WO2009094964A1 - Flachdichtung - Google Patents

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carrier element
gasket according
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Rolf Prehn
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Federal-Mogul Sealing Systems Gmbh
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    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0818—Flat gaskets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0818—Flat gaskets
    • F16J2015/085—Flat gaskets without fold over
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0818—Flat gaskets
    • F16J2015/0862—Flat gaskets with a bore ring
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T83/00—Cutting
    • Y10T83/04—Processes

Definitions

  • the invention relates to a flat gasket, in particular an exhaust gas side seal for an internal combustion engine.
  • EP 0 955 489 B1 describes a metal gasket having various surface pressure areas including first, second and third metal plates, the first and second metal plates having beaded areas and the third metal plate having the first and second metal plates crimping an inner metal plate Area is in operative connection.
  • JP 02286859 A discloses a cylinder head gasket which has locking elements for receiving inserts in the region of media through-holes.
  • the invention has for its object to provide a gasket, in particular an exhaust-side gasket for an internal combustion engine, in which by optimizing the materials used on the one hand, a price reduction compared to conventional gaskets is achieved and on the other hand, a simpler structural design should be given.
  • This object is achieved by a flat gasket, in particular an exhaust-side gasket for an internal combustion engine, formed by a at least single-layer provided with a recess sealing element, consisting of a high-quality, in particular a very temperature-resistant, metallic material and a sealing element receiving support member made of a lower quality metallic material wherein the carrier element receives the sealing element in such a way and leads that the sealing element is fixable and mountable.
  • a kind of hybrid solution is thus provided, consisting of two different materials, with only the higher temperatures exposed, relatively narrow sealing area is formed by a sealing element of very high-quality temperature-resistant material.
  • a sheet of much cheaper material can be used, which only serves to realize the main installation thicknesses, if necessary, to connect a plurality of sealing elements together and make the entire seal assembled and fixable.
  • connection of the sealing element and the carrier element is advantageously achieved on a mechanical basis by clamping.
  • a flat gasket according to the invention can be used advantageously as an exhaust flange gasket.
  • a method for producing the flat gasket is proposed by an at least one-layer sealing element predetermined contour is punched out that a single support element or a plurality of elements which are connected to a support member, are punched out, wherein the support member has a perforation that sealing element side of the Carrier element, or the elements, noses are punched out that lugs are at least partially expanded, that the sealing element is placed on each of the lugs, and that further lugs are deformed back to form a snap connection in the direction of the sealing element.
  • the type of mechanical connection is easy to manufacture and can be manufactured using common technologies on the market.
  • the noses can act by appropriate compression as additional sealant. These can be used, for example, for micro-sealing, if a material is used as a carrier sheet, which is soft enough and can flow accordingly.
  • the lugs can also serve as stopper elements, provided that the material of the support plate is solid or stiff enough. Another advantage of the clamping with such noses is that the heat conduction or the heat transfer can be adjusted by the number and shape of the noses. As a result, very different materials with very different temperature ranges can be combined.
  • Suitable materials for the sealing element are in particular Ni-Cr-Fe alloys, wherein other temperature-resistant alloys can be used.
  • the support member may be made of a commercially available steel, for. B. cold strip exist.
  • FIGS 1 and 2 basic structure of the invention consisting of carrier element and sealing element flat gasket;
  • FIG. 6 shows an alternative embodiment of FIGS. 1 and 2.
  • FIGS. 1 and 2 show alternative embodiments of the flat gasket 1 according to the invention which can be used as an exhaust flange gasket.
  • the same components are provided with the same reference numbers.
  • a support element 2 for example consisting of cold strip, which is provided with a hole 3.
  • a sealing element 4 comprising a recess 4 ', guided and connected via only hinted, formed out of the support member 2, lugs 5 mechanically connected to the support member 2 in the manner of a snap connection.
  • the lugs 5 are widened in the opposite direction, so that some of them are positioned above and below the sealing element 4.
  • the sealing element 4 consists in this example of a temperature-resistant Ni-Fe-Cr alloy and is guided within the perforation 3 of the support element 2, such that it is easy to fix and assemble.
