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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der U.S. Provisional Application Serial No.
62/713,018 , eingereicht am 1. August 2018, und der U.S. Utility Application Serial No.
16/528,468 , eingereicht am 31. Juli 2019, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit enthalten sind.
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STAND DER TECHNIK
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Gebiet der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Dichtungsbaugruppen und insbesondere auf mehrlagige Dichtungsanordnungen, die sich biegen können, um eine Dichtheit zwischen zwei Komponenten (z. B. einem Abgaskrümmer und einem Zylinderkopf) aufrechtzuerhalten, wenn sich die Komponenten relativ zueinander bewegen.
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Verwandter Stand der Technik
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Mehrlagen-Stahldichtungen (MLS), wie sie als Abgaskrümmerdichtungen in Verbrennungsmotoren verwendet werden, enthalten typischerweise eine oder mehrere funktionelle Lagen, die durch einen Prägevorgang vorgeformt sind, um eine oder mehrere Kompressionswülste zu haben. Beim Einbau in einen Motor biegt sich der Kompressionswulst bzw. die Kompressionswülste, um eine flüssigkeits- und gasdichte Abdichtung zwischen zwei Gegenflansche des Abgaskrümmers und des Zylinderkopfes des Motors zu gewährleisten. Die Herstellung solcher MLS-Dichtungen umfasst einen Stanzvorgang und einen Prägevorgang sowie in einigen Fällen einen Schweißvorgang, um eine Stopperschicht mit einer oder mehreren der mindestens einen funktionellen Schichten fest zu verbinden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Dieser Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung einiger der Objekte, Vorteile, Aspekte und Merkmale, die durch die erfinderischen Konzepte im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden. Dieser Abschnitt soll jedoch nicht als eine erschöpfende und umfassende Auflistung aller solcher Objekte, Vorteile, Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung angesehen werden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Dichtungsanordnung mit einer selbstformenden Trägerschicht bereitzustellen, die die Nachteile bekannter Dichtungsanordnungen überwindet.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung mit einer selbstformenden Trägerschicht bereitzustellen, das die Nachteile bekannter Verfahren zum Herstellen von Dichtungsanordnungen überwindet.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Dichtungsanordnung bereitzustellen, die wirtschaftlich in der Herstellung und Montage ist und die eine lange und nützliche Lebensdauer aufweist.
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In Übereinstimmung mit diesen und anderen Zielen, die von denjenigen, die über durchschnittliche Fachkenntnisse auf dem Gebiet der Dichtungsanordnungen verfügen, erkannt werden können, ist die vorliegende Offenbarung darauf gerichtet, eine Dichtungsanordnung für Kraftfahrzeug- und Nicht-Kraftfahrzeuganwendungen und ein Verfahren zu deren Konstruktion bereitzustellen.
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Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf eine Dichtungsanordnung gerichtet, die den Stand der Technik voranbringt und die derzeit bekannten Dichtungsanordnungen für Kraftfahrzeuge verbessert.
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In einem anderen Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Konstruktion einer Dichtungsanordnung gerichtet, das den Stand der Technik weiterentwickelt und die derzeit bekannten Verfahren zur Konstruktion von Dichtungsanordnungen für Kraftfahrzeuge verbessert.
