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Die
Erfindung betrifft eine Flachdichtung mit mindestens einer wenigstens
einen Durchbruch aufweisenden Metallage und mindestens einem um
den Durchbruch herum angeordneten und mit der Metallage verschweißten Metallring
sowie ein Verfahren zur Herstellung der Flachdichtung.
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Flachdichtungen
werden heutzutage auf vielen technischen Gebieten eingesetzt. Eines
dieser Gebiete bilden Brennkraftmaschinen, wo die Flachdichtungen
als Zylinderkopfdichtungen Verwendung finden. Die Flachdichtungen
sind hierbei zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock der
Brennkraftmaschine angeordnet. Den Durchbrüchen sind Brennkammern, Kühl- und
Schmiermitteldurchführungen
sowie Durchgänge
für Befestigungsmittel
zugeordnet, die den Zylinderkopf, die Flachdichtung und den Zylinderblock
zusammenhalten. Das Dichtvermögen
der Flachdichtung wird insbesondere durch den Metallring bewirkt.
Dieser wirkt beim Anziehen der Befestigungsmittel wie auch beim
Betrieb der Brennkraftmaschine einer von außen auf die Flachdichtung einwirkenden
Kraftbeaufschlagung entgegen. Ein weiteres technisches Gebiet, auf
dem Flachdichtungen der hier angesprochenen Art zum Einsatz kommen,
bilden beispielsweise Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen, wo die Flachdichtungen vornehmlich
als Auspuffdichtungen dienen.
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Der
Metallring kann mittels verschiedener Verfahren an der Metallage
befestigt werden. Eines dieser Verfahren ist das in der deutschen
Offenlegungsschrift
DE
195 48 236 A1 beschriebene Verschweißen des Metallrings und der
Metallage miteinander. Der Metallring wird bei diesem Verfahren
mit der Metallage in Berührkontakt
gebracht und an diese mittels Schweißelektroden angepreßt. Durch
die Schweißelektroden
wird ein Schweißstrom
in den Metallring und die Metallage eingeleitet. Der Schweißstrom erwärmt den
Metallring und die Metallage an bestimmten Stellen. An diesen Stellen verbindet
sich das Material des Metallrings und der Metallage, wodurch eine
Schweißverbindung
zwischen beiden zustandekommt.
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Auch
in der
DE 37 41 344
A1 wird vorgeschlagen, bei einer Metalldichtung mit einer
Grundplatte, die abzudichtende Bohrungen aufweist, ringförmige metallische
Dichtungselemente an den Außenflächen des
Umfangs der abzudichtenden Bohrung anzubringen. Dabei wird für das Anbringen
vorzugsweise eine thermische Druckverbindung, eine Ultraschallverbindung,
Buckelschweißen
oder Widerstandsschweißung
vorgeschlagen. Das Dichtungselement kann beispielsweise innerhalb
oder außerhalb
eines die Bohrung umgebenden vorspringenden Wulstes oder auch auf
dem vorspringenden Wulst angebracht sein. In jedem Falle liegt das
Dichtungselement der Grundplatte vollflächig an. Dies gilt insbesondere
auch, wenn es auf dem vorspringenden Wulst angebracht ist. Es schmiegt
sich auch in diesem Falle flächig
an den Wulst an.
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Es
hat sich herausgestellt, daß sich
bei Flachdichtungen, die nach den beschriebenen Verfahren hergestellt
wurden, der Metallring von der Metallage lösen kann, die Schweißverbindung
mithin nicht beständig
ist. Dies beeinflußt
das Dichtvermögen
der Flachdichtung nachteilig.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Flachdichtung bereitzustellen,
deren Schweißverbindungen über lange
Zeit beständig
sind. Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung derartiger Flachdichtungen zu entwickeln.
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Die
Aufgabe wird durch eine Flachdichtung der hier angesprochenen Art
gelöst,
die sich dadurch auszeichnet, daß die Metallage und der Metallring über eine
Schweißsicke
miteinander verschweißt sind,
die die Metallage und den Metallring in einem Abstand voneinander
hält. Wenn
der Metallring vor dem Verschweißen mit der Metallage in Berührkontakt
gebracht wird, so erfolgt wegen der Schweißsicke – die im Zuge dieser Lehre
vor und nach dem Verschweißen
als solche bezeichnet wird – kein
flächiges
Aufliegen des Metallrings auf der Metallage. Der Berührkontakt
findet vielmehr nur zwischen dem Scheitel der Schweißsicke und
einem ringförmigen Bereich
auf dem Metallring statt. Werden der Metallring und die Metallage
nun mittels der Schweißelektroden
aneinandergepreßt,
so ist der Bereich zwischen dem Metallring und der Metallage, über den der
Schweißstrom
fließt,
sehr viel kleiner als bei flächiger
Auflage. Entsprechend wird nur ein sehr kleiner Bereich des Metallrings
und der Metallage erwärmt,
so daß die
Schweißverbindung
besser lokal begrenzt und daher belastbarer wird. Die Schweißverbindung
der Flachdichtung wird so zeitlich beständiger und das Dichtvermögen der
Flachdichtung steigt.
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Der
Abstand zwischen dem Metallring und der Metallage wird in Abhängigkeit
von der Steifigkeit der Materialien, aus denen der Zylinderkopf
und der Zylinderblock und insbesondere deren abzudichtende Begrenzungsflächen bestehen,
in Abhängigkeit von
der Form der Begrenzungsflächen
sowie in Abhängigkeit
von anderen Parametern gewählt.
Bei Materialen großer
Steifigkeit bietet sich eine vorteilhafte Weiterbildung der Flachdichtung
an, bei der der Abstand zwischen dem Metallring und der Metallage
in Umfangsrichtung des Metallringes konstant ist. Der Abstand wird
reziprok zur Steifigkeit der Materialien – kleiner Abstand bei großer Steifigkeit
und großer
Abstand bei kleiner Steifigkeit – gewählt und liegt üblicherweise
zwischen 5 und 150 Mikrometern (bevorzugt zwischen 10 und 40 Mikrometern).
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Bei
geringerer Steifigkeit der Materialien der abzudichtenden Begrenzungsflächen, beispielsweise
bei Leichtbaumotoren, bietet sich als vorteilhafte Weiterbildung
der Flachdichtung an, den Abstand zwischen dem Metallring und der
Metallage in Umfangsrichtung des Metallringes variabel vorzusehen. Die
Flachdichtung weist in diesem Fall vorzugsweise eine Topographie
auf, die den zu erwartenden Verzügen,
beispielsweise bei Leichtbauzylinderköpfen, Rechnung trägt.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Flachdichtung ist vorgesehen, daß die Schweißsicke entlang
ihrer Höhenerstreckungsrichtung
plastisch, plastisch elastisch oder elastisch komprimierbar ist.
Bei starker äußerer Kraftbeaufschlagung
der Flachdichtung verringert sich der Abstand zwischen der Metallage
und dem Metallring. Insbesondere bei elastisch ausgebildeter Schweißsicke wirkt
deren Elastizität
gegen die Kraftbeaufschlagung. Die Schweißsicke sucht also den Metallring
von der Metallage wegzudrücken,
was das Dichtvermögen
der Flachdichtung steigert. Aber auch bei rein plastischer Verformung
der Schweißsicke
ergibt sich aufgrund der Anpassung an die Topographie der Begrenzungsflächen ein
günstiger
Einfluß auf
das Dichtvermögen.
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Die
Metallage ist aus Aluminium oder Stahlblech, vorzugsweise Edelstahl,
Federstahl oder Kohlenstoffstahl, der Metallring aus Kupfer, Bronze,
oder ebenfalls Aluminium, Stahlblech, vorzugsweise Edelstahl, Federstahl
oder Kohlenstoffstahl, gefertigt. Diese Materialien weisen eine
gewisse Eigenelastizität auf.
Das Streben der Metallage und des Metallrings, im Bereich der Schweißsicke einer äußeren Kraftbeaufschlagung
entgegenzuwirken, wird verstärkt,
was sich ebenfalls förderlich
auf das Dichtvermögen
der Flachdichtung auswirkt.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung der Flachdichtung ist die Schweißsicke kontinuierlich
um den Durchbruch herumlaufend ausgebildet. Die derart ausgebildete
Schweißsicke
entfaltet ihr Dichtvermögen
insbesondere bei Verbrennungsgasen. Diese Weiterbildung der Flachdichtung
bietet sich daher insbesondere für
Durchbrüche
von Brennkraftmaschinen an, die den Brennkammern der Brennkraftmaschine
zugeordnet sind, da das in der Brennkammer befindliche Verbrennungsgas
unter hohem Druck steht und jeder Druckverlust einen Leistungsverlust
der Brennkraftmaschine nach sich zieht.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Flachdichtung weist
die Metallage mindestens eine Dichtsicke auf. Die Dichtsicke, die
hinsichtlich ihres Querschnitts ähnlich
der Schweißsicke
ausgebildet sein kann und eine Höhe
von üblicherweise zwischen
100 und 300 Mikrometern (bevorzugt zwischen 180 und 200 Mikrometern)
aufweist, wirkt aufgrund ihrer Eigenelastizität ebenfalls einer äußeren Kraftbeaufschlagung
entgegen. Sie stellt daher ein weiteres Mittel zur Erhöhung des
Dichtvermögens der
Flachdichtung dar.
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Es
gibt verschiedene Möglichkeiten,
die Dichtsicke und den Metallring in der Metallage anzuordnen. Eine
dieser Möglichkeiten
ist die Anordnung der Dichtsicke um den Metallring herum, eine weitere besteht
in der Anordnung des Metallrings um die Dichtsicke herum. Beide
Möglichkeiten
bieten sich für
Durchbrüche
an, die einer Brennkammer zugeordnet sind.
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Bei
einer anderen Weiterbildung der Flachdichtung ist die Schweißsicke innerhalb
der Dichtsicke angeordnet. Bei dieser Weiterbildung beanspruchen
die Dichtsicke und die Schweißsicke
nicht jeweils eigenen Raum auf der Metallage, weshalb diese Weiterbildung
insbesondere bei kleinen Flachdichtungen von Vorteil ist.
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Bei
einer anderen Weiterbildung der Flachdichtung ist um die Dichtsicke
herum ein weiterer Metallring angeordnet. Die Dichtsicke ist dabei
von zwei Seiten von jeweils einem Metallring umgeben. Da jeder Metallring über eine
Schweißsicke
mit der Metallage verschweißt
ist, stehen mit der Dichtsicke und den beiden Schweißsicken
drei Mittel zur Erhöhung des
Dichtvermögens
der Flachdichtung zur Verfügung.
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Bei
Ausführungsbeispielen
der Flachdichtung, die mehr als eine Metallage aufweisen, bieten sich
verschiedene vorteilhafte Weiterbildungen an. So können zwei
aneinanderliegende Metallagen derart angeordnet sein, daß jeweils
darin vorhandene Dichtsicken einander gegenüberliegen oder gegeneinander
versetzt sind. Des weiteren können
die Dichtsicken in gleiche oder verschiedene Richtungen weisen.
Die Dichtsicke kann bei mehrlagigen Konstruktionen auch in einer
Metallage der Flachdichtung angeordnet sein, die keine Schweißverbindung mit
dem Metallring aufweist.
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In
einer anderen bevorzugten Weiterbildung weist mindestens eine der
beiden an dem Metallring anliegenden Metallagen eine Vertiefung
oder Kröpfung
zur Symmetrierung des Metallrings auf. Wird diese Weiterbildung
der Flachdichtung von außen kraftbeaufschlagt,
so tritt der Metallring in die Vertiefung oder Kröpfung der
Metallage ein. Hierdurch wird eine Symmetrierung des Metallringes
bewirkt.
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Die
Aufgabe wird des weiteren durch ein Verfahren zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Flachdichtung
gelöst,
daß durch
das Einbringen der Schweißsicke
in die Metallage und/oder den Metallring und das Herstellen der
Schweißverbindung
zwischen der Metallage und dem Metallring durch Buckelschweißen gekennzeichnet
ist. Die Schweißsicke
wird üblicherweise
durch Einprägen
in die Metallage eingebracht. Beim Buckelschweißen werden zunächst die
Metallage und der Metallring im Bereich der Schweißsicke in
Berührkontakt
gebracht. Der Berührkontakt
findet hierbei nur zwischen dem Scheitel der Schweißsicke und
einem Teil des Metallringes statt. Anschließend werden die Metallagen
und der Metallring derart mit jeweils einer Schweißelektrode verbunden,
daß zum
einen ein Schweißstrom
von der einen Schweißelektrode über die
Metallage, die Schweißsicke
und den Metallring zu der anderen Schweißelektrode fließen kann,
zum anderen die Metallage und der Metallring mittels der Schweißelektroden
gegeneinander gepreßt
werden können. Sodann
wird bei niedriger Spannung ein elektrischer Schweißstrom hoher
Stromstärke
von der einen Schweißelektrode über die
Metallage, die Schweißsicke
und den Metallring zu der anderen Schweißelektrode geleitet, während gleichzeitig
die beiden Schweißelektroden
den Metallring und die Metallage aneinanderpressen. Durch den elektrischen
Widerstand des Metalls im Bereich der Schweißsicke erwärmen sich die Schweißsicke und
der Metallring bis auf die Schweißtemperatur. Die Metalle des
Metallrings und der Metallage verbinden sich, wodurch die Schweißverbindung
entsteht.
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Vor
dem Verschweißen
kann die Schweißsicke
Querschnitte verschiedener Formen aufweisen. Als besonders vorteilhaft
haben sich aufgrund ihrer einfachen Form und Herstellbarkeit U-förmige, V-förmige, Ω-förmige und
trapezförmige
Querschnitte erwiesen.
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Besonders
zeitsparend – da
in einem Arbeitsgang ausführbar – ist eine
Ausführungsvariante des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei der beim Einbringen der Schweißsicke in die Metallage auch mindestens
eine Dichtsicke in die Metallage eingebracht wird. Das Einbringen
der Schweißsicken
und der Dichtsicken in die Metallage kann dabei gleichzeitig oder
nacheinander erfolgen.
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Zudem
ist bei einer bevorzugten Ausführungsvariante
des Verfahrens vorgesehen, daß der für die Herstellung
der Buckelschweißverbindung
nötige
Schweißstrom
durch das Entladen eines Kondensators bereitgestellt wird. Diese
Vorgehensweise stellt die einfachste Möglichkeit dar, innerhalb einer sehr
kurzen Zeitspannne einen Stromstoß hoher Stromstärke zu erzeugen.
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Schließlich kann
beim Herstellen der Schweißverbindung
die Verflachung der Schweißsicke
und damit der Abstand zwischen der Metallage und dem Metallring
dadurch von außen
beeinflußt werden,
daß mindestens
ein Verformungsbegrenzer innerhalb der Schweißsicke oder mindestens ein
Anschlagelement außerhalb
der Schweißsicke
angeordnet ist. Der durch die Schweißelektroden während des
Schweißens
auf die Metallage und den Metallring ausgeübte Druck bedingt eine Verflachung
der Schweißsicke.
Die Verflachung wird durch den erfindungsgemäßen Einsatz des Verformungsbegrenzers und/oder
des Anschlagelements begrenzt. Die Höhe des Verformungsbegrenzers
und/oder des Anschlagelements bestimmt dabei wesentlich den Abstand zwischen
der Metallage und dem Metallring nach dem Herstellen der Schweißverbindung.
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Andere
Ausführungsbeispiele
und Weiterbildungen der Flachdichtung und Ausführungsvarianten des Verfahrens
zu deren Herstellung sowie jeweils deren Vorteile ergeben sich aus
der nachstehenden Figurenbeschreibung. Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer als Zylinderkopfdichtung ausgebildeten Flachdichtung in schematischer
Draufsicht,
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2, 3 und 4 jeweils
ein Ausführungsbeispiel
einer einlagigen Flachdichtung in schematischer Seitenansicht,
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5 und 6 jeweils
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der einlagigen Flachdichtung in schematischer Seitenansicht,
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7 und 8 jeweils
ein Ausführungsbeispiel
einer zweilagigen Flachdichtung in schematischer Seitenansicht,
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9 ein
Ausführungsbeispiel
einer dreilagigen Flachdichtung in schematischer Seitenansicht,
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10 und 11 jeweils
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der dreilagigen Flachdichtung in schematischer Seitenansicht,
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12 ein
Diagramm, das elastische Eigenschaften der Flachdichtung verdeutlicht
und
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13 und 14 eine
Ausführungsvariante
eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 zeigt
eine metallische Flachdichtung 1, die als Zylinderkopfdichtung 2 ausgebildet
ist. Die Flachdichtung 1 ist zwischen einem (nicht dargestellten)
Zylinderkopf und einem (ebenfalls nicht dargestellten) Zylinderblock
einer Brennkraftmaschine angeordnet. Die Flachdichtung 1 umfaßt mehrere
aneinanderliegend angeordnete Metallagen 3, von denen in
der 1 nur die zuoberst angeordnete sichtbar ist. Die
Metallagen 3 weisen jeweils eine Mehrzahl von Durchbrüchen 4 auf
und sind derart angeordnet, daß die
Durchbrüche 4 kongruent
zueinander liegen.
