２２及びこの中心２３を通して延びる。第１の仮想線２４と第２の仮想線２５との間の角度は、個々の締付け領域１３に対してα、β、γ、δ、εで示されている。それぞれの角度は、３０°〜１５０°に、特に４０°〜１４０°に、特に５０°〜１３０°にある。これらのウェブは、ウェブが波形部の方向に対して横断方向にのみならず、半径方向にも不安定であるように、特に狭い形状に設計することができる。このことは、別の波形部の対応する配向によっても達成することができる。

さらに、図４は、ウェブとして形成された中間領域１４の長さ２６を示している。長さ２６は、第２の仮想線２５に対して平行に中心２３から締付け領域１３まで測定される。ウェブの幅２７は、第２の仮想線２５に対して直角にウェブの最も広い箇所で測定される。特に、長さ２６は幅２７よりも大きい。特に、長さ２６は、幅２７の少なくとも１．２倍、特に１．５倍である。

図５は、コンプレッサ３１及びタービン３２を有する排気ガスターボチャージャ３０を示している。コンプレッサ３１の及びタービン３２のロータは、シャフト３３を介して接続される。タービン３２は、内燃機関からの排気ガスによって駆動される。コンプレッサ３１は、回転させられ、次いで、内燃機関用の給気がシャフト３３によって過給される。ハウジング１（第１の要素）は、少なくとも１つのシール面３４を有する。金属ビードガスケット１１及びカバー（第２の要素）は、前記シール面３４に配置されて、ねじ留めされる。

本発明の上述の開示に加えて、本発明を補足して開示するため、図３〜図５の本発明の概略図がここに明示的に参照される。

１ 第１の要素
２ 第２の要素
３ 従来技術による金属ビードガスケット
４ 締付け方向
５ 締付け手段（ねじ）
６ 第１の層
７ 第２の層
８ ストッパ層
９ ビード
１０ 溝
１１ 本発明による金属ビードガスケット
１２ シール領域
１３ 締付け領域
１４ 中間領域
１５ 第１の波形部
１６ 第２の波形部
１７ 第１の直径
１８ 第２の直径
１９ 溶接スポット
２０ 重心
２１ 凹部
２２ 凹部の中心点
２３ ウェブの端部の中心
２４ 第１の仮想線
２５ 第２の仮想線
２６ 長さ
２７ 幅
２８ 第１の厚さ
２９ 第２の厚さ
３０ 排気ガスターボチャージャ
３１ コンプレッサ
３２ タービン
３３ シャフト
３４ シール面

Claims (12)

1. 金属ビードガスケット（１１）であって、
   − 少なくとも１つのビード（９）を有するシール領域（１２）と、
   − 締付け手段（５）、特にねじを受容するための少なくとも１つの凹部（２１）を有する少なくとも１つの締付け領域（１３）と、
   − 前記シール領域（１２）を前記締付け領域（１３）に接続する少なくとも１つの中間領域（１４）とを備え、
   − 前記中間領域（１４）が、前記シール領域（１２）及び／又は前記締付け領域（１３）よりも、前記締付け方向（４）に対して直角に変形的により不安定であるように構成される金属ビードガスケット（１１）。
2. 前記シール領域（１２）が、前記締付け方向（４）に互いに上下に配置される少なくとも２つの層（６、７）を備え、前記中間領域（１４）が前記シール領域（１２）よりも少ない少なくとも１つの層を備える請求項１に記載の金属ビードガスケット。
3. 前記シール領域（１２）及び前記中間領域（１４）が少なくとも１つの層（６）を備える請求項１に記載の金属ビードガスケット。
4. 前記締付け領域（１３）が、前記締付け方向（４）に互いに上下に配置される少なくとも２つの層（６、８）を備え、前記中間領域（１４）が前記締付け領域（１３）よりも少ない少なくとも１つの層を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属ビードガスケット。
5. 前記締付け方向（４）に上昇する少なくとも１つの波形部（１５、１６）が前記中間領域（１４）に形成される請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属ビードガスケット。
6. 前記中間領域（１４）が、前記締付け領域（１３）と前記シール領域（１２）との間に少なくとも１つのウェブを備え、前記ウェブの長さ（２６）が特に前記ウェブの幅（２７）よりも大きい請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属ビードガスケット。
7. 凹部（２１）を有するそれぞれの締付け領域（１３）が、各々ウェブによって前記シール領域（１２）に接続される請求項６に記載の金属ビードガスケット。
8. 前記ウェブと、前記金属ビードガスケット（１１）の重心（２０）から、前記凹部（２１）であってその前記締付け領域（１３）で前記ウェブが始まる前記凹部（２１）の中心点（２２）までの仮想線（２４）との間の角度（α、β、γ、δ、ε）が、３０°〜１５０°に、特に４０°〜１４０°に、特に５０°〜１３０°にある請求項６又は７に記載の金属ビードガスケット。
9. 前記締付け領域（１３）の第１の厚さ（２８）が、締付け方向（４）で測定して、非取付け状態で、前記中間領域（１４）の第２の厚さ（２９）と前記シール領域（１２）の第３の厚さとの間にある請求項１〜８のいずれか一項に記載の金属ビードガスケット。
10. 一部片で製造されかつ前記締付け領域（１３）の構成部分である、前記中間領域（１４）及び前記シール領域（１２）の少なくとも１つの連続層（６）を特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の金属ビードガスケット。
11. 前記締付け方向（４）に対して直角に測定された前記締付け領域（１３）の最大の第１の直径（１７）と、前記締付け手段（１３）用の前記凹部（２１）の第２の直径（１８）との比率が、最大５、特に最大４、特に最大３である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の金属ビードガスケット。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの金属ビードガスケット（３）を備える排気ガスターボチャージャ。

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