DE102005041826A1 - Metallic flat gasket for thermally loaded connections of fluid-carrying lines - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung zur Abdichtung von Verbindungen zwischen fluidführenden Leitungen, wobei die Dichtung mindestens eine innere Durchgangsöffnung für das Fluid aufweist und wobei die Dichtung eine Trägerlage und eine erste Funktionslage umfasst, die auf der Trägerlage angebracht ist und mindestens eine Sicke aufweist, welche um die innere Durchgangsöffnung herum verläuft. Die Trägerlage und die erste Funktionslage bestehen aus verschiedenen Materialien, und die Trägerlage ragt von der Durchgangsöffnung nach außen über die Funktionslage hinaus.The present invention relates to a metallic flat gasket for sealing connections between fluid-carrying lines, the gasket having at least one inner through opening for the fluid and the gasket comprising a carrier layer and a first functional layer which is attached to the carrier layer and has at least one bead, which runs around the inner through opening. The carrier layer and the first functional layer consist of different materials, and the carrier layer protrudes outward from the through opening beyond the functional layer.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung für thermisch hoch belastete Verbindungen fluidführender Leitungen. Sie betrifft insbesondere eine Auspuffdichtung für Brennkraftmaschinen mit hoher Abgastemperatur.The The present invention relates to a metallic gasket for thermal highly loaded connections fluid-carrying lines. It concerns in particular an exhaust gasket for Internal combustion engines with high exhaust gas temperature.
Dichtungen für die Verbindung von Auspuffteilen wie etwa Turbolader, Katalysator, Schalldämpfer, Krümmer und dergleichen sind hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Da eine effiziente Verbrennung möglichst hohe Temperaturen erfordert, steigen diese Belastungen bei modernen Brennkraftmaschinen weiter an.seals for the Connection of exhaust parts such as turbocharger, catalytic converter, muffler, manifold and The like are exposed to high thermal loads. There one efficient combustion possible high temperatures require, these pressures increase in modern day Internal combustion engines on.
Beispielsweise ist eine immer stärkere Verbreitung leistungsfähiger Dieselmotoren zu beobachten, die aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften besonders gut mit Turboladern harmonisieren. Ein Turbolader ist aufgrund der zwangsläufigen Position weit vorne im Abgastrakt ein gutes Beispiel eines thermisch besonders belasteten Bauteils. Dabei kann es im Betrieb mitunter bis zur Rotglut des Turboladers kommen.For example is an ever stronger Spreading more powerful Diesel engines to observe, due to their specific characteristics especially harmonize well with turbochargers. A turbocharger is due to the inevitable Position far ahead in the exhaust tract a good example of a thermal particularly stressed component. It can sometimes in operation come to the red heat of the turbocharger.
Bei reinen Saugmotoren können die besonders belasteten Bauteile der Auspuffanlage auf der Motorseite soweit wie möglich einstückig gefertigt werden, zumindest bis zum heute üblichen Abgaskatalysator, der in der Regel angeflanscht ist. Bei solch einstückigen Auspuffabschnitten ist die Materialwahl weniger kritisch. Bei turbo-aufgeladenen Motoren sitzt der Turbolader zwischen Katalysator und Motor, also weiter vorne, wo höhere Abgastemperaturen vorliegen. Da es sich bei dem Turbolader üblicherweise um ein austauschbares Teil handelt, muss dieser ebenfalls angeflanscht werden, wobei die hierzu notwendigen Dichtungen weit höheren thermischen Belastungen standhalten müssen als die weiter hinten im Abgastrakt gelegenen.at pure suction motors can the particularly stressed components of the exhaust system on the engine side as far as possible one piece be manufactured, at least until today's catalytic converter, the usually flanged. With such one-piece exhaust sections is the choice of materials less critical. For turbo-charged engines sits the turbocharger between the catalytic converter and the engine, thus further ahead, where higher Exhaust gas temperatures are present. As is the turbocharger usually is a replaceable part, it must also flanged be, with the necessary seals far higher thermal loads have to withstand as the one located farther back in the exhaust tract.