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Die
Durchbrüche 4 treten
als Durchbrüche 4a, 4b und 4c auf,
wobei die Durchbrüche 4a den Brennkammern
der Brennkraftmaschine, die Durchbrüche 4b den Kühl- und
Schmiermitteldurchführungen
der Brennkraftmaschine und die Durchbrüche 4c den Befestigungsmitteldurchgängen der
Brennkraftmaschine zugeordnet sind.
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Um
die Durchbrüche 4a herum
ist jeweils ein Metallring 5 angeordnet. Der Metallring 5 weist
einen inneren Umfang 5a und einen äußeren Umfang 5b auf.
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Sowohl
die Metallage 3 als auch der Metallring 5 sind
aus Stahlblech gefertigt. Andere Materialien wie Aluminium und für den Metallring 5 insbesondere
Kupfer oder Bronze sind ebenfalls möglich.
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Bei
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der
Flachdichtung 1 ist jeweils einem Durchbruch 4a ein
Metallring 5 zugeordnet, wobei der Durchbruch 4a und
der Metallring 5 jeweils kreisförmig ausgebildet sind. Es ist
alternativ hierzu auch möglich,
einen Metallring 5 jeweils um eine Mehrzahl von Durchbrüchen 4 herum
anzuordnen sowie andere Formen für den
Durchbruch 4 und den Metallring 5 vorzusehen.
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Um
die Durchbrüche 4 und
die Metallringe 5 herum ist des weiteren jeweils eine Dichtsicke 6 angeordnet.
Die Dichtsicke 6 erstreckt sich in 1 wie der
Metallring 5 aus der Zeichenebene heraus. Die Dichtsicke 6 weist
eine Höhe
von etwa 180 Mikrometern auf.
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Die 2 bis 11 zeigen
jeweils einen Ausschnitt der Flachdichtung 1 in schematischer
Seitenansicht. Gezeigt ist hierbei jeweils nur die unmittelbare
Umgebung des einer Brennkammer zugeordneten Durchbruchs 4a.
Der Durchbruch 4a selbst befindet sich in den 2 bis 11 jeweils
rechts vom Rand der Metallage 3, der Zylinderkopf jeweils
oberhalb und der Zylinderblock jeweils unterhalb des dargestellten
Ausführungsbeispiels
der Flachdichtung 1.
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Aus
der 2 ist zu entnehmen, daß der Metallring 5 nicht
flächig
an der Metallage 3 anliegt, sondern über eine Schweißsicke 7 in
einem Abstand a von der Metallage 3 gehalten ist. Der Abstand
a beträgt
etwa 40 Mikrometer. Er ist, solange die Flachdichtung 1 nicht
von außen
kraftbeaufschlagt wird, um den gesamten Durchbruch 4a herum
konstant, weshalb der Metallring 5 und die Metallage 3 parallel zueinander
angeordnet sind und der innere Umfang 5a und der äußere Umfang 5b des
Metallrings 5 jeweils den gleichen Abstand a von der Metallage 3 aufweisen.
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Die
Schweißsicke 7 ist
entlang ihrer Höhenerstreckungsrichtung
h elastisch komprimierbar. Als Folge einer äußeren Kraftbeaufschlagung verringert sich
dadurch der Abstand a zwischen der Metallage 3 und dem
Metallring 5. Bei Nachlassen der äußeren Kraftbeaufschlagung vergrößert sich
der Abstand a von sich aus wieder.
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Je
nach Ausbildung der Flächen
des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks, zwischen denen die Metallage 3 und
der Metallring 5 der Flachdichtung 1 angeordnet
sind, sowie auch in Abhängigkeit von
der Steifigkeit der Materialien, aus denen der Zylinderkopf und
der Zylinderblock gefertigt sind, sind auch in Umfangsrichtung variable
Werte für
den Abstand a möglich.
