CN101076685B - 平面密封装置 - Google Patents

Abstract

平面密封装置，具有至少一个贯穿开口(10)和至少三个彼此叠加配置的金属板层(16e，18e，20e)，其中这些板层中的至少两个板层分别包括至少一个包围贯穿开口的密封凹槽(22e，24e，26e)，其中为这些密封凹槽提供了变形限位装置(42e)，为了简化具有至少三个带有密封凹槽的板层的平面密封装置的安装，以以下方式降低了作为密封凹槽变形保护的变形限位装置(42e)或者止停器的数量，即为两个彼此直接相邻的带有密封凹槽(22e，24e，26e)的板层(16e，18e，20e)配置了唯一的止停器(40e)，该止停器位于该两个板层构成的层对之外，并且这个层对的直接相邻于止停器的第一板层在其密封凹槽旁且在止停器区域具有凸起(34′，36′)，该凸起向层对的另一第二板层凸出、由止停器支撑并尤其以板层弯曲构成，该凸起作为止停器用于保护层对的第二板层(18e)的密封凹槽。

Description

平面密封装置

技术领域

本发明涉及一种至少基本上为金属的平面密封装置，尤其是一种气缸盖密封垫，并且涉及一种带有密封片的平面密封装置，在该密封片中提供至少一个贯穿开口和至少在该贯穿开口的周围包括至少三个彼此叠加配置的金属板层，其中这些板层中的至少两个板层分别包括至少一个包围贯穿开口的高弹性的密封凹槽并且该密封凹槽彼此叠加配置，以及为这些密封凹槽提供变形限位装置，该变形限位装置在垂直于密封片平面(压平)方向限制该密封凹槽的变形并且包括变形止停器。

背景技术

如果上述提及的是高弹性的密封凹槽，这应该意味着在凹槽压紧时(当安装密封装置和/或包括平面密封装置的机组工作时)，通过该板层的包含密封凹槽区域的弹性的和随即可逆转的变形，使凹槽高度降低。

为了简单起见，以下使用了专业概念：主要地在前述气缸盖密封垫中，将包括高弹性密封凹槽的板层通常称作功能层，即功能层始终包括一个或多个高弹性密封凹槽，该密封凹槽围绕一个或者多个贯穿开口，如果将该平面密封装置安装入机器零件之间，例如在气缸头和发动机缸体的安装和夹紧，目的是将这些贯穿开口的周围密封。

气缸盖密封垫在发动机工作过程中主要被动态加载，即作用在气缸盖密封垫上的压力时间上不是恒定的，由此由压力引起的密封凹槽的压平也是随时间变化的。因此在发动机工作过程中为能够保证密封功能所必须的密封凹槽的高弹性和不要因为密封凹槽的动态加载而出现疲劳断裂，那么必须防止密封凹槽的过度压平，该过度压平的防止通过变形限位装置引起，这类变形限位装置例如由熟知的气缸盖密封垫由板层的环形区域组成，在该环形区域上例如通过焊接固定着由板材冲压出的圆环型的所谓的止停器；替代地，板层可以借助冲压过程配置为具有例如肋条形状或者花纹形状凸起，或者围绕应被密封的贯穿开口的板层环形部分向下一个板层折回并由此产生所谓折叠卷边形式的加厚部分。

熟知的具有至少三个功能层和至少三个(彼此叠加的)带有过度压平保护的密封凹槽的气缸盖密封垫至少包括两个变形限位装置即止停器，其中一止停器保护两个功能层的密封凹槽的过度压平并且另一止停器保护第三功能层的过度压平一两个彼此直接相邻的功能层包括密封凹槽，这些密封凹槽中的每一个分别向另一功能层方向凸起，一止停器可以提供到这两个功能层中的一个上，并且位于这个功能层上朝向另一功能层的那一侧，第二止停器可以提供于第三功能层，以此保护不允许的第三功能层密封凹槽的大变形。替代地，在第三功能层和另外两个功能层之间可以配置没有密封凹槽的板层，该板层在第三功能层的密封凹槽旁(俯视于平面密封装置)包括圆环形的隆起，该隆起形成了向第三功能层方向伸出的凸起和第三功能层的密封凹槽的止停器。