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In Übereinstimmung mit diesen und anderen Zielen, Vorteilen und Aspekten wird eine Dichtungsanordnung bereitgestellt, die eine elastisch verformbare Trägerschicht mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche aufweist, die sich in einem demontierten Zustand in ebener, im Allgemeinen paralleler Relation zueinander zwischen einem inneren Umfang und einem äußeren Umfang erstrecken. Mindestens eine oberste Lage ist an der oberen Oberfläche in der Nähe von mindestens einem des inneren Umfangs und der äußeren Umfangs befestigt. Mindestens eine untere Schicht ist an der unteren Oberfläche in radialem Abstand von der mindestens einen obersten Lage befestigt, wobei die obere Oberfläche und die untere Oberfläche eine nicht ebene, federvorgespannte Form annehmen, wenn die Dichtungsanordnung zwischen einem Paar von Flächen in einen zusammengebauten Zustand zusammengedrückt wird.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung ist die mindestens eine oberste Lage als eine einzelne, einzige oberste Lage vorgesehen, die in der Nähe des inneren Umfangs befestigt ist, und die mindestens eine untere Schicht ist eine einzelne untere Lage, die von der obersten Lage nach außen hin beabstandet ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung hat die oberste Lage eine gleichmäßige Dicke und die untere Schicht hat eine gleichmäßige Dicke, wobei die gleichmäßigen Dicken der ringförmigen obersten Lage und der ringförmigen unteren Schicht gleich sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung weist die oberste Lage eine Breite und die untere Schicht eine Breite auf, wobei die Breiten der obersten Lage und der unteren Schicht gleich sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst die mindestens eine oberste Lage ein Paar von obersten Lagen, wobei eine des Paars von obersten Lagen in der Nähe des inneren Umfangsund die andere des Paars von obersten Lagen in der Nähe des äußeren Umfangs befestigt ist, wobei die mindestens eine untere Schicht zwischen dem Paar von obersten Lagen beabstandet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung hat jede des Paars von obersten Lagen eine Dicke und die untere Schicht eine Dicke, wobei die Dicken der ringförmigen obersten Lagen gleich sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung hat jede der beiden obersten Lagen eine sich radial erstreckende Breite und die untere Schicht hat eine sich radial erstreckende Breite, wobei die sich radial erstreckenden Breiten der beiden obersten Lagen und der unteren Schicht gleich sind.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung sind eine des Paars von obersten Lagen und die mindestens eine untere Schicht um einen ersten Abstand voneinander beabstandet und die andere des Paars von obersten Lagen und die mindestens eine untere Schicht sind um einen zweiten Abstand voneinander beabstandet, wobei der erste Abstand und der zweite Abstand gleich sind.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung kann die mindestens eine oberste Lage als umfangsmäßig durchgängig und die mindestens eine untere Schicht als umfangsmäßig durchgängig bereitgestellt werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung kann die mindestens eine oberste Lage als kreisförmig und die mindestens eine untere Schicht als kreisförmig bereitgestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer elastisch verformbaren, federnden Trägerschicht, die eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, die sich in einem demontierten Zustand in ebener, im Allgemeinen paralleler Beziehung zueinander zwischen einem inneren Umfang und einem äußeren Umfang erstrecken. Ferner das Befestigen mindestens einer obersten Lage an der oberen Oberfläche in der Nähe von mindestens einem des inneren Umfangs und der äußeren Umfangs. Weiterhin das Befestigen mindestens einer unteren Schicht an der unteren Oberfläche in radialem Abstand von der mindestens einen obersten Lage, wobei die obere Oberfläche und die untere Oberfläche beim Zusammendrücken der Dichtungsanordnung zwischen einem Paar von Flächen in einen zusammengebauten Zustand eine nicht ebene, federvorgespannte Form annehmen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung ferner das Befestigen der mindestens einen obersten Lage als eine einzige, alleinige oberste Lage an der oberen Oberfläche in der Nähe mindestens eines von dem inneren Umfang und dem äußeren Umfang umfassen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung ferner das Bereitstellen der obersten Lage mit einer Dicke und das Bereitstellen der unteren Schicht mit einer Dicke umfassen, wobei die Dicken der obersten Lage und der unteren Schicht gleich sind.