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Die
Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung zum Abdichten
mindestens zweier Gegenstände gegeneinander und weist mindestens
eine Durchgangsöffnung auf, die von einem Abdichtelement
vollständig umgeben wird. Die metallische Flachdichtung
besteht dabei aus mindestens einer mindestens einseitig vollflächig
beschichteten metallischen Lage. Das Abdichtelement ist in Form
einer periodischen Strukturierung aus dem Material der ersten Dichtungslage
ausgebildet, wobei die periodische Strukturierung Erhebungen, Vertiefungen
und Übergangsbereiche zwischen den Erhebungen und Vertiefungen
enthält und mindestens zwei Perioden umfasst. Die periodische
Strukturierung soll dabei eine Periodenlänge aufweisen,
die maximal dem vierfachen der Blechdicke der Lage entspricht.
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Solche
Dichtungen sind prinzipiell bereits aus dem Stand der Technik bekannt.
So beschreibt etwa die
DE 103
10 124 eine metallische Flachdichtung, bei der mindestens
eine Durchgangsöffnung von einer konzentrischen Anordnung
sich periodisch abwechselnder Erhebungen und Vertiefungen abgedichtet
wird, die aus der Dichtungslage selbst herausgeformt sind.
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Aus
der
EP 1 298 364 A2 sind
weiterhin periodische Strukturen bekannt, bei denen sich sickenförmige
Erhebungen mit angrenzenden Vertiefungen mäanderförmig
um die Durchgangsöffnung erstrecken oder die Durchgangsöffnung
von einem Strahlenkranz aus kurzen sickenförmigen Erhebungen und
Vertiefungen umgeben wird, die sich radial erstrecken. Weiterhin
offenbart die
EP 1
298 364 A2 napfförmige einander abwechselnde Erhebungen und
Vertiefungen, die gemeinsam eine Wabenstruktur ausbilden.
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Weiterhin
sind aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung
EP 08002192 der Anmelderin
Abdichtelemente bekannt, die aus zueinander konzentrisch verlaufenden
periodisch einander abwechselnden Erhebungen und Vertiefungen bestehen,
wobei die periodische Struktur von einer Bogenform überlagert
wird.
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Diese
Abdichtelemente selbst dienen der makroskopischen Abdichtung. Gegenüber
Sicken bieten sie ein verbessertes Abdichtpotential, da sie mehrere
Dichtlinien ausbilden. Um eine optimale Abdichtung sicherzustellen,
werden sie durch eine mikroskopische Abdichtung in Form einer Beschichtung im
Bereich des Abdichtelements ergänzt.
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Die
Beschichtungen werden dabei im Stand der Technik üblicherweise
nach dem Einbringen der Erhebungen und Vertiefungen aufgebracht.
Dabei ergibt sich, wie beispielsweise für Sicken aus der
EP 1 079 155 A2 bekannt,
das Problem, dass verglichen mit den Erhebungen verfahrensbedingt
eine wesentlich größere Menge an Beschichtungsmaterial
in den Vertiefungen aufgebracht wird. Dies trifft bei den oben genannten
Strukturen, bei denen nicht nur eine Vertiefung oder eine Erhebung
vorhanden ist, in noch stärkerem Ausmaß zu. In
der Folge weist die Gesamtstruktur eine ungleichmäßige
Verteilung der Beschichtung und dadurch ein verringertes Dichtpotential
auf.