发明内容

本发明的目的是，简化本文开始所述具有至少三层功能层的平面密封装置的结构。

根据本发明的基本构思，可以这样减少所需的变形限位装置和止停器的数量因此简化平面密封装置的结构，即为两个彼此直接相邻的功能层提供唯一的止停器，该止停器位于由这两个功能层形成的层对之外(即该层对之上或者之下)，且该层对的直接相邻于这个止停器的第一功能层在其密封凹槽旁且在止停器区域(俯视于平面密封装置)提供凸起，该凸起向另一第二功能层方向凸出并且在平面密封装置被安装和挤压时由止停器支撑，并作为止停器用于保护第二功能层的密封凹槽并且该凸起特别地由第一功能层的变形产生。

本文开始所述发明的平面密封装置特别是这样构成的，即具有密封凹槽且形成层对的双板层彼此直接相邻，止停器配置于层对之外然而直接相邻于层对的第一板层，并且第一板层在其密封凹槽旁包括伸向贯穿开口切线方向的形变，特别是弯曲，该弯曲在止停器区域形成向层对的第二板层方向凸出的凸起，由此连接于该形变的第一板层的环形区域与止停器共同形成作用于层对的两个板层的密封凹槽的变形限位装置。

如果前述的第一板层的环形区域与止停器共同形成变形限位装置，不是指该环形区域和止停器必须由两部分构成；例如以下是可能的，即例如通过冲压过程为环形区域提供肋条形状或者花纹形状凸起，因此该环形区域包括比属于该环形区域的板层的原始厚度更大的厚度；该环形区域直接邻接于要密封的贯穿开口，构成该环形区域的板层能够围绕贯穿开口向自身折回，由此可以构成所谓的折叠卷边，该折叠卷边形成加厚区域由此形成变形限位装置。

更进一步地补充指明：通常将构成层对的两个板层的密封凹槽彼此相向凸起；本发明的基本原理也适用于平面密封装置，其中直接相邻的板层的密封凹槽不是彼此相向凸起，而是彼此分离——此种情况下只需在前述构成层对的两个板层处，其密封凹槽旁、位于层对之外的止停器区域配置以相同方向(即远离于止停器的方向)凸起的弯曲。

基于现有技术的状况，还要注意，具有两层功能层的气缸盖密封垫是熟知的，在该功能层中间配置了一层板层，为该板层提供了用于两层功能层的密封凹槽的止停器，其中止停器具有焊接环或者卷边的形式并且与在止停器旁与具有止停器的板层以如下方式弯曲，即用于两个功能层的密封凹槽的止停器具有相同的作用，也就是占据了相对于两个功能层的中间层。

在本发明平面密封装置的优选实施例中，第一板层位于第二和第三板层之间，止停器位于第三板层处，由此被弯曲的第一板层不位于密封片的主表面。止停器也可以位于第一板层处，并且位于第一板层的一侧，即从该侧离开于由弯曲形成的凸起(并且无关于是否止停器由焊接的板层环，由第一板层的向第一板层折回的环形区域或者由第一板层冲压出的凸起构成)。

借助于位于两个功能层外的止停器，能够保护第三板层(同样构成功能层)的密封凹槽的过度压平，并且与第三板层的密封槽是向第一板层还是离开于第一板层的方向凸起无关。

本发明也适用于四层的平面密封装置，该密封装置的构造为在第三板层的由第一板层折回侧上配置第四板层，该第四板层同样围绕贯穿开口以及同样包括由变形限位装置保护过度压平的密封凹槽，其中如果第四板层的密封凹槽在第三板层的方向上凸出，那么结构上就会尤其简单。

