DE3934755C2 - Metallischer Hohlprofil-Dichtring, insbesondere für Kraftfahrzeug-Motoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen metallischen Hohlprofil-Dichtring, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.

Metallische Hohlprofil-Dichtringe werden z. B. für Rohr­ verschraubungen aus Stahl, Aluminium oder Kupfer mit C- förmigem Querschnitt hergestellt und mit einer Asbest­ füllung versehen (DIN 7603).

Für Kraftfahrzeugmotoren werden z. B. zum Abdichten der Brennräume bzw. der Öl- oder Kühlwasserbohrungen und der­ gleichen Hohlprofil-Dichtringe benutzt, die einen U-förmi­ gen Querschnitt aufweisen, aus Kupfer oder Edelstahl be­ stehen und den Öffnungsrand der Dichtplatte um- bzw. ein­ fassen (Prospekt "REINZ-Dichtungen für die Kraftfahrzeug­ industrie").

Aus dem DE-GM 19 78 062 ist eine Zylinderkopf- oder Flanschdichtung bekannt, wobei auf dem Dichtkörper am Um­ fang der Öffnung ein Flachblechmantel aufliegt, der über den Randbereich vorsteht und dort dreimal rechtwinkelig umgebördelt ist. In dieses rechteckige Hohlprofil der Randumbördelung ist eine im Querschnitt z. B. V-, X-, O- oder S-förmige Metallfeder eingelegt, die mit Hilfe auf­ einanderfolgender Querschlitze eine Elastizitätserhöhung mit sich bringen soll, um am Umfang der abzudichtenden Öffnung, d. h. in Längsrichtung der Dichtung, vorhandene Höhenunterschiede besser ausgleichen zu können. Anstelle der eingelegten Federn kann dabei auch der zum Flachblech­ mantel parallele Flansch der U-förmigen Umbördelung mit einer V-förmigen, ebenfalls geschlitzten Sicke versehen werden, die verhindern soll, daß sich die Bördelflächen zusammendrücken.

In der auf eine ältere Anmeldung zurückgehenden DE 39 15 640 A1 ist eine metallische Einfassung für eine Durchtrittsöffnung einer Flachdichtung, beispiels­ weise die Brennraum-Durchtrittsöffnung einer Zylinder­ kopfdichtung, sowie eine mit einer derartigen Einfassung versehene Flachdichtung beschrieben, mit der die Anpas­ sungskompressibilität verbessert werden soll. Dies ge­ schieht mit Hilfe eines Außenringes mit Innenkonus und einem hierauf axial verschiebbaren Innenring mit Außen­ konus. Dabei wird durch ein Ineinanderschieben der beiden Ringe eine durch elastische Dehnung erzeugte Material- Eigenspannung hervorgerufen, die eine hohe Kompressibi­ lität und gute Rückfedereigenschaft der Ringkombinaton be­ wirkt. Diese beiden Ringe können auch zwischen den bei­ den Schenkeln eines elastischen C-Rings gelagert sein, der zugleich den Dichtungsträger umgibt. Hinsichtlich einer Flachdichtung werden die Ringe im Kraftnebenschluß an einem Hartträger und im Krafthauptschluß an einem wei­ chen Träger angebracht.

Weiterhin ist aus der DE-OS 14 75 681 ein Hohlform-Dichtring bekannt, dessen Herstellungsverfahren dadurch vereinfacht ist, daß die Weichstoff-Füllung durch einen oder mehrere im Profil angeordnete Stege ersetzt ist. Bei diesen bekannten Dichtringen ist die Einstellung der Dichtungs­ steifigkeit kompliziert. Auch erfordert die Herstellung derartiger Dichtringe durch Umformung aufgrund der Ausbildung der Stege aufwendige Umformwerkzeuge.

Des weiteren wird in der US-PS 43 12 512 eine Zylinderkopf­ dichtung beschrieben, die aus drei metallischen Schichten besteht. Entlang der Brennraumöffnungen ist die mittlere Schicht gegenüber den beiden äußeren zurückversetzt. Hierdurch wird eine ringförmige Nut gebildet, die zum Befestigen eines Dichtringes mittels einer daran angeordneten Ringlippe dient. Der Aufbau einer derartigen Zylinderkopf­ dichtung ist kompliziert und erfordert ein entsprechend aufwendiges Herstellungsverfahren.

Den mit Einlagen versehenen Hohlprofil-Dichtringen fehlt entweder eine zum sicheren Abdichten ausreichende Kom­ pressibilität und/oder eine hohe Rückfederung. Sie sind zum Teil kompliziert aufgebaut bzw. herzustellen und auch nicht ohne weiteres vielseitig verwendbar. Sie las­ sen auch plastische Verformungen nicht ausschließen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen vielseitig verwendbaren, einfach herstellbaren Hohlprofil-Dichtring mit guter Kompressibilität und guten Rückfederungseigenschaften zu schaffen.

Diese Aufgabe wird wie in den Patentansprüchen gekenn­ zeichnet gelöst, womit auch ein weiterer Lösungsweg im Vergleich mit dem Konus-Ringpaar aufgezeigt wird.

Die besonderen Vorteile, Funktionen und vielfältigen Ein­ satzmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung im Profil-Querschnitt dargestellt.

Der Dichtring ist als Hohlprofil ausgebildet, das keine Füllung bzw. Einlagen enthält, und wird aus einem etwa 0,1 bis 1 mm dicken Stahlband hergestellt, das im Anschluß an die Formgebung federstahlähnliche Eigenschaften erhält oder schon von vornherein aus Federstahl besteht.

Die Formgebung erfolgt durch Einbiegen eines entsprechend breiten Bandes oder durch zwei bzw. drei schmale Bänder, die anschließend an die Teilverformung miteinander ver­ schweißt werden.

Im speziellen weist das Profil einen flachen bzw. ebenen Flansch 5 mit beidseitigen, halbkreisförmigen Übergangs­ stücken 3 und 4 auf. Das Außenrand-Übergangsstück 3 mit Krümmungsradius R1 und Außendurchmesser D2 setzt sich in einen Schenkel fort, der schräg nach innen über die Pro­ filmitte hinaus zum Flansch 5 hin verläuft und mit diesem einen Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise 45°, einschließt und mit Abstand hiervon endet. Der Innenrandsteg 4 mit Krümmungsradius R2 und Innendurchmesser D1 setzt sich in einen Schenkel 2 fort, der quergerichtet ist, den schrägen Schenkel 1 teilweise überlappt, hiervon mit Abstand endet sowie parallel zum ebenen Flansch 5 verläuft. Der Quer­ schenkel 2 kann auch gegenüber dieser Parallellage bis zu etwa 20° nach oben (+) oder bis zu etwa 20° nach unten (-) schräggestellt hergestellt werden.

Die freien Enden der Schenkel 1 und 2 sind - wie darge­ stellt - abgekantet oder aber abgerundet.

Es kann auch der Außensteg 3 den Innensteg und der Innen­ steg 4 den Außensteg bilden. Durch Werkstoffauswahl hinsichtlich der Elastizität so­ wie durch Variationen von Blechdicke, Schenkellängen 1, 2 und des Flansches 5 sowie der Umformradien R1 und R2 sind die Rückfederung und die Kompressibilität bei einer geforderten Einbaudicke auf die gewünschten Größen exakt einstellbar. Dadurch können Bauteilvorzüge bzw. setzbe­ dingte Pressungsverluste verringert werden. Die Schenkel 1 und 2 kommen bei variablem Flansch 5 unter Last unter­ schiedlich früh zur gegenseitigen Anlage, woraus unter­ schiedliches Federverhalten des gesamten Dichtelementes resultiert. Große Fertigungstoleranzen von Bauteilen können problem­ los ausgeglichen werden, ohne örtlich eine (ungewollte) zusätzliche Kraftaufnahme des Dichtelementes zu bewirken.

So kann beispielsweise die Länge des schrägen Schenkels 1 derart bemessen werden, daß dessen freies Ende beim Ein­ spannen mit dem dabei wirksamen Hebelarm R1 stets einen Abstand zum ebenen Flansch 5 beibehält oder aber nach einem bestimmten Einfederungsweg am Flansch 5 zur Anlage kommt. Ebenso kann dieser Schenkel 1 schon von vornherein, gegebenenfalls unter Vorspannung, am Flansch 5 anliegen. Ein senkrecht zum Flansch 5 gerichteter Schenkel 1 würde in Anlage hieran das freie Einfedern des Steges 3 be­ grenzen, während der schräge Schenkel 1 die Federkraft­ wirkung erhöht.

Wird beispielsweise der parallele Schenkel 2 mit einem kleinen Winkel schräg nach oben, d. h. den Steg 3 nach oben überragend gerichtet, so entsteht beim Einspannen des Dichtringes im Bereich des Steges 4 vorweg eine Vor­ spannung entsprechend der Länge und des Schrägwinkels des Schenkels 2. Die Länge des Schenkels 2 kann dabei - eben­ so wie auch bei einer parallelen Ausgangslage dieses Schenkels - derart bemessen werden, daß dessen freies Ende in dessen paralleler Lage am schrägen Schenkel 1 zur An­ lage kommt, oder erst nach einem weiteren Einfedern des Dichtringes, d. h. nach weiterem federndem Einbiegen der Übergangsstücke 3 und 4 entsprechend den wirksamen Hebellängen R1 und R2, oder aber stets einen Abstand hiervon beibehält.