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Die 3 und 4 zeigen
jeweils ein Ausführungsbeispiel
der Flachdichtung 1, das mit einer Dichtsicke 6 versehen
ist. Die Dichtsicke 6 weist einen Querschnitt auf, der
in etwa einem höhengestauchten
kopfstehenden U ähnelt.
Die Dichtsicke 6 ist in beiden Ausführungsbeispielen an den äußeren Umfang 5b des
Metallrings 5 anschließend
angeordnet. Die Dichtsicke 6 weist eine Höhe von etwa
180 Mikrometern auf.
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Die
Ausführungsbeispiele
der Flachdichtung 1, die in den 3 und 4 dargestellt
sind, machen einen Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich. Die
Schweißsicke 7 kann
nämlich
sowohl in die Metallage 3 (3) als auch
in den Metallring 5 (4) eingebracht
sein. Ob die Schweißsicke 7 in
die Metallage 3 oder den Metallring 5 eingebracht
wird, hängt
davon ab, welcher der beiden Bestandteile der Flachdichtung 1 eine
größere Steifigkeit
aufweist. Die Schweißsicke 7 wird üblicherweise
in das steifere der beiden Bestandteile eingebracht.
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Alternativ
zu den Ausführungsbeispielen
der 3 und 4 ist es jedoch auch möglich, sowohl in
der Metallage 3 als auch in dem Metallring 5 jeweils
eine Schweißsicke 7 vorzusehen.
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Die 5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Flachdichtung 1. Dieses Ausführungsbeispiel weist einen
zweiten Metallring 5' auf.
Der zweite Metallring 5' ist über eine
zweite Schweißsicke 7' mit der Metallage 3 verschweißt. Er schließt mit seinem inneren
Umfang 5a' an
die Dichtsicke 6 an. Der Metallring 5 und die
Schweißsicke 7 einerseits
und der Metallring 5' und
die Schweißsicke 7' andererseits sind
bezüglich
einer durch den Scheitel 6a der Dichtsicke 6 laufenden
und rechtwinklig auf der Erstreckungsebene der Metallage 3 verlaufenden
Ebene symmetrisch angeordnet.
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Bei
dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Flachdichtung 1 ist
die Schweißsicke 7 in dem
Scheitel 6a der Dichtsicke 6 angeordnet. Die Dichtsicke 6 und
die Schweißsicke 7 erstrecken
sich hierbei in entgegengesetzte Richtungen (die Dichtsicke 6 nach
oben, die Schweißsicke 7 nach
unten). Der Metallring 5 ist über die Schweißsicke 7 mit
der Metallage 3 verschweißt und erstreckt sich im wesentlichen
parallel zur Erstreckungsebene der Metallage 3. Er ist
somit innerhalb der Dichtsicke 6 befindlich.
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In
der 6 ist besonders gut zu erkennen, daß die Schweißsicke 7 eine
geringere Höhe
aufweist als die Dichtsicke 6. Dies gilt für die meisten
in praxi auftretenden Ausführungsbeispiele
der Flachdichtung 1.
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Die 7 und 8 zeigen
jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Flachdichtung 1. Die Flachdichtungen 1 der 7 und 8 weisen
jeweils zwei Metallagen 3 und 3' auf. Die Erstreckungsebenen der
Metallagen 3 und 3' sind
im wesentlichen parallel zueinander. Die Metallage 3' weist eine Dichtsicke 6' auf. Die Dichtsicke 6 und
die Dichtsicke 6' weisen
in entgegengesetzte Richtungen (die Dichtsicke 6 nach oben,
die Dichtsicke 6' nach
unten). Der Scheitel 6a' der
Dichtsicke 6' und
der Scheitel 6a der Dichtsicke 6 sind flächig ausgebildet,
wobei die Scheitel 6a und 6a' parallel zueinander angeordnet sind.
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Bezüglich der
Einbringung der Schweißsicken 7 entsprechen
die Ausführungsbeispiele
der Flachdichtung 1 in den 7 und 8 denjenigen in
den 3 und 4, das heißt, bei ersterem ist die Schweißsicke 7 in
die Metallage 3 eingebracht, während bei letzterem die Schweißsicke 7 im
Metallring 5 vorgesehen ist.