Der Werkstoff der Dichtung muss an die entsprechende Temperatur angepasst werden. Die Materialkosten steigen somit mit steigender Abgas-/Flanschtemperatur an. Spezielle Materialien, wie etwa Inconel 718, sind daher für diese Dichtungen nötig. Da die Materialien kostenaufwendiger und teilweise auch weniger gut bzw. schwieriger zu verarbeiten sind, besteht ein Bedarf daran, diese hochwertigen Materialien nur dort und nur im dem Maße einzusetzen, so dass eine Dichtigkeit unter minimalem Materialeinsatz noch gewährleistet werden kann.Of the Material of the gasket must be adapted to the corresponding temperature become. The material costs thus increase with increasing flue gas / flange temperature at. Special materials such as Inconel 718 are therefore for them Seals needed. Because the materials are more expensive and sometimes less good or difficult to process, there is a need to to use these high-quality materials only there and only to the extent that so that a tightness with minimal use of materials still guaranteed can be.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine metallische Flachdichtung für thermisch hoch belastete Verbindungen fluidführender Leitungen bereitzustellen, welche die notwendige Dichtigkeit sicherstellt, und bei welcher der Einsatz teurer und möglicherweise schwierig zu verarbeitender Materialien minimiert werden kann. Dadurch können sowohl die Kosten deutlich verringert werden, als auch die Verarbeitung bzw. Herstellung vereinfacht und beschleunigt werden.It is therefore the object of the present invention, a metallic Flat gasket for to provide thermally highly loaded connections of fluid-carrying lines, which ensures the necessary tightness, and in which the use more expensive and possibly difficult to process materials can be minimized. Thereby can both the costs are significantly reduced, as well as the processing or manufacturing simplified and accelerated.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine metallische Flachdichtung zur Abdichtung von Verbindungen zwischen fluidführenden Leitungen bereitgestellt. Die Dichtung weist mindestens eine innere Durchgangsöffnung für das Fluid auf, und umfasst eine Trägerlage, eine erste Funktionslage, die auf der Trägerlage angebracht ist und mindestens eine Sicke aufweist, welche um die innere Durchgangsöffnung herum verläuft.According to one Aspect of the invention is a metallic gasket for sealing of connections between fluid-conducting Lines provided. The seal has at least one inner Through opening for the Fluid, and comprises a carrier layer, a first functional layer which is mounted on the carrier layer and has at least one bead, which around the inner passage opening around runs.
Dabei bestehen die Trägerlage und die erste Funktionslage aus verschiedenen Materialien. Während die Funktionslage aus einem hochlegierten Material besteht, welches besonders temperaturfest ist, kann die Trägerlage aus einem einfacheren und kostengünstigeren Material ausgeführt werden. Die Trägerlage ragt von der Durchgangsöffnung nach außen über die Funktionslage hinaus.there exist the carrier layer and the first functional layer of different materials. While the Functional layer consists of a high alloy material, which is particularly temperature-resistant, the carrier layer of a simpler and cheaper Material executed become. The carrier layer protrudes from the passage opening outward over the Functional position addition.
Dadurch kann bei der erfindungsgemäßen Dichtung ein Einsatz des teuren und möglicherweise schwierig zu verarbeitenden Materials der Funktionslage auf ein Minimum beschränkt werden, während die Trägerlage aus einem kostengünstigen Material wie Federstahl oder dergleichen gefertigt werden kann. Die Funktionslage deckt nur den eigentlichen Funktionsbereich bzw. Dichtbereich ab, d.h. den Bereich, der den höchsten Temperaturen widerstehen muss, während die Trägerlage den übrigen Teil der Dichtung bildet.Thereby can in the inventive seal a use of the expensive and possibly difficult material to be processed is kept to a minimum, while the support layer from a cost-effective Material such as spring steel or the like can be made. The functional layer only covers the actual functional area or Sealing area, i. the area that has to withstand the highest temperatures while the carrier layer the rest Part of the seal forms.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Dichtung weiter eine zweite Funktionslage, die mindestens eine Sicke aufweist, welche um die innere Durchgangsöffnung herum verläuft, wobei die erste und die zweite Funktionslage auf gegenüberliegenden Flächen der Trägerlage angebracht sind. Je nach Anwendungszweck kann es genügen, nur auf einer Seite eine Funktionslage vorzusehen, etwa wenn die Abgastemperatur stark abnimmt und der folgende Abschnitt des Abgastrakts ohnehin kühler ist. Sofern beide Seiten der Dichtung aber ähnlich stark belastet werden, kann es sinnvoll sein, auf beiden Seiten die besonders hoch belastbare Funktionslage vorzusehen.In a preferred embodiment The seal further comprises a second functional layer, at least has a bead, which around the inner passage opening around runs, wherein the first and the second functional attitude on opposite surfaces the carrier layer are attached. Depending on the application, it may suffice Provide a functional position on one side, such as when the exhaust gas temperature decreases sharply and the following section of the exhaust tract anyway is cooler. If both sides of the seal are similarly heavily loaded, It may be useful on both sides of the particularly heavy duty Provide functional position.