CH682101A5

CH682101A5 -

Info

Publication number: CH682101A5
Application number: CH277690A
Authority: CH
Inventors: Hans-J Tueckmantel; Hermann Prymek
Original assignee: Kempchen & Co Gmbh
Priority date: 1989-10-10
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1993-07-15
Also published as: FR2652868B1; NL192053B; FR2652868A1; NL9001988A; NL192053C; DE3933765A1; DE3933765C2; ATA175790A

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement, insbesondere einen Dichtungsring - mit zumindest einer Blecheinlage und einer beidseitigen Auflage aus einer Dichtungsfolie aus einem nichtmetallischen Dichtungswerkstoff, vorzugsweise aus Graphit wobei die Blecheinlage über ihre Fläche verteilt eine Vielzahl von durch Nadelung gebildeten Löchern aufweist, wobei aus der Ebene der Blecheinlage herausgebogene Nadelungsfahnen aus beiden Oberflächen der Blecheinlage vorstehen, und wobei die Nadeiungsfahnen die Dichtungsfolien verankernd festhalten. Die Erfindung betrifft fernerhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Dichtungselementes. Bei solchen Dichtungselementen besteht die Blecheinlage zumeist aus einem Edelstahlblech. Die Blechdicke liegt im Zehntelmillimeterbereich, z.B. bei 0,1 mm. Die Dichtungsfolien sind zumeist um eine Grössenanordnung dicker und jedenfalls so dick, dass die Nadelungsfahnen in den Dichtungsfolien eingebettet sind. Ihre Dicke liegt z.B. bei 1 mm. Bestehen die Dichtungsfolien aus Graphit, so wird zumeist Blähgraphit eingesetzt. -Bei der Bildung von Löchern in Blecheinlagen durch Nadelung handelt es sich um eine besondere Fertigungsmethode. Im Gegensatz zu einem Stanzvorgang wird das dem Lochquerschnitt entsprechende Blechelement nicht ausgestanzt und entfernt. Es wird vielmehr durch ein nadeiförmiges Werkzeug gleichsam aufgerissen und zu den Nadelungsfahnen umgebogen. Diese halten die Dichtungsfolien wie Anker fest. Die Dichtungselemente des eingangs beschriebenen Aufbaus können daher kleberfrei ausgeführt werden. Sie heissen in der Praxis auch Dichtungselemente mit Nadelblecheinlage. The invention relates to a sealing element, in particular a sealing ring - with at least one sheet metal insert and a bilateral support made of a sealing film made of a non-metallic sealing material, preferably made of graphite, the sheet metal insert having a plurality of holes formed by needling distributed over its surface, from the plane of the Needle flags bent out of the sheet metal insert protrude from both surfaces of the sheet metal insert, and the needling flags hold the sealing foils in place. The invention further relates to a method for producing such a sealing element. In such sealing elements, the sheet insert usually consists of a stainless steel sheet. The sheet thickness is in the tenth of a millimeter range, e.g. at 0.1 mm. The sealing foils are usually thicker by one size and in any case so thick that the needles are embedded in the sealing foils. Its thickness is e.g. at 1 mm. If the sealing foils are made of graphite, expanded graphite is mostly used. -The formation of holes in sheet metal inlays by needling is a special manufacturing method. In contrast to a punching process, the sheet metal element corresponding to the hole cross section is not punched out and removed. Rather, it is torn open, as it were, by a needle-shaped tool and bent over to form the needles. These hold the sealing foils in place like anchors. The sealing elements of the structure described at the outset can therefore be designed to be adhesive-free. In practice, they are also called sealing elements with a needle plate insert.