Beispielsweise kann der parallele Schenkel 2 auch nach innen zum Flansch 5 hin schräg gerichtet sein, wobei es möglich ist, mit dem Einbiegen der Übergangsstücke 3 und 4 entsprechend den Radien R1 und R2 den schrägen Schen­ kel 1 am ebenen Flansch 5 und dann den Schenkel 2 am Schenkel 1 - oder umgekehrt oder zugleich - zur Anlage zu bringen.

Es sind also nicht nur die Längen der Schenkel 1 und 2 sowie die gegebenenfalls gegeneinander unterschiedlich großen Umformradien R1 und R2 als solche, sondern auch in Relation zueinander funktionsbedingt bzw. funktions­ bestimmend für das Einfederungsverhalten. Mit der er­ findungsgemäßen Formgebung des Dichtringes können also die vielfältigsten, den jeweiligen Einsatz- bzw. Bela­ stungsfällen entsprechenden Funktionen definiert erzielt werden, wozu es nur noch der üblichen Berechnungsmetho­ den oder einfacher Versuche bedarf. Jedenfalls führt das Zusammenwirken auch in der Weise zum Erfolg, daß ein Überschreiten der Elastizitätsgrenze in die Fließgrenze hinein nur bei extrem hoher Dichtpressung auftreten kann.

Der erfindungsgemäße Dichtring kann als solcher zum Ein­ satz kommen, z. B. als Kreisring, Ovalring oder derglei­ chen. Im Bereich für Kraftfahrzeug-Motoren kann er z. B. als Dichtring für Turbolader, als Dichtring im Motor-, Getriebe- und Auspuffbereich, also u. a. auch für eine Zylinderkopfdichtung verwendet werden. Dabei können die Randausnehmungen einer Dichtungsplatte mit einer im Querschnitt halbkreisförmigen Nut versehen werden, die das äußere Übergangsstück 3 des Dichtrings formschlüssig umfaßt. Dabei kann entsprechend der Här­ te bzw. Weichheit der Flachdichtung diese in unbelaste­ tem Zustand oben und unten mit dem Dichtring bündig sein bzw. oben und/oder unten vor- oder zurückstehen. Der Dichtring ist so auch sowohl im Krafthauptschluß als auch im Kraftnebenschluß einsetzbar.

Claims (7)

1. Metallischer, einlagenfreier und federnder Hohlprofil-Dichtring mit einem ebenen Flansch, ins­ besondere für Kraftfahrzeug-Motoren, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den ebenen Flansch (5) als z. B. Außenrand ein halbkreisförmiges Übergangsstück (3) anschließt, das in einen schräg nach innen zum Flansch (5) hin­ gerichteten, im Querschnitt gerade verlaufenden Schenkel (1) übergeht, und an den sich als z. B. Innenrand ein halbkreisförmiges Über­ gangsstück (4) anschließt, das in einen - zum schrägen Schenkel (1) hin und diesen überlappend - quergerichteten, im Querschnitt gerade verlaufenden Schenkel (2) übergeht.

2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schräg gerichtete, im Querschnitt gerade verlaufende Schenkel (1) vor dem ebenen Flansch (5) und/oder der quer gerichtete, im Querschnitt gerade ver­ laufende Schenkel (2) vor dem schräg gerichteten, im Querschnitt gerade verlaufenden Schenkel (1) mit Abstand endet.

3. Dichtring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Band geformt bzw. aus Bändern zu­ sammengesetzt ist, das bzw. die aus Federstahl bestehen oder nach nach der Formgebung Federstahleigenschaften er­ halten.

4. Dichtring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schräg gerichtete, im Querschnitt gerade verlaufende Schenkel (1) mit dem ebenen Flansch (5) einen Winkel von 30° bis 60°, ins­ besondere 45°, einschließt.

5. Dichtring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der quergerichtete, im Querschnitt gerade verlaufende Schenkel (2) zum ebenen Flansch (5) parallel oder in einem Winkel bis zu ±20° verläuft.

6. Dichtring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er in eine, in der Randausnehmung einer Dich­ tungsplatte vorgesehene, im Querschnitt halbkreis­ förmige Nut eingesetzt ist.

7. Dichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien R1 und R2 der Übergangsstücke (3) und (4) zwischen 0,5 und 3 mm betragen.