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung ferner das Bereitstellen der obersten Lage mit einer Breite und das Bereitstellen der unteren Schicht mit einer Breite umfassen, wobei die Breiten der obersten Lage und der unteren Schicht gleich sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung ferner das Befestigen der mindestens einen obersten Lage einschließlich eines Paars von obersten Lagen und das Befestigen einer des Paars von obersten Lagen in der Nähe des inneren Umfangsund das Befestigen der anderen des Paars von obersten Lagen in der Nähe des äußeren Umfangs und das Befestigen der mindestens einen unteren Schicht in beabstandeter Beziehung zwischen dem Paar von obersten Lagen umfassen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung ferner das Bereitstellen jeder des Paars von obersten Lagen mit einer Dicke und das Bereitstellen der unteren Schicht mit einer Dicke umfassen, wobei die Dicken der ringförmigen obersten Lagen gleich sind.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung ferner das Versehen jeder der beiden obersten Lagen mit einer sich radial erstreckenden Breite und das Versehen der unteren Schicht mit einer sich radial erstreckenden Breite umfassen, wobei die sich radial erstreckenden Breiten der beiden obersten Lagen und der unteren Schicht gleich sind.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung ferner umfassen, dass eine des Paars von obersten Lagen und die mindestens eine untere Schicht um einen ersten Abstand voneinander beabstandet wird und die andere des Paars von obersten Lagen und die mindestens eine untere Schicht um einen zweiten Abstand voneinander beabstandet wird, wobei der erste Abstand und der zweite Abstand gleich sind.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Zusammenbau einer Dichtungsanordnung in einem Verbrennungsmotor bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen der Dichtungsanordnung mit einer elastisch verformbaren, federnden Trägerschicht, die eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, die sich in einem zerlegten Zustand in ebener, im Allgemeinen paralleler Relation zueinander zwischen einem inneren Umfang und einem äußeren Umfang erstrecken; mindestens einer obersten Lage, die an der oberen Oberfläche in der Nähe von mindestens einem von innerem Umfang und äußerem Umfang befestigt ist; und mindestens einer unteren Schicht, die an der unteren Oberfläche in radial beabstandeter Relation zu der mindestens einen obersten Lage befestigt ist. Ferner das Anordnen der Dichtungsanordnung zwischen gegenüberliegenden Flächen, die in abgedichteter Beziehung zueinander befestigt werden sollen. Dann Befestigen der gegenüberliegenden Flächen aneinander und Zusammendrücken der mindestens einen obersten Lage und der mindestens einen unteren Schicht in entgegengesetzten axialen Richtungen und Bewirken, dass die obere Oberfläche und die untere Oberfläche der Trägerschicht eine nicht-planare, federvorgespannte Form annehmen, wodurch bewirkt wird, dass die mindestens eine oberste Lage eine Dichtungskraft gegen eine der gegenüberliegenden Flächen in einer ersten axialen Richtung ausübt, um eine Dichtung dagegen zu bilden, und bewirkt wird, dass die mindestens eine untere Schicht eine Dichtungskraft gegen die andere der gegenüberliegenden Flächen in einer zweiten axialen Richtung entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung ausübt, um eine Dichtung dagegen zu bilden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren zum Einbau einer Dichtungsanordnung in einen Verbrennungsmotor ferner das Bereitstellen der mindestens einen obersten Lage als eine einzige, alleinige oberste Lage umfassen, die an der oberen Oberfläche in der Nähe von mindestens einem des inneren Umfangs und der äußeren Umfangs befestigt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren zum Zusammenbau einer Dichtungsanordnung in einem Verbrennungsmotor ferner das Bereitstellen der mindestens einen obersten Lage einschließlich eines Paars von obersten Lagen umfassen, wobei eine des Paars von obersten Lagen in der Nähe des inneren Umfangsund die andere des Paars von obersten Lagen in der Nähe des äußeren Umfangs befestigt ist, und Bereitstellen der mindestens einen unteren Schicht in beabstandeter Relation zwischen dem Paar oberster Lagen, wodurch bewirkt wird, dass das Paar oberster Lagen jeweils eine Dichtungskraft gegen eine der gegenüberliegenden Flächen in einer ersten axialen Richtung ausübt, um eine Dichtung dagegen zu bilden, und dass die mindestens eine untere Schicht eine Dichtungskraft gegen die andere der gegenüberliegenden Flächen in einer zweiten axialen Richtung entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung ausübt, um eine Dichtung dagegen zu bilden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren zum Einbau einer Dichtungsanordnung in einen Verbrennungsmotor ferner das Bereitstellen der mindestens einen unteren Schicht als eine einzige, einzige untere Lage umfassen, die an der unteren Oberfläche zwischen dem Paar von obersten Lagen befestigt ist.
