AT512392A4

AT512392A4 - Dichtungselement

Info

Publication number: AT512392A4
Application number: AT501332012A
Authority: AT
Inventors: Gerhard Ing Maier; Dieter Dipl Ing Fh Grillenberger; Helmut Dipl Ing Melde-Tuczai
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-08-15
Also published as: AT512392B1; WO2013156425A1; DE112013002044A5

Abstract

Die Erfindung betrifft Dichtungselement (1) zur Abdichtung zweier Bauteile (20, 30), mit einem im wesentlichen kreuzförmigen Querschnitt mit ersten und zweiten Balkenbereichen (2), wobei die ersten Balkenbereiche (2) zumindest abschnittsweise beidseits einer zweiten Mittelebene (3') der zweiten Balkenbereiche (3) und die zweiten Balkenbereichen (3) beidseits einer ersten Mittelebene (2') der ersten Balkenbereiche (2) angeordnet sind. Um mit möglichst geringem Aufwand die Schallabstrahlung bei ausgezeichneten Dichtungseigenschaften zu vermindern ist vorgesehen, dass das Dichtungselement (1) räumlich getrennte Dichtungsbereiche (6) und Dämpfungsbereiche (12) aufweist, wobei die Dämpfungsbereiche (12) durch die ersten Balkenbereiche (2) und die Dichtungsbereiche (6) durch die zweiten Balkenbereiche (3) gebildet sind.

Description

102012/50133 1 56368

Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement zur Abdichtung zweier Bauteile, mit einem im wesentlichen kreuzförmigen Querschnitt mit ersten und zweiten Balkenbereichen, wobei die ersten Balkenbereiche zumindest abschnittsweise beidseits einer zweiten Mittelebene der zweiten Balken bereiche und die zweiten Balkenbereichen beidseits einer ersten Mitteiebene der ersten Baikenbereiche angeordnet sind.

Es ist bekannt, zwei Bauteile, beispielsweise Zylinderkopf und Zylinderkopfdeckel, zwecks Reduktion der Schallabstrahlung so zu entkoppeln, dass Schrauben im Nebenschluss ein elastisches Dichtungselement, zum Beispiels aus Elastomer, zusammen pressen. Dabei kann dieses Dichtungselement beispielsweise im Querschnitt ein auf den Kopf stehendes "Τ'-Profil aufweisen, dessen hoch stehender Steg in einer Nut des Zylinderkopfdeckels aufgenommen ist. Das Problem dabei ist, dass durch die Dämpfung eine Relativbewegung zwischen dem Zylinderkopfdeckel und dem Zylinderkopf auftritt und durch diese kleinen Bewegungen Motoröl aus dem Inneren des Gehäuses herauskriechen kann.

Aus den Veröffentlichungen US 6,361,049 Bl und US 2,764,311 A sind ringförmige Dichtungselemente mit kreuzförmigen Querschnitten bekannt, deren vertikale Balkenbereiche ausgebildet sind, um in Nuten der zu dichtenden Bauteile eingesetzt zu werden. Die ersten und zweiten Balkenbereiche sind dabei massiv verbunden.

Eine Entkoppelung der Relativbewegungen der beiden Baikenbereiche ist nicht möglich. Bei der US 2,764,311 A werden vertikale Balken des Dichtungselementes beim Einbau bis zum Nutgrund der Bauteile verpresst und die horizontalen Baikenbereiche flachgepresst. Damit kann zwar eine Dichtfunktion, aber keine Dämpfungsfunktion erreicht werden.

Die DE 197 36 467 C2 beschreibt eine statische Dichtung aus einem Elastomerstreifen mit einem Fuß, der in einer Nut eines ersten Bauteiles aufgenommen ist, das gegenüber einer Dichtfläche eines zweiten Bauteils statisch abgedichtet wird. Der Fuß weist einen seitlich ausragenden Quersteg auf, dessen freie Abmessung quer zum Fuß größer als die Nutbreite ist. Durch den Quersteg wird innerhalb der Nut die Abdichtung bewerkstelligt.

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Die EP 0 488 879 A offenbart ein weiteres Dichtungselement, bei dem die horizontalen Teile eines auf dem Kopf stehenden T-Profils durch reduzierte Querschnitte mit dem hochstehenden Steg verbunden sind.

Dichtungselemente mit T-förmigem Profil haben den Nachteil, dass an der flachen Dichtungsseite das Öl durchkriechen kann, verursacht durch „horizontale" Relativbewegungen. Unter „horizontalen" Bewegungen werden hier Bewegungen in den durch zueinander gewandte Fügeflächen der beiden Bauteile aufgespannten Fügeebenen verstanden.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Dichtungselement zu schaffen, welches sowohl eine Dichtungsfunktion, als auch eine schwingungsreduzierende Funktion optimal erfüllt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Dichtungselement räumlich getrennte Dämpfungs- und Dichtungsbereiche aufweist, wobei die Dämpfungsbereiche durch die ersten Balkenbereiche und die Dichtungsbereiche durch die zweiten Balkenbereiche gebildet sind. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass zwischen den ersten Balkenbereichen und den zweiten Balkenbereichen beidseits der ersten Mittelebene nutartige Einschnürungen ausgebildet sind.

Dadurch wird eine Entkoppelung der Dicht- und Dämpfungsfunktionen erreicht, wobei es für die Entkoppelung besonders vorteilhaft ist, wenn die Dichtbereiche durch der ersten Mittelebene abgewandte Enden der zweiten Balkenbereiche gebildet sind. Die ersten Balkenbereiche sind dabei im wesentlichen parallel zu den Fügeebenen der Bauteile, die zweiten Balkenbereiche im wesentlichen normal dazu angeordnet.

Bei den Mittelebenen kann es sich um mittige Ebenen der ersten bzw. zweiten Balkenbereiche in örtlich begrenzten lokalen Abschnitten, oder um Mittelebenen des gesamten Dichtelementes handeln.

Die ersten Balken bereiche übernehmen die Dämpfungsfunktion, die Enden der zweiten Balkenbereiche die Dichtungsfunktion. Somit können die ersten Balkenbereiche Relativbewegungen zwischen den beiden Bauteilen kompensieren, ohne dass die Dichtfunktion beeinträchtigt wird. Die Dichtungsbereiche des Dichtungselementes liegen selbst bei relativ großen Relativbewegungen der beiden Bauteile zueinander unverändert an den durch die Flanken der Nuten der Bauteile

3 gebildeten Dichtflächen an, ohne dass in diesem Bereich Reiativbewegungen zwischen dem Dichtungselement und den Bauteilen stattfinden. Somit kann ein Kriechen des Motoröles zwischen dem Dichtungselement und den Bauteilen nach Außen vermieden und eine optimale Abdichtung gewährleistet werden.

Eine besonders gute Abdichtung kann dabei erreicht werden, wenn eine normal zur zweiten Mittelebene gemessene Breite zumindest eines Dichtbereiches größer ist, als eine minimale Breite eines angrenzenden Stegbereiches eines zweiten Balkenbereiches, wobei vorzugsweise der zwischen der ersten Mittelebene und dem Dichtbereich angeordnete Stegbereich im wesentlichen keilförmig ausgebildet ist, wobei sich der Stegbereich zum Dichtungsbereich hin verjüngt. Die keilförmig ausgebildeten Stegbereiche verbessern die Entkoppelung der Dichtungsbereiche zu den Dämpfungsbereichen.

Eine weitere Verbesserung der Abdichtung ergibt sich, wenn die zweiten Balkenbereiche einen vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff gebildeten Einsatz aufweisen, wobei vorzugsweise der Einsatz durch eine eingebettete, besonders vorzugsweise mitgegossene, Schiene oder Leiste gebildet ist.

Eine gute Schwingungs- und Schalldämpfung kann erreicht werden, wenn die ersten Balkenbereiche im Kontaktbereich mit den anschließenden Bauteilen im Wesentlichen eben und großflächig an den anschließenden Bauteilen anliegen, wobei vorzugsweise die ersten Balkenbereiche an ihren der zweiten Mittelebene abgewandten Stirnseiten im Bereich der ersten Mittelebene Ausnehmungen aufweisen. Über die Dimensionierung der Ausnehmungen kann die Steifigkeit und die Härte des beispielsweise aus Elastomer bestehenden Dichtungselementes beeinflusst werden. Zum Beispiel ist es damit nicht unbedingt erforderlich, das Dichtungselement extrem weich zu fertigen, zumal eine Härte von etwa 40 Shore allgemein als untere Grenze für einen ökonomisch vertretbaren Fertigungsaufwand bei Dichtungselementen gilt.

Eine ausgezeichnete Dichtwirkung lässt sich durch als zylindrische Wulste oder Dichtlippen ausgebildete Dichtbereiche erreichen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Dichtungselement zumindest abschnittsweise symmetrisch bezüglich einer ersten und/oder einer zweiten Symmetrieebene ausgebildet ist, wobei die erste Symmetrieebene durch die erste mmmz Ml wmmom 4

Mittelebene und die zweite Symmetrieebene durch die zweite Mittelebene gebildet ist. das Dichtungselement symmetrisch bezüglich der ersten und der zweiten Symmetrieebene ausgebildet. Somit kann das Dichtungselement beidseitig eingebaut werden, was die Montage vereinfacht.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein zwischen zwei Bauteilen eingebautes erfindungsgemäßes Dichtungselement im Querschnitt in einer ersten Ausführungsvariante,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes zwischen zwei Bauteilen eingebautes Dichtungseiement im Querschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante,

Fig. 3 das Dichtungselement aus Fig. 2 vor dem Einbau,

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Dichtungselement im Querschnitt in einer dritten Ausführungsvariante und

Fig. 5 ein zwischen zwei Bauteilen eingebautes erfindungsgemäßes Dichtungselement im Querschnitt in einer vierten Ausführungsvariante.

Das zum Beispiel umlaufend ausgebildete Dichtungselement l weist einen im wesentlichen kreuzförmigen Querschnitt mit in den Fig. horizontal dargestellten ersten Balkenbereichen 2 und vertikalen Balkenbereichen 3 auf. Der Querschnitt des Dichtungselementes 1 ist zweifach symmetrisch bezüglich der ersten Symmetrieebene 4 und der zweiten Symmetrieebene 5 ausgebildet. Die in den Fig. waagrecht dargestellte erste Symmetrieebene 4 bildet die erste Mittelebene 2' der ersten Balkenbereiche 2 und definiert eine horizontale Mittelebene des gesamten Dichtungselementes 1. Die in vertikaler Richtung angeordnete zweite Symmetrieebene 5 bildet die zweite Mittelebene 3' der zweiten Balkenbereiche 3, beispielsweise in einem lokalen Abschnitt, des Dichtungselementes 1 aus. Mit Bezugszeichen 23 und 33 sind durch zueinander gewandte Fügeflächen 22, 32 der beiden Bauteile 2, 3 aufgespannte Fügeebenen bezeichnet. 5

Wie in den Fig. l, 2 und 5 dargestellt ist, wird das Dichtungselement 1 im Anwendungsfall zwischen einem ersten Bauteil 20, beispielsweise einem Zylinderkopf, und einem zweiten Bauteil 30, beispielsweise einem Zylinderkopfdeckel, angeordnet und dient einerseits dazu, den ersten Bauteil 20 gegenüber dem zweiten Bauteil 30 flüssigkeitsdicht abzudichten. Andererseits dient das Dichtungselement 1 zur schwingungsmäßigen Entkopplung des ersten Bauteils 20 vom zweiten Bauteil 30. Das Dichtungselement l wird dabei zwischen dem ersten Bauteil 20 und dem zweiten Bauteil 30 eingebaut, sodass die zweiten Balken bereiche 3 in konisch sich zu den Nutböden 21b, 31b hin verjüngende Nuten 21, 31 der Bauteile 20, 30 zu liegen kommen. Die zweiten Balkenbereiche 3 übernehmen dabei im wesentlichen die Dichtfunktion. Im Detail wird die Dichtfunktion von Dichtbereichen 6 an den der ersten Symmetrieebene 2' abgewandten Enden der zweiten Balkenbereiche 3 ausgeübt. Die Dichtbereiche 6 der zweiten Balkenbereiche 3 weisen jeweils eine Breite B auf, welche größer ist als die kleinste Breite b von angrenzenden, sich nach außen hin vermindernden konischen Stegbereichen 7 der zweiten Balkenbereiche 3. Die Breite B ist auch größer als die kleinste Breite d der jeweils angrenzenden Nut 21b, 31b im Bereich des Nutbodens 21b, 31b des jeweiligen Bauteils 20, 30.

Im Einbauzustand werden die vorragenden Seiten 6a der Dichtbereiche 6 gegen die konischen Flanken 21a, 31a der Nuten 21, 31 der Bauteile 20, 30 gepresst, wodurch eine näherungsweise linienförmige Abdichtung erfolgt.

Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, können die Dichtbereiche 6 durch einen in das Dichtungselement 1 integrierten leisten- oder schienenförmigen Einsatz 8 aus Metall oder Kunststoff verstärkt sein.

In den Fig. 1, 4 und 5 sind die Dichtbereiche 6 durch einen zylindrischen Wulst 9 mit einem im unbelasteten Zustand im wesentlichen kreisrunden Querschnitt gebildet. Die dichtende Funktion des Dichtbereiches 6 erfolgt somit ähnlich wie bei einem O-Ring durch elastisches Anpressen der Dichtbereiche 6 an den durch die Flanken 21a, 31a der Nuten 21, 31 gebildeten Dichtflächen der Bauteile 20, 30.

Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführung, bei der die Dichtbereiche 6 durch Dichtlippen 10 mit jeweils einem im wesentlichen haken- oder pfeilförmigen Querschnitt gebildet ist. Die Dichtfunktion geschieht dabei ähnlich wie bei einer Lippendichtung. Die Dichtlippen 10 werden beim Einbau in die beiden Nuten 21, 31 umgestülpt und gewährleisten dadurch eine ausreichende Vorspannung für eine sichere Abdichtung. Fig. 3 zeigt das Dichtungselement 1 vordem Einbau, Fig. 2 das gleiche Dichtungselement 1 im eingebauten Zustand. Die Dichtlippen 10 können dabei im wesentlichen parallel zur ersten Symmetrieachse 4 angeordnet sein. Sie weisen erst nach dem Einbau dem abzudichtenden Medium entgegen.

Die dämpfende Funktion wird beim Dichtungselement 1 getrennt von der Dichtfunktion von den ersten Balkenbereichen 2 ausgeübt. Mit Bezugszeichen 2a sind dabei ebene Kontaktbereiche der ersten Balkenbereiche zu den Bauteilen 20, 30 bezeichnet. Die die Dämpfungsbereiche 12 bildenden ersten Balkenbereiche 2 sind durch rinnen- bzw. nutartige Einschnürungen 11 von den zweiten Balkenbereichen 3 und vom Einsatz 8 getrennt. Wie in Fig. 5 ersichtlich ist, sind die Dämpfungsbereiche 12 zwischen dem ersten Bauteil 20 und dem zweiten Bauteil 30 im Nebenschluss einer Schraubverbindung 13 verspannt. Die Schraube 14 stützt sich dabei über die Distanzbuchse 15 direkt am ersten Bauteil 20 ab. Der zweite Bauteil 30 ist von der Schraube 14 über Dämpfungsscheiben 16 und die Dämpfungsbereiche 12 des Dichtungselementes 1 körperschallisoliert. Die Dämpfungsbereiche 12 und die Dichtungsbereiche 6 werden von der Schraube 14 im Nebenschluss vorgespannt.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante eines Dichtungselementes 1, wobei im Dämpfungsbereich 12 im Stirnbereich 2b der ersten Balkenbereiche 2 im Bereich der ersten Symmetrieachse 4 jeweils eine Ausnehmung 17 ausgebildet ist. Durch diese Ausnehmung 17 kann die Steifigkeit und die Härte des beispielsweise aus Elastomer bestehenden Dichtungselementes 1 beeinflusst werden. Dadurch können auch bei härterem Werkstoff ausgezeichnete Dämpfungs- und Dichtungseigenschaften erzielt werden.

Wie aus den Fig. 1, 2 und 5 ersichtlich ist, verbleiben im zusammengebauten Zustand Hohlräume H zwischen den zweiten Balkenbereichen 3 des Dichtungselement 1 und den umgebenden Nuten 31, 32 der Bauteile 20, 30. Die Einschnürungen 11 bleiben somit auch nach dem Einbau des Dichtungselementes zwischen den beiden Bauteilen 20, 30 erhalten und lassen damit eine Trennung der „horizontalen" Relativbewegungen der Bauteile 20, 30 vom parallel zu den Fügeebenen 23, 33 ausgebildeten Dämpfungsbereich 12 zum dazu normalen Dichtungsbereich 6 zu.

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Somit ist eine Relativbewegung der Bauteile 20, 30 parallel zur ersten Symmetrieebene 4 zwischen den beiden Bauteilen 20, 30 möglich, ohne dass die durch die zweiten Balkenbereiche 3 übernommene dichtende Wirkung gefährdet ist. Ein Kriechen des Öles bei kleinen Relativbewegungen der Bauteile 20, 30 kann somit zuverlässig verhindert werden.

Claims

8 10201»50133 PATENTANSPRÜCHE 1. Dichtungselement (1) zur Abdichtung zweier Bauteile (20, 30), mit einem im wesentlichen kreuzförmigen Querschnitt mit ersten und zweiten Balkenbereichen (2), wobei die ersten Balkenbereiche (2) zumindest abschnittsweise beidseits einer zweiten Mittelebene (3') der zweiten Balkenbereiche (3) und die zweiten Balkenbereichen (3) beidseits einer ersten Mittelebene (2') der ersten Balkenbereiche (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (1) räumlich getrennte Dichtungsbereiche (6) und Dämpfungsbereiche (12) aufweist, wobei die Dämpfungsbereiche (12) durch die ersten Balkenbereiche (2) und die Dichtungsbereiche (6) durch die zweiten Balken bereiche (3) gebildet sind.
2. Dichtungselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den ersten Balkenbereichen (2) und den zweiten Balkenbereichen (3) beidseits der ersten Mittelebene (20 nutartige Einschnürungen (11) ausgebildet sind.
3. Dichtungselement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtbereiche (6) durch der ersten Mittelebene (20 abgewandte Enden der zweiten Balkenbereiche (3) gebildet sind.
4. Dichtungselement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine normal zur zweiten Mittelebene (30 gemessene Breite (B) zumindest eines Dichtbereiches (6) größer ist, als eine minimale Breite (b) eines angrenzenden Stegbereiches (7) eines zweiten Balkenbereiches (3).
5. Dichtungselement (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der ersten Mittelebene (20 und dem Dichtbereich (6) angeordnete Stegbereich (7) im wesentlichen keilförmig ausgebildet ist, wobei sich der Stegbereich (7) zum Dichtungsbereich (6) hin verjüngt.
6. Dichtungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Balkenbereiche (3) einen vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff gebildeten Einsatz (8) aufweisen, wobei 9 10 2012*0133 vorzugsweise der Einsatz (8) durch eine eingebettete, besonders vorzugsweise mitgegossene, Schiene oder Leiste gebildet ist.
7. Dichtungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Balkenbereiche (2) im Kontaktbereich (2a) mit den anschließenden Bauteilen (20, 30) im Wesentlichen eben ausgebildet sind.
8. Dichtungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Balkenbereiche (2) an ihren der zweiten Mittelebene (30 abgewandten Stirnseiten (2b) im Bereich der ersten Mittelebene (20 Ausnehmungen (17) aufweisen.
9. Dichtungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dichtbereich (6) als Wulst (9) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Wulst (9) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
10. Dichtungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dichtbereich (6) Dichtlippen (10) aufweist.
11. Dichtungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (1) zumindest abschnittsweise symmetrisch bezüglich einer ersten und/oder einer zweiten Symmetrieebene (4, 5) ausgebildet ist, wobei die erste Symmetrieebene (4) durch die erste Mittelebene (20 und die zweite Symmetrieebene (5) durch die zweite Mittelebene (30 gebildet ist. 2012 04 16 Fu/Bt