类似于前述的现有技术，位于第一和第四板层密封凹槽区间的第三板层可以是平的并且止停器位于第三板层的两个主表面之上，由此构成变形限位装置，借此保护第一、第二以及第四板层的密封凹槽。其中第四板层的密封凹槽向第三板层方向或者远离第三板层方向凸起。

由附图标识和说明可知，本发明的基本原理也适用于具有更多数量板层的平面密封装置，尤其适用于具有四层功能层的四层平面密封装置以及具有四层功能层和配置于两个功能层层对之间的板层的五层平面密封装置，该板层配置了双向有效的止停器。

大多数情况下止停器构造为，止停器以环形包围贯穿开口，即使由多个部分组成的止停器是熟知的，这些部分在贯穿开口的切线方向上彼此相距设置——那么在最后陈述的情况中，根据本发明前面的弯曲也不必为环形的，而可以是包括多个弯曲部分，该多个弯曲部分在贯穿开口的切线方向上彼此相距设置。

原则上，止停器可以位于朝向贯穿开口的侧面上或者要保护的密封凹槽的背离贯穿开口的侧面上，其中优选第一选择。

为了全面起见还要指明，前述密封凹槽可以构造为全凹槽，也可以构造为半凹槽——全凹槽的截面为圆拱形或者四边形，半凹槽截面形状近似为躺倒的S形或者Z形。

附图说明

其他技术特征，优点和本发明的细节由附属的权利要求和/或以下的说明以及本发明的带有数字标识的尤其具有优点的实施例给出，其中尤其涉及的是平面密封装置；附图中：

图1本发明的三层密封装置的局部剖视图，该局部邻接于将被密封的贯穿开口，其中所有三层构造为功能层；

图2对应于图1的具有四层功能层的四层密封装置的剖视图；

图2A图2中密封的两个最上层的部分透视图，但是以大于图2中的尺寸显示；

图3对应于图1的具有三层功能层的四层密封装置的剖视图；

图4对应于图1的具有四层功能层的五层密封装置的剖视图；

图5对应于图1的具有三层功能层的三层密封装置的替代实施例的剖视图；

图6图5显示的密封装置的变换的剖视图；

具体实施方式

图1显示的三层气缸盖密封垫的局部剖视图，该局部邻接于环形的(俯视于密封装置)具有轴线12的贯穿开口10，其中该贯穿开口应该是气缸盖密封垫的燃烧室开口。密封装置的三层共同构成密封片14，图1中密封片平面沿水平延伸。三层是指内置的第一金属板层16，该板层配置于第二和第三金属板层18和20之间，该第二和第三板层构成这个气缸盖密封垫的主表面。三个板层的每一板层包括密封凹槽22，24或26，在此处构造为所谓的半凹槽并且以圆环形(俯视于密封片14)包围贯穿开口10。

在第二板层18的密封凹槽24衔接板层18的环形区域28，该环形区域邻接于贯穿开口10平坦并且平行于密封片平面延伸，而第一和第三板层16和20相应的环形区域包括弯曲30和32，在该弯曲处分别衔接着相应板层的平坦环形区域34和36，该板层以圆环形式包围贯穿开口10并且根据本发明形成凸起34′和36′；其中这两个凸起34′和36′根据本发明彼此打开，由此第一板层16向第二板层18方向被弯曲，第三板层20相反地向离开第一板层16的方向弯曲。在第三板层20的环形区域固定着由金属片冲制且圆环形围绕贯穿开口10的止停器40，例如通过点焊或者通过圆环形激光焊接缝固定，替换地，也可以将这样的止停器安置在第一板层16的环形区域34的底面。在显示的实施例中，环形区域36和止停器40共同构成变形限位装置42。

