WO2010130472A1 - Mehrlagen-dichtring - Google Patents

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Klaus Schmitt
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Federal-Mogul Sealing Systems Gmbh
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    • F16J15/08—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
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    • F16J15/121—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing with metal reinforcement or covering with metal reinforcement
    • F16J15/125—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing with metal reinforcement or covering with metal reinforcement generally perpendicular to the surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a V-sealing ring, in particular for turbochargers and exhaust systems of internal combustion engines, with more than one layer.
  • the sealing rings are molded inwardly and outwardly with both the open side of the V-shape. Different materials such as Inconell, 1.4828 etc. are used.
  • a sealing ring in particular for components of an internal combustion engine, having a first and a second axial sealing zone an inner closed ring of V-shaped cross-section; and an outer closed ring of V-shaped cross-section, the open side facing in the same direction as that of the inner ring.
  • Two or more rings are nested in the sealing ring according to the invention.
  • a labyrinth effect is achieved, which increases the sealing quality.
  • the rings abut each other with the open side of the V-shape facing either inward or outward.
  • the sealing ring further comprises one or more closed intermediate rings of V-shaped cross-section disposed between the inner ring and the outer ring, the open side facing in the same direction as that of the inner and outer rings.
  • the outer ring is made of a softer material than that of the inner ring.
  • the adaptation behavior and thus the sealing quality can be improved.
  • the inner ring provides the required stability, while the outer ring ensures a better fit.
  • the outer ring is made of a non-thermosetting material and the inner ring of a thermosetting material.
  • the sealing ring can be subjected to a heat treatment after the formation of the V-shape, whereby the inner ring hardens while the outer ring is soft.
  • the sealing ring is profiled and / or coated in at least one of the sealing zones.
  • each of the V-rings may have a profiling and / or coating.
  • At least one V-shaped ring differs in material thickness and / or material from at least one of the other V-shaped rings.
  • the properties of the sealing ring according to the invention can be adjusted accordingly.
  • the resulting gap at the periphery between each two V-rings can be increased or decreased by choosing the thickness or thickness of the individual rings.
  • the elasticity of the respective V-rings can be controlled by the choice of the thickness.
  • the choice of material allows, among other things, the adjustment of the adaptation behavior (harder / softer).
  • high-quality and expensive material can be used more selectively and to a lesser extent only there (for example, on the outer ring), where necessary, while some of the V-rings used (eg, the inner ring or the intermediate rings) can be made from cheaper materials, without affecting the quality of the sealing ring according to the invention is impaired.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a sealing ring according to the invention in cross-section
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a sealing ring according to the invention in cross-section
  • Fig. 3 shows a third embodiment of a coated sealing ring according to the invention in
  • Fig. 4 shows a fourth embodiment of a profiled sealing ring according to the invention in cross-section
  • Fig. 5 shows a three-dimensional view of a sector section of a sealing ring according to the invention in cross-section
  • Fig. 6 shows a complete cross section of an embodiment of the invention.
  • the sealing ring comprises an inner ring 2 with a V-shaped cross section, as well as an outer ring 4, also with a V-shaped cross section.
  • the inner ring 2 and the outer ring 4 abut each other.
  • an improved sealing effect is achieved by forming a labyrinth effect.
  • the open side as shown here, can point inwards.
  • the closed side of the outer ring 4 is located on the outside of the entire sealing ring, while the open side of the inner ring 2 is located on the inside of the entire sealing ring.
  • the open side of the V-rings faces outward, ie, the closed one Side of the outer ring is located on the outside of the entire sealing ring, while the closed side of the inner ring is located on the inside of the entire sealing ring.
  • V-rings are not limited to the use of V-rings, but also extends to similar shapes such as U-rings, semi-circular rings and the like. These are each forms with an open side (arranged on the right in this figure) and a closed side (on the left in this figure).
  • FIG. 2 an alternative embodiment of the invention is shown.
