DE102006045584A1

DE102006045584A1 - Dichtungssystem

Info

Publication number: DE102006045584A1
Application number: DE102006045584A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Kullen; Martin Kehr; Ulrich Werz
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-05-15
Also published as: WO2008037330A1; WO2008037331A1; US20080073857A1; JP2010505070A; CN101517303A; US20090284008A1; EP2066952A1; CN101523106A; US8328203B2; US20090322039A1; CN101523106B; EP2066951A1; JP2010505069A

Abstract

Ein Dichtungssystem, insbesondere zur Abdichtung mehrteiliger Abgasleitungen für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem ersten (9) und einem zweiten, einen Wärmestrom (5) führenden Flanschteil (11), die zwischen sich einen Aufnahmeraum (33) für mindestens ein Dichtelement (29, 31) begrenzen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils einander benachbarten Flanschteile (9, 11) einen nach außen vorspringenden, vom Wärmestrom (5) abgewandten und zu diesem quer verlaufenden Ringflansch (13) ausbilden, in dem die einander benachbarten Stirnflächen (15, 17) der Flanschteile (9, 11) eine zumindest teilweise Kammerung des Aufnahmeraumes (33) des Dichtelementes (29, 31) bilden.

Description

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.
Dichtungssysteme dieser Art sind bekannt. Die DE 10 2004 060 845 A1 zeigt beispielsweise ein derartiges Dichtungssystem für die Abgasleitung eines Hubkolbenmotors, wobei als Dichtelement ein metallischer Dichtring in Form eines Profilkörpers mit C-förmigem Profilquerschnitt vorgesehen ist. Dichtelemente am Abgasstrang unterliegen sehr hohen Temperaturen, die mehr als 600° Celsius betragen können. Selbst wenn Werkstoffe mit hinsichtlich 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.
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.
Danach besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass die gegeneinander abzudichtenden Flanschteile einen vom Wärmestrom abgewandten, quer zu diesem nach außen vorspringenden Ringflansch bilden, in dem für das betreffende Dichtelement der Aufnahmeraum für das Dichtelement derart ausgebildet ist, dass für das Dichtelement eine Kammerung gebildet wird. Ein derartiger Einbau des Dichtelementes in einem vom Wärmestrom weg nach außen vorspringenden Ringflansch ermöglicht eine für die Funktionsfähigkeit und Lebensdauer des Dichtelementes ausreichende thermische Abschirmung gegenüber dem Wärmestrom, so dass das erfindungsgemäße System auch an thermisch hoch belasteten Abgasleitungen betriebssicher einsetzbar ist.
Eine besonders wirkungsvolle thermische Entkoppelung des Dichtelementes gegenüber dem Wärmestrom ergibt sich, wenn der Aufnahmeraum in einem, bezogen auf den Wärmestrom, radial außenliegenden Endbereich der Flanschteile gelegen ist, also in dem das niedrigste Temperaturniveau aufweisenden Bereich des Flansches.
Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann hierbei die Anordnung so getroffen sein, dass der radial nach außen offene Aufnahmeraum durch eine ringförmige Vertiefung, die in mindestens einem der Flanschteile von dessen Umfangsrand her eingearbeitet und an der Stirnfläche offen ist, sowie durch die benachbarte Stirnfläche des anderen Flanschteiles begrenzt ist. Der so gebildete Aufnahmeraum für das Dichtelement ist am Ringflansch umfangsseitig offen und bildet somit lediglich eine teilweise Kammerung für das Dichtelement, so dass an der radial außenliegenden Seite des Dichtelementes kein Wärmeübergang auf dieses stattfindet.
Bei weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Anordnung so getroffen, dass der radial nach außen offene Aufnahmeraum axial durch die benachbarten Stirnflächen der Flanschteile und radial nach innen durch ein zwischen den Flanschteilen befindliches Einlageelement begrenzt ist. Hierbei kann das Einlageelement als eine thermische Barriere zwischen dem inneren Wärmestrom und dem Aufnahmeraum des Dichtelementes fungieren, beispielsweise indem das Einlageelement durch einen metallischen Feuerring gebildet ist, oder indem, als besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, ein Einlageelement aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise einem nichtmetallischen Material, vorgesehen ist.
Alternativ kann der Aufnahmeraum auch durch eine an der Stirnfläche eines Flanschteiles offene, in dieser axial vertiefte Ringnut gebildet sein.
In besonders vorteilhafter Weise kann bei derartigen Ausführungen als zusätzlicher Hitzeschutz für das Dichtelement ein in der Ringnut angeordnetes Deckelement vorgesehen sein, das für das betreffende Dichtelement zumindest an dessen der Stirnfläche des Flanschteiles zugewandten Seite eine thermische Abschirmung bildet.
Als ein solches Deckelement kann ein metallischer Ringkörper vorgesehen sein, beispielsweise ein flacher Ring, der zwischen Dichtelement und Stirnfläche des Flanschteiles eingelegt ist, oder ein ein gewölbtes oder abgewinkeltes Profil aufweisender Ringkörper, der das Dichtelement nicht nur auf seiner der Stirnfläche zugewandten Seite umgibt.
Vorzugsweise ist als Dichtelement eine Formringdichtung vorgesehen, die insbesondere einen V- oder C-förmigen Profilquerschnitt aufweisen kann, wobei die Formringdichtung vorzugsweise im Aufnahmeraum so eingebaut ist, dass das C-Profil radial nach innen offen ist. Ferner besteht die Möglich keit, das Dichtelement anstelle eines V- oder C-förmigen Profilquerschnittes mit einem mäanderförmigen Profilquerschnitt zu versehen in der Art einer Balglösung, bei der mehrere übereinanderliegende Falten den Querschnitt bilden.
Alternativ können im Aufnahmeraum Metall-Sickendichtungen eingebaut sein. In jedem Falle 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 zuordenbare 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:
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;
2 und 3 der 1 ähnliche Längsschnitte eines zweiten bzw. dritten Ausführungsbeispieles des Dichtungssystems;
4 einen halbseitigen Längsschnitt lediglich des Stoßbereiches der benachbarten Flanschteile zweier Leitungsstücke, versehen mit einem vierten Ausführungsbeispiel des Dichtungssystems, und
5 und 6 der 4 ähnliche Darstellungen, versehen mit einem fünften bzw. sechsten Ausführungsbeispiel des Dichtungssystems.
In den Fig. 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 miteinander zu 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. 11 auf. Die Flanschteile 9 und 11 bilden zusammen einen Ringflansch 13, wobei die Flanschteile 9 und 11 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, von denen lediglich in 1 und 2 Spannmittel üblicher Art stark schematisiert angedeutet sind, wobei in 1 Spannringe 19 mit Verschraubung 21 und in 2 ein auf Abschrägungen 25 der Flanschteile 9 und 11 aufgezogener Spannring 27 gezeigt sind.
1 zeigt für die Abdichtung zwischen den Flanschteilen 9 und 11 eine zweilagige Metallsickendichtung 29, während bei den Beispielen von 2 bis 6 jeweils eine metallische Formringdichtung 31 C-förmigen Profilquerschnitts gezeigt ist. In jedem Falle ist das betreffende Dichtelement in einem zwischen den Flanschteilen 9 und 11 gebildeten Aufnahmeraum 33 zumindest teilweise gekammert. Bei dem Beispiel von 1 ist der Aufnahmeraum, der am Ringflansch 13 außenumfangsseitig offen ist, axial durch die Stirnflächen 15 und 17 der Flanschteile 9 bzw. 11 begrenzt und radial innenliegend durch ein Einlageelement begrenzt, bei dem es sich beim Beispiel von 1 um einen metallischen Feuerring 35 handelt, der zwischen die Flanschteile 9 und 11 eingelegt ist und mit seinem radial außenliegenden Ringrand 37 den Aufnahmeraum 33 begrenzt.
Das Beispiel von 2 unterscheidet demgegenüber, abgesehen vom andersartigen Spannmittel (Spannring 27), in der Hauptsache dadurch, dass anstelle der Sickendichtung 29 eine Formringdichtung 31 im Aufnahmeraum 33 eingebaut ist und dass anstelle des Feuerringes 35 ein nichtmetallisches Einlageelement zwischen die Flanschteile 9 und 11 eingelegt ist, nämlich ein Ringkörper 39 aus einem Werkstoff schlechter Wärmeleitfähigkeit. Als Werkstoffe hierfür kommen beispielsweise unter anderem Keramikfaserwerkstoffe, beispielsweise aus amorphen Aluminiumsilikatfasern oder aus kristallinen Alumiumoxidfasern, in Frage oder jedwede Werkstoffe die eine wirksame Wärmeabschirmung zwischen Wärmestrom 5 und Aufnahmeraum 33 bilden. Das Einlagelement kann auch aus einem modernen Verbundwerkstoff bestehen, beispielsweise gebildet aus metallischem und nichtmetallischem Werkstoff, die in der dahingehenden Verbindung eine gute Wärmeabschirmung gewährleisten.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Aufnahmeraum 33 durch eine ringförmige Vertiefung 41 gebildet ist, die im Flanschteil 9 von dessen Umfangsrand 43 her eingearbeitet ist, so dass der Aufnahmeraum 33 axial durch die Stirnfläche 17 des Flanschteiles 11 und die gegenüberliegende Wand der Vertiefung im Flanschteil 9 begrenzt ist. Ebenso wie bei den Beispielen von 1 und 2 ist somit das Dichtelement in einem Aufnahmeraum 33 aufgenommen und teilweise gekammert, wobei sich der Aufnahmeraum 33 wiederum am radial am weitesten außenliegenden Ende des Ringflansches 13, also in dem die geringste Arbeitstemperatur aufweisenden Bereich, befindet. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach der 3 kann der Aufnahmeraum 33 auch durch zwei gegenüberliegende, ringförmige Vertiefungen gebildet sein, die jeweils im Flanschteil 9 sowie 11 von dessen Umfangsrand her eingearbeitet sind, so dass insoweit dann das Dichtelement mit seinem C-förmigen Öffnungsrand entlang der Stirnfläche zwischen den beiden Flanschteilen 9 und 11 in etwa mittig angeordnet ist.
4 bis 6 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen der Aufnahmeraum 33 jeweils durch eine Ringnut 45 gebildet ist, die im Flanschteil 11 von dessen Stirnfläche 17 her in Axialrichtung vertieft eingearbeitet ist, wobei in Verbindung mit der Stirnfläche 15 des Flanschteiles 9 eine geschlossene Kammerung für die Formringdichtung 31 gebildet wird.
Bei den Beispielen von 4 bis 6 ist als zusätzlicher Wärmeschutz für die im Aufnahmeraum 33 befindliche Formringdichtung 31 jeweils ein in die Ringnut 45 eingelegtes Deckelement 47 in Form eines metallischen Ringkörpers vorgesehen. Bei dem Beispiel von 4 handelt es sich um einen flachen Ringkörper, während als Deckelement 47 bei den Beispielen von 5 und 6 Profilringe vorgesehen sind, nämlich in 5 ein gewölbter Ring und beim Beispiel von 6 ein abgewinkelter Ring. In jedem Fall ist das Deckelement 47 in der Ringnut 45 so eingebaut, dass die Formringdichtung 31 zumindest auf der Seite bedeckt ist, die der Stoßstelle zwischen den Stirnfächen 15 und 17 der Flanschteile 9 bzw. 11 zugewandt ist. Wie in 4 mit einem Strömungspfeil 49 angedeutet, steht der dem Wärmestrom 5 nächstgelegene Abschnitt der Stoßstelle zwischen den Stirnflächen 15 und 17 am stärksten unter dem Einfluss der Wärmeströmung, gegen den der der Stoßstelle zugewandte Abschnitt des Deckelements 47 eine Abschirmung bildet.

