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Verfahren zur Vergrösserung der effektiven Dicke, der
Querelastizität und der Oberfläche von Blechmaterial
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beispielsweise Zylinderkopfdichtungen,seiten an einer Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten Stellen einen Druck ausübt. Hiehei werden unter Streckung des Metalles einander im rechten Winkel schneidende Reihen von hohlen, sich zu
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Beinen Seite auf der andernSeite zwischen den Reihen von Vorsprüngen verlaufende, ebenfalls einander im rechten Winkel schneidende Reihen von Vertiefungen entsprechen, die zu den benachbarten Vorsprüngen derselben Blechseite um die Hälfte von deren Teilung versetzt sind, so dass im Schnittpunkt der theoretischen Verbindungsdiagonalen von jeweils vier Vorsprüngen bzw. Vertiefungen jeweils eine Vertiefung bzw. ein Vorsprung zu liegen kommt.
Die Erfindung besteht hiebei im wesentlichen darin, dass Vorsprünge mit im wesentlichen pyramidenförmiger Gestalt ihres Hohlraumes hergestellt werden, wobei die
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laufen, und wobei durch entsprechende Abstimmung von Teilung, Spitzenwinkel und Tiefe der Pyramiden im wesentlichen die gesamte Blechfläche von der Verformung erfasst wird und die in der ursprünglichen Blechebene verbleibenden Teile des Blechmaterials in ihrer Ausdehnung geometrischen Punkten nahekommen. Auf diese Weise wird eine, im wesentlichen die gesamte Blechfläche erfassende Verformung bzw. Vergütung sichergestellt, wobei eine einfache Herstellungsweise der Verformungswerkzeuge (lediglich durch Hobeln od. dgl.) gewahrt bleibt.
Dadurch wird einerseits die Qualität des durch das Verfahren hergestellten Blechmaterials verbessert, anderseits die Gesamtkosten des Verfahrens durch Einsparung teurer Bearbeitungswerkzeuge verbilligt. Die effektive Dicke, die Querelastizität und die Oberfläche des Blechmaterials werden stark vergrössert, so dass es z. B. zur Herstellung eines Bleches mit einer effektivenDicke von 0, 91 mm genügt, ein wesentlich dünneres Blech als Ausgangsmaterial zu benutzen, beispielsweise ein Blech mit einer Stärke von 0, 10 bis 0, 31 mm.
Durch die gleichzeitige Erzeugung der pyramidenartigen Vorsprünge bzw. Vertiefungen an beiden Seiten des Bleches wird das Metall des Bleches einer hochgradigen Streckung und dadurch Härtung unterworfen, wobei die Elastizität des erhaltenen Endproduktes erheblich gesteigert wird. Beispielsweise wurde ein handelsübliches, sogenanntes viertelhartes Eisenblech von 0, 145 mm Stärke zwischen zwei glatten Flächen einem Druck von 350 kg/cm unterworfen ; es wurde auf eine Stärke von 0, 142 mm komprimiert ; nach Aufhören des Druckes zeigte das Blech eine Rückverformung auf 0, 145 mm.
Ein gleiches Blech wurde in erfindungsgemässer Weise behandelt ; seine Stärke wurde dadurch auf 0, 76 mm erhöht ; es wurde hierauf einem Druck von 350 kg/cm2 unterworfen und dadurch auf eine Stärke von 0, 58 mm komprimiert ; nach Aufhören des Druckes zeigte das Blech eine elastische Rückverformung auf eine endgültige Stärke von 0, 60 mm.
In der beschriebenen Weise behandelte Bleche können für viele Zwecke Anwendung finden. Beispielsweise können sie einen Überzug eines geeigneten Überzugsmaterials erhalten, so dass eine Dichtung mit einem Metallkern und einem auf beidenSeiten des Bleches angeordneten Überzug entsteht. Die auf beiden Seiten des Bleches angeordneten Vertiefungen und Vorsprünge bilden insgesamt eine Mehrzahl von Taschen, die mit dem Überzugsmaterial angefüllt werden können. Das Überzugsmaterial wird auf diese Weise innig mit dem Kern verbunden ; selbst wenn das Überzugsmaterial unter dem Einfluss der Hitze, die auf die Dichtung einwirkt, plastisch (knetbar) wird, haftet es infolge seines Eindringens in die Taschen fest an dem Kern. Die Wirksamkeit der Dichtung wird daher durch Erhöhung der Plastizität des Überzugsmaterials nicht herabgesetzt.