Bei dem aus der Praxis bekannten Dichtungselement, von dem die Erfindung ausgeht, weisen die Löcher drei oder vier Nadelungsfahnen auf. Ihre Lage entspricht etwa dem halben Lochdurchmesser. Die freien Enden der Nadelungsfahnen weisen zu dem Loch hin, dem sie zugeordnet sind, oder sie erstrecken sich fast orthogonal zur Ebene der Blecheinlage. Die mit solchen Nadelungsfahnen erreichbare Verankerung der Dichtungsfolien und damit der Verbund der Dichtungsfolien zu der Blecheinlage sind verbesserungsbedürftig. Bei der bekannten Ausführungsform beruht die beschriebene Gestaltung und Orientierung der Nadelungsfahnen darauf, dass bei der Nadelung mit nadeiförmigen Werkzeugen gearbeitet wird, deren freie Enden drei oder vier schräg angeschliffene Werkzeugflächen aufweist, die zu einer in der Achse des nadeiförmigen Werkzeuges angeordneten Spitze pyramidenförmig zusammenlaufen. Die Spitze durchbricht bei der Nadelung das Beilageblech und reisst nach Massgabe dieser Werkzeugflächen die Nadelungsfahnen mehr oder weniger ausgeprägt auf. Bei einem anderen Dichtungselement sind jeweils zwei Nadelungsfahnen, deren Länge ebenfalls etwa dem halben Lochdurchmesser entspricht und die zum Loch hin schräg stehen, einander gegenüberliegend an rechteckigen Löchern angeordnet. Auch hier sind die Verankerung und der Verbund verbesserungsbedürftig. In the sealing element known from practice, from which the invention is based, the holes have three or four needling tabs. Their position corresponds to approximately half the hole diameter. The free ends of the needles point towards the hole to which they are assigned, or they extend almost orthogonally to the plane of the sheet metal insert. The anchoring of the sealing foils, which can be achieved with such needling flags, and thus the connection of the sealing foils to the sheet metal insert, are in need of improvement. In the known embodiment, the design and orientation of the needling flags described is based on the fact that needle-shaped tools are used in the needling, the free ends of which have three or four obliquely ground tool surfaces, which converge pyramid-shaped to a point arranged in the axis of the needle-shaped tool. The tip breaks through the shim during needling and tears open the needling flags more or less according to these tool surfaces. In the case of another sealing element, two needling flags, the length of which likewise corresponds to approximately half the hole diameter and which are inclined towards the hole, are arranged opposite one another at rectangular holes. Here too, the anchoring and the bond need to be improved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Dichtungselement des eingangs beschriebenen Aufbaus die Verankerung der Dichtungsfolien und damit den Verbund zwischen den Dichtungsfolien und der Blecheinlage zu verbessern. Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem solche Dichtungselemente besonders einfach hergestellt werden können. The invention has for its object to improve the anchoring of the sealing films and thus the bond between the sealing films and the sheet metal insert in a sealing element of the construction described above. The invention is further based on the object of specifying a method with which such sealing elements can be produced in a particularly simple manner.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, dass die Löcher jeweils eine Nadelungsfahne aufweisen, die an einer Seite von dem Lochrand abgebogen ist und deren Länge etwa dem Lochdurchmesser oder einer längsten Lochachse entspricht und dass die Nadelungsfahnen mit ihrem freien Ende zur Ebene der Blecheinlage hingebogen sind. Diese Biegung zur Blecheinlage hin kann mehr oder weniger weit erfolgen. - Erfindungsgemäss bilden die Nadelungsfahnen echte Anker, weil sie wegen ihrer Ausbildung, Bildung und Orientierung in bezug auf Kräfte, die versuchen, eine Dichtungsfolie von der Blecheinlage senkrecht oder schräg zur Ebene der Blecheinlage gleichsam abzuziehen, wie Widerhaken oder Klettenhaken wirken. Man erreicht so einen überraschend festen Verbund zwischen der Blecheinlage und den Dichtungsfolien. To achieve this object, the invention teaches that the holes each have a needle flag which is bent on one side from the edge of the hole and whose length corresponds approximately to the hole diameter or a longest hole axis and that the needle flags are bent with their free end towards the level of the sheet metal insert . This bend towards the sheet insert can be more or less far. - According to the invention, the needling flags form real anchors because, due to their training, education and orientation in relation to forces that try to pull a sealing film from the sheet insert perpendicularly or obliquely to the level of the sheet insert, as barbs or Velcro hooks act. This results in a surprisingly firm bond between the sheet metal insert and the sealing foils.

Im einzelnen bestehen für die weitere Ausbildung des erfindungsgemässen Dichtungselementes verschiedene Möglichkeiten. Im allgemeinen weisen die Löcher einen Durchmesser oder eine längste Lochachse und die Nadelungsfahnen eine Länge im Millimeterbereich auf. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher einen Durchmesser oder eine längste Lochachse und die Nadelungsfahne eine Länge von etwa 1 mm aufweist. Der Verbund zwischen der Blecheinlage und den Dichtungsfolien hängt auch von der Verteilung der Löcher und damit der Nadelungsfahnen in der Ebene der Blecheinlage ab. Insoweit empfiehlt die Erfindung, dass die Löcher, bezogen auf die Ebene der Blecheinlage, in den Ecken eines geometrischen Rasters aus in den Ecken sich kreuzenden oder von den Ecken ausgehenden Geraden angeordnet und die Nadelungsfahnen der einzelnen Löcher in bezug auf diese Geraden eine Zufallsorientierung aufweisen, also nicht sämtlich in gleicher Richtung angeordnet sind. In particular, there are various possibilities for the further development of the sealing element according to the invention. In general, the holes have a diameter or a longest hole axis and the needles have a length in the millimeter range. A preferred embodiment of the invention is characterized in that the holes have a diameter or a longest hole axis and the needle flag has a length of approximately 1 mm. The bond between the sheet metal insert and the sealing foils also depends on the distribution of the holes and thus the needles in the plane of the sheet metal insert. In this respect, the invention recommends that the holes, based on the level of the sheet metal insert, be arranged in the corners of a geometric grid of straight lines crossing in the corners or starting from the corners, and that the needles of the individual holes have a random orientation with respect to these straight lines, are not all arranged in the same direction.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, dass das Raster aus Quadraten und Rhomben besteht und dass die Quadrate sich an den Ecken berühren und die Rhomben zwischen den Quadraten angeordnet sind. Die Querschnittsform der Löcher kann im Rahmen der Erfindung sehr verschieden sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die sich auch dadurch auszeichnet, dass sie leicht gefertigt werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher, bis auf den Ab-biegungsbereich der Nadelungsfahne, einen runden Querschnitt aufweisen. Die Löcher können aber auch einen langgestreckten Querschnitt aufweisen, wobei in diesem Falle an einer der schmalen Querschnittsseiten jeweils die Nadelungsfahne abgebogen ist. Arbeitet man so, dass die Löcher einen Durchmesser oder eine längste Lochachse von et- In this context, a preferred embodiment of the invention is characterized in that the grid consists of squares and rhombuses and that the squares touch at the corners and the rhombuses are arranged between the squares. The cross-sectional shape of the holes can be very different within the scope of the invention. A preferred embodiment of the invention, which is also distinguished by the fact that it can be easily manufactured, is characterized in that the holes have a round cross-section, except for the region of deflection of the needle flag. However, the holes can also have an elongated cross section, in which case the needle flag is bent on one of the narrow cross-sectional sides. If you work in such a way that the holes have a diameter or a longest hole axis of some-

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wa 1 mm aufweisen, wie es oben bereits betont worden ist, so empfiehlt sich eine Rasterung, bei denen die Quadrate eine Kantenlänge von etwa 3 mm aufweisen. wa have 1 mm, as has already been emphasized above, a grid is recommended in which the squares have an edge length of about 3 mm.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtungselementes des beschriebenen Aufbaus. Das Verfahren ist grundsätzlich dadurch gekennzeichnet, dass zuerst durch eine Nadelung mit nadeiförmigen Werkzeugen, die an Stelle einer Nadelspitze eine zur Werkzeugachse schräge ellipsenförmige Anschlifffläche aufweisen, die Löcher der bogenförmig von den Löchern wegweisende Nadelungsfahnen in der Blecheinlage hergestellt werden und dass danach die Dichtungsfolien auf der Blecheinlage beidseits aufgedrückt werden, wobei die Dichtungsfoiien von den Nadelungsfahnen gleichsam aufgespiesst werden. Auf diese Weise lässt sich bereits ein guter Verbund erzielen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat aus der Blecheinlage und den aufgedrückten Dichtungsfolien zwischen Pressenplatten oder grosskalibrigen Pressenwalzen ge-presst wird und dass dadurch die freien Enden der Nadelungsfahnen zur Ebene der Blecheinlage weiter hingebogen werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Dichtungsfolien beim Pressen auf etwa zwei Drittel ihrer Dicke zu komprimieren. The invention also relates to a method for producing a sealing element of the construction described. The method is fundamentally characterized in that the needles with needle-shaped tools, which instead of a needle tip have an elliptical abutment surface oblique to the tool axis, are used to make the holes in the sheet-metal insert, pointing away in an arc from the holes, and then the sealing foils on the Sheet metal insert are pressed on both sides, the sealing foils being impaled as it were by the needles. A good bond can already be achieved in this way. A preferred embodiment of the invention is characterized in that the assembly of the sheet metal insert and the pressed-on sealing foils is pressed between press plates or large-caliber press rolls, and in that the free ends of the needles are bent further towards the level of the sheet metal insert. It is within the scope of the invention to compress the sealing foils to about two thirds of their thickness during pressing.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung In the following, the invention will be explained in more detail with reference to a drawing showing only one exemplary embodiment. They show a schematic representation