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Figurenliste
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Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit der folgenden Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen, den beigefügten Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden, in denen:
- 1 ist eine Draufsicht auf eine Dichtungsanordnung, die gemäß einem Aspekt der Offenbarung aufgebaut ist;
- 2 ist eine perspektivische Draufsicht auf die Dichtungsanordnung von 1;
- 3 ist eine perspektivische Ansicht von unten auf die Dichtungsanordnung von 1;
- 4 ist eine Querschnittsansicht der Dichtungsanordnung von 1, die allgemein entlang der Linie 4-4 aufgenommen ist;
- 5 ist eine Querschnittsansicht der Dichtungsanordnung von 1, wie sie zwischen zwei zusammenpassenden Flanschen eines Verbrennungsmotors installiert ist;
- 6 ist eine Draufsicht auf eine Dichtungsanordnung, die gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung konstruiert ist;
- 7 ist eine perspektivische Draufsicht auf die Dichtungsanordnung von 6; und
- 8 ist eine perspektivische Ansicht von unten auf die Dichtungsanordnung von 6;
- 9 ist eine Querschnittsansicht der Dichtungsanordnung von 8, die allgemein entlang der Linie 9-9 aufgenommen ist; und
- 10 ist eine Querschnittsansicht der Dichtungsanordnung von 6, wie sie zwischen zwei zusammenpassenden Flanschen eines Verbrennungsmotors installiert ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Ziffern entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, ist eine erste beispielhafte Ausführungsform einer selbstformenden (selbstvorspannenden, selbstabdichtenden) Dichtungsanordnung, die im Folgenden als Dichtungsanordnung 20 bezeichnet wird und die gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist, allgemein in den 1-4 dargestellt. In der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die Dichtungsanordnung 20 eine Auspuffkrümmerdichtung, beispielhaft und ohne Einschränkung, wobei zu verstehen ist, dass die hierin enthaltenen Lehren auf jede Art von Dichtung anwendbar sind, wie z.B. eine Zylinderkopfdichtung oder jede andere Stelle, die eine Abdichtung zwischen Teilen erfordert, die miteinander abgedichtet werden sollen, die so konfiguriert ist, dass sie sich automatisch elastisch und federnd verformt, um eine gasdichte Abdichtung zwischen einem Paar von Flächen herzustellen, wenn die Flächen zusammengeklemmt werden, wie zum Beispiel ein Auspuffkrümmer 22 (6) und ein Zylinderkopf 24 (6) in einem Verbrennungsmotor als Beispiel und ohne Einschränkung. Wie weiter unten näher erläutert, ist die Dichtungsanordnung 20, obwohl sie keine vorgeformten, erhabenen Dichtungswülste aufweist, wie sie üblicherweise durch Prägeverfahren gebildet werden und in MLS-Dichtungen zu finden sind, dennoch in der Lage, sich elastisch zu verbiegen, um die gasdichte Abdichtung zwischen dem Abgaskrümmer 22 und dem Zylinderkopf 24 federnd aufrechtzuerhalten, wenn sich der Abgaskrümmer 22 während des Betriebs des Verbrennungsmotors zumindest teilweise vom Zylinderkopf 24 abhebt. Die Dichtungsanordnung 20 ist auch wirtschaftlicher in der Herstellung im Vergleich zu anderen bekannten Dichtungsanordnungen, weil die Ausrüstung und die Arbeit, die erforderlich ist, um eine oder mehrere Dichtungslagen zu prägen, nicht erforderlich sind.
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Die Dichtungsanordnung 20 umfasst eine aktive Schicht, die auch als funktionale Trägerschicht bekannt ist, im Folgenden als Trägerschicht 26 bezeichnet, die als monolithisches Blech aus einem elastischen, elastisch verformbaren Metall, wie z.B. Stahl, Federedelstahl (Federstahl) oder einem legierten Stahl, hergestellt ist. Die Trägerschicht 26 hat mindestens einen inneren Umfang 28, der eine Öffnung umschließt, die z. B. einer Zylinderbohrung, einem Kühlmittelkanal oder einer Abgasöffnung entsprechen kann, und einen äußeren Umfang 29. Die Trägerschicht 26 hat eine allgemein gleichmäßige, konstante erste Dicke T1, die sich zwischen einer oberen Oberfläche, auch als Oberseite 25 bezeichnet, und einer unteren Oberfläche, auch als Unterseite 27 bezeichnet, erstreckt. Die obere Oberfläche 25 und die untere Oberfläche 27 erstrecken sich parallel oder im Allgemeinen parallel zueinander, wobei die obere Oberfläche 25 und die untere Oberfläche 27 in einem demontierten Zustand planar sind.
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Mindestens eine erste Lage, wie eine in Umfangsrichtung durchgehende Schicht, die kreisförmig, quadratisch, rechteckig oder eine beliebige geometrische Form haben kann und auch als ringförmige oberste Lage oder einfach als Deckschicht 30 bezeichnet wird, ist fest an der oberen Oberfläche 25 der Trägerschicht 26 in der Nähe von mindestens einem des inneren Umfangs 28 und des äußeren Umfangs 29 angebracht, und mindestens eine zweite Schicht, wie eine in Umfangsrichtung durchgehende Schicht, die kreisförmig, quadratisch, rechteckig oder eine beliebige geometrische Form haben kann und auch als ringförmige untere Schicht oder einfach untere Schicht 32 bezeichnet wird, an der unteren Oberfläche 27 der Trägerschicht 26 in radialem Abstand von der mindestens einen obersten Lage 30 fest angebracht ist. Die untere(n) Schicht(en) 32 weist eine allgemein konstante zweite Dicke T2 auf, die sich zwischen den gegenüberliegenden Flächen 31, 33 erstreckt, und die oberste(n) Lage(en) 30 weist eine allgemein konstante dritte Dicke T3 auf, die sich zwischen den gegenüberliegenden Flächen 35, 37 erstreckt. In der ersten beispielhaften Ausführungsform sind die zweite und die dritte Dicke T2, T3 gleich oder annähernd gleich groß und gleich oder ähnlich der ersten Dicke T1 der Trägerschicht 26, obwohl hier erwogen wird, dass ihre Dicken T1, T3 unterschiedlich sein könnten. In der in den 1-5 dargestellten Ausführungsform ist die mindestens eine ringförmige oberste Lage 30 eine einzelne ringförmige oberste Lage 30, deren Unterseite 37 in der Nähe des inneren Umfangs 28 befestigt ist, und die mindestens eine ringförmige untere Schicht 32 ist eine einzelne ringförmige untere Schicht 32, die nach außen hin beabstandet ist, beispielsweise radial nach außen hin von der ringförmigen obersten Lage 30 beabstandet ist, deren Oberseite 31 in der Nähe des äußeren Umfangs 29 befestigt ist. Die oberste Lage 30 und die untere Schicht 32 bestehen vorzugsweise aus demselben Metall wie die Trägerschicht 26 und sind vorzugsweise über eine Schweißverbindung in einem Schweißverfahren und/oder über geeignete Klebstoffe fest mit der Trägerschicht verbunden. Ähnlich wie die Trägerschicht 26 sind die oberste Lage 30 und die untere Schicht 32 plattenförmig, d.h. entlang ihrer gegenüberliegenden Flächen 31, 33, 35, 37 im Allgemeinen eben, wobei die gegenüberliegenden Flächen 31, 33, 35, 37 parallel oder im Allgemeinen parallel zueinander sind.
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Jede der obersten Lagen 30 und der unteren Schichten 32 kann beispielhaft und ohne Einschränkung ringförmig und toroidal sein, mit einem Innenumfang und einem Außenumfang und hat eine jeweilige radiale Breite, die sich zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang erstreckt. Insbesondere weist die untere Schicht 32 eine erste radiale Breite W1 auf, die sich zwischen ihrem Innenumfang 34 und ihrem Außenumfang 36 erstreckt, und die oberste Lage 30 weist eine zweite radiale Breite W2 auf, die sich zwischen ihrem Innenumfang 38 und ihrem Außenumfang 40 erstreckt, und die erste und die zweite radiale Breite W1, W2 sind gleich oder ähnlich zueinander, obwohl hier erwogen wird, dass ihre Breiten W1, W2 unterschiedlich sein könnten. Wie in 4 am besten gezeigt, ist der Außenumfang 40 der obersten Lage 30 radial nach innen von dem Innenumfang 34 der unteren Schicht 32 um einen horizontalen Randabstand X beabstandet. Somit hat die Dichtungsanordnung 20 nur die erste Dicke T1 der Trägerschicht 26 in einem Bereich des horizontalen Randabstandes X und radial nach außen von der unteren Schicht 32 und hat eine größere Gesamtdicke (T1 + T2 oder T1 + T3) in den Bereichen, die sich entlang der obersten Lagen 30 und der unteren Schichten 32 erstrecken.