前提是，所有密封凹槽22，24，26的高度d₄相同，凸起34′和36′的弯曲30和32的高度d₁相同，此外，止停器40的d₂的厚度也是高度双倍于d₁。

图1显示的是没有受压的气缸盖密封垫的状态，即在发动机缸体和气缸头之间的安装和夹紧之前的密封装置；其中板层16和18轴向地、彼此反靠地位于密封凹槽22和24外侧(相对于贯穿开口10的轴线12)——只是为了附图的清楚显示才将图1中这部分的板层16和18彼此分开一定距离，对于密封凹槽22，26和弯曲30，32之间部分的板层16和20也是同样的。在发动机缸体和气缸头之间的气缸盖密封垫的安装和夹紧过程中，以及发动机工作过程中，由于作用到气缸盖密封垫以及垂直对准密封片平面的压力，密封凹槽22，24，26的高度(d₄)会被减小，即密封凹槽会被压平，其中变形限位装置42以及第一板层16的弯曲30将阻止三个密封凹槽中的每一个的过度压平，并且以以下方式(以下应该设想为，没有显示在图中的发动机缸体位于气缸盖密封垫的下面和没有显示的气缸头位于气缸盖密封头的上面)：

在密封凹槽26压平过程中，凸起36′反抗于发动机缸体，由此能够不再继续压平密封凹槽26；此外止停器40反抗于第一板层16的环形区域34，并且第一板层16的凸起34′反抗于第二板层18的环形区域28，由此能够不再继续压平密封凹槽22和24。

与止停器40安置于第三板层20还是第一板层16无关，止停器40位于由第一和第二板层16和18构成的层对之外并与弯曲30一起防止所有三个密封凹口22，24和26的过度压平。

不偏离本发明的基本原理，可以将图1显示的气缸盖密封垫以以下方式更改：可以将第三板层20弯曲，使得该板层形成根据图1显示的向上的凸起，该凸起取代了图1中由止停器40形成的凸起，并且止停器根据图1可被安置在第三板层20的底面上在这个弯曲的右侧。利用止停器可以保护第三板层20的密封凹槽26的过度压平，并且因为板层20的弯曲会形成根据图1向上的凸起，利用该凸起当挤压气缸盖密封垫时将保护第一板层16的环形区域34，所以凸起34′不仅会保护密封凹槽22，也会保护密封凹槽24的过度压平。

图1中的密封凹槽22，24，26的高度d₄为了能够清楚地显示本发明的平面密封装置而被放大；典型地根据发明的气缸盖密封垫的板层强度，即板层16，18和20的厚度为0.20±0.05mm，密封凹槽22，24，和26的宽度d₃为1.0到1.1mm并且槽高d₄为0.20到0.21mm。

替代将止停器40作为分离的板环生产并固定于板层16和20中的一个，可以将第一板层16或者第三板层20向贯穿开口10的轴线12方向延长并将由此构成的各自板层的环形区域向下或者向上弯折并向各自的板层折叠回去——根据图1的显示，止停器40由第三板层20的一个区域形成，该区域在图1右侧无缝地转入环形区域36，并且通过一截折弯段，该折弯段的截面构造为平躺的U型。

在另一种变换中，例如在止停器40的位置可能出现肋条型或者花纹型凸起，该凸起由第三板层20的环形区域36通过冲压模制出并以与止停器40相同方向相同尺寸突出于第三板层20；替代地可以由第一板层16的环形区域34冲压出凸起，该凸起在第三板层20的方向上凸出。

图2至6显示的其他实施例，当它们与图1的实施例有差别时，才作出解释，所以图2至图6使用了与图1相同的标识，但是添加了字母a和b和c和d和e。

对比于图1显示的气缸盖密封垫的密封凹槽包括所谓的半凹槽，以其他数字显示的实施例中，密封凹槽构造为全凹槽。

图2显示的是四层气缸盖密封垫的局部剖视图，其中所有四层都为具有密封凹槽的功能层。类似于对应图1的实施例，第一板层16a与第二板层18a构成板层对，但是具有构造为全凹槽的密封凹槽22a，24a，该凹槽以相对方向凸起，并彼此面对；第三板层20a的密封凹槽26a又反方向对准于第一板层16a的密封凹槽22a并突向于远离第一板层16a的方向。第四板层50a又具有向密封片14a内侧凸起的密封凹槽52a，并且如果从止停器40a看起，根据发明图2显示的气缸体密封垫的构成为镜像对称于在板层16a与20a中间延伸的中间平面。