  • This sealing ring comprises an inner ring 2, an outer ring 4 and in addition an intermediate ring 6. All rings have a V-shape and point with the open side in the same direction. Also in this figure is shown by way of example the variant with inwardly open V-rings, wherein the invention also extends to the reverse embodiment.
  • the use of more than two rings provides a more flexible way to adjust the type and thickness of the rings to achieve the desired fitting and sealing performance.
  • the material thickness also affects the gap 3 (indicated by dashed lines), which is formed between two rings. The thinner the rings involved, the smaller is the gap 3.
  • the choice of material the elasticity of the corresponding ring can be adjusted.
  • FIG. 3 an alternative embodiment of the invention is shown. This embodiment is based on the variant shown in FIG. 2 with an inner ring 2, an outer ring 4 and an intermediate ring 6.
  • a coating 8 is provided to improve the seal in the axial Abdichtzonen.
  • Embodiment represents an extension of the variant shown in Fig. 1.
  • This sealing ring also comprises an inner ring 2 and an outer ring 4. Both rings have a V-shape and point with the open side in the same direction (here inward, in alternative embodiments but also to the outside).
  • this sealing ring has a profiling 10.
  • Fig. 5 is a three-dimensional view of a sub-sector of a sealing ring according to the invention is shown.
  • the sealing ring has an inner V-shaped ring 2 and an outer V-shaped ring 4.
  • the transition region between ring 2 and ring 4 is not stepped here as in the previously described embodiments. Instead, the inner ring 2 also extends into the gap present in the embodiments described so far, so that a total of a gapless transition results.
  • FIG. 6 shows an overall cross section through a sealing ring, which corresponds to that of FIG. 2.
  • a combination of the embodiments of Figs. 3 and 4 is also possible, i. It can be both a profiling and coating in the (or one or more) Abdichtzonen be provided.
  • the profiling can be arranged on the same or the same ring (s) as the coating.
  • a sealing ring similar to that of FIG. 3 could additionally be provided with a profiling of the intermediate ring.
  • one ring (or more rings) is coated and another is profiled (or more).
  • the coating may extend only to the inner and intermediate rings while the outer ring is not coated but profiled.
  • Sealing zones need not necessarily be the same.
  • a first sealing zone may only be coated, while the second sealing zone is only profiled.
  • only one sealing zone can be coated and / or profiled.
  • the invention also extends to embodiments with more than three rings, in which case the number of intermediate rings is greater than one.
  • the sealing ring of the invention may be formed open both inwardly and outwardly, wherein in the above description has been described by way of example only the inwardly open variant.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst einen Dichtring, insbesondere für Bauteile einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer ersten und einer zweiten axialen Abdichtzone, und umfasst einen inneren geschlossenen Ring (2) mit V-förmigem Querschnitt, sowie einen äußeren geschlossenen Ring (4) mit V-förmigem Querschnitt, dessen offene Seite in die gleiche Richtung wie die des inneren Rings (2) weist.

Description

Mehrlagen-Dichtring
Die vorliegende Erfindung betrifft einen V-Dichtring, insbesondere für Turbolader und Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren, mit mehr als einer Lage.
Derzeit werden V-Abdichtringe herkömmlicherweise aus einem einwandigen Ring hergestellt. Solche Ringe mit V-förmigen Querschnitt werden für gewöhnlich als Dichtungen an Turboladern und Abgasanlagen eingesetzt. Es gibt derartige Ringe ohne Schweißnaht, aber die Ringe sind meistens geschweißt. Sie bestehen herkömmlicherweise aus einem vergleichsweise harten Material.
Die Abdichtringe werden sowohl mit der offenen Seite der V-Form nach innen als auch nach außen geformt. Unterschiedliche Materialien wie beispielsweise Inconell, 1.4828 etc. kommen zum Einsatz.
Im Bereich der Abdichtzone kann es bedingt durch die Schweißnaht oder auch durch ein aufgrund des harten Materials nicht ausreichenden Anpassungsverhaltens an die abzudichtenden Bauteil zu Leckagen kommen. Bekannte einwandige Dichtringe aus einem hochwertigen Material herzustellen erfordert einen großen Materialeinsatz.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Abdichtring bereitzustellen, der verbesserte Dichteigenschaften aufweist, einen höhere Qualität besitzt und der unter einem verminderten Einsatz hochwertiger Materialien hergestellt werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Dichtring bereitgestellt, insbesondere für Bauteile einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer ersten und einer zweiten axialen Abdichtzone, umfassend einen inneren geschlossenen Ring mit V-förmigem Querschnitt; und einen äußeren geschlossenen Ring mit V-förmigem Querschnitt, dessen offene Seite in die gleiche Richtung wie die des inneren Rings weist.
Zwei oder mehr Ringe werden bei dem Dichtring gemäß der Erfindung ineinander verschachtelt. Durch die Verwendung mehrerer Ringe wird ein Labyrinth-Effekt erzielt, der die Abdichtgüte erhöht. Die Ringe liegen aneinander an, wobei die offene Seite der V-Form jeweils entweder nach innen oder nach außen weist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Dichtring weiter einen oder mehrere geschlossene Zwischen-Ringe mit V-förmigem Querschnitt, angeordnet zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring, wobei die offene Seite in die gleiche Richtung wie die des inneren und äußeren Rings weist.
Zur Verbesserung der Dichteigenschaften können mehr als zwei Ringe verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform besteht der äußere Ring aus einem weicheren Material als das des inneren Rings.
Durch Verwendung eines weicheren Materials für den äußeren Ring kann das Anpassungsverhalten und somit die Abdichtgüte verbessert werden. Der innere Ring sorgt für die erforderliche Stabilität, während der äußere Ring eine bessere Anpassung gewährleistet.
Gemäß einer Ausführungsform bestehen der äußere Ring aus einem nicht wärmehärtbaren Material und der innere Ring aus einem wärmehärtbaren Material.
Durch diese Materialkombination kann der Dichtring nach der Ausbildung der V-Form einer Wärmebehandlung unterzogen werden, wodurch der innere Ring aushärtet, während der äußere Ring weich wird. Gemäß einer Ausführungsform ist der Dichtring in mindestens einer der Abdichtzonen profiliert und/oder beschichtet.
Durch die zusätzliche Profilierung und/oder Beschichtung kann die Abdichtung verbessert werden. Es wird bevorzugt der äußere Ring profiliert und/oder beschichtet, grundsätzlich kann aber jeder der V-Ringe eine Profilierung und/oder Beschichtung aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform unterscheidet sich mindestens ein V-förmiger Ring in der Materialstärke und/oder dem Material von mindestens einem der anderen V-förmigen Ringe.
Durch die Wahl der Materialart und/oder -Stärke können die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Dichtrings entsprechend eingestellt werden. Der entstehende Spalt an der Peripherie zwischen jeweils zwei V-Ringen kann durch die Wahl der Dicke bzw. Stärke der einzelnen Ringe vergrößert oder verkleinert werden. Ebenso kann durch die Wahl der Dicke die Elastizität der jeweiligen V-Ringe gesteuert werden.