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsge-mässes Dichtungselement in gegenüber der Natur starker Vergrösserung und ausschnittsweise, 1 shows a cross section through a sealing element according to the invention in a magnification that is large compared to nature and in sections,

Fig. 2 das Raster für die Löcher in der Blecheinlage eines erfindungsgemässen Dichtungselementes, 2 shows the grid for the holes in the sheet metal insert of a sealing element according to the invention,

Fig. 3 die Blecheinlage aus dem Gegenstand der Fig. 1 vor dem Verbund mit den Dichtungsfolien, 3 shows the sheet metal insert from the object of FIG. 1 before the composite with the sealing foils,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 3, 4 is a plan view of the object of FIG. 3,

Fig. 5 die Seitenansicht eines nadeiförmigen Werkzeuges zur Herstellung der Löcher bei einem erfindungsgemässen Dichtungselement und 5 shows the side view of a needle-shaped tool for producing the holes in a sealing element according to the invention, and

Fig. 6 eine Ansicht des Gegenstandes der Fig. 5 aus Richtung des Pfeiles A. 6 is a view of the object of FIG. 5 from the direction of arrow A.

Das in den Fig. 1, 3 und 4 ausschnittsweise dargestellte Dichtungselement 1 besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einer Blecheinlage 2 und einer beidseitigen Auflage 3 aus einer Dichtungsfolie aus einem nichtmetallischen Dichtungswerkstoff. Es mag sich um Graphitfolien aus Blähgraphit handeln. Es versteht sich, dass man ein solches Dichtungselement 1 auch mit zwei oder mehr als zwei Blecheinlagen 2 und einer entsprechenden Anzahl von Auflagen 3 aus Dichtungsfolien herstellen könnte. Die in den Fig. 1 und 3 dargestellte Blecheinlage 2 besitzt über ihre Fläche verteilt eine Vielzahl von durch Nadelung gebildeten Löchern 4, deren aus der Ebene der Blecheiniage 2 herausgebogene Nadelungsfahnen 5 aus beiden Oberflächen der Blecheinlage 2 vorstehen. Mit den Nadelungsfahnen 5 sind die Auflagen 3 verankernd festgehalten. Wie insbesondere die Draufsicht Fig. 4 auf den Gegenstand der Fig. 3 erkennen lässt, besitzen die Löcher 4 jeweils eine Nadelungsfahne 5. Diese ist an einer Seite von dem Lochrand abgebogen. Ihre Länge entspricht etwa dem Lochdurchmesser. Aus der Fig. 1 entnimmt man, dass die Nadelungsfahnen 5 mit ihren freien Enden zur Ebene der Blecheinlage 2 hingebogen sind. Die Löcher 4 mögen einen Durchmesser von etwa 1 mm aufweisen. Etwa 1 mm lang sind auch die dargestellten Nadelungsfahnen 5. The basic construction of the sealing element 1 shown in FIGS. 1, 3 and 4 consists of a sheet metal insert 2 and a support 3 on both sides of a sealing film made of a non-metallic sealing material. It may be expanded graphite foils. It goes without saying that such a sealing element 1 could also be produced from sealing foils with two or more than two sheet metal inserts 2 and a corresponding number of supports 3. The sheet insert 2 shown in FIGS. 1 and 3 has a plurality of holes 4 formed by needling distributed over its surface, the needles 5 bent out of the plane of the sheet insert 2 projecting from both surfaces of the sheet insert 2. The needles 3 are anchored with the needling flags 5. As can be seen in particular from the top view in FIG. 4 of the object in FIG. 3, the holes 4 each have a needling flag 5. This is bent on one side from the edge of the hole. Their length corresponds approximately to the hole diameter. From Fig. 1 it can be seen that the needles 5 are bent with their free ends to the level of the sheet metal insert 2. The holes 4 may have a diameter of approximately 1 mm. The needles 5 shown are also approximately 1 mm long.