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Bezugnehmend auf 4 ist die Trägerschicht 26, bevor die Dichtungsanordnung 20 in einem zusammengebauten Zustand in den Verbrennungsmotor eingebaut wird, in einem demontierten Zustand eben, wobei sich die gegenüberliegenden oberen und unteren Oberflächen 25, 27 davon entlang jeweiliger Ebenen P1, P2 in ebener, paralleler Beziehung zueinander erstrecken, und somit ist die oberste Lage 30 in ihrer Gesamtheit vertikal nach oben über der Ebene P1 angeordnet, während die untere Schicht 32 in ihrer Gesamtheit vertikal nach unten unter der Ebene P2 angeordnet ist. Dementsprechend erstrecken sich die oberste Lage 30 und die untere Schicht 32 entlang zueinander paralleler Ebenen, wobei die Ebenen, entlang derer sich die oberste Lage 30 und die untere Schicht 32 erstrecken, um mindestens die Dicke T1 der Trägerschicht 26 voneinander beabstandet sind. Dementsprechend ist die gesamte kombinierte Dicke der Dichtungsanordnung 20 in einem unverformten, entspannten Zustand T1 + T2 + T3.
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Wenn die Dichtungsanordnung 20 in den Verbrennungsmotor eingebaut wird und der Abgaskrümmer 22 an dem Zylinderkopf 24 befestigt wird, beispielsweise durch Verschraubung, werden entgegengesetzte Kräfte (in 5 mit F gekennzeichnet) auf die oberste Lage 30 und untere Schicht 32 ausgeübt, und die Kräfte F werden in die Trägerschicht 26 eingeleitet. Diese gegensätzlichen Kräfte F, die direkt auf die Oberseite 31 der oberste Lage 30 und auf die Unterseite 33 der unteren Schicht 32 einwirken, bewirken, dass sich die Trägerschicht 26 im Bereich des horizontalen Kantenabstands X elastisch und federnd in die in 5 dargestellte Form biegt und verformt, um einen elastisch und federnd verformten Montagezustand anzunehmen. In der beschriebenen und dargestellten Ausführungsform wird die Dichtungsanordnung 20 im montierten Zustand dazu veranlasst, eine allgemein S-gekrümmte Form anzunehmen, die sich zwischen dem inneren und äußeren Umfang 28, 29 erstreckt, wie im seitlichen Querschnitt gesehen (5). So werden die oberste Lage 30 und die untere Schicht 32, wenn sie in den zusammengebauten Zustand gebracht werden, zumindest teilweise in eine koplanare Beziehung zueinander gebracht, wobei ein Teil der Dicke T2 der unteren Schicht 32 und ein Teil der Dicke T3 der obersten Lage 30 koplanar sind. Da die Verformung elastisch und federnd ist, dient die Biegung im Trägerelement 26 als elastisches und federndes funktionales Dichtungsmerkmal, das es dem Trägerelement 26 ermöglicht, sich federnd vorgespannt mit gleichen und entgegengesetzten Kräften F' zu den entgegengesetzten Kräften F zu biegen, wodurch sowohl die oberste Lage 30 als auch die untere Schicht 32 in dichtendem Eingriff mit den gegeneinander geklemmten Flächen, z. B. dem Abgaskrümmer 22 bzw. dem Zylinderkopf 24, gehalten werden, selbst wenn sich der Abgaskrümmer 22 vom Zylinderkopf 24 wegbiegt. Da die elastische, federnde Biegung automatisch während des Einbaus der Dichtungsanordnung 20 in den Motor in die Trägerschicht 26 eingebracht wird, ist kein Schritt des Prägens oder ein anderer Schritt der plastischen Verformung der Trägerschicht 26 vor dem Einbau in den Motor erforderlich, und somit ist der Dichtungsaspekt der Dichtungsanordnung 20 selbstformend ohne den Aufwand von Umformprozessen. Dementsprechend bleibt die Trägerschicht 26 vor der Montage unverformt und plan und ohne geprägte oder anderweitig plastisch verformte Merkmale.