Gemäss einer bevorzugten Verfahrensweise wird im Rahmen der Erfindung so vorgegangen, dass eine so grosse Verformung bzw. ein so grosser Druck aufgewendet wird, dass das Blechmaterial im Bereich der Spitzen der Vorsprünge reisst. Die durch das Aufreissen des Blechmaterials entstehenden Löcher haben
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dem Blech verbunden bleiben und in die Löcher hineinragen. Dadurch wird eine innige Verbindung sowie eine hervorragende Haftung des Überzugsmaterials am Blechkern von Dichtungen gewährleistet.
Besonders günstige Ergebnisse ergeben sich dann, wenn im Rahmen der Erfindung von einem Blechmaterial mit einer Stärke von 0, 1 bis 0, 3 mm ausgegangen und als Abstand der benachbarten Vorsprungsreihen ein solcher von etwa 1, 25 mm gewählt wird.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von mittels des erfindungsgemässen Verfahrens hergestell- tenBlechensowieimRahmendes erfindungsgemässen Verfahrens zur Verwendung kommende Verformungwerkzeuge schematisch dargestellt. Fig. l zeigt eineDraufsicht auf ein Blech in vereinfachterDarstellung, während die Fig. 2 und 3 je eine Seitenansicht eines in erfindungsgemässer Weise hergestellten Blecheszeigen. Fig. 4 zeigt eine vergrösserte Ansicht der Stempel zur Herstellung eines Bleches nach Figs 1, wobei Fig. 5 eine Seitenansicht dieser Stempel darstellt. Fig. 6 zeigt die in Fig. 4 dargestellten Stempel im Grundriss. Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen eine Variante des erfindungsgemässen Verfahrens analog zu den
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Fig. 4-6.
In Fig. 1 ist ein nach der Erfindung behandeltes Blech dargestellt. Auf der in Fig. 1 dargestellten Oberseite des Bleches befindet sich eineMehrzahl von pyramidenförmigen Vorsprüngen 10 und eine Mehrzahl von Vertiefungen 11. Auf der Unterseite des Bleches erscheinen die Vorsprünge 10 als Vertiefungen, und die Vertiefungen 11 erscheinen als Erhöhungen. Das Blech ist etwa an der Spitze der Vorsprünge beider Seiten gerissen ; die dadurch entstandenen Löcher haben eine unregelmässige Form ; sie sind nicht ausge- stanzt (wobei einstanzkern hätte abfallen müssen), die aus den Vorsprüngen herausgerissenen Lappen verbleiben vielmehr teilweise mit dem Blech verbunden und ragen in die so gebildeten Löcher hinein. Die entstandenen Löcher sind von ungleichmässiger Grösse und Form.
Die Fig. 2 und 3 zeigen ein in erfindungsgemässer Weise hergestelles Blech in Seitenansicht. Die ursprüngliche (unverformte) Blechebene ist mit 0-0 bezeichnet. Aus dieser Blechebene werden durch von beiden Seiten erfolgende Verformung pyramidenförmige Vorsprünge 10 bzw. Vertiefungen 11 geschaffen, wobei durch die hochgradige Streckung des Metalles dieses im Bereiche der höchsten Stellen der Vorsprünge bzw. im Bereiche der tiefsten Stellen der Vertiefungen ausreisst. Die auf diese Weise gebildeten Öffnungen haben eine unregelmässige Grösse und Form. Nach Wegnahme des Verformungsdruckes federt das Blech etwas zurück, so dass sich die in den Fig. 2 und 3 dargestellten wellenförmigen Konturen in Seitenansicht ergeben.
Der Spitzenwinkel der pyramidenförmigen Vorsprünge bzw. Vertiefungen kann in weiten Grenzen variieren. In Fig. 2 ist ein Spitzenwinkel von ungefähr 1000, in Fig. 3 ein solcher von ungefähr 700 dargestellt. Die Austeilung der Vorsprünge bzw. Vertiefungen, die Spitzenwinkel und die Tiefen der pyramidenförmigen Vorsprünge bzw. Vertiefungen werden so aufeinander abgestimmt, dass im wesentlichen die gesamte Blechfläche von der Verformung erfasst wird, wobei die in der ursprünglichen Blechebene (0-0) verbleibenden Teile des Blechmaterials in ihrer Ausdehnung geometrischen Punkten nahekommen, also auf sehr geringe Flächenbereiche begrenzt sind.