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Alternativ
wurden feinteilige Strukturen auch schon mittels Siebdruck oder
anderer partieller Beschichtungsverfahren vor dem Einbringen der
Erhebungen und Vertiefungen beschichtet. Dabei ist es jedoch notwendig,
dass – zum Erhalt reproduzierbarer Beschichtungsbedingungen – nicht
bis an den Rand der Durchgangsöffnungen hin beschichtet
wird, sondern vielmehr ein Mindestabstand eingehalten wird. Sonst
ist zu befürchten, dass Beschichtungsmaterial auf den Beschichtungstisch
gelangt und die Unterseite nachfolgender Beschichtungsgegenstände
verschmutzt. Nachdem sich das Abdichtelement in unmittelbarer Nähe
der Durchgangsöffnung befindet, wird nur ein Teil der Fläche
beschichtet, in der dieses hinterher eingebracht wird. Dies hat
zur Folge, dass Teile des Abdichtelements beschichtet sind, die Randbereiche
des Abdichtelements in Richtung der Durchgangsöffnung jedoch
unbeschichtet bleiben. Dabei wurde ein unterschiedliches Abdichtverhalten zwischen
den beschichteten und unbeschichteten Bereichen festgestellt, wodurch
das Gesamtabdichtpotential herabgesetzt ist.
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Grundsätzlich
ist es daneben auch bekannt, vollflächig vorbeschichtete
Dichtungsmaterialien zu verwenden. Während ein Einprägen
von Sicken hier noch möglich ist, hat sich gezeigt, dass
ein reproduzierbares Einprägen feinteiligerer Abdichtstrukturen, wie
die periodischen Abdichtelemente mit einer Periodenlänge,
die das Vierfache der Blechdicke nicht überschreitet, nicht
möglich ist, da es hier bei den üblichen Beschichtungsmaterialien
zu Verschiebungen zumindest eines Teils der Beschichtung durch deren Fließen
beim Einprägen der Erhebungen und Vertiefungen kommt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es entsprechend, eine metallische Flachdichtung
anzugeben, in welcher mindestens ein in der Dichtungslage ausgeformtes
periodisch ausgebildetes Abdichtelement, bei dem die Periodenlänge
maximal dem vierfachen der Blechdicke entspricht, ausgebildet ist
und wobei zumindest eine Oberfläche der Dichtung eine über ihre
gesamte Oberfläche reichende vollflächige Beschichtung
mit einer sehr gleichmäßigen Beschichtungsdicke
aufweist. Die Dichtung sollte dabei einfach und kostengünstig
herstellbar sein und auf eine Vielzahl möglicher abzudichtender
Gegenflächen auf einfache Weise anzupassen sein.
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Die
Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der metallischen Flachdichtung
gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind
in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
Erfindung betrifft also eine metallische Flachdichtung mit mindestens
einer mindestens einseitig vollflächig beschichteten metallischen
Lage, in der mindestens eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist,
die von einem Abdichtelement umgeben ist, das in Form einer periodischen
Strukturierung aus dem Material der Dichtungslage ausgebildet ist,
wobei die periodische Strukturierung Erhebungen, Vertiefungen und Übergangsbereiche
zwischen den Erhebungen und Vertiefungen enthält. Die periodische
Strukturierung umfasst mindestens zwei Perioden und weist eine Periodenlänge
auf, die maximal das Vierfache der Blechstärke der ersten
Dichtungslage beträgt. Damit ist das Abdichtelement gegenüber
einer Sicke wesentlich feingliedriger, bei letzterer beträgt das
Verhältnis von Sickenbreite zu Blechstärke mindestens
6, bevorzugt mindestens 7. Dabei wird die Periodenlänge
der periodischen Strukturierung von einer sinusförmigen
Welle abgeleitet, die aus Erhebungen und Vertiefungen und dazwischen
liegenden Übergangsbereichen gebildet wird. Eine Periode
entspricht dabei 360°. Die Breite der Sicke wird jeweils ausgehend
von ihren Fußpunkten gemessen. Dies hat auch zur Folge,
dass das aus der periodischen Strukturierung gebildete Abdichtelement
gegenüber den im Stand der Technik üblichen Sicken
nicht nur eine gute elastische Abdichtung bewirkt, sondern gleichzeitig
auch eine inhärente Steifigkeit aufweist, die ihre Dauerhaltbarkeit
verbessert.