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trägerlage in dem Bereich plan, der von der ersten und/oder zweiten Funktionslage überdeckt wird. Da in dem Bereich, der durch die Funktionslage(n) überdeckt wird, in der Regel eine höhere Temperatur herrscht, ist es bevorzugt, dass die Trägerlage hier plan ausgeführt ist. Dies ist deswegen vorteilhaft, weil es vorkommen kann, dass die Trägerlage bei hoher Temperatur „weich" wird, so dass darin vorhandene Sicken abgeflacht werden könnten. Dies würde die Dichteigenschaften verschlechtern. Ein planer Bereich wird dagegen höchstens gestaucht bzw. das Material der Trägerlage wird geringfügig komprimiert, was die Dichteigenschaften nicht wesentlich beeinträchtigt.In a preferred embodiment, the carrier layer is planar in the region which is covered by the first and / or second functional layer. As in the area covered by the functional layer (s), usually a higher temperature prevails, it is preferred that the carrier layer is executed here plan. This is advantageous because it can happen that the carrier layer "softens" at high temperature so that it could flatten out existing beads, which would worsen the sealing properties, whereas at the most a planar area is compressed or the material of the carrier layer becomes slightly compressed, which does not significantly affect the sealing properties.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerlage in dem Bereich, der von der ersten und/oder zweiten Funktionslage überdeckt wird, eine Sicke auf. Dies kann z.B. dazu dienen, die Funktionslage formschlüssig mit der Trägerlage zu verbinden.In a preferred embodiment has the carrier layer in the area covered by the first and / or second functional layer will, a bead on. This can e.g. serve the functional condition form-fitting with the carrier layer connect to.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist/weisen die erste und/oder die zweite Funktionslage mindestens zwei Sicken auf. Mehr als eine Sicke kann die Dichteigenschaften verbessern, und auch die Steifigkeit der Dichtung hier erhöhen. Dies wird allerdings mit einer erhöhten radialen Ausdehnung zumindest der Funktionslage erkauft.In a preferred embodiment has / show the first and / or the second functional layer at least two beads on. More than one bead can improve the sealing properties and also increase the stiffness of the seal here. This is however with an elevated one radial expansion at least the functional position bought.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerlage in dem Bereich, der über die Funktionslage hinausragt, mindestens eine Sicke auf. Dadurch wird im „Kaltbereich" der Dichtung eine zusätzliche Dichtigkeit erreicht, wobei hier keine Gefahr besteht, dass die Sicke aufgrund des thermisch nicht so hoch belastbaren Materials der Trägerlage bei hohen Temperaturen weich und abgeflacht oder sogar eingeebnet wird. Das Eindringen von Fremdkörpern, Gasen und Flüssigkeiten von der Außenseite wird wirksam verhindert.In a preferred embodiment has the carrier layer in the area over the functional position protrudes, at least one bead. Thereby becomes in the "cold area" of the seal a additional Tightness achieved, with no risk that the Beading due to the not very high thermal loadable material the carrier layer soft and flattened or even leveled at high temperatures becomes. The penetration of foreign bodies, gases and liquids from the outside is effectively prevented.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trägerlage um die Kante der ersten Funktionslage herumgefalzt, die der Durchgangsöffnung zugewandt ist. Dadurch fungiert die Trägerlage als Stopper für die Funktionslage, d.h. durch die Materialverdickung infolge der Umfalzung wird eine Einebnung der Sicke(n) der Funktionslage(n) verhindert.In a preferred embodiment is the carrier layer folded around the edge of the first functional layer, which faces the passage opening. As a result, the carrier layer acts as a stopper for the Functional position, i. due to the material thickening as a result of the folding over a leveling of the bead (s) of the functional position (s) is prevented.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Trägerlage
in dem Bereich, der über
die Funktionslage hinausragt, Befestigungsmittel zum Anbringen eines
Hitzeschildes auf. Die Vorteile eines Hitzeschildes bzw. der Möglichkeit,
einen solchen anzubringen, werden im Zusammenhang mit
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Dichtung weiter einen Hitzeschild, der an der Trägerlage angebracht ist, z.B. mit den oben. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Trägerlage und Hitzeschild einstückig ausgebildet.In a preferred embodiment The seal further comprises a heat shield attached to the carrier layer attached, e.g. with the above. In a further preferred embodiment are carrier layer and heat shield in one piece educated.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Dichtung weiter eine Beschichtung, die auf der ersten und/oder der zweiten Funktionslage aufgebracht ist, um die Mikrodichteigenschaften zu verbessern.In a preferred embodiment the seal further includes a coating on the first and / or the second functional layer is applied to the micro-density properties to improve.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Funktionslage um die Kante der Trägerlage herumgefalzt, die der Durchgangsöffnung zugewandt ist. Dadurch wird der direkte Kontakt zwischen Trägerlage und fluidem Medium verhindert. Da die Trägerlage weniger resistent gegenüber der Einwirkung des Fluids sein kann (z.B. bei Federstahl), wird hierdurch die Innenkante der Trägerlage geschützt.In a preferred embodiment is the first functional layer folded around the edge of the carrier layer, which is the Through opening is facing. This will be the direct contact between carrier layer and fluid medium prevented. Since the carrier layer less resistant to the This may be due to the action of the fluid (e.g., spring steel) the inner edge of the carrier layer protected.
