BRPI0612881A2 - gaxeta com inserção de vedação - Google Patents

Abstract

GAXETA COM INSERçãO DE VEDAçãO. A presente invenção refere-se a uma gaxeta para vedação de dois componentes em um motor de combustão, a referida gaxeta compreendendo pelo menos uma camada e tendo pelo menos uma abertura passante para fluido passar através dela. A presente invenção, assim, proporciona uma gaxeta plana (1) compreendendo pelo menos uma camada de metal (3), que tem pelo menos uma abertura passante para fluido passar através dela (2). Na pelo menos uma abertura passante da pelo menos uma camada (3), uma projeção (5) está presente, que aponta na direção da abertura passante e forma uma área de fixação (6) e em que uma inserção de vedação reforçada (8) é disposta por meio de uma ligação adesiva a um elemento plano de reforço (9). Perfis de vedação (10) são aplicados em ambos os lados do elemento plano de reforço (9), no lado de fora da área de fixação (6), a inserção de vedação reforçada (8) sendo posicionada através de um conjunto de manivela (15) da projeção (5) e/ou um conjunto de manivela (14) do elemento plano de reforço (9) de modo que a inserção de vedação (8) tem com seus pedis de vedação (10) uma altura de operação substancialmente idêntica na região dos pontos de vedação entre os dois componentes a serem vedados.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "GAXETA COM INSERÇÃO DE VEDAÇÃO".

A presente invenção refere-se a uma gaxeta para vedação dedois componentes em um motor de combustão, a referida gaxeta compreen-dendo pelo menos uma camada e tendo pelo menos uma abertura passantepara fluido passar através dela. A gaxeta de acordo com a invenção é proje-tada de modo que, pelo menos em uma camada de metal na pelo menosuma abertura passante, a pelo menos uma camada forma uma projeção, aprojeção tendo uma área de fixação, em que há uma ligação adesiva entre apelo menos uma camada e um elemento plano de reforço de uma inserçãode vedação reforçada. O que é essencial aqui é que perfis de vedação sãoaplicados ao elemento plano de reforço fora da área de fixação, a inserçãode vedação reforçada sendo posicionada de modo que a inserção de veda-ção tem com seus perfis de vedação uma altura operacional substancial-mente idêntica na região da zona de vedação entre os dois componentes a serem vedados.

São conhecidas na técnica anterior soluções em que gaxetas dacabeça do cilindro também são dotadas de uma inserção de vedação nasaberturas de passagem de fluido.

Desse modo, do DE 40 10 991 A1 pode ser tirada uma gaxetade cabeça de cilindro de metal de camada única, que tem um anel de veda-ção inserido em pelo menos uma das aberturas passantes, o referido anelde vedação compreendendo material de metal macio reforçado e projeçõesque se projetam radialmente na circunferência externa.

Além disso, em DE 102 35 742 B4 é divulgada uma gaxeta decabeça de cilindro de metal em que uma inserção é disposta nas aberturasde passagem de fluido, um perfil de vedação compreendendo material elas-tomérico proporcionado na borda da inserção.

O que é desvantajoso a cerca da solução da DE 40 10 991 A1 é,em particular, que a fixação do anel de reforço à placa de vedação tem queser realizada por um oneroso processo de calafetagem. A fabricação dessagaxeta de cabeça de cilindro é, portanto, onerosa e de custo intensivo. Alémdisso, a fixação do anel por meio de um processo de um processo de calafe-tagem nem sempre garante a durabilidade a longo prazo. Além disso, tam-bém tem se tornado evidente que um efeito ótimo de vedação pode aindanão ser produzido dessa maneira.

O que é desvantajoso a cerca da solução descrita em DE 102 35742 B4 é que a inserção lá proporcionada é presa apenas através de molda-gem por injeção, de modo que sob uma alta carga o efeito de vedação éproblemático. Essa solução também significa que vedações grandes só po-dem ser produzidas com esforço muito grande, uma vez que as ferramentasgrandes são necessárias. Além disso, existe a desvantagem de que a trocade uma inserção após o processo de moldagem por injeção não é mais pos-sível e, assim, dificilmente existe qualquer possibilidade de reparo.

O uso de gaxetas de metal para cabeças de cilindros do dese-nho descrito acima com uma inserção de acordo com a figura 4 também éconhecido. Nessa modalidade, a inserção é presa a uma projeção por meiode uma ligação adesiva. Contudo, o que é desvantajoso aqui é que nessamodalidade deve haver correspondência exata das alturas estruturais dasduas camadas de metal e da altura da inserção, a fim de obter posiciona-mento ótimo.

Prosseguindo, o objetivo da presente invenção é citar uma gaxe-ta de metal de uma camada única, que é simples e efetiva em custo em seuprocesso de fabricação e em que a inserção de vedação é conectada firme-mente ao suporte básico. A gaxeta de metal de acordo com a invenção tam-bém terá um efeito de vedação excelente na área das aberturas de passa-gem de fluido, mesmo sob uma carga elevada e permanente.

Esse objetivo é realizado pelas características da reivindicação 1de patente. As reivindicações subordinadas relacionam desenvolvimentosvantajosos.

O elemento essencial da solução de acordo com a invenção,assim, é que a inserção de vedação, que compreende um elemento plano dereforço e perfis de vedação presos a ambos os lados do mesmo, é posicio-nada através de um conjunto de vedação plana reforçada e/ou através deum conjunto de manivela da posição que a inserção de vedação com seusperfis de vedação tem uma altura de operação substancialmente idêntica naregião da zona de vedação entre os dois componentes a serem vedados.Devido ao desenho do conjunto de manivela, assim, é possível, muito sim-plesmente obter ajuste e posicionamento exatos da inserção de vedaçãopelo ajuste de um ângulo de manivela específico para o elemento plano dereforço e/ou para a própria projeção. Em combinação com os perfis de veda-ção, que são dispostos em ambos os lados da inserção plana de vedação,uma vedação ótima, assim, é possível, mesmo sob alta tensão nas aberturaspassantes e mesmo com uma carga permanente. O que também deve serenfatizado é que na gaxeta de acordo com a invenção, como um resultadodo conjunto de manivela da invenção da projeção e/ou do elemento plano dereforço, uma produção simples dessa inserção de vedação é possível e, as-sim, também fabricação com custo efetivo de toda a gaxeta com boas pro-priedades funcionais é tornada possível.

Em princípio, a gaxeta de acordo com a invenção pode compre-ender uma camada de metal única ou também consiste em uma estruturacompreendendo pelo menos duas camadas, em cujo caso pelo menos umadas camadas tem que ser uma camada de metal.

Na modalidade da gaxeta de acordo com a invenção na formade uma gaxeta de camada única, é preferido para a própria projeção ter sidoformada por uma redução na espessura da uma camada de gaxeta. A redu-ção de espessura da uma camada também pode ocorrer de acordo com osmétodos conhecidos por si, da técnica anterior, especialmente relevo, Iami-nação, causticação. É preferido nesta modalidade que o ângulo seja forma-do no elemento plano de reforço do elemento de vedação reforçado. O ân-gulo de manivela pode ser ajustado aleatoriamente, mas deve ser selecio-nado de modo que os perfis de vedação da inserção de vedação tornampossível uma altura de operação substancialmente idêntica na área da zonade vedação, entre os dois componentes a serem vedados.

Na modalidade da gaxeta de acordo com a invenção, que tempelo menos duas camadas, essas pelo menos duas camadas são formadasde modo que, na pelo menos uma abertura passante, a primeira camada demetal tem, em relação à segunda camada e pelo menos em cortes, uma pro-jeção apontando na direção da abertura passante. Essa projeção agora for-ma a área de fixação para uma ligação adesiva entre a primeira camada demetal e um elemento plano de reforço.

Devido à formação da projeção na primeira camada, que formauma área de fixação para a ligação adesiva com o elemento de reforço, umaconexão permanente agora é possível, a qual também é estável sob altatensão. Como a projeção é formada pela própria primeira camada, pelo me-nos em cortes, fabricação simples e efetiva em custo também é possível pe-la forma correspondente da camada. Uma outra vantagem crucial da soluçãode acordo com a invenção pode ser vista no fato de que, devido à área defixação formada, uma ligação adesiva permanente pode ser produzida entrea inserção de vedação e a camada. A inserção de vedação tem, como navariante de camada única da gaxeta, de preferência, uma disposição simé-trica em relação às camadas de vedação.

Para produzir ligação adesiva entre a camada que forma a pro-jeção e a inserção de vedação, o elemento plano de reforço da inserção devedação é curvado, o conjunto de manivela sendo projetado de modo que ainserção de vedação é montada flexivelmente e posicionada corretamentepara se adaptar aos componentes a serem vedados. Outra maneira possívelde produzir a ligação adesiva de acordo com a invenção consiste na curvatu-ra da própria projeção da primeira camada de metal.

A projeção da primeira camada de metal pode aqui ser formadaestendendo-se completamente em torno da abertura passante ou a projeçãoestá presente apenas parcialmente, isto é, não se estende completamenteem torno da abertura passante. Pode ser suficiente que duas a cinco proje-ções sejam proporcionadas. Um desenho correspondente também é possí-vel no caso da variante de camada única.

De acordo com a invenção, a própria inserção de vedação éformada de um elemento plano de reforço e um perfil de vedação elastomé-rica. O elemento de reforço compreende aqui, no caso mais simples, um me-tal, de preferência, um aço inoxidável ou um aço ao carbono.

De acordo com a invenção, perfis de vedação são aplicados pelomenos em regiões no elemento plano de reforço. O perfil de vedação pode,aqui, ser vulcanizado no elemento plano de reforço. O método econômico demoldagem por injeção de elastômero pode aqui ser usado, o qual é realiza-do, por exemplo, usando transferência ou máquinas de moldagem por inje-ção. Ambos os métodos, de moldagem de borda e de moldagem no topotambém são possíveis.

Dependendo da aplicação, os perfis de vedação aqui podem serformados assimétricos ou simétricos. Os perfis de vedação assimétricos po-dem ser usados, por exemplo, de preferência, para corrigir ranhuras emcomponentes contíguos. Formas preferidas de perfis de vedação são virolasde vedação, trilhas ou rebordos de vedação. Como materiais elastoméricospodem ser considerados aqui todos os materiais selecionados do grupo: silí-cio, FPM (fluoropolímero), HNBR (borracha hidratada de nitrila-butadieno),NBR (borracha de nitrila-butadieno), EPDM (borracha de etileno-propileno),ACM (borracha de acrilato), AEM (borracha de acrilato de etileno) e TPE (e-lastômeros termoplásticos). De acordo com as exigências, materiais diferen-tes para os perfis de vedação podem ser usados em diferentes aberturas depassagem de fluido dentro de uma gaxeta única.

Como já explicado em detalhes inicialmente, uma grande vanta-gem da solução de acordo com a invenção pode ser vista no fato de que,devido à área de fixação da pelo menos uma camada, formada através daprojeção, uma ligação adesiva com o elemento plano de reforço da inserçãode vedação é possível. Por meio de soldagem, especialmente ultra-som,laser, soldagem por pontos ou projeção e/ou solda forte, uma ligação adesi-va da inserção de vedação com a projeção pode ser produzida, a qual é du-rável, mesmo sob alta tensão. Essas soluções são preferidas a uma soluçãode colagem que, em princípio, também pode ser usada na gaxeta de acordocom a invenção. Em todas essas técnicas de conexão, há, basicamente, apossibilidade de remoção de inserções de vedação individuais, sem danificargrandemente a gaxeta e, então, substituindo-as por uma inserção de veda-ção diferente.