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Die 9 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Flachdichtung 1. Dieses umfaßt drei Metallagen 3, 3', 3''. Die Metallagen 3 und 3'' weisen jeweils Dichtsicken 6 und 6'' auf, die zueinander weisen. Die
Scheitel 6a und 6a'' der Dichtsicken 6 und 6'' sind wie bei den Ausführungsbeispielen
der 7 und 8 flächig ausgebildet und erstrecken
sich im wesentlichen parallel zueinander. Die Metallage 3' ist zwischen
den Metallagen 3 und 3'' angeordnet
und erstreckt sich im wesentlichen parallel zu diesen.
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Die 10 zeigt
ein drei Metallagen 3, 3', 3'' umfassendes
Ausführungsbeispiel
der Flachdichtung 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schweißsicke 7'' in die (in 10 obere)
Metallage 3'' eingebracht.
Sie weist zu der (in 10 mittleren) Metallage 3'. Über die
Schweißsicke 7'' ist der Metallring 5 mit
der Metallage 3'' verschweißt. Die
Metallage 3' weist
eine Kröpfung 8 auf,
die sich über
eine Kröpfungsflanke 8a von
der Metallage 3' erhebt.
Die Kröpfung 8 ist
derart in der Metallage 3' angeordnet,
daß bei
einer von außen
auf die Metallage 3'' einwirkenden
Kraftbeaufschlagung, die mit einer Versetzung des Metallrings 5 in
der Höhenerstreckungsrichtug
h der Schweißsicke 7'' einhergeht, die Kröpfung 8 den Metallring 5 aufnehmen
kann. In diesem Fall sind der äußere Umfang 5b des
Metallrings 5 und die Kröpfungsflanke 8a der
Kröpfung 8 einander
gegenüberliegend
angeordnet.
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In 11 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Flachdichtung 1 dargestellt, das im wesentlichen mit
demjenigen der 10 übereinstimmt, nur ist die Kröpfung 8 des
Ausführungsbeispiels
der 10 in 11 durch
eine Dichtsicke 6' ersetzt.
Die Dichtsicke 6' weist
in die gleiche Richtung wie die Schweißsicke 7'' (in 11 nach
unten). Der Scheitel 6a' der
Dichtsicke 6' ist
flächig
ausgebildet und liegt an der Metallage 3 an.
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Die 12 zeigt
ein Diagramm, das die Elastizität
der Flachdichtung 1 verdeutlicht. Das Diagramm beinhaltet
ein kartesisches Koordinatensystem, auf dessen Abszisse die Zusammenpressung (gemessen
in Millimetern) und auf dessen Ordinate die Linienpressung (gemessen
in Newton pro Millimeter) aufgetragen sind. In das kartesische Koordinatensystem
sind zwei Graphen mit gestrichelten Linien und zwei Graphen mit
durchgezogenen Linien eingetragen. Die durch gestrichelte Linien
dargestellten Graphen zeigen die Linienpressung in Abhängigkeit
von der Zusammenpressung bei elastischen erfindungsgemäßen Metallringen,
während
die durch durchgezogene Linien dargestellten Graphen dies für starre
Metallringe darstellen.
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Aus
dem Diagramm wird deutlich, daß bei steigender
Zusammenpressung die Linienpressung bei starren Metallringen später und
steiler erfolgt, als dies bei elastischen Metallringen der Fall
ist. Hieraus ergibt sich, daß die
Rückfederung
bei starren Metallringen früher
und stärker
abfällt.
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Die
Flachdichtung 1 wird durch ein mehrere Schritte umfassendes
Verfahren hergestellt. Zunächst
wird oder werden in die Metallage 3 eine oder mehrere Schweißsicken 7 und
gegebenenfalls eine oder mehrere Dichtsicken 6 eingebracht.