Die Herstellung der erwähnten Vorsprünge bzw. Vertiefungen kann in verschiedener Weise erfolgen.
In den Fig. 4,5 und 6 ist eine Anordnung zur Herstellung derselben schematisch dargestellt. Die beiden Stempel 20 und 21 enthalten Reihen pyramidenförmiger Vorsprünge 22 bzw. 23. Die Vorsprünge bilden Reihen, welche einander im rechten Winkel schneiden. Den Vorsprüngen des Stempels 20 entsprechen am Stempel 21 zwischen den Vorsprungsreihen des Stempels 20 verlaufende, ebenfalls einander im rechten Winkel schneidende Reihen von Vertiefungen, die zu den benachbarten Vorsprüngen des Stempels 21 um die Hälfte von deren Teilung versetzt sind. Dieselbe Anordnung weist auch der Stempel 20 auf, so dass sich bei beiden Stempeln im Schnittpunkt der theoretischen Verbindungsdiagonalen von jeweils vier Vor-
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Vertiefungeinen Winkel von 600 ein. Die Spitzen der Vorsprünge 22 sind punktförmig ausgebildet. Die Vorsprünge 23 des Stempels 21 sind in ähnlicher Weise ausgebildet.
Die Spitzen der Vorsprünge 22 und 23 eines jeden Stempels liegen in einer Ebene. Zwischen die Stempel wird ein Blech 24 gelegt ; die Stempel werden dann aufeinander zu bewegt, wodurch die in den Fig. 1 - 3 dargestellten Vorsprünge gebildet werden.
Die Stempel können auch als Walzen ausgebildet sein, an deren Umfang die Vorsprünge 22 und 23 radial vorspringen. Wenn die Stempel in dieser Weise als Walzen ausgebildet sind, werden sie um parallele Achsen drehbar angeordnet, um das Blech 24 hereinzuziehen und in der gewünschten Weise zu bearbeiten.
Die Vertiefungen 11, die durch Eingriff des Stempels 20 mit der Vorderseite des Bleches entstehen, haben, von oben gesehen, eine im wesentlichen quadratische Form, entsprechend der quadratischen Querschnittsform der pyramidenförmigen Vorsprünge 22 des Stempels. Die Vorsprünge 10, die durch Eingriff des Stempels 21 mit der Unterseite des Bleches entstehen, haben, von der Seite des Stempelangriffes gesehen, natürlich die gleiche Form, zeigen sich aber von oben gesehen in etwas unregelmä- ssigerer Form und sind im Bereich der Spitze annähernd rund.
In den Fig. 7 - 9 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Stempel gezeigt. Sowohl der obere Stempel 50 als auch der untere Stempel 51 haben Reihen von im gleichen Abstand voneinander angeordneten, pyramidenförmigen Vorsprüngen 52 und 53 ; diese Vorsprüngereihen haben voneinander den gleichen Abstand wie bei den Stempeln 20 und 21. Dieser Abstand kann z. B. 1, 19 mm betragen. Ebenso gross ist zweckmässig der Abstand der einzelnen Vorsprünge einer jeden Reihe.
Bei den Stempeln 50 und 51 beträgt der Winkel zwischen den Seitenflächen der pyramidenförmigen Vorsprünge 450 statt 600, wie bei den Stempeln 20 und 21. Die Vorsprünge 52 und 53 sind daher schlanker und haben eine grössere Höhe.
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Wie am besten aus Fig. 9 ersichtlich ist, sind die Spitzen der pyramidenförmigen Vorsprünge 52 und
53 abgeflacht ; an den Enden der Vorsprünge entstehen daher kleine quadratische Flächen, deren Kanten- länge z. B. 0, 25 mm beträgt. Wird das Blech 54 zwischen den Stempeln 50 und 51 einem Druck unter- worfen, so werden die Vorsprünge an der Spitze derart eingerissen, dass im wesentlichen quadratische Öff- nungen 10, 11 entstehen (ähnlich wie bei Fig. 1). Diese Öffnungen sind unregelmässig geformt und haben
Lappen, welche in die Öffnung hineinragen.
Die Vertiefungen zeigen sich dabei, beim Blick ins Innere, von im wesentlichen quadratischer Form in der gleichen Art wie bei der früher beschriebenen Verfahrensweise.
DieStempel 20 und 21 bzw. 50 und 51 können von genügender Grösse gewählt werden, um die für den jeweiligen Zweck erforderliche Fläche des Bleches auszufüllen. Wirkt man jedoch auf die ganze Fläche des Bleches gleichzeitig ein, so ist die erforderliche Kraft sehr gross und oft h5her, als sie zur Verfügung steht. Es wird daher vorgezogen, die Stempel so lang auszubilden, dass sie quer über die Fläche des Ble- ches reichen. In der Breite werden die Stempel jedoch so bemessen, dass die zur Verfügung stehende Kraft ausreicht. Zum Beispiel haben, wenn eine Blechbahn von 20, 3 cm Breite behandelt werden soll, die Stempel eine Breite von 5, 1 cm. Das Blech wird nach jedem Stanzvorgang um den gleichen Betrag vorgeschoben.
Der als fortlaufende Bahn ausgebildete Blechstreifen wird in der beschriebenen Weise schritt- weisebehandelt und danachin die gewünschtenLängen geschnitten. DieStempel können auch die Form von Walzen haben, deren Oberflächen mit den Vorsprüngen besetzt sind, und zwischen denen das Material hindurchgezogen wird.
Die auf jeder Seite des Bleches gebildeten Vertiefungen, die das Innere der hohlen Vorsprünge der andern Blechseite sind, werden in ihrer oberflächenvergrössernden Wirkung ergänzt durch die Vorsprünge, die aus dem gleichen Metall herausgebogen sind. Ein nach der Erfindung behandeltes Blech enthält daher eine Mehrzahl von verhältnismässig tiefen Taschen, in welche das Überzugsmaterial der Bleche eindringt, so dass es sicher mit dem Blech verbunden wird.
Übt man auf ein nach der Erfindung behandeltes Blech einenDruck senkrecht zu seiner Oberfläche aus, so deformiert dieser Druck zunächst die zerklüfteten Kanten des Metalles in der Näheder höchsten Stellen der Vorsprünge ; diese Deformation schreitet fort, bis der Widerstand des den Kanten benachbarten Metalles gleich oder grösser wird als der angelegteDruck. Die weitereAnwendung des Druckes deformiert das übrige Metall, welches infolge der erhaltenen Behandlung eine erhöhte Elastizität hat, mit der Folge, dass das Blech nach Aufhebung des Druckes in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt ; die Deformationen an den Spitzen der Vorsprünge verbleiben allerdings, sie verringern aber die effektive Stärke des Bleches in nur geringem Masse.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Verfahrens wird auf beide Seiten des Bleches gleichzeitig ein Druck an einer Mehrzahl von Punkten ausgeübt, die gleichmässig über die Fläche des Bleches verteilt sind. Die gebildeten Vorsprünge und Vertiefungen sind daher ebenfalls gleichmässig über das Blech verteilt. Diese gleichmässige Verteilung ist in vielen Fällen vorteilhaft, sie braucht jedoch nicht immer vorhanden zu sein. Es gibt Fälle, bei denen es vorteilhafter ist, die Abstände der Vorsprünge und Vertiefungen ungleichmässig zu machen, d. h., dass die Abstände an einzelnen Teilen des Bleches geringer sind als an ändern Teilen desselben.
Durch entsprechende Formgebung der Stempel kann jede gewünschte Ungleichmässigkeit der Abstände erzielt werden.
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Bleches vergrössert und gleichzeitig die Elastizität desselben erheblich gesteigert werden, bezogen auf das als Ausgangsmaterial dienende Blech. Ein nach der Erfindung behandeltes Blech eignet sich insbesondere zur Herstellung von Dichtungen od. dgl. ; es sind jedoch auch viele andere Anwendungen möglich, so dass die Erfindung sich nicht auf den genannten Verwendungszweck beschränkt.
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