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Trotz
dieser feinteiligen Strukturierung konnte erreicht werden, dass
anders als bei Verwendung der bisher üblichen bei Raumtemperatur
fließenden Beschichtungen die Beschichtung im Bereich des Abdichtelements
eine sehr gleichmäßige Dicke aufweist. Durch die
Verwendung von Beschichtungen, die bei Raumtemperatur nicht fließen,
ist sichergestellt, dass sich die Dicke der Beschichtung im Bereich
der Strukturierung so wenig ändert, dass sie im Bereich
der Vertiefungen eine Schichtdicke aufweist, die weniger als 120%,
bevorzugt weniger als 110% der Dicke im Bereich der Erhebungen beträgt.
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Das
Fließverhalten wird dabei so bestimmt, dass bei Raumtemperatur
ein Ring mit einem Innendurchmesser von 71 mm und einem Außendurchmesser
von 90 mm auf das beschichtete Metallblech aufgebracht wird und
während 30 Minuten mit 150 N/mm2 belastet
wird.
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Nach
Abnehmen des Ringes weist die Beschichtung wieder die ursprüngliche
Dicke auf. Aufgrund der bei Beschichtungsdicken von maximal 40 μm üblichen
Messungenauigkeit werden die vor der Belastung und die nach Belastung
gemessene Dicke also um maximal 6 μm voneinander abweichen,
bei 20 μm Beschichtungsdicke um 4 μm.
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Durch
die geringe Fließneigung der Beschichtung ist weiterhin
sichergestellt, dass sich die Dicke der Beschichtung im nicht-strukturierten
Bereich kaum merklich ändert, d. h. sich um weniger als 10%,
bevorzugt um weniger als 7% ändert, obwohl mit sehr geringen
Schichtdicken, die zwischen 1 und 40 μm, bevorzugt zwischen
5 und 30 μm betragen, gearbeitet wird. Diese Änderung
entspricht dabei der Herstellgenauigkeit, mit der die beschichteten
Bleche geliefert werden. Die Beschichtung kann dabei auf nur einer
Oberfläche der Dichtungslage aufgebracht sein, oder auf
beiden Oberflächen, wobei die Beschichtungsdicke auf beiden
Oberflächen gleich oder unterschiedlich sein kann.
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Die
kleinteilige Ausbildung der metallische Flachdichtung mit einer
Periodenlänge von weniger als dem Vierfachen der Blechdicke
hat eine sehr große Umformung und Dehnung der Dichtungslage
im Bereich der Strukturierung zur Folge. Die Gesamtdehnung ε (vgl. Tabellenbuch
Metall, Europa Lehrmittel, Wuppertal, 1987, S. 138), d.
h. der plastische und der daneben fast vernachlässigbare
elastische Anteil, beträgt mindestens 30%, bevorzugt mindestens 35%
und besonders bevorzugt mindestens 40%. Dieser Wert liegt deutlich über
dem typischer Sicken, die üblicherweise ca. 20%–25%
Umformung aufweisen.
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Die
besonderen Dichteigenschaften des erfindungsgemäßen
Abdichtelements werden weiterhin dadurch verbessert, dass das Metallblech
im Bereich der periodischen Strukturierung so gestaltet ist, dass
seine Dicke im Übergangsbereich zwischen Erhebung und benachbarter
Vertiefung relativ zur Dicke an der Erhebung bzw. der Vertiefung
reduziert ist. Eine maßvolle Reduktion der Dicke des Metallblechs um
8 bis 30%, bevorzugt um 15 bis 26% trägt dabei zur Balance
zwischen elastischen Eigenschaften des Abdichtelements und seiner
Dauerhaltbarkeit bei. In der Folge federt das Abdichtelement bei
Raumtemperatur bei einer Belastung mit 150 N/mm2 um
weniger als 100 μm ein. Vor dieser Messung wird mittels eines
ringförmigen Elements eine Vorlast von 2 N/mm2 aufgebracht.
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Die
elastischen Eigenschaften ergeben sich dabei auch durch die Verwendung
eines Federstahls, eines federharten Stahls oder eines gehärteten Stahls,
also eines Stahls mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1100 N/mm2, bevorzugt 1300 N/mm2.
