DE102009022393B4

DE102009022393B4 - Verfahren zur Herstellung metallischer Elemente, insbesondere Dichtelemente

Info

Publication number: DE102009022393B4
Application number: DE200910022393
Authority: DE
Inventors: Rolf Prehn
Original assignee: Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Current assignee: Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2029-05-23
Also published as: CN102388241A; US20120070272A1; WO2010133213A1; EP2433034A1; DE102009022393A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung metallischer Elemente, insbesondere Dichtelemente, indem ein Blech- oder ein Folienstreifen (1) vorgebbarer Länge, Breite und Dicke erzeugt und der Blech- bzw. der Folienstreifen (1) zu einem Rohr (2) geformt wird, die einander gegenüberliegenden Endbereiche (3, 4) oder Teile bzw. die gesamte Kontaktfläche des Blech- bzw. des Folienstreifens (1) miteinander stoff-, kraft- oder formschlüssig, respektive Kombinationen daraus, verbunden werden und die gesamte Länge des Rohrs (2) einem mechanischen Formgebungsprozess unterzogen wird, dergestalt, dass durch ein Hilfsmittel (7) in die äußere (8) oder innere Umfangsfläche (10) des Rohrs (2) an definierten Stellen vorgebbare Konturen (9) eingebracht werden, und das Rohr (2) in eine entsprechende Anzahl einzelner Elemente (14–25), insbesondere Dichtelemente, aufgeteilt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung metallischer Elemente, insbesondere Dichtelemente.
Derartige Elemente, insbesondere Dichtelemente, werden sehr häufig eingesetzt als Dichtringe für Turbolader, Stopperringe, Einfassungen, Abstütz- bzw. Unterlegscheiben.
Solche ringförmigen metallischen Elemente haben ein breites Anwendungsspektrum. Beispielsweise werden für Turbolader metallische ringförmige Dichtringe verwendet, die im Querschnitt zumeist entweder C- oder V-förmig ausgebildet sind. Als Abgasanlagen-Flanschdichtungen werden derartige Dichtelemente bisher nur sehr selten eingesetzt. Stopperringe werden in Serienzylinderkopfdichtungen eingesetzt. Diese werden jedoch bisher aus Blechen ausgestanzt, wodurch ein hoher Material- und Kostenaufwand gegeben ist.
Aufgrund der Tatsache, dass moderne Triebwerke bzw. Brennkraftmaschinen immer höhere Ansprüche an die Dichtungstechnik stellen, da sowohl die Verbrennungsdrücke als auch die Verbrennungstemperaturen stetig steigen, müssen immer bessere Lösungen gefunden und gleichzeitig auch zum Teil immer höherwertigen Materialien eingesetzt werden. Die Kosten für derartige Materialien, die unterschiedlichste Dichtungseigenschaften aufweisen, sind zum Teil erheblich, insbesondere dann, wenn große schmale Ringe aus Blechen ausgestanzt werden müssen.
Die DE 197 55 391 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtrings, bei dem aus einem Blech zunächst ein Hohlkörper gebildet wird, der durch eine Nachverformung in die Gestalt eines Versteifungsringes überführt und nachfolgend mit einer Dichtlippe aus polymerem Werkstoff verbunden wird, wobei das Blech durch Einrollen abfallfrei in die Gestalt eines Hohlzylinders überführt wird.
Der US 4,162,569 ist ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Flachdichtung aus einem Rohr vorgebbarer Wandstärke und vorgebbarem Durchmesser zu entnehmen. Vom Rohr werden Ringe abgeschnitten, die in einem nachfolgenden Arbeitsprozess mit einem zylindrischen Ansatz versehen werden. Der zylindrische Ansatz dient hierbei zur Aufnahme einer Weichstoffflachdichtung, wobei der überstehende Bereich des zylindrisches Ansatzes dann in Richtung der Flachdichtung umgebördelt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung metallischer Elemente, insbesondere Dichtelemente, bereitzustellen, mit welchem ein geringstmöglicher Materialeinsatz verbunden ist.
Die so hergestellten Dichtelemente sollen für spezifische Anwendungsfälle, insbesondere im Bereich eines Fahrzeugantriebs, einsetzbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung metallischer Elemente, insbesondere Dichtelemente, indem ein Blech- oder ein Folienstreifen vorgebbarer Länge, Breite und Dicke erzeugt und der Blech- bzw. der Folienstreifen zu einem Rohr geformt wird, die einander gegenüberliegenden Endbereiche oder Teile bzw. die gesamte Kontaktfläche des Blech- bzw. des Folienstreifen miteinander stoff-, kraft- oder formschlüssig, respektive Kombinationen daraus, verbunden werden und die gesamte Länge des Rohrs einem mechanischen Formgebungsprozess unterzogen wird, dergestalt, dass durch ein Hilfsmittel in die äußere oder innere Umfangsfläche des Rohrs an definierten Stellen vorgebbare Konturen eingebracht werden, und das Rohr in eine entsprechende Anzahl einzelner Elemente, insbesondere Dichtelemente, aufgeteilt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Lösung der Aufgabe besteht somit allgemein darin, zunächst ein Vorprodukt, nämlich ein Rohr, herzustellen und dieses anschließend zumindest partiell umzuformen bzw. zu konturieren und danach einzelne Ringelemente ab- oder auszuschneiden, respektive auszustanzen.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, das gesamte Rohr durch Erzeugung entsprechender Profile in der Umfangsfläche des Rohrs umzuformen und anschließend eine Vereinzelung in Ring- bzw. Dichtelemente herbeizuführen.