A gaxeta de acordo com a invenção é, de preferência, uma ga-xeta de cabeça de cilindro para vedação da cabeça de cilindro do bloco decilindro. No caso de uma gaxeta de cabeça de cilindro, naturalmente, elapode ter aberturas passantes adicionais e pelo menos uma câmara de com-bustão. Também é possível que a gaxeta além das inserções de acordo coma invenção contenha pelo menos uma inserção sem abertura. Isso permite ouso de camadas de gaxeta idênticas para motores com diferentes padrõesde passagens de fluido em motores de combustão, especialmente em veícu-Ios comerciais, mas também é adequada para aplicações estacionárias.

A invenção é explicada em maiores detalhes abaixo, com o auxí-lio de quatro figuras.

A figura 1 mostra a área de uma abertura de passagem de fluidode uma gaxeta de cabeça de cilindro, compreendendo duas camadas, emvista de plano.

As figuras 2a e 2b mostram as seções designadas A-A e B-B nafigura 1.

A figura 3 mostra, em corte, a estrutura de uma gaxeta de metalde cabeça de cilindro de acordo com a invenção, compreendendo uma ca-mada única.

A figura 4 mostra a estrutura de uma gaxeta de metal de cabeçade cilindro para a área da abertura de passagem de fluido, de acordo com atécnica anterior.

A figura 1 agora mostra um corte de uma gaxeta de metal demulticamadas de cabeça de cilindro 1, que se refere à parte de uma gaxetade cabeça de cilindro, que tem a abertura de passagem de fluido 2. Na gaxe-ta de metal de cabeça de cilindro 1 de acordo com a modalidade da figura 1,a abertura passante da câmara de combustão é designada como 12. Natu-ralmente, a gaxeta de cabeça de cilindro pode ter uma pluralidade de abertu-ras passantes de câmaras de combustão 12 e uma pluralidade de aberturasde passagem de fluido 2, que pode mesmo diferir em suas dimensões. Nafigura 1, a inserção é designada como 8. Como a figura 1 mostra a modali-dade representada tem apenas três tipos de projeções 5-representando trêsmodalidades diferentes-que, então, formam a área de fixação 6 para a liga-ção adesiva com a inserção de vedação 8. O elemento de reforço 9 é aquiproporcionado em uma modalidade simétrica com um perfil de vedação 10estendendo-se em ambos os lados.

A figura 2 mostra duas variantes diferentes em relação ao dese-nho da inserção de vedação e das projeções.

A figura 2a reproduz o corte A-A da figura 1. A inserção de ve-dação 8 aqui tem um elemento de reforço 9, que é dotado de conjunto demanivela. Como mostra a figura 2a, a linha central imaginária 16 da inserçãode vedação 8 se funde na linha central imaginária 17 da gaxeta. Isso garanteuma disposição simétrica da inserção de vedação 8 em relação às camadasde gaxeta 3, 4. O perfil de vedação 10 é aplicada simetricamente em ambosos lados ao elemento plano de reforço 9. No estado encaixado, essas facesextremas, designadas como 10', dos perfis de vedação 10, então, formam oponto de contato com o componente a ser vedado. No presente caso, devidoà formação simétrica do perfil de vedação 10 e do conjunto de manivela 14,uma orientação da inserção de vedação é obtida, o que torna possível umaaltura operacional idêntica. O elemento de reforço curvado 9 é, como podeser visto da figura 2a, apenas conectado por meio de um processo de solda-gem à projeção 5 da camada 3 da gaxeta de cabeça de cilindro. A camada 3na modalidade de acordo com a figura 2a e o elemento de reforço 9 são aquiformados do mesmo material ou do mesmo tipo de material, de modo queum processo de soldagem pode ser realizado.