Die Materialwahl ermöglicht unter anderem die Einstellung des Anpassungsverhaltens (härter/ weicher). Durch die Verwendung mehrerer V-Ringe kann hochwertiges und teures Material gezielter und in geringerem Maß nur dort (beispielsweise beim äußeren Ring) eingesetzt werden, wo es erforderlich ist, während ein Teil der verwendeten V-Ringe (beispielsweise der innere Ring oder die Zwischenringe) aus günstigeren Materialien gefertigt werden kann, ohne dass dabei die Qualität des erfindungsgemäßen Dichtrings beeinträchtigt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden wird die Erfindung weiter erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die beispielhafte Ausführungsformen darstellt, und in der Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Dichtrings gemäß der Erfindung im Querschnitt zeigt; Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Dichtrings gemäß der Erfindung im Querschnitt zeigt;
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines beschichteten Dichtrings gemäß der Erfindung im
Querschnitt zeigt;
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform eines profilierten Dichtrings gemäß der Erfindung im Querschnitt zeigt;
Fig. 5 eine dreidimensionale Ansicht eines Sektorausschnitts eines Dichtrings gemäß der Erfindung im Querschnitt zeigt; und
Fig. 6 einen vollständigen Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtrings gezeigt. Der Dichtring umfasst einen inneren Ring 2 mit V-förmigem Querschnitt, sowie einen äußeren Ring 4 mit ebenfalls V-förmigem Querschnitt.
Der innere Ring 2 und der äußere Ring 4 liegen aneinander an. Dadurch wird eine verbesserte Dichtwirkung durch Ausbildung eines Labyrinth-Effekts erzielt. Die offene Seite kann, wir hier gezeigt, nach innen weisen. Mit anderen Worten, die geschlossene Seite des äußeren Rings 4 ist auf der Außenseite des gesamten Dichtrings gelegen, während die offene Seite der inneren Rings 2 auf der Innenseite des gesamten Dichtrings gelegen ist.
In alternativen Ausführungsformen kann dies aber auch umgekehrt sein. In solchen Ausführungsformen weist die offene Seite der V-Ringe nach außen, d.h. die geschlossene Seite des äußeren Rings ist auf der Außenseite des gesamten Dichtrings gelegen, während die geschlossene Seite der inneren Rings auf der Innenseite des gesamten Dichtrings gelegen ist.
Es soll angemerkt werden, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung von V-Ringen beschränkt ist, sondern sich auch auf ähnliche Formen wie U-Ringe, halbkreisförmige Ringe und dergleichen erstreckt. Dabei handelt es sich jeweils um Formen mit einer offenen Seite (in dieser Figur rechts angeordnet) und einer geschlossenen Seite (in dieser Figur links angeordnet).
In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dieser Dichtring umfasst einen inneren Ring 2, einen äußeren Ring 4 und zusätzlich einen Zwischenring 6. Alle Ringe weisen eine V-Form auf und weisen mit der offenen Seite in die gleiche Richtung. Auch in dieser Figur ist beispielhaft die Variante mit nach innen offenen V-Ringen gezeigt, wobei die Erfindung sich auch auf die umgekehrte Ausführungsform erstreckt.
Die Verwendung von mehr als zwei Ringen bietet eine flexiblere Möglichkeit, Materialart- und -Stärke der Ringe anzupassen, um das gewünschte Anpassungs- und Abdichtverhalten zu erzielen. Die Materialdicke beeinflusst auch den Spalt 3 (hier gestrichelt angedeutet), der zwischen zwei Ringen gebildet wird. Je dünner die beteiligten Ringe sind, desto kleiner ist der Spalt 3. Über die Wahl des Materials kann die Elastizität des entsprechenden Ringes eingestellt werden.
In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform baut auf der in Fig. 2 gezeigten Variante mit einem inneren Ring 2, einem äußeren Ring 4 und einem Zwischenring 6 auf. Zusätzlich ist hier eine Beschichtung 8 vorgesehen, um die Abdichtung in den axialen Abdichtzonen zu verbessern.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtrings gezeigt. Diese
Ausführungsform stellt eine Erweiterung der in Fig. 1 gezeigten Variante dar. Dieser Dichtring umfasst ebenfalls einen inneren Ring 2 und einen äußeren Ring 4. Beide Ringe weisen eine V-Form auf und weisen mit der offenen Seite in die gleiche Richtung (hier nach innen, in alternativen Ausführungsformen aber auch nach außen).
Um die Abdichtung in den axialen Abdichtzonen zu verbessern, weist dieser Dichtring eine Profilierung 10 auf.