  • FIGS. 3 and 4 show sections through connection variants between carrier element 2 and sealing element 4.
  • the widened lugs 5 and the free leg 6 of the sealing element 4, which initially rests on the lower lugs 5 of the carrier element 2, are shown in the upper image.
  • the lower image of Figures 3 and 4 shows the state in which the upper lugs 5 were deformed back and thus the leg 6 drove between them and hold in the clamped position.
  • the sealing element 4 is provided outside the free leg 6 with a beaded area 7.
  • Both the carrier element 2 and the Dichtelment 4 are punched out of suitable plate-like precursors, wherein the perforation 3 of the carrier element 2 corresponds to the outer contour of the used reaching sealing element 2. Lochungs furnish beyond the noses 5 are punched out and expanded in the opposite direction.
  • the sealing element 2 is placed on individual lower lugs 5 and finally the upper lugs 5 deformed back in the direction of the sealing element 2, so that they - as shown in Figures 3 and 4 - rest on the free leg 6 of the sealing element 4.
  • Figure 5 shows an alternative to the figures 3 and 4 embodiment.
  • material protrusions are formed axially outside the leg 6 by the lugs.
  • Figure 5 shows an embodiment in which the lugs 5 of the support member 2 and the sealing member 4 are provided in a plane, that is, that lugs 5 are inserted in radial recesses 8 of the sealing element 4.
  • Figure 6 shows an alternative to the figures 1 and 2 embodiment of a flat gasket 9.
  • the carrier element 10 includes a perforation 12, while the sealing element 11 is provided with a recess 11 '.
  • the perforation 12 and the recess 11 ' are congruent. Since the sealing element 11 is not positioned with respect to the figures 1 and 2 within the given there perforation of the support element, a different type of connection must be brought here.
  • the sealing element 11 is in aligned form, that is positioned co-centrically to the perforation 12.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Flachdichtung (1), insbesondere abgasseitige Dichtung für eine Brennkraftmaschine, gebildet durch ein mindestens einlagiges mit einer Ausnehmung (4', 11') versehenes Dichtelement (4, 11), bestehend aus einem hochwertigen, insbesondere einem sehr temperaturbeständigen, metallischen Werkstoff sowie ein das Dichtelement (4, 11) aufnehmendes Trägerelement (2, 10) aus einem geringerwertigen metallischen Werkstoff, wobei das Trägerelement (2, 10) das Dichtelement (4, 11) dergestalt aufnimmt und führt, dass das Dichtelement (4, 11) fixierbar und montierbar ist.

Description

Flachdichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung, insbesondere eine abgasseitige Dichtung für eine Brennkraftmaschine.
Für derartige Dichtungen werden derzeit metallische Dichtungen eingesetzt. Die Materialauswahl für eine solche Dichtung richtet sich dabei nach der höchsten Temperatur bzw. der Dauereinsatztemperatur. Aufgrund der Tatsache, dass moderne Triebwerke bzw. Motoren immer höhere Ansprüche an die Dichtungstechnik stellen, weil sowohl die Verbrennungsdrücke als auch die Verbrennungstemperaturen stetig steigen, müssen immer höherwertigere Materialien eingesetzt werden, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.
In der EP 0 955 489 Bl wird eine Metalldichtung mit verschiedenen Oberflächendruckbereichen beschrieben, beinhaltend eine erste, eine zweite und eine dritte Metallplatte, wobei die erste und die zweite Metallplatte gesickte Bereiche aufweisen und die dritte Metallplatte mit der ersten und zweiten Metallplatte durch Umbördeln eines inneren Bereiches in Wirkverbindung steht.