Ebenfalls denkbar ist, das profilierte Rohr in Abschnitte vorgebbarer Länge aufzuteilen und diese Abschnitte dann zu einzelnen Ring- bzw. Dichtelementen aufzuschneiden.
Als Formgebungsprozess sowohl für einzelne Dichtelemente als auch das ganze Rohr bieten sich das Hydroforming, das Gummi-Umformen oder das Stauch-Pressen an.
Der Vereinzelungsvorgang in Ring- bzw. Dichtelemente kann beispielswese durch Rollschneiden, Laserschneiden oder Wasserstahlschneiden herbeigeführt werden.
Aus einem als Folie oder Blech vorgebbarer Dicke ausgebildeten Grundkörper werden zunächst einmal Blech- bzw. Folienstreifen definierter Länge und Breite, beispielsweise durch Laserschneiden, Feinschneiden oder ähnlichen Verfahren, erzeugt. Maßgeblich ist hierbei, dass die einander gegenüberliegenden Kanten, die anschließend miteinander verschweißt werden, gratfrei ausgebildet sind. Eventuell kann es hilfreich sein, keine graden Enden miteinander zu verschweißen, sondern eine Zickzack oder Wellenkontur zu verwenden, um auf diese Art und Weise eine bessere Fügung der Kantenbereiche zu erzielen und zudem der Schweißnaht weitere vorteilhafte Eigenschaften zu verleihen (z. B. eine bestimmte Steifigkeit oder ähnliches).
Denkbar ist auch, dass das Blech quasi entweder Ausgangsmaterial in einem Rohrformungsprozess als quasi endloses Rohr herzustellen und Teile hiervon oder das endlose Rohr weiter zu verarbeiten.
Im Folgenden werden verschiedene Arten der Herausbildung unterschiedlich gestalteter ring- oder scheibenförmig ausgebildeter metallischer Elemente, insbesondere Dichtelemente, abgehandelt;
Ein wie vorab beschrieben hergestelltes Rohr aus gewickeltem oder gerollten Blech – respektive Folienstreifen, ist relativ gut zu handhaben und kann einem mechanischen Konturier- bzw. Formgebungsprozess zugeführt werden. Hierbei ist denkbar, beispielsweise mit einem Mehrrollensystem (Zweirollensystem) jedes beliebige Profil (beispielsweise C-, V-, W-Form) in die äußere/innere Umfangsfläche des Rohrs einzubringen. Dies kann entweder nur an einem Rohrende geschehen, um unmittelbar danach einzelne Ringe vom Rohrende abzuschneiden, oder aber über eine bestimmte bzw. die gesamte Länge des Rohres hinweg, um anschließend einzelne oder mehrere Ringe gleichzeitig zu erzeugen. Der Profilierungsprozess kann dabei in einem oder mehreren Schritten erfolgen.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, ein wie vorab beschrieben hergestelltes Rohr einem Bördelprozess zuzuführen. Das bedeutet, das Rohr wird von einer Stirnseite her um einen definierten Winkel (z. B. 90°) umgebogen. So entsteht an dieser Stirnseite ein umlaufender radialer Ansatz, der beispielsweise durch einen Stanzprozess ab- oder ausgeschnitten werden kann, um einen einzelnen Ring zu erhalten.
Im ersten Fall wird das konturierte Rohr(ende) abgeschnitten, um einen einzelnen Dichtring zu erhalten. Hierfür bietet sich eine Art Rollschneiden, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder ähnliches an. Vorzugsweise wird das Rollschneiden angewendet, da auf diese Art und Weise entweder gar kein Materialverlust entsteht oder aber der Materialverlust minimal ist und zudem die dann entstehenden Kanten des Ringelements noch mit einer speziellen Kantenkontur versehen werden können.
Ebenfalls möglich ist ein Rohr in einzelne Ringe aufzuschneiden und diese Rohrstücke anschließend in einer Presse zu einer Scheibe umzuformen. Hierbei können unterschiedlichste Konturen (flach, geneigt oder dergleichen) erzeugt werden.
Zur Erzeugung metallischer Elemente, insbesondere Dichtelemente, können unterschiedlichste Werkstoffe eingesetzt werden. In Abhängigkeit von den geforderten Temperaturen bieten sich neben Legierungen für Hochtemperaturanwendungen auch Kaltbänder an. Je nach Anforderung an die Umformung wird der Fachmann auch hier das entsprechende Material auswählen.
Die so hergestellten Dichtelemente können im Bereich eines Fahrzeugantriebs beispielsweise eingesetzt werden als Dichtringe in einen Turbolader, als Stopperringe im Bereich einer Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung, als Einfassung oder Abstützung bzw. als Unterlegscheibe.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 bis 3 unterschiedliche Arten zur Erzeugung von Rohren aus einem Blech- oder Folienstreifen;
4 Prinzipskizze einer Möglichkeit zur Konturierung der äußeren Umfangsfläche des Rohrs gemäß den 1 bis 3;
5 Prinzipskizze eines umgebördelten Rohrendes;
6 Querschnitte ringförmiger metallischer Elemente;
7 Prinzipskizze einer Zylinderkopfdichtung, beinhaltend ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Dichtelement.
Die 1 bis 3 zeigen bereits aus einem Grundkörper (nicht dargestellt) ausgeschnittene Blech- oder Folienstreifen 1 vorgebbarer Länge L, Breite B und Dicke D. Zur Erzeugung unterschiedlicher Eigenschaften im Endprodukt können Blech- oder Folienstreifen 1 unterschiedlicher Walzrichtung eingesetzt werden. Der jeweilige Blech- oder Folienstreifen 1 wird zu dem jeweils in den 1 bis 3 dargestellten Rohr 2 umgeformt. Die Endbereiche 3, 4 der in den 1 und 2 dargestellten Rohre 2 werden über ihre gesamte Erstreckung durch stoff-, kraft- oder formschlüssige Verbindungstechniken, in diesem Beispiel durch Schweißen, miteinander verbunