具有附加密封件的平墊片的製作方法
2023-04-30 01:21:36
專利名稱：具有附加密封件的平墊片的製作方法
技術領域：
本發明涉及平墊片，特別地用於內燃機，例如，汽缸蓋襯墊、渦輪增壓器的廢氣供應或廢氣排放的區域中的墊片、或廢氣再循環的區域中的墊片。
背景技術：
平墊片例如汽缸蓋襯墊，密封燃燒室、媒介管(medium ducts)例如冷卻劑、潤滑劑和廢氣管，及螺絲孔。這些媒介管傳導被密封的部件之間的作用力，例如發動機組和汽缸蓋之間，並因此顯著地影響了整個系統中作用力的分布。例如汽缸蓋襯墊需要產生氣密密封並同時可靠地密封機油和冷卻水管，以便無液體滲漏。傳統柔軟的平墊片可包括，例如疊接的紙墊(spliced carrier sheet)，例如，通過扎制，在該疊接的紙墊上的兩側施加有柔軟材料。可設置金屬邊緣以便密封燃燒室、媒介管和螺絲孔，並保護柔軟材料過熱。浸漬柔軟材料的表面可防止由於與媒介的接觸產生的膨脹，例如油、水、防凍劑或別的液體和氣體。可設置優先含有彈性體材料的所謂的氟橡膠元件，以在預定的區域，例如油壓缸孔(oil pressure bores)，部分增加表面壓力。表面壓力使材料變形，從而使得其與密封的表面相匹配。處於較低的回彈性質時，需要相對較高的夾持力，以便實現密封。如果平墊片的密封效果要經受嚴格的要求時，例如，相對較高的密封氣體或媒介的壓力或相對較高的溫度，可使用所謂的多層結構或多層鋼墊片(MLS-墊片)。該多層鋼墊片可包括兩個或多個密封功能層，例如疊加彈簧鋼或碳鋼片，以形成平面的多層鋼疊片。 為了可靠地密封氣體和媒介，腔室或管/通道上的壓條(beads)增加了局部壓力(宏密封 (macroseal ))，其中，完全或部分彈性體塗層可附加地改善密封效果(微密封)。
發明內容
本發明提供一種改善的平面密封，其密封功能可適合於面向應用的形式。通過涉及平墊片密封功能的上遊壓條(upstream bead)，特別地，至少一半壓條或全部壓條，可實現本發明的目的。根據本發明，提供一種具有一個或多個限位裝置功能層的平墊片，其中，該平墊片特別用於內燃機中作為汽缸蓋襯墊、渦輪增壓器的廢氣供應或廢氣排放的區域中的墊片或廢氣再循環區域中的墊片，其特徵在於，對於相對於至少一個限位裝置的密封功能，所述平墊片具有至少一個上遊壓條。優選的，頂部和底部功能層對稱實現。根據一個實施例，對於相對於所述限位裝置的密封功能，所述平墊片具有至少一個下遊壓條。根據一個實施例，所述平墊片包括平多層墊片，優選的，平多層鋼墊片。根據一個實施例，至少所述上遊壓條(50、55 )的其中之一密封至少一個插入部件， 所述插入部件設置在密封的至少具有兩個部分的部件(60、65)的至少一個密封表面上，且通過壓縮具有插入部件(80)的表面的上遊壓條(50、55)，以實現上遊壓條(50、55)的密封功能。根據一個實施例，對於具有兩個部分的部件(60、65)的一個部分的各自的密封表面，插入部件(80)具有可變的或不變的凸起或凹槽。根據一個實施例，所述上遊壓條包括全壓條或半壓條。根據一個實施例，具有兩個部分的部件的至少一個部分具有一路徑，該路徑止於各自部件的密封表面的區域中，其中，該路徑所止於的區域相對應於平墊片的區域，該平墊片的區域位於上遊壓條的區域和限位裝置的密封區域之間。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中。圖Ia至If是本發明平墊片實施例的橫截面圖。圖2是本發明平墊片一個優選實施例的水平投影圖。圖3a和北是根據本發明的具有平墊片的由兩部分組成的部件的橫截面示意圖。
具體實施例方式通過相同或類似的參考符號，標示相同或類似的元件。如下參考汽缸蓋墊片，特別是多層鋼汽缸蓋墊片(MLS-汽缸蓋墊片)，對本發明進行描述。然而，本領域的技術人員將毫無疑問的認識到本發明的特點將不限於用於內燃機的多層鋼汽缸蓋墊片的領域。相反，本發明的特點也可用於別的平墊片，特別地，該平墊片用於內燃機領域，例如渦輪增壓器的廢氣供應和廢氣排放中的墊片，或廢氣再循環區域中的墊片。進一步地，本領域的技術人員也可立即認識到本發明的特點不限於平多層鋼墊片 (平MLS-墊片)，但是可同樣地應用於平多層墊片領域。在這方面，平MLS-墊片和MLS-汽缸蓋墊片可分別表示平多層墊片的特殊設計。汽缸蓋墊片是平墊片，其相對於另一個在技術要求較高的條件下，密封燃燒室、 冷卻劑和潤滑劑管，及安裝接頭(mounting Ieadthroughs)(特別地，螺紋接頭(screw leadthroughs)).該汽缸蓋墊片在汽缸蓋和發動機之間傳遞作用力，並因此顯著地影響力整個發動機系統中的作用力的分布。取決於各自的由需要密封的發動機的操作條件所定義的要求，汽缸蓋墊片包括一層或多層，特別是鋼層。儘管目前使用多達五層，這將不再解釋為限制。平多層墊片例如汽缸蓋墊片的基礎結構包括頂層和底層形式的功能層。優選的，兩個功能層或至少一個這些功能層是被壓條的(beaded)，其中，優選的， 頂部和底部功能層是被全等壓條的(beaded congruently)，並優選的包括鋼，例如彈簧鋼或有彈性的特殊鋼。可通過例如壓紋(embossing)，產生該壓條。為了確保壓條的密封效果，頂部和底部的功能層需要合適的彈性特點和張力強度，以適於壓條區域的預定應用。由於頂部和底部功能層的彈性性質，所定義的壓條將在需要密封的元件的密封表面，產生線性壓力，例如，以便密封燃燒室或媒介管例如廢氣、冷卻劑或潤滑劑管。如果設置全壓條 (full bead)的話，由於頂部或底部功能層的彈性性質，將形成具有相對於需要密封的部件的密封表面較高的線性壓力的四個獨立的線條(lines)，優選的，該功能層是由彈簧鋼板製成，同時如果設置半壓條(half bead)的話，由於頂部或底部功能層的性質，將僅形成具有較高線性壓力的兩個獨立的線條。例如，全壓條可補償動態密封間隙移動，且用在汽缸蓋襯
4墊上，以密封燃燒室。因為半壓條可產生比全壓條較低的線性壓力，其優選的用在汽缸蓋襯墊上，以以便密封氣體和媒介，例如冷卻水和油，及密封螺絲孔，並優選的密封外部襯墊輪廓(outer gasket contour)。由於汽缸蓋襯墊的半壓條的較低的線性壓力，將必要地保留燃燒室上的全壓條的主要壓力。通過壓條深度Y、側角X和頭部寬度V，可典型地具有全壓條的特點。通過壓條深度Y和側角X，可典型地具有半壓條。除了幾何形狀，質量、厚度和製造過程將顯著地影響壓條的性質。由於這些因素，可生產多個不同的壓條，該壓條具有定義的壓力和回彈性質，但相對於他們的性質和吸收力，將顯著不同。例如，可能實現較軟或較硬的壓條。例如，具有較小側角X的全壓條是較軟的並具有較平的彈性性質和較高的連續的疲勞應力。除了在需要密封的部件的密封表面的區域中產生線性壓力的壓條，進一步地，可提供所謂的限位裝置(stopper)，通過該方式，可在需要密封的部件的密封表面的區域，實現增強的表面壓力。特別地，在MLS-汽缸蓋襯墊上，限位裝置可設置在燃燒室的區域中。優選的，該所謂的限位裝置可實施為平多層墊片的有效的功能層的形式，例如，該平多層墊片設置在頂部和底部功能層之間，以形成升高，並因此增加了平墊片和需要密封的部件的密封表面之間的表面壓力，及防止壓平壓條，即因為壓平壓條與頂部和/或底部功能層在壓條或降低密封的橫截面的區域損失所需的彈性性質或抗拉強度的風險是相關的。在具有限位裝置功能層的平墊片的安裝過程中，例如MLS-汽缸蓋墊片，壓條被壓縮至限位裝置的高度或直到達到壓條作用力吸收和平墊片的夾持力(例如，螺旋力)之間的平衡。這意味著限位裝置必要地定義壓條(全壓條)的安裝高度，及限位裝置的功能包括通過定義壓條的壓縮度數，限制壓條變形。限位裝置典型的高度位於l/100mm和0. 15mm之間。限位裝置的結構可集成在有效的功能層中或作為有效功能層之間的輔助功能層， 其形式為阿爾法限位裝置、歐米伽限位裝置、具有硬的塗層的對稱的U壓條，波紋狀的或梯形的限位裝置。進一步地，多個這些限位功能層也可設置在平多層墊片中。同時，限位裝置的結構使得實現較好的地形適應相鄰的部件成為可能。另外，限位裝置可作如下區分
-剛性限位裝置(例如，折邊或邊緣成形限位裝置功能層、焊接限位裝置功能層，例如限位環等等)；
-彈性限位裝置(平墊片的高度輪廓(height profile)的適應)； -高度輪廓(height-profiled)或地形限位裝置(在製造過程中適應高度輪廓)，例如燒結限位裝置，目標明確地降低高部件區域中的基底的剛性，等；及
-特別的限位裝置的幾何形狀，例如波紋狀的限位裝置，寬的限位裝置。可選擇不同鋼質量的限位裝置，例如碳鋼到特殊鋼，用於平MLS-墊片。可在平多層墊片例如平MLS-墊片中設置別的功能層，例如一個或多個附加的壓條功能層、隔離(spacer)功能層和/或彈性體功能層。通過使用相應的隔離功能層的設計，可實現在密封的腔室或管中彈性/塑料適應壓力的比率，該隔離功能層用作結構元件和可變元件，以適應安裝的厚度。優選的，彈性體功能可以一側或兩側彈性體塗層的形式，施用於有效功能層上，特別地頂部和底部功能層上，並確保所謂的微密封，例如，分別密封需要密封的部件的密封表面的表面粗糙度或平多層墊片的功能層之間。可通過使用壓紋到功能層中形成的壓條，實現所謂的宏密封，或通過限位裝置功能層的方式，實現限位裝置。因為一個可控制的接觸壓力，可填充該塗層並補償任意現有的粗糙度、刮痕和孔隙。表面的塗層具有相應的滑動性質，以防止在較高的表面壓力下由微移動導致的所謂的「磨損」。可使用一層或多層完全或僅部分塗覆該功能層，或該功能層可具有一個或多個特殊塗層，該塗層可適應預定區域的極端要求(高溫、顯著的滑動)。塗層使得表明定義的流動行為成為可能。例如，氟化高聚物 (具有高溫穩定性)可作為彈性體塗層。可參考具有限位裝置的MLS-汽缸蓋襯墊的例子，描述具有限位裝置功能層的平多層墊片的功能。可立即認識到該描述對平多層墊片的通用性和可轉移性。該通用MLS-汽缸蓋墊片與「壓條緊鄰限位裝置」的設計相對應，例如對於燃燒室邊緣，壓條位於限位裝置的後面。因此，其設置在「次要的傳力連接(secondary non-positive connection)」上。然而，要求用於密封燃燒室的壓條不僅設置為鄰接限位裝置，還設置在限位裝置上，即外周的限位圈(stopper rim)。情況就是這樣，例如在「壓條位於限位裝置上的技術(bead-on-stopper technology)」中。在該例子中，壓條位於「主要的傳力連接」上。主要利用引入的旋轉力是有利於密封氣體的。使用下遊板壓條可實現附加的第二密封線條，優選的，該下遊半壓條延著燃燒室延伸。然而，在該結構的原則中，限位裝置不再定義燃燒室壓條的安裝高度。MLS-汽缸蓋襯墊的限位裝置表示燃燒室中對燃燒氣體的第一密封階段。由於密封部件的密封表面之間的平墊片的預應力，壓條不再用於在較低的媒介內部壓力。在這方面， 通過預壓具有限位裝置的區域的密封部件的密封表面，可實現密封。隨著內部壓力的增加， 一旦限位裝置失去接觸，對於限位裝置，設置在下遊的壓條將執行密封功能。圖Ia至If是本發明平墊片實施例的橫截面圖。限位裝置30或限位功能層分別設置在頂部和底部功能層10和20之間。根據「壓條緊鄰限位裝置」的設計，對於密封功能， 壓條40或45相對於內部或通道，設置在限位裝置30的後面或下遊，該內部或通道被相對彼此密封的兩個部件包圍著。圖Ia至Id分別示出下遊半壓條40的例子，同時圖Ie和If分別示出下遊全壓條 45。進一步地，依據本發明的實施例，圖Ia至If分別示出上遊壓條50或55，其中，圖 Ia至Ic示出全壓條50形式的上遊壓條，及圖If示出上遊全壓條55。另外，圖Ia至If示出不同限位裝置的結構示意圖。例如，圖Ia和Ie示出折邊的或邊緣成形的限位裝置功能層30。圖Ib示出設置在頂部功能層10上的限位裝置30 (或者，儘管未示出，可選擇地在底部功能層上)，圖Ic示出附加功能層35，其插入在頂部和底部功能層之間，其中，對於內部或通道，該附加的功能層端部與頂部和底部功能層10、20齊平，並設置在限位裝置30上，且圖If示出附加的功能層35，其插入頂部和底部功能層之間， 同時具有限位裝置30，例如限位裝置環30，該限位裝置環30是通過焊接，施用/連接到附加功能層上。未描述圖中限位裝置功能層的結構且圖中頂部和底部功能層的結構可以任意的方式組合。如上所述，可設置一個或多個壓條在多個限位裝置功能層、及一個或多個附加功能層，例如間隔功能層、塗層功能層(圖中未示出)或別的功能層上，其中，附加的功能層也可設置在頂部和底部功能層的上面和/或下面，例如，不僅在這些層之間。進一步地，多個壓條(全和/或半壓條)可設置在上遊和/或下遊。如圖所示，可(鏡像)對稱/全等地實現頂部和底部功能層10/20，但頂部和底部功能層10/20也可具有一個或多個不同的壓條類型，一個或多個不同位置的壓條和/或不同數量的壓條。圖2是本發明平墊片一優選實施例的水平投影圖；圖3a和北是根據圖2的平墊片沿圖2所示的橫截方向的橫截面示意圖。圖3a和北示出具有兩個部分的部件，該部件具有頂部部件60和底部部件65 (例如，發動機模塊65和汽缸蓋60)，及依據一實施例的設置在密封的部件60和65之間的平墊片1。通過壓縮平墊片1，開口 70、內部、通道等將相對密封的部件60和65的密封表面被密封。可通過例如螺絲或別的同樣的或類似的功能方式，實現壓縮。氣體開口 70表示密封或密封的內部或通道的開口。通過設置和壓縮在中間空間的平墊片1可防止開口處氣體或媒介及穿過形成於頂部和底部部件60和65的之間的中間空間的內部或通道的洩漏。進一步地，可設置附加開口，例如在部件60/65的其中之一可設置氣體流動開口 65。另外，如圖3a和北所示，可設置插入部件80。該插入部件80可包括例如插入環， 但是可選擇地也可包括包圍開口、內部或通道的別的形狀。換句話說，例如，可以橢圓的形式，可選擇地實現插入部件80，但也可具有包圍開口、內部或通道的別的形狀。插入部件80可相對於各自的密封表面凸出或凹槽，或與各自的密封表面齊平。插入部件80的凸出或凹槽可四周不同的，例如，插入部件80可實現為在一定區域凸出、一定區域凹槽和一定區域齊平，及相應的組合。插入部件也可相對其四周具有不同的橫截面。插入部件80也可設置在部件60和65的其中之一或同時設置在部件60和65中。插入部件 80可由與部件60和65相同的材料製成，或者也可由別的材料製成，優選的，金屬，例如彈簧鋼。上遊壓條50、55可具有與下遊壓條40、45不同的性質。例如，與插入部件80相接觸的上遊壓條50、55或壓條50、55可具有較軟的壓條性質。結合插入部件80優選的可相對各種的密封表面凸出/凹槽，這將使得特別適合於上遊壓條的壓縮，並因此達到期望要求的其密封效果。本發明平墊片1的限位裝置不再是對於開口處媒介/氣體、密封的內部或通道的第一密封階段。事實上，上遊壓條50、55實現第一密封階段A。可通過插入部件80或相對於密封表面的凸起/凹槽的幫助，調整上遊壓條50、55的壓力依靠密封功能。接著，作為第二密封階段B，由限位裝置導致的表面壓力將變得有效。隨著內部通道壓力的增加，一旦限位裝置失去接觸，對於限位裝置，設置在下遊的壓條將作為第三密封階段C，執行密封功能。 由於密封部件的密封表面之間的平墊片的預應力，例如在低至媒體內部壓力的情況下，將不再使用下遊壓條。如圖北所示，例如，可使用本發明的平墊片1實現「旁路」。在該實施例中，氣體流動開口 75形成起始於開口 70、內部或通道處的路徑。該氣體流動路徑止於部件65的各自密封表面的區域，其中設置本發明平墊片1。氣體流動開口 75的路徑優選的止於部件65的各自密封表面的區域中，該部件65 (缺文字)上遊壓條50、55的(線性)密封區域和限位裝置35的(平面)密封區域。通過插入部件80的可調節的凸出/凹槽，可調整各自的上遊壓條50和插入部件80的壓縮強度，例如可調整對於具有插入部件80的各自的部件60、65的第一壓條的密封強度/密封功能。相應地，上遊壓條處於預定壓力時，失去其密封功能，且氣體可流過氣體流到開口的路徑75。
權利要求
1.一種具有一個或多個限位裝置功能層(30、35)的平墊片(1)，特別用於內燃機中作為汽缸蓋襯墊、渦輪增壓器的廢氣供應或廢氣排放的區域中的墊片或廢氣再循環區域中的墊片，其特徵在於，對於相對於至少一個限位裝置(30)的密封功能，所述平墊片(1)具有至少一個上遊壓條(50、55)。
2.根據權利要求1所述的平墊片，其特徵在於，對於相對於所述限位裝置(30)的密封功能，所述平墊片(1)具有至少一個下遊壓條(40、45 )。
3.根據權利要求1或2所述的平墊片，其特徵在於，所述平墊片(1)包括平多層墊片， 優選的，平多層鋼墊片。
4.根據前述任一項權利要求所述的平墊片，其特徵在於，至少所述上遊壓條(50、55) 的其中之一密封至少一個插入部件，所述插入部件設置在密封的至少具有兩個部分的部件 (60,65)的至少一個密封表面上，且通過壓縮具有插入部件(80)的表面的上遊壓條(50、 55),以實現上遊壓條(50、55)的密封功能。
5.根據權利要求3所述的平墊片，其特徵在於，對於具有兩個部分的部件(60、65)的一個部分的各自的密封表面，插入部件(80)具有可變的或不變的凸起或凹槽。
6.根據前述任一項權利要求所述的平墊片，其特徵在於，所述上遊壓條包括全壓條或半壓條。
7.根據前述任一項權利要求所述的平墊片，其特徵在於，具有兩個部分的部件(60、 65)的至少一個部分具有一路徑(75)，該路徑止於各自部件的密封表面的區域中，其中，該路徑所止於的區域相對應於平墊片(1)的區域，該平墊片(1)的區域位於上遊壓條(50、55) 的區域和限位裝置(30)的密封區域之間。
全文摘要
本發明涉及一種具有一個或多個限位裝置功能層的平墊片，特別用於內燃機中作為汽缸蓋襯墊、渦輪增壓器的廢氣供應或廢氣排放的區域中的墊片或廢氣再循環區域中的墊片，對於相對於至少一個限位裝置的密封功能，所述平墊片具有至少一個上遊壓條。
文檔編號F02F11/00GK102272494SQ200980156593
公開日2011年12月7日 申請日期2009年10月27日 優先權日2009年2月13日
發明者曼弗雷德·科裡爾 申請人:聯邦摩高密封系統公司