Ob dabei Edelstahl oder Kohlenstoffstahl eingesetzt wird, richtet
sich nach dem Korrosionsrisiko der Dichtung. Die Schichtdi cke und
die Materialeigenschaften der Beschichtung können diese
Wahl jedoch auch beeinflussen.
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Bei
der Beschichtung handelt es sich um eine Beschichtung mit einem
polymerbasierten Elastomerbinder, typischerweise einem FKM- und/oder NBR-Binder.
Der Anteil des Elastomers liegt dabei über 50%, bevorzugt
bei über 65%. In keinem Fall handelt es sich um eine metallische
Beschichtung, wie etwa eine Verzinkung. Die Beschichtung unterscheidet
sich trotz ihrer minimalen Fließneigung auch von Beschichtungen,
die als Hardcoating bezeichnet werden, die als Verformungsbegrenzer
für elastische Dichtelemente oder Abstützelemente
meist nur partiell auf Dichtungsoberflächen Verwendung
finden. Letztere enthalten in großen Mengen Duroplaste, wohingegen
diese Bestandteile in den erfindungsgemäßen Beschichtungen
nur in Spuren, genauer maximal zu 5%, bevorzugt maximal zu 3% enthalten sind.
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Die
periodische Strukturierung lässt hinsichtlich ihrer Geometrie
verschiedene Gestaltungen zu. In einer ersten Ausführungsform
sind die Erhebungen und Vertiefungen im Wesentlichen konzentrisch um
die mindestens eine Durchgangsöffnung angeordnet. Sie bilden
dabei eine wellenförmige Struktur aus, deren Querschnitt
sinus- oder trapezförmig ist. Auch zwischen diesen beiden
extremen Geometrien liegende Querschnittsformen sind möglich.
Damit ein Übergangsbereich zwischen den Erhebungen und Vertiefungen
eines trapezförmigen Querschnitts eine ausreichende Breite
hat, darf es sich nicht um eine Rechteckgeometrie mit senkrecht
ansteigenden Übergängen handeln. Die wellenförmige
periodische Strukturierung kann in einer bevorzugten Ausführungsform
von einer bogenförmigen Struktur überlagert werden.
Ganz allgemein ist es hinsichtlich der Ausgestaltung der Strukturierung
selbstverständlich denkbar, dass sich umlaufend um die
Durchgangsöffnung oder in Abhängigkeit vom Abstand
von der Durchgangsöffnung der Abstand zwischen benachbarten
Erhebungen und Vertiefungen und/oder die Höhe der Erhebungen
und/oder Vertiefungen und/oder der Grad der Reduktion der Dicke
des Blechs der Dichtungslage im Übergangsbereich zwischen
Erhebungen und Vertiefungen und/oder umlaufend die Anzahl Perioden
der Strukturierung ändert, um damit die Dichtung optimal
der Steifigkeitsverteilung der abzudichtenden Bauteile sowie der Lage
der Befestigungsmittelöffnungen relativ zu dieser Verteilung
anzupassen.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird das Abdichtelement
aus einer sich mäandrierend um die Durchgangsöffnung
erstreckenden Erhebung gebildet, die zwischen ihren Bögen
Vertiefungen ausbildet. Anders als bei der erstgenannten Ausführungsform
erstreckt sich hier die Periodenrichtung umlaufend um die Durchgangsöffnung.
Auch hier können sich Eigenschaften wie Höhe oder
Periodenlänge in Umfangsrichtung oder radial ändern.
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Den
bisher genannten Ausführungsformen ist gemein, dass sie
ohne zusätzliche Abdichtsicke ein hervorragendes Abdichtpotential
bieten. Nichtsdestotrotz ist es möglich, die aus den periodischen Strukturierungen
gebildeten Abdichtelemente mit einer Sicke zu kombinieren. Weiter
kann es aufgrund der spezifischen Platzverhältnisse in
einer Dichtung erforderlich sein, dass beispielsweise im Stegbereich zwischen
zwei Durchgangsöffnungen, von denen jede mit einem erfindungsgemäßen
Abdichtelement abgedichtet ist, die Abdichtelemente der benachbarten
Durchgangsöffnungen so zusammengeführt wird, dass
sich die Anzahl Erhebungen und Vertiefungen gemessen entlang der
Verbindungslinie der Mittelpunkte der beiden Durchgangsöffnungen
reduziert. Im Fall der konzentrisch angeordneten periodischen Strukturierung
ist es dabei erfindungsgemäß notwendig, dass das
kombinierte Abdichtelement an jeder Stelle noch immer mindestens
zwei Perioden aufweist.
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Die
periodische Strukturierung kann auch aus Erhebungen und Vertiefungen
bestehen, die aus sich radial erstreckenden, sickenförmigen
Abschnitten bestehen, die strahlenförmig um die Durchgangsöffnung
angeordnet sind und deren Länge bevorzugt maximal dem fünffachen
ihrer Periodenlänge beträgt. In einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung sind die Erhebungen und Vertiefungen
jeweils napfförmig ausgebildet und ergeben in ihrer Gesamtheit ein
schachbrettförmiges oder honigwabenförmiges Muster.
Dabei kann zur Verbesserung der Makrodichtwirkung das Muster auch
ein- oder beidseitig oder an einer anderen Stelle in seinem Verlauf
von einer mindestens einseitigen Erhebung durchzogen sein, die die
Durchgangsöffnung geschlossen umgibt. Insbesondere bei
den beiden letztgenannten Ausführungsformen ist es bevorzugt,
dass die Höhe der Erhebungen ungleich der Höhe
der Vertiefungen – jeweils relativ zur Oberfläche
der Dichtungslage im unstrukturierten Bereich – ist. Diese
beiden Ausführungsformen werden bevorzugt so eingesetzt,
dass sie von Sicken als zusätzlichem Abdichtelement begleitet
werden.
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Wie
grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, kann auch
die erfindungsgemäße metallische Flachdichtung
mehrere Dichtungslagen aufweisen, wobei auch mehrere und insbesondere
zwei Dichtungslagen mindestens einseitig vollflächig beschichtet
sind und auch mehrere Dichtungslagen Abdichtelemente enthalten können.
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Der
Begriff metallische Flachdichtung schließt dabei erfindungsgemäß neben
abgesehen von den Erhebungen der Dicht- und ggf. vorhandener Abstützelemente
vollkommen ebenen Dichtungen auch solche Dichtungen ein, die sich
flächig erstrecken, aber aufgrund der konischen oder sphärischen abzudichtenden
Oberflächen selbst ebenfalls eine konische oder sphärische
Grundform aufweisen. Diese Dichtungen werden dann als Flachdichtungen
betrachtet, wenn ihre Längs- und Quererstreckung wesentlich
größer ist als ihre Dicke, nämlich mindestens fünfmal,
bevorzugt mindestens zehnmal so groß ist als die Dicke.
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Die
erfindungsgemäße metallische Flachdichtung wird
insbesondere zur Abdichtung im Bereich von Verbrennungsmotoren einschließlich
deren Abgasstrangs verwendet, insbesondere als Zylinderkopfdichtung,
Abgaskrümmerdichtung oder Flanschdichtung. Dabei weist
die erfindungsgemäße metallische Flachdichtung
neben den Durchgangsöffnungen für Medien, insbesondere
für Brenngase, auch Durchgangsöffnungen für
Befestigungsmittel auf. Üblicherweise werden die Durchgangsöffnungen
für Brenngase individuell oder mittels brillenförmig
zusammenhängender Abdichtelemente abgedichtet. Andere Mediendurchgangsöffnungen
werden oftmals auch gemeinschaftlich abgedichtet. Befestigungsdurchgangsöffnungen
benötigen meist nur dann eine Abdichtung, wenn sie gleichzeitig
auch Medien führen. Die periodenförmige Strukturierung wird
als erfindungsgemäß als Abdichtelement verwendet.