Um den Verbund zwischen den Auflagen 3 und der Blecheinlage 2 besonders wirksam einzurichten, sind die Löcher 4 in der Blecheinlage 2 nach einem besonderen Raster verteilt, welches in der Fig. 2 dargestellt worden ist. Die Löcher 4 sind, bezogen auf die Ebene der Blecheinlage 2, in den Ecken 6 eines geometrischen Rasters aus in den Ecken sich kreuzenden oder von den Ecken ausgehenden Geraden 7 angeordnet. Nicht dargestellt wurde, dass die Nadelungsfahnen 5 der einzelnen Löcher in bezug auf diese Geraden 7 eine Zufallsorientierung aufweisen. Konkret besteht das Raster der Fig. 2 aus Quadraten und Rhomben. Die Quadrate berühren sich an den Ecken und die Rhomben sind zwischen den Quadraten angeordnet. Auf diese Weise erhält man eine grosse Dichte der Löcher 5 in der Blecheinlage 2, ohne dass die Auflagen 3 durch die grosse Anzahl der Löcher 4 in störendem Masse zwischen benachbarten Löchern 4 geschwächt wären. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 3 und 4 entnimmt man, dass die Löcher 4 bis auf den Abbiegungsbereich ihrer Nadelungsfahne 5 einen runden Querschnitt aufweisen. In order to set up the bond between the supports 3 and the sheet insert 2 particularly effectively, the holes 4 in the sheet insert 2 are distributed according to a special grid, which has been shown in FIG. 2. The holes 4 are, based on the level of the sheet metal insert 2, arranged in the corners 6 of a geometric grid of straight lines 7 crossing or starting from the corners. It was not shown that the needles 5 of the individual holes have a random orientation with respect to this straight line 7. Specifically, the grid of FIG. 2 consists of squares and rhombuses. The squares touch at the corners and the rhombuses are arranged between the squares. In this way, a high density of the holes 5 in the sheet metal insert 2 is obtained without the supports 3 being weakened to a disruptive extent between adjacent holes 4 by the large number of holes 4. From a comparative view of FIGS. 3 and 4 it can be seen that the holes 4 have a round cross-section except for the bending area of their needles 5.

Claims

1.Sealing element with at least one sheet-metal insert and a support on both sides made of a sealing film made of a non-metallic sealing material, the sheet-metal insert having a large number of holes formed by needling over its surface, with needling flags bent out of the plane of the sheet-metal insert projecting from both surfaces of the sheet-metal insert, and wherein the needling flags hold the sealing foils in place, characterized in that the holes (4) each have a needling flag (5) which is bent on one side from the edge of the hole and whose length corresponds approximately to the hole diameter or a longest hole axis, and that Needle flags (5) are bent with their free end to the level of the sheet insert (2).

2. Sealing element according to claim 1, characterized in that it is designed as a sealing ring and that the sealing film consists of graphite.

3. Sealing element according to claim 2, characterized in that the holes (4) have a diameter or a longest hole axis and the needle flags (5) have a length of about 1 mm.

4. Sealing element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the holes

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5. Sealing element according to claim 4, characterized in that the grid consists of squares and rhombuses and that the squares touch at the corners (6) and the rhombuses are arranged between the squares.

6. Sealing element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the holes (4), except for the bending area of their needles (5), have a round cross section.

7. Sealing element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the holes (4) have an elongated cross section and the needling flag (5) is bent on a narrow cross-sectional side.

8. A method for producing a sealing element according to one of claims 1 to 7, characterized in that first by needling with needle-shaped tools that have an oblique to the tool axis, oblique, elliptical contact surfaces to the tool axis, the holes and arcuate needling flags pointing away from the holes be produced in the sheet metal insert and that the sealing foils are then pressed onto the sheet metal insert on both sides.

9. The method according to claim 8, characterized in that an aggregate formed from the sheet metal insert and the pressed sealing foils is pressed and in that the free ends of the needles are further bent towards the level of the sheet metal insert.

10. The method according to claim 9, characterized in that the sealing films are compressed to about two thirds of their thickness during pressing.

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