关于密封凹槽22a，24a，和26a的保护，变形限位装置42a以相同于图1的气缸盖密封垫的变形限位装置42的方式起作用，但是该变形限位装置也保护着第四板层50a的密封凹槽52a的过度压平，因为当压紧气缸盖密封垫时，第三板层20a的凸起36a′反抗于第四板层50a的环形区域54a。

图2A显示的是根据图2的实施例的第一板层16a的等尺寸剖视图，其中图2A也代表第三板层20a的构造。

对止停器的配置和构造可以更改为与图1的说明相互关联的配置和构造，这对图2显示的气缸盖密封垫是有效的，对以下将要描述的实施例也是有效的。

图3又显示的是四层的气缸盖密封垫，该密封垫只具有三个功能层，即第一板层16b，第二板层18b和第四板层50b，配置于第一和第四板层之间的第三板层20b为所谓的支撑片，该支撑片光滑而平坦地直到止停器。

根据图3的实施例中，止停器40b应该为第三板层20b的经过冲压而加厚的环形区域，该环形区域突出于第三板层20b的两个主表面，即双侧突出于该板层，目的是连接第一板层16b的弯曲30b而保护所有三个密封凹槽22b，24b和52b的过度压平。

在图3中显示的根据本发明的平面密封装置的第三实施例是根据本发明的密封最具有优点的实施例，所以图3中以数字标识的该密封的特征单独地以及全部结合作为特殊的结构特征。

图4显示的气缸盖密封垫是五层的，具有四层功能层以及与止停器一起配置的光滑的支撑片。第一板层16c，第二板层18c和第四板层50c作为功能层并且对应于图2实施例的板层16a，18a和20a，第五板层60c对应于图2实施例的第四板层50a。第三板层20c又对应于根据图3的实施例的第三板层20b，并且包括其止停器40c。

因为止停器40双侧突出于第三板层20c，也就是支撑片，该止停器与第一板层16c的弯曲30c和第四板层50c的弯曲54c一起不仅保护第一，第二和第四板层的密封凹槽22c，24c，和52c的过度压平，而且还保护第五板层60c的密封凹槽52c，因为第四板层50c的凸起56c′在压紧气缸盖密封垫时反靠于第五板层60c的环形区域64c。

根据图4的气缸盖密封垫的特殊特征是，其形成了对称于第三板层20c的中间平面的完全镜像对称。

图5和图6显示的根据发明的平面密封的实施例仅区别于彼此的止停器的构造，与根据图1的实施例的区别是使用全凹槽来取代半凹槽作为密封凹槽。

根据图5的三层平面密封装置，所有三个板层16d，18d，和20d又分别形成带有构造为全凹槽的密封凹槽22d，24d和26d的功能层，但是配置于第三板层20d的止停器40d构造为，该止停器突出于第三板层20d的两个主表面，由此可以省掉如根据图1的气缸盖密封垫的第三板层20的弯曲32。止停器40d可以作为冲压的板环生产然后与第三板层20d例如通过焊接连接，也可以通过冲压在第三板层20d产生加厚的区域而形成止停器40d。

根据图6的实施例，在根据图5的实施例中由变形限位装置42构成的止停器40d的位置出现了与第三板层20e的弯曲32e连接的止停器40e，它们共同构成了变形限位装置42e，该变形限位装置与第一板层16e的弯曲30e相连接以保护所有密封凹槽22e，24e，和26e的过度压平。

为了完整起见还应说明，根据发明的平面密封装置的弯曲的高度典型位于20和150μm范围之间，优选位于25和100μm范围之间。

密封凹槽没有彼此叠加配置(俯视于平面密封装置)而是边侧地彼此反靠配置，也是本发明的范围。

Claims (18)