Daneben ist es aber auch möglich, dass sich insbesondere
in der Nähe der Außenkante der Dichtung oder an
Stellen, an denen die abzudichtenden Bauteile strukturelle Schwächen
aufweisen, ähnliche periodenförmige Strukturierungen
befinden, die dann als Abstützelemente dienen. Hinsichtlich
der Ausbildung der Beschichtung auf diesen Abstützelementen gilt
das bereits für die Abdichtelemente gesagte.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher
erläutert werden. Die Zeichnungen sind schematischer Natur
und beschreiben lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt
ist. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
Teile. Im Einzelnen zeigen:
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1 eine
Teildraufsicht auf eine erfindungsgemäße metallische
Flachdichtung am Beispiel einer Zylinderkopfdichtung;
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2 einen
Querschnitt entsprechend Linie A-A der 1 jedoch
für eine Flachdichtung des Stands der Technik;
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3 einen
Querschnitt entsprechend Linie A-A der 1 für
eine erfindungsgemäße metallische Flachdichtung;
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4 eine
Teildraufsicht auf eine erfindungsgemäße metallische
Flachdichtung am Beispiel einer Auspuffkrümmerdichtung;
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5 einen
Querschnitt entsprechend Linie C-C der 4
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6 einen
Ausschnitt aus dem Querschnitt einer weiteren Ausführungsform
eines Abdichtelements einer erfindungsgemäßen
metallischen Flachdichtung;
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7 eine
Teildraufsicht auf eine erfindungsgemäße metallische
Flachdichtung;
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8 einen
Querschnitt entsprechend Linie B-B der 1 für
eine erfindungsgemäße metallische Flachdichtung;
und
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9 eine
Teildraufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Abdichtelements
einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung
vergleichbar dem Ausschnitt X der 4.
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1 zeigt
eine Teildraufsicht auf eine erfindungsgemäße
metallische Flachdichtung 1 am Beispiel einer Zylinderkopfdichtung.
Neben den Durchgangsöffnungen für Brenngase 20 weist
die Dichtung weitere Durchgangsöffnungen, insbesondere
Durchgangsöffnungen für Befestigungsmittel 21 sowie Durchgangsöffnungen
für Medien (Kühlwasser, Öl) auf. Die
Brenngasdurchgangsöffnungen 20 sind unabhängig
von einander jeweils vollständig von einem Abdichtelement 4 umgeben,
das aus mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Erhebungen
und Vertiefungen besteht, die einander periodisch abwechseln. Die
Seitenkante der Dichtung weist ein Abstützelement 6 auf,
das sich an den unstrukturierten Bereich 5 der Dichtung
anschließt. Auch das Abstützelement 6 wird
von einer periodischen Strukturierung aus Erhebungen und Vertiefungen
gebildet. Die Dichtung weist auf ihrer gesamten Oberfläche 11 einschließlich
der Abdicht- und Abstützelemente eine Beschichtung 3 gleichmäßiger
Dicke auf.
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2 demonstriert
nun an einem Schnitt, wie er der Linie A-A in 1 entspricht,
ein Beschichtungsprofil, wie es üblicherweise erhalten
wird, wenn die Beschichtung nach Einbringen der Erhebungen 41 und
Vertiefungen 42 jeweils getrennt für jede Seite aufgebracht
wird. Während es in den Vertiefungen 42 zu einer
Anhäufung 33 der Beschichtungsmasse kommt, da
diese sich in den Vertiefungen sammelt, ist die Dicke der Beschichtung
im Bereich der Erhebungen 41 reduziert, siehe 34.
Dadurch weist die Dichtung eine sehr ungleichmäßige
Beschichtungsverteilung auf, wodurch das Abdichtpotential reduziert
ist.
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Im
Gegensatz dazu stellt die 3 einen entsprechenden
Schnitt entlang Linie A-A aus 1 einer
erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung dar.