Der JP 02286859 A ist eine Zylinderkopfdichtung zu entnehmen, die im Bereich von Mediendurchgangslöchern Arretierelemente zur Aufnahme von Einlagen aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung, insbesondere eine abgasseitige Dichtung für eine Brennkraftmaschine, bereit zu stellen, bei welcher durch Optimierung der zum Einsatz gelangenden Werkstoffe einerseits eine Preisreduzierung gegenüber herkömmlichen Flachdichtungen erzielt wird und andererseits ein einfacherer konstruktiver Aufbau gegeben sein soll. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Flachdichtung, insbesondere eine abgasseitige Dichtung fiir eine Brennkraftmaschine, gebildet durch ein mindestens einlagiges mit einer Ausnehmung versehenes Dichtelement, bestehend aus einem hochwertigen, insbesondere einem sehr temperaturbeständigen, metallischen Werkstoff sowie ein das Dichtelement aufnehmendes Trägerelement aus einem geringerwertigen metallischen Werkstoff, wobei das Trägerelement das Dichtelement dergestalt aufnimmt und fuhrt, dass das Dichtelement fixierbar und montierbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Mit dem Erfindungsgegenstand wird somit eine Art Hybridlösung, bestehend aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen bereitgestellt, wobei lediglich der höheren Temperaturen ausgesetzte, relative schmale Dichtbereich durch ein Dichtelement aus sehr hochwertigem temperaturbeständigem Werkstoff gebildet wird. Als Trägerelement für dieses Dichtelement kann ein Blech aus wesentlich günstigerem Material verwendet werden, das in der Hauptsache nur dazu dient, entsprechende Einbaudicken zu realisieren, bedarfsweise mehrere Dichtelemente miteinander zu verbinden und die gesamte Dichtung montier- und fixierbar zu gestalten.
Durch gezielte Kombination geeigneter Werkstoffe kann gegenüber bisher eingesetzten Lösungen ein beträchtlicher Kostenvorteil erreicht werden, da nicht mehr die gesamte Dichtung aus hochwertigen Werkstoffen bestehen muss, sondern nur noch partiell in den Dichtbereichen entsprechende Werkstoffe zum Einsatz gelangen.
Die Verbindung des Dichtelementes und des Trägerelementes wird vorteilhafter Weise auf mechanischer Basis durch Verklammern erzielt.
Eine erfindungsgemäße Flachdichtung ist vorteilhaft einsetzbar als Auspuffflanschdichtung. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung der Flachdichtung vorgeschlagen, indem ein mindestens einlagiges Dichtelement vorgebbarer Kontur ausgestanzt wird, dass ein einzelnes Trägerelement oder mehrere Elemente, die zu einem Trägerelement verbunden werden, ausgestanzt werden, wobei das Trägerelement eine Lochung aufweist, dass dichtelementseitig aus dem Trägerelement, respektive den Elementen, Nasen ausgestanzt werden, dass Nasen zumindest partiell aufgeweitet werden, dass das Dichtelement auf einzelne der Nasen aufgelegt wird, und dass weitere Nasen unter Bildung einer Schnappverbindung in Richtung des Dichtelementes rückverformt werden.
Die Art der mechanischen Verbindung ist leicht herstellbar und kann mit am Markt gängigen Technologien gefertigt werden.
Die Nasen können durch entsprechende Verpressung als zusätzliche Dichtmittel wirken. Diese können beispielsweise für die Mikroabdichtung benutzt werden, wenn ein Werkstoff als Trägerblech verwendet wird, der weich genug ist und entsprechend fließen kann. Die Nasen können auch als Stopperelemente dienen, sofern der Werkstoff des Trägerbleches fest bzw. steif genug ist. Ein weiterer Vorteil der Verklammerung mit solchen Nasen ist, dass durch die Anzahl und Form der Nasen die Wärmeleitung bzw. der Wärmetransport eingestellt werden kann. Dadurch lassen sich auch sehr unterschiedliche Werkstoffe mit sehr unterschiedlichen Temperatureinsatzbereichen miteinander kombinieren.