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Unter Bezugnahme auf die 7-10 wird nun eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 120 allgemein gezeigt, wobei gleiche Bezugsziffern wie oben verwendet werden, die um den Faktor 1[00 versetzt sind, um gleiche Merkmale zu identifizieren. Im Gegensatz zur ersten beispielhaften Ausführungsform umfasst die Dichtungsanordnung 120 mehrere, beispielhaft und ohne Einschränkung als Paar dargestellte erste und zweite oberste Lage 130, 130', wie beispielhaft und ohne Einschränkung ringförmig (insbesondere eine radial innere oberste Lage 130' und eine radial äußere oberste Lage 130), zusätzlich zu einer einzigen ringförmigen dritten Lage, die auch als untere Schicht (Bodenschicht) 132 bezeichnet wird. Die innere oberste Lage 130' hat eine erste Breite W1, die untere Schicht 132 hat eine zweite Breite W2 und die äußere oberste Lage 130 hat eine dritte Breite W3, wobei die jeweilige erste und zweite W1, W2 gleich sein können, während die Breite W3 gleich oder verschieden von den Breiten W1, W2 sein kann, wie es für die beabsichtigte Anwendung gewünscht ist.
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Die innere oberste Lage 130' ist in radial versetzter Beziehung nach innen von der unteren Schicht 132 um einen ersten horizontalen Randabstand X1 beabstandet, und die unteren Schicht 132 ist in radial versetzter Beziehung nach innen von der äußeren oberen Lage 130 um einen zweiten horizontalen Randabstand X2 beabstandet, wobei X1 und X2 wie gewünscht vorgesehen werden können, einschließlich, dass sie gleich oder unterschiedlich sind. Dementsprechend ist eine des Paars von ringförmigen obersten Lagen 130' in der Nähe eines inneren Umfangs 128 und die andere des Paars von ringförmigen obersten Lagen 130 in der Nähe eines äußeren Umfangs 129 befestigt, wobei die mindestens eine ringförmige unteren Schicht 132 radial zwischen dem Paar von ringförmigen ersten und zweiten obersten Lagen 130, 130' beabstandet ist. Wenn also die Dichtungsanordnung 120 zwischen zwei Flanschen oder Flächen, wie z.B. dem Abgaskrümmer 22 und dem Zylinderkopf 24, in einem Verbrennungsmotor eingespannt wird, wie oben für die Dichtung 20 beschrieben, wird sich die Trägerschicht 126 in den Bereichen der beiden ersten und zweiten horizontalen Randabstände X1, X2 biegen und elastisch verformen können. In der beschriebenen und dargestellten Ausführungsform wird die Trägerschicht 126 der Dichtungsanordnung 120 veranlasst, eine allgemein glockenförmige Form anzunehmen, die sich zwischen dem inneren Umfang 128 und dem äußeren Umfang 129 erstreckt. Dementsprechend bleibt die Trägerschicht 126 vor der Montage plan und ohne Prägungen.