Das Einbringen der Schweißsicken 7 und
der Dichtsicken 6 erfolgt durch Prägung. Sodann werden in einem
ersten Verfahrensschritt die Metallage 3 und der Metallring 5 im
Bereich der Schweißsicke 7 miteinander
in Berührkontakt
gebracht. Die Metallage 3 und der Metallring 5 werden
anschließend
in einem zweiten Verfahrensschritt derart mit jeweils einer Schweißelektrode 9 verbunden
(13 und 14), daß einerseits
ein elektrischer Schweißstrom
von der einen Schweißelektrode 9a über den
Metallring 5, die Schweißsicke 7 und die Metallage 3 zu
der anderen Schweißelektrode 9b fließen kann
und andererseits der Metallring 5 und die Metallage 3 mittels
der Schweißelektroden 9a und 9b gegeneinander
gepreßt
werden können.
In einem dritten Verfahrensschritt, dem eigentlichen Buckelschweißen, wird
bei niedriger Spannung ein durch Entladung eines Kondensators bereitgestellter
elektrischer Schweißstrom hoher
Stromstärke
von der einen Schweißelektrode 9a über den
Metallring 5, die Schweißsicke 7 und die Metallage 3 zu
der anderen Schweißelektrode 9b geleitet,
während
gleichzeitig die beiden Schweißelektroden 9a und 9b den
Metallring 5 und die Metallage 3 gegeneinanderpressen.
Durch die Pressung wird die Schweißsicke 7 leicht verflacht.
Durch den elektrischen Widerstand im Bereich der Schweißsicke 7 erwärmen sich
die Schweißsicke 7 und
der Metallring 5 bis auf die Schweißtemperatur. Die Materialien
des Metallrings 5 und der Metallage 3 verbinden
sich, wodurch die Schweißverbindung
zwischen dem Metallring 5 und der Metallage 3 entsteht.
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Die 13 und 14 machen
eine besondere Ausführungsvariante
des Buckelschweißverfahrens
deutlich, bei dem jeweils ein Zusatzelement 10 zum Einsatz
kommt.
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In
der 13 ist das Zusatzelement 10 als Verformungsbegrenzer 10a ausgebildet.
Der Verformungsbegrenzer 10a weist die Form eines Torus
sowie einen Querschnitt auf, der einem Quadrat mit einseitig abgerundetem
Kantenbereich ähnelt.
Die Abrundung des Kantenbereichs entspricht dabei der Form der Schweißsicke 7.
Der Verformungsbegrenzer 10a ist innerhalb der Schweißsicke 7 angeordnet, so
daß der
abgerundete Kantenbereich flächig
an der Innenseite der Schweißsicke 7 anliegen
kann.
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Die
beiden Schweißelektroden 9a und 9b werden
zur Herstellung der Schweißverbindung
derart an die Schweißsicke 7 der
Flachdichtung 1 angelegt, daß der Verformungsbegrenzer 10a durch
die Schweißelektrode 9b abgestützt wird.
Durch eine Bewegung der Schweißelektroden 9a und/oder 9b entlang
der Höhenerstreckungsrichtung
h der Schweißsicke 7 (die
Schweißelektrode 9a nach
unten, die Schweißelektrode 9b nach
oben) werden der Metallring 5 und die Metallage 3 gegeneinandergepreßt. Diese
Bewegung entlang der Höhenerstreckungsrichtung
h wird durch den Verformungsbegrenzer 10a begrenzt. Durch
geeignete Wahl der Höhe
des Verformungsbegrenzers 10a kann so die Verflachung der
Schweißsicke 7 während des
Buckelschweißvorgangs
gesteuert werden.
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Die 14 zeigt
eine Ausführungsvariante des
Verfahrens, bei dem anstatt des Verformungsbegrenzers 10a der 13 zwei
Anschlagelemente 10b vorgesehen sind. Die Anschlagelemente 10b sind
jeweils torusförmig
ausgebildet und weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Anschlagelemente 10b sind
zu beiden Seiten der Schweißsicke 7 angeordnet.
Das Gegeneinanderpressen der Metallage 3 und des Metallringes 5 wird
wieder durch eine entsprechende Bewegung der Schweißelektroden 9a und 9b bewirkt.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel
der 13 begrenzt die Höhe der Anschlagelemente 10b diese
Bewegung. So bestimmt die Höhe der
Anschlagelemente 10b die Verflachung der Schweißsicke 7.
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Flachdichtungen,
die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt werden und die
geschilderten Merkmale innehaben, weisen über lange Zeit beständige Schweißverbindungen
und hohes Dichtvermögen
auf.