Durch die Art der Verklammerung lässt sich darüber hinaus einstellen, ob und wie viel Spiel (radiales Spiel) zwischen dem Dichtelement und dem Trägerelement vorhanden ist bzw. sein soll. Auf diese Weise können Unterschiede bezüglich des thermischen Ausdehnungsverhaltens und der damit verbundenen thermisch bedingten Spannungen der beiden Werkstoffe ausgeglichen werden. Als Werkstoffe für das Dichtelement eignen sich insbesondere Ni-Cr-Fe-Legierungen, wobei auch auf andere temperaturbeständige Legierungen zurückgegriffen werden kann. Das Trägerelement kann aus einem handelsüblichen Stahl, z. B. Kaltband, bestehen.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
Figuren 1 und 2 prinzipieller Aufbau der erfindungsgemäßen aus Trägerelement und Dichtelement bestehenden Flachdichtung;
Figuren 3 und 4 Schnitte durch Verbindungsvarianten zwischen Trägerelement und Dichtelement;
Figur 5 alternative Ausgestaltungsform zu den Figuren 3 und 4;
Figur 6 alternative Ausgestaltungsform zu den Figuren 1 und 2.
Die Figuren 1 und 2 zeigen alternative Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen als Auspuffflanschdichtung einsetzbaren Flachdichtung 1. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Erkennbar ist ein Trägerelement 2, beispielsweise bestehend aus Kaltband, das mit einer Lochung 3 versehen ist. Innerhalb dieser Lochung 3 ist ein Dichtelement 4, beinhaltend eine Ausnehmung 4', gefuhrt und über nur angedeutete, aus der Trägerelement 2 herausgeformte, Nasen 5 mit dem Trägerelement 2 nach Art einer Schnapp Verbindung mechanisch verbunden. Die Nasen 5 sind in entgegengesetzter Richtung aufgeweitet, so dass einige davon oberhalb und andere unterhalb des Dichtelementes 4 positioniert sind. Das Dichtelement 4 besteht in diesem Beispiel aus einer temperaturbeständigen Ni-Fe-Cr-Legierung und wird innerhalb der Lochung 3 des Trägerelementes 2 geführt, dergestalt, dass es leicht fixierbar und montierbar ist. Die Figuren 3 und 4 zeigen Schnitte durch Verbindungsvarianten zwischen Trägerelement 2 und Dichtelement 4. Dargesellt sind jeweils im oberen Bild die aufgeweiteten Nasen 5 sowie der freie Schenkel 6 des Dichtelementes 4, der zunächst auf den unteren Nasen 5 des Trägerelementes 2 aufliegt. Das untere Bild der Figuren 3 und 4 zeigt den Zustand, in welchem die oberen Nasen 5 rückverformt wurden und den Schenkel 6 somit zwischen sich fuhren und in geklammerter Position halten. Das Dichtelement 4 ist außerhalb des freien Schenkels 6 mit einem gesickten Bereich 7 versehen.
Sowohl das Trägerelement 2 als auch das Dichtelment 4 werden aus geeigneten plattenartigen Vorprodukten ausgestanzt, wobei die Lochung 3 des Trägerelementes 2 der Außenkontur des zum Einsatz gelangenden Dichtelementes 2 entspricht. Lochungsseitig werden darüber hinaus die Nasen 5 ausgestanzt und in entgegengesetzter Richtung aufgeweitet. Das Dichtelement 2 wird auf einzelne untere Nasen 5 aufgesetzt und abschließend die oberen Nasen 5 in Richtung des Dichtelementes 2 rückverformt, so dass sie - wie in den Figuren 3 und 4 erkennbar - auf dem freien Schenkel 6 des Dichtelementes 4 aufliegen.
Figur 5 zeigt eine zu den Figuren 3 und 4 alternative Ausgestaltungsform. In den Figuren 3 und 4 werden axial außerhalb des Schenkels 6 durch die Nasen 5 Materialüberstände gebildet.
Figur 5 zeigt eine Ausgestaltungsform, bei welcher die Nasen 5 des Trägerelements 2 und das Dichtelement 4 in einer Ebene vorgesehen sind, d.h., dass Nasen 5 in radialen Ausnehmungen 8 des Dichtelementes 4 eingebracht sind.