1.具有密封片的平面密封装置，在该密封装置中提供至少一个贯穿开口并且该密封装置至少在该贯穿开口的周围包括至少三个彼此叠加配置的金属板层，其中这些板层中的至少两个板层分别包括至少一个包围贯穿开口的高弹性的密封凹槽，并且该密封凹槽彼此叠加配置以及彼此相向凸出或者相分离，并且其中为这些密封凹槽提供了变形限位装置，该变形限位装置在所述平面密封装置安装和工作过程中允许密封凹槽在垂直于密封片平面的方向的变形并限制这种变形并且包括变形止停器，其特征是，具有密封凹槽且构成层对的两个板层彼此直接相邻，止停器配置于层对之外但是直接相邻于层对的第一板层，并且该第一板层在其密封凹槽旁在止停器的区域包括凸起，该凸起伸向贯穿开口的切线方向且向层对的第二板层的方向凸出，其中在不施压平面密封装置时，第一板层的密封凹槽高出于凸起，由此第一板层的形成凸起的环形区域与止停器共同形成为对层对的两个板层的密封凹槽有作用的变形限位装置。

2.根据权利要求1所述的平面密封装置，其特征是，第一板层位于第二和第三板层之间，止停器位于第三板层处。

3.根据权利要求2所述的平面密封装置，其特征是，第三板层与第一板层直接相邻。

4.根据权利要求3所述的平面密封装置，其特征是，第三板层也同样包括围绕贯穿开口的以及由变形限位装置保护其过度压平的密封凹槽。

5.根据权利要求4所述的平面密封装置，其特征是，第三板层的密封凹槽向远离于第一板层的方向凸起。

6.根据权利要求4所述的平面密封装置，其特征是，第三板层的密封凹槽向第一板层的方向凸起。

7.根据权利要求3至4之一所述的平面密封装置，其特征是，在第三板层的背对第一板层的侧面配置第四板层，该第四板层也同样包括围绕贯穿开口的以及由变形限位装置保护其过度压平的密封凹槽。

8.根据权利要求7所述的平面密封装置，其特征是，第四板层的密封凹槽向第三板层的方向凸起。

9.根据权利要求7所述的平面密封装置，其特征是，第三板层在第一和第四板层的密封凹槽之间的区域是平坦的并且止停器超出于第三板层的两个主表面。

10.根据权利要求9所述的平面密封装置，其特征是，第四板层的密封凹槽向远离第三板层的方向凸起。

11.根据权利要求10所述的平面密封装置，其特征是，提供第五板层，其配置于第四板层的背离第三板层的侧面并包括凸向于第四板层且围绕贯穿开口的密封凹槽，并且该第四板层在其密封凹槽旁包括伸向贯穿开口切线方向的弯曲，该弯曲在止停器的区域形成向第五板层的方向凸出的凸起，由此第四板层的连接于该弯曲的环形区域与止停器共同形成对第四和第五板层的密封凹槽有作用的变形限位装置。

12.根据权利要求2至5中的任一项所述的平面密封装置，其特征是，提供第四板层，其配置于第三板层的背离第一板层的侧面并包括凸向于第三板层且围绕贯穿开口的密封凹槽，并且该第三板层在其密封凹槽和止停器之间包括伸向贯穿开口切线方向的弯曲，该弯曲在止停器的区域形成向第四板层的方向凸出的凸起，由此第三板层的连接于该弯曲的环形区域与止停器共同形成对第三和第四板层的密封凹槽有作用的变形限位装置。

13.根据权利要求1所述的平面密封装置，其特征是，所述凸起为环形。

14.根据权利要求11所述的平面密封装置，其特征是，所述弯曲为环形。

15.根据权利要求12所述的平面密封装置，其特征是，所述弯曲为环形。

16.根据权利要求1所述的平面密封装置，其特征是，止停器以圆环形包围贯穿开口。

17.根据权利要求1所述的平面密封装置，其特征是，俯视于平面密封装置，止停器配置于贯穿开口和密封凹槽之间。

18.根据权利要求1所述的平面密封装置，其特征是，密封凹槽构造为全凹槽。

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