Es soll angemerkt werden, dass die folgende Beschreibung in erster Linie auf Auspuffanlagen von Brennkraftmaschinen Bezug nimmt, wobei die erfindungsgemäße Dichtung aber ebenso für alle vergleichbaren Dichtaufgaben geeignet ist, d.h. für alle Situationen, in denen thermisch hoch belastete Verbindungen zwischen fluidführenden Leitungen abgedichtet werden müssen, d.h. die entsprechenden Fluide sehr hohe Temperaturen aufweisen. Während bei Brennkraftmaschinen die Fluide gasförmige Abgase sind, funktioniert die erfindungsgemäße Dichtung in anderen Situationen ebenso mit Flüssigkeiten oder entsprechenden Gemischen.It It should be noted that the following description in the first Line refers to exhaust systems of internal combustion engines, wherein the seal according to the invention but also for all comparable sealing tasks are suitable, i. for all situations, in which thermally highly loaded connections between fluid-carrying Lines must be sealed, i.e. the corresponding fluids have very high temperatures. While in internal combustion engines, the fluids are gaseous exhaust gases, works the seal according to the invention in other situations as well with liquids or equivalent Mixtures.
Zwei
Befestigungsbohrungen
Dadurch
wird es möglich,
das hochwertigere und somit in der Regel teurere und je nach Beschaffenheit
auch aufwendiger zu bearbeitende Material der Funktionslage
Die
In
In
In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann in analoger Weise auch die Funktionslage um die Trägerlage herumgefalzt sein, wodurch die Trägerlage, die aus einem weniger widerstandsfähigen Material bestehen kann, noch besser gegenüber heißen Abgasen oder dergleichen geschützt ist.In an embodiment not shown can in an analogous manner, the functional position around the carrier layer be folded around, reducing the backing layer, which consists of a less resistant material can exist, even better be called Exhaust gases or the like protected is.
Zwei
Bauteile sind gemäß diesem
Beispiel zu verbinden, etwa ein Turbolader
Da stark hitzebeständige Werkstoffe (beispielsweise MICA) für die Funktionslage(n) teilweise so beschaffen sind, dass eine Anbringung eines Hitzeschilds nicht möglich ist, stellt diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung im Gegensatz dazu die Möglichkeit bereit, einen solchen Schild einfach anzubringen bzw. Befestigungsmöglichkeiten dafür vorzusehen. In der Trägerlage, die z.B. aus einem Federstahl besteht, können problemlos Befestigungsmittel dafür vorgesehen werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Trägerlage selbst als Hitzeschild fortgebildet werden, bzw. ist mit diesem einstückig verbunden.Since highly heat-resistant materials (such as MICA) for the functional position (s) are partially such that a mounting of a heat shield is not possible, this embodiment of the seal according to the invention, in contrast, the possibility to easily mount such a shield or mounting options for it provided. In the carrier layer, which consists for example of a spring steel, fastening means can be provided easily. In a further embodiment, the carrier layer itself as Heat shield to be trained, or is integrally connected with this.
Bei der erfindungsgemäßen Dichtung können die einzelnen Lagen beispielsweise durch Punkt- oder Laserschweißen miteinander verbunden werden, oder sie können eine formschlüssige Verbindung aufweisen. Die Funktionslage(n) kann/können zusätzlich mit einer Beschichtung versehen werden, durch welche die Mikrodichteigenschaften verbessert werden, d.h. etwa mikroskopische Unebenheiten des Werkstoffs der Funktionslage ausgeglichen werden.at the seal according to the invention can the individual layers are connected to each other, for example by spot or laser welding, or you can a form-fitting Have connection. The functional position (s) can / additionally with be provided a coating through which the micro-density properties be improved, i. about microscopic unevenness of the material the functional position are compensated.
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