In Fig. 5 ist eine dreidimensionale Ansicht eines Teilsektors eines erfindungsgemäßen Dichtrings gezeigt. Der Dichtring weist einen inneren V-förmigen Ring 2 und einen äußeren V-förmigen Ring 4 auf. Der Übergangsbereich zwischen Ring 2 und Ring 4 ist hier nicht wie bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen stufenförmig. Stattdessen erstreckt sich der innere Ring 2 auch in den bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen vorhandenen Spalt hinein, so dass sich insgesamt ein spaltloser Übergang ergibt.
In Fig. 6 ist ein Gesamtquerschnitt durch einen Dichtring gezeigt, der dem aus Fig. 2 entspricht.
Eine Kombination der Ausführungsformen von Fig. 3 und 4 ist ebenfalls möglich, d.h. es kann sowohl eine Profilierung als auch Beschichtung in der (oder einer der oder auch mehreren) Abdichtzonen vorgesehen werden. Die Profilierung kann auf demselben bzw. denselben Ring(en) angeordnet sein wie die Beschichtung. So könnte beispielsweise ein Dichtring ähnlich dem von Fig. 3 zusätzlich mit einer Profilierung des Zwischenrings versehen sein.
In anderen Ausführungsformen ist ein Ring (oder sind mehrere Ringe) beschichtet und ein anderer profiliert (oder mehrere). Beispielsweise kann in einer auf Fig. 3 aufbauenden Ausführungsform sich die Beschichtung nur auf den inneren und den Zwischenring erstrecken, während der äußere Ring nicht beschichtet, aber profiliert ist.
Verschiedene Anzahlen der Ringe (zwei, drei oder mehr), optionale Beschichtung und optionale Profilierung können beliebig miteinander kombiniert werden. Die zwei axialen Abdichtzonen müssen nicht notwendigerweise gleich ausgeführt sein. So kann beispielsweise eine erste Abdichtzone nur beschichtet sein, während die zweite Abdichtzone nur profiliert ist. Auch kann nur eine Abdichtzone beschichtet und/oder profiliert sein.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf Ausführungsformen mit mehr als drei Ringen, wobei in diesem Fall die Anzahl der Zwischenringe größer eins ist. Der Dichtring der Erfindung kann sowohl nach innen als auch nach außen hin offen geformt sein, wobei in der vorstehenden Beschreibung in beispielhafter Weise nur die nach innen offene Variante beschrieben wurde.

Claims

Ansprüche
1. Dichtring, insbesondere für Bauteile einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer ersten und einer zweiten axialen Abdichtzone, umfassend - einen inneren geschlossenen Ring (2) mit V-förmigem Querschnitt; und einen äußeren geschlossenen Ring (4) mit V-förmigem Querschnitt, dessen offene Seite in die gleiche Richtung wie die des inneren Rings (2) weist.
2. Dichtring nach Anspruch 1 , weiter umfassend - einen oder mehrere geschlossene Zwischen-Ringe (6) mit V-förmigem
Querschnitt, angeordnet zwischen dem inneren Ring (2) und dem äußeren Ring (4), wobei die offene Seite in die gleiche Richtung wie die des inneren (2) und äußeren Rings (4) weist.
3. Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, wobei der äußere Ring (4) aus einem weicheren Material als dem des inneren Rings (2) besteht.
4. Dichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der äußere Ring (4) aus einem nicht wärmehärtbaren Material und der innere Ring (2) aus einem wärmehärtbaren Material besteht.
5. Dichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dichtring in mindestens einer der Abdichtzonen eine Profilierung (10) aufweist.
6. Dichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dichtring in mindestens einer der Abdichtzonen eine Beschichtung (8) aufweist.
7. Dichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein V- förmiger Ring (2, 4, 6) sich in der Materialstärke und/oder dem Material von mindestens einem der anderen V-förmigen Ringe (2, 4, 6) unterscheidet.
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