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In dieser Ausführungsform hat die innere oberste Lage 130' eine zweite Dicke T2, die untere Schicht 132 eine dritte Dicke T3 und die äußere oberste Lage 130 eine vierte Dicke T4. Die zweite, dritte und vierte Dicke T2, T3, T4 sind beispielhaft und ohne Einschränkung alle gleich. Alternativ könnten die zweite und vierte Dicke T2, T4 der inneren bzw. äußeren obersten Lage 130', 130 gleich sein, und die dritte Dicke T3 der unteren Schicht 132 könnte von T2, T4 verschieden sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung 20, 120 bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer elastisch verformbaren, federnden Funktionsträgerschicht, im Folgenden als Trägerschicht 26, 126 bezeichnet, die eine obere Oberfläche 25, 125 und eine untere Oberfläche 27, 127 aufweist, die sich in einem demontierten Zustand in ebener, im Allgemeinen paralleler Beziehung zueinander zwischen einem inneren Umfang 28, 128 und einem äußeren Umfang 29, 129 erstrecken. Ferner das Befestigen mindestens einer oberen Lage 30, 130, wie beispielsweise ringförmige oberste Lagen 30, 130, beispielhaft und ohne Einschränkung, an der oberen Oberfläche 25, 125 in der Nähe von mindestens einem des inneren Umfangs 28, 128 und des äußeren Umfangs 29, 129. Ferner wird mindestens eine untere Schicht 32, 132, wie beispielsweise eine ringförmige untere Schicht 32, 132, beispielhaft und ohne Einschränkung, an der unteren Oberfläche 27, 127 in einem radialen Abstand von der mindestens einen ringförmigen oberen Lage 30, 130 befestigt, wobei die obere Oberfläche 25, 125 und die untere Oberfläche 27, 127 dazu veranlasst werden, eine nicht-planare, federvorgespannte Form anzunehmen, wenn die Dichtungsanordnung zwischen einem Paar von Flächen 22, 24 in einen zusammengebauten Zustand zusammengedrückt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren ferner das Bereitstellen der mindestens einen ringförmigen oberen Lage als eine einzelne, einzige oberste Lage 30 umfassen, die an der oberen Oberfläche 25 in der Nähe von mindestens einer des inneren Umfangs 28 und der äußeren Umfangs 29 befestigt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren ferner das Bereitstellen der mindestens einen ringförmigen obersten Lage einschließlich eines Paars ringförmiger oberster Lagen 130, 130' umfassen, wobei eine des Paars ringförmiger oberster Lagen 130' in der Nähe des inneren Umfangs128 und die andere des Paars ringförmiger oberster Lagen 130 in der Nähe des äußeren Umfangs 129 befestigt ist, und das Bereitstellen der mindestens einen ringförmigen unteren Schicht 132 in radial beabstandeter Beziehung zwischen dem Paar ringförmiger oberster Lagen 130, 130', wodurch bewirkt wird, dass das Paar der ringförmigen obersten Lagen 130, 130' jeweils eine Dichtungskraft gegen eine der gegenüberliegenden Flächen 22 in einer ersten axialen Richtung ausübt, um eine ringförmige Dichtung dagegen zu bilden, und dass die mindestens eine ringförmige untere Schicht 132 eine Dichtungskraft gegen die andere der gegenüberliegenden Flächen 24 in einer zweiten axialen Richtung entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung ausübt, um eine ringförmige Dichtung dagegen zu bilden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann das Verfahren ferner das Bereitstellen der mindestens einen ringförmigen unteren Schicht (Bodenschicht) als eine einzelne, einzige untere Schicht 132 umfassen, die an der unteren Oberfläche 127 zwischen dem Paar ringförmiger oberster Lagen 130, 130' befestigt ist.
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Wie oben erwähnt, ist zu erkennen, dass die hier diskutierten obersten Lagen 30, 130 und unteren Schichten 32, 132 jede gewünschte Umfangsform annehmen können, einschließlich rund, quadratisch, rechteckig oder anderweitig, und ferner, dass die obersten Lagen 30, 130 und unteren Schichten 32, 132 am Umfang kontinuierlich oder diskontinuierlich sein können, wie gewünscht.
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Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung in Anbetracht der obigen Lehren möglich und kann anders als wie spezifisch beschrieben, während innerhalb des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche praktiziert werden. Darüber hinaus ist es zu verstehen, dass alle Merkmale aller Ansprüche und alle Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, solange sie nicht im Widerspruch zueinanderstehen. Es sollte auch verstanden werden, dass Richtungsbegriffe wie „oben“ und „unten“ sich auf die besonderen Ausrichtungen der Merkmale in einer oder mehreren der Zeichnungen beziehen und nicht dazu gedacht sind, dass die Dichtungsanordnung eine bestimmte Ausrichtung haben muss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 62/713018 [0001]
- US 16/528468 [0001]