Figur 6 zeigt eine zu den Figuren 1 und 2 alternative Ausgestaltungsform einer Flachdichtung 9. Es sind zwar gleichartige Bauteile, nämlich ein Trägerelement 10 und ein Dichtelement 11 gegeben, die jedoch in andersartiger Weise miteinander in Wirkverbindung gebracht werden. Das Trägerelement 10 beinhaltet eine Lochung 12, während das Dichtelement 11 mit einer Ausnehmung 11' versehen ist. Die Lochung 12 und die Ausnehmung 11 ' sind deckungsgleich ausgebildet. Da das Dichtelement 11 gegenüber den Figuren 1 und 2 nicht innerhalb der dort gegebenen Lochung des Trägerelementes positioniert ist, muss hier eine andersartige Verbindung herbeigeführt werden. Das Dichtelement 11 wird in ausgerichteter Form, d. h. kozentrisch zur Lochung 12, positioniert. Aus dem Vollmaterial des Trägerelementes 10 wurden Nasen 13 herausgeformt, die äquivalent zu denjenigen gemäß den Figuren 1 und 2 anzusehen sind, mit dem Unterschied, dass nur eine obere Nase 13 gegeben ist, da das Dichtelement 11 mit seiner radialen Wandstärke auf dem Trägerelement 10 aufliegt.

Claims

Patentansprüche
1. Flachdichtung, insbesondere abgasseitige Dichtung ( 1 ) für eine Brennkraftmaschine, gebildet durch ein mindestens einlagiges mit einer Ausnehmung (4',I l ') versehenes Dichtelement (4,11), bestehend aus einem hochwertigen, insbesondere einem sehr temperaturbeständigen, metallischen Werkstoff sowie ein das Dichtelement (4,11) aufnehmendes Trägerelement (2,10) aus einem geringerwertigen metallischen Werkstoff, wobei das Trägerelement (2,10) das Dichtelement (4,11) dergestalt aufnimmt und fuhrt, dass das Dichtelement (4,11) fixierbar und montierbar ist.
2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Dichtelement (4,11) und Trägerelement (2,10) auf mechanischer Basis durch Verklammern herbeigeführt ist.
3. Flachdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (2) eine der äußeren Kontur des Dichtelementes (4) entsprechende Lochung (3) aufweist, und dass das Trägerelement (2) lochungsseitig mehrere verformbare Nasen (5) zur Aufnahme und Führung des Dichtelementes (4) vorgesehen sind.
4. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (10) eine Lochung (12) aufweist, die der Ausnehmung (H') des Dichtelements (11) entspricht, so dass das Dichtelement (11) auf dem Trägerelement (10) aufliegt und das Dichtelement (11) vonverformbaren Nasen (13) gehalten ist.
5. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (2) mit mindestens einer umlaufenden Sicke (7) versehen ist.
6. Flachdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein definiertes radiales Spiel zwischen dem Dichtelement (4) und dem Trägerelement (2) einstellbar ist.
7. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (2,11) aus einem temperaturbeständigen Ni-Cr-Fe- Werkstoff besteht.
8. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (2,11) aus Stahl, insbesondere Kaltband, besteht.
9. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, einsetzbar als Auspuffilanschdichtung.
10. Verfahren zur Herstellung einer Dichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mindestens einlagiges Dichtelement (4,11) vorgebbarer Kontur ausgestanzt wird, dass ein einzelnes Trägerelement (2,10) oder mehrere Elemente, die zu einem Trägerelement (2,10) verbunden werden, ausgestanzt werden, wobei das Trägerelement (2,10) eine Lochung (3,12) aufweist, dass dichtelementseitig aus dem Trägerelement (2,10), respektive den Elementen, Nasen (5,13) ausgestanzt werden, dass Nasen (5,13) zumindest partiell aufgeweitet werden, dass das Dichtelement (4,11) auf einzelne der Nasen (5,13), respektive das Trägerelement (10) aufgelegt wird, und dass weitere Nasen (5), respektive die Nasen (13), unter Bildung einer Schnappverbindung in Richtung des Dichtelementes (4,10) rückverformt werden.
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