Die Dichtung ist beidseitig mit gleicher Beschichtungsdicke HB1, HB2 beschichtet.
Auch im Bereich der Erhebungen 41, Vertiefungen 42 und
den dazwischen liegenden Übergangsbereichen 43 ändert
sich die Beschichtungsdicke nur geringfügig. Die Beschichtungsdicke
HV in einer Vertiefung beträgt dabei maximal 120%, bevorzugt
maximal 110% der Beschichtungsdicke HB auf der entsprechenden Oberfläche
der Dichtung 1. Die Erhebungen 41 und Vertiefungen 42 spannen
eine periodische Struktur auf, die in ihrem Verlauf einer Sinuswelle
vergleichbar ist. Die Periodenlänge P dieser Strukturierung bleibt
beim gezeigten Abdichtelement 4 weit unter dem vierfachen
der Dicke der Dicke des Metallblechs 39, HM, der Dichtungslage 10.
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4 zeigt
anhand einer Auspuffkrümmerdichtung 1, die Einschnürungen
zwischen den Bereichen ihrer Brenngasdurchgangsöffnungen 20 aufweist,
dass die Abdichtelemente 4 um die Brenngasdurchgangsöffnungen 20 nicht
immer unmittelbar an deren Rand anschließen müssen,
sondern einen Abstand aufweisen können. Der Schnitt entlang
Linie C-C, der in 5 wiedergegeben ist. Auch hier
weist die einlagige Dichtung 1 auf beiden Oberflächen 11 und 12 eine
Beschichtung 31, 32 vergleichbarer Dicke HB1, HB2 auf. Wieder
ist die Periodenlänge P der Erhebungen 41 und
Vertiefungen 42 des Abdichtelements 4 deutlich
kleiner als das Vierfache der Dicke des Metallblechs 39,
HM. Die Ausführungsform der 5 unterscheidet
sich vor allem darin von der der 3, dass
in ihr der periodischen Struktur noch eine Bogenform überlagert
ist, die eine Optimierung der elastischen Eigenschaften und der
Dauerhaltbarkeit des Abdichtelements 4 bewirkt.
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6 demonstriert
die Größenverhältnisse in einem Abdichtelement 4 einer
erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung 1,
hier am Beispiel eines trapezförmigen Querschnitts. Hier
ist die Dicke der Beschichtung 31 auf der ersten Oberfläche 11 etwas größer
gewählt als diejenige 32 auf der anderen Oberfläche 12.
Auch im Bereich der Vertiefungen 42 entspricht deren Dicke
HB1, HB2 im Wesentlichen den
entsprechenden Dicken an den Erhebungen 41. Die Blechdicke
HM ist deutlich größer als die Dicke der Beschichtung.
Sie weist im Bereich des Übergangs 43 zwischen
Erhebung 41 und Vertiefung 42 dahingehend eine
Besonderheit auf, als in diesem Bereich die Dicke des Blechs 39,
HM43, der Dichtungslage 1 gegenüber
der Dicke im Bereich einer Erhebung HM41 reduziert
ist. Diese Reduktion dient der Verfestigung der Übergangsbereiche 43 und
des Abdichtelements 4 insgesamt. Sie liegt im Bereich zwischen
8 und 30%, bevorzugt zwischen 15 und 26%. Die Dickenverteilung der
Beschichtung ist hiervon nicht betroffen. 6 verdeutlicht
weiterhin, dass die Prägetiefe der periodischen Strukturierung HP über
die Blechdicke HM hinausgehen kann.