A figura 2b mostra como a seção B-B da figura 1, a inserção devedação 8 não sendo curvada nesse caso, mas a camada 3 sendo formadacom conjunto de manivela 15. Os numerais de reforço 16, 17 designam, damesma maneira que na figura 1a, as linhas centrais imaginárias da inserçãode vedação 8 e da gaxeta com camadas 3, 4. A inserção de vedação 8, des-se modo, mais uma vez tem uma disposição simétrica com relação às ca-madas 3, 4. O conjunto de manivela 15 agora, mais uma vez, produz umaprojeção 5 e uma área de fixação correspondente 6, de modo que uma solda7 é possível.

Na modalidade de acordo com as figuras 1 e 2, a camada 3 e oelemento de reforço 9 são formados de metal, de modo que a soldagem 7pode ser realizada por meio de métodos conhecidos de soldagem. A cama-da de preferência, também consiste em metal no exemplo mostrado, e o per-fil de vedação consiste em FPM.

A figura 3 mostra agora uma modalidade da invenção em que agaxeta de cabeça de cilindro é construída de uma camada simples 3. A ca-mada 3 aqui forma uma projeção 5 que foi introduzida na camada de metalpor métodos de trabalho em metal, tais como, relevo, laminação, caustica-ção. No exemplo de acordo com a figura 3, o elemento plano de reforço 9 dainserção de vedação 8 tem um conjunto de manivela 14. O braço livre doconjunto de manivela 14 é conectado através de soldagem 7 à projeção 5. Aárea de fixação é aqui designado como 6.

No exemplo de acordo com a figura 3, a inserção de vedação 8é, mais uma vez posicionada de modo que uma altura de operação substan-cialmente idêntica é obtida entre os componentes a serem vedados. Isso érepresentado pelas setas. Para obter uma altura de operação aproximada-mente idêntica, não é necessário que cada um dos perfis de vedação 10 se-ja formado simétrico e na mesma altura, mas, naturalmente, também é pos-sível usar perfis de vedação de altura diferente, se, então, uma compensa-ção apropriada for proporcionada pelo conjunto de manivela 14, de modoque, mais uma vez, uma altura de operação substancialmente idêntica é ob-tida. A definição "altura de operação substancialmente idêntica" se refere, napresente invenção, somente à área dos componentes a serem vedados, osquais estão em contato com os perfis de vedação 10.

Finalmente, a figura 4 mostra uma modalidade da técnica anteri-or em que a inserção de vedação com perfis de vedação simétricos tambémé presa a uma gaxeta de metal de cabeça de cilindro de camada dupla atra-vés de uma projeção.

Claims (25)

1. Gaxeta plana (1) para vedação de dois componentes em ummotor de combustão, a referida gaxeta compreendendo pelo menos umacamada de metal (3) que tem pelo menos uma abertura passante para fluidopassar através dela (2), na pelo menos uma abertura passante da pelo me-nos uma camada (3), uma projeção (5) estando presente, a qual aponta nadireção da abertura passante e forma uma área de fixação (6) e em que umainserção de vedação reforçada (8) é disposta por meio de uma ligação ade-siva em um elemento plano de reforço (9), perfis de vedação (10) sendo a-plicados em ambos os lados do elemento plano de reforço (9) fora da áreade fixação (6) e a inserção de vedação reforçada (8) sendo posicionada a-través de um conjunto de manivela (15) da projeção (5) e/ou um conjunto demanivela (14) do elemento plano de reforço (9) que a inserção de vedação(8) tem com seus perfis de vedação (10) uma altura de operação substanci-almente idêntica na região dos pontos de vedação entre os dois componen-tes a serem vedados.

2. Gaxeta plana, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de a inserção de vedação (8) ser disposta simetricamente no interi-or da gaxeta construída de pelo menos uma camada (3).

3. Gaxeta plana, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte-rizada pelo fato de a gaxeta ser uma gaxeta de camada simples e a projeção(5) ser formada por uma redução da espessura da uma camada (3) e o ele-mento plano de reforço (9) da inserção de vedação reforçada (8) tem umconjunto de manivela (14).

4. Gaxeta plana, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte-rizada pelo fato de a gaxeta ter pelo menos duas camadas, a pelo menosuma camada de metal (3) formando uma projeção (5) como uma área defixação (6) na direção da abertura passante por ser manivelada em relação auma segunda camada (4).

5. Gaxeta plana, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 4, carac-terizada pelo fato de a projeção (5) da primeira camada de metal (3) ter umconjunto de manivela (15), o braço livre do conjunto de manivela formando aárea de fixação (6).

6. Gaxeta plana, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 4, carac-terizada pelo fato de o elemento plano de reforço (9) ter um conjunto de ma-nivela (15) e o braço livre do conjunto de manivela formar a área de fixação (6).

7. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindica-ções de 1 a 6, caracterizada pelo fato de o número um ou primeira camadade metal (3) consistir em uma aço inoxidável ou um aço ao carbono.

8. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindica-ções 1, 2 e 4 a 7, caracterizada pelo fato de a segunda camada (4) consistirem aço inoxidável ou um aço ao carbono.

9. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindica-ções de 1 a 8, caracterizada pelo fato de a projeção (5) ser formada apenasparcialmente, não se estendendo completamente em torno da abertura passante.

10. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindi-cações de 1 a 8, caracterizada pelo fato de a projeção (5) ser formada parase estender completamente em torno da abertura passante.

11. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindi-cações de 1 a 10, caracterizada pelo fato de a inserção de vedação reforça-da (8) ter perfis de vedação elastomérica (10).

12. Gaxeta plana, de acordo com a reivindicação 11, caracteri-zada pelo fato de o elemento plano de reforço (9) consistir em um metal.

13. Gaxeta plana, de acordo com a reivindicação 12, caracteri-zada pelo fato de o elemento de reforço (9) consistir em um aço inoxidávelou de um aço ao carbono.

14. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindi-cações de 1 a 13, caracterizada pelo fato de a forma do elemento plano dereforço (9) ser correspondida à forma da abertura passante.

15. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindi-cações de 1 a 14, caracterizada pelo fato de os perfis de vedação (10) se-rem vulcanizados no elemento de reforço (9).

16. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindi-cações de 1 a 15, caracterizada pelo fato de os perfis de vedação (10) dasinserções de vedação (8) serem moldadas por métodos de moldagem naborda ou métodos de moldagem no topo.

17. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindi-cações de 1 a 16, caracterizada pelo fato de os perfis de vedação (10) se-rem aplicados assimetricamente ao elemento plano de reforço.

18. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindi-cações de 1 a 16, caracterizada pelo fato de os perfis de vedação (10) se-rem aplicados simetricamente ao elemento plano de reforço.

19. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindi-cações de 1 a 18, caracterizada pelo fato de os perfis de vedação (10) se-rem formados no formato de virolas de vedação, trilhas ou rebordos de ve-dação.

20. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindi-cações de 1 a 19, caracterizada pelo fato de o material elastomérico ser se-lecionado do grupo: silício, FPM, HNBR, NBR, EPDM, ACM, AEM e TPE.

21. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindi-cações de 1 a 20, caracterizada pelo fato de a ligação adesiva (7) ser produ-zida por colagem e/ou soldagem, especialmente ultra-som, laser, soldagempor pontos ou projeção e/ou por meio de solda forte.

22. Gaxeta plana, de acordo com pelo menos uma das reivindi-cações de 1 a 21, caracterizada pelo fato de a gaxeta ser uma gaxeta decabeça de cilindro para vedação da cabeça de cilindro do bloco de cilindro eter aberturas passantes adicionais pelo menos para a pelo menos uma câ-mara de combustão.

23. Uso da gaxeta, como definido em pelo menos uma das reivindica-ções de 1 a 22, para vedação de passagens de fluido nos motores de combustão.

24. Uso, de acordo com a reivindicação 23, para motores decombustão em veículos comerciais.

25. Uso, de acordo com uma das reivindicações 23 ou 24, paravedação de uma cabeça de cilindro de um bloco de cilindro.