Claims

Dichtungssystem, insbesondere zur Abdichtung mehrteiliger Abgasleitungen für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem ersten (9) und einem zweiten, einen Wärmestrom (5) führenden Flanschteil (11), die zwischen sich einen Aufnahmeraum (33) für mindestens ein Dichtelement (29, 31) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils einander benachbarten Flanschteile (9, 11) einen nach außen vorspringenden, vom Wärmestrom (5) abgewandten und zu diesem quer verlaufenden Ringflansch (13) ausbilden, in dem die einander benachbarten Stirnflächen (15, 17) der Flanschteile (9, 11) eine zumindest teilweise Kammerung des Aufnahmeraumes (33) des Dichtelementes (29, 31) bilden.
Dichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (33) in einem, bezogen auf den Wärmestrom (5), radial außenliegenden Endbereich der Flanschteile (9, 11) gelegen ist.
Dichtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der radial nach außen offene Aufnahmeraum (33) durch eine ringförmige Vertiefung (41), die in mindestens einem der Flanschteile (9) von dessen Umfangsrand (43) her eingearbeitet und an der Stirnfläche (15) offen ist, sowie durch die benachbarte Stirnfläche (17) des anderen Flanschteiles (11) begrenzt ist.
Dichtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der radial nach außen offene Aufnahmeraum (33) axial durch die benachbarten Stirnflächen (15, 17) der Flanschteile (9, 11) und radial nach innen durch ein zwischen den Flanschteilen (9, 11) befindliches Einlageelement (35, 39) begrenzt ist.
Dichtungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitfähigkeit bestehendes Einlageelement (39) vorgesehen ist.
Dichtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (33) durch eine an der Stirnfläche (17) mindestens eines Flanschteiles (11) offene, in dieser axial vertiefte Ringnut (45) gebildet ist.
Dichtungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ringnut (45) zumindest ein Deckelement (47) angeordnet ist, das für das zumindest eine Dichtelement (31) zumindest an dessen der der Stirnfläche (17) des Flanschteiles (11) zugewandten Seite eine thermische Abschirmung bildet.
Dichtungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Deckelement ein Ringkörper (47) mit einem flachen, gewölbten oder abgewinkelten Profil vorgesehen ist.
Dichtungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtelement mindestens eine Formringdichtung (31) vorgesehen ist.
Dichtungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtelement mindestens eine Metall-Sickendichtung (29) vorgesehen ist.