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7 stellt
anhand einer Draufsicht auf einen Ausschnitt einer metallischen
Flachdichtung mit mehreren Durchgangsöffnungen einen beispielhaften
Verlauf der Abdichtelemente im Bereich des Steges zwischen zwei
Durchgangsöffnungen 20 dar. Im gezeigten Beispiel
besteht das Abdichtelement 44, 45a, 45b selbst
aus einer periodisch mäandrierenden Erhebung, die sich
um die Durchgangsöffnungen 20 erstreckt. Eine
Periode P verläuft dabei also anders als bei den bisher
gezeigten Ausführungsbeispielen nicht radial zur Durchgangsöffnung,
sondern umlaufend. Das Abdichtelement 44, das an der unten
liegenden Brenngasdurchgangsöffnung entlangläuft, umgibt
diese vollständig. Im Gegensatz hierzu ist das Abdichtelement 45 im
Stegbereich unterbrochen und in zwei Abschnitte 45a, 45b aufgeteilt,
die den Stegbereich aus Platzgründen nicht durchlaufen.
Anders als aus der Darstellung der 7 anzunehmen
kommen sich die Dichtelementen 44, 45a, 45b dabei
so nahe, dass ein nahtloser Übergang entstehet und das
eine durchlaufende Dichtelement 44 eine ausreichende Abdichtung
sicherstellen kann.
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Daneben
deutet 7 aber auch an, dass die mäandrierenden
Abdichtelemente 44, 45a, 45b von zusätzlichen
Sicken 46 begleitet sein können. Auch für
konzentrisch verlaufende periodische Abdichtelemente ist es möglich,
dass die Anzahl Perioden im Stegbereich reduziert wird und/oder
die Abdichtelemente zweier benachbarter Abdichtelemente zusammengeführt
werden.
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Die
erfindungsgemäße metallische Flachdichtung 1 kann
neben der ersten Dichtungslage 10, die das Abdichtelement 4 enthält,
weitere Dichtungslagen enthalten, wie aus 8 hervorgeht,
beispielsweise zwei weitere Dichtungslagen, die für sich
genommen entsprechend den Anforderungen des gewählten Abdichtprofils
wie gezeigt Glattblechlagen 18, 19 sein können,
oder aber selbst wiederum Sicken oder periodische Strukturierungen
als Abdichtelemente enthalten können. Im gezeigten Beispiel, das
dem Schnitt B-B aus 1 folgt, ist neben der ersten
Dichtungslage 10, die beidseitig beschichtet ist, auch
die zum Motorblock 71 weisende Außenseite der
untersten Dichtungslage 19 einseitig beschichtet. Der Figur
ist zu entnehmen, wie gleichmäßig sich die Beschichtung
auf beiden Oberflächen 11, 12 der ersten
Dichtungslage 10 von der Brenngasdurchgangsöffnung 20 über
das Abdichtelement 4, den unstrukturierten Bereich 5 und
auf der anderen Seite der Befestigungsmitteldurchgangsöffnung 21 auch über
das Abstützelement 6 bis zum Außenrand
der Dichtung zieht.
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9 zeigt
abschließend ein weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung
anhand eines Ausschnitts aus einer schrägen Draufsicht
auf eine periodische Strukturierung eines Abdichtelements 4,
wie es an einer Position vergleichbar de im Ausschnitt X der 4 die
Durchgangsöffnung 20 umgeben kann. Eine große
Anzahl Erhebungen 41 und Vertiefungen 42 erstreckt
sich entlang der Umfangsöffnung und weist dabei sowohl
in Umfangsrichtung als auch radial eine periodische Struktur auf,
die an Pyramidenstümpfe erinnert. Neben der gezeigten orthogonalen
Anordnung ist auch eine Anordnung möglich, bei der sich die
Anzahl der umlaufenden Perioden in radialer Richtung nicht ändert.
Trotz der extrem feinteiligen Strukturierung ist auch hier eine
gleichmäßige Beschichtung gewährleistet,
der Schnitt Y-Y entspricht ungefähr dem in 6 gezeigten
Querschnittsabschnitt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10310124 [0002]
- - EP 1298364 A2 [0003, 0003]
- - EP 08002192 [0004]
- - EP 1079155 A2 [0006]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Tabellenbuch
Metall, Europa Lehrmittel, Wuppertal, 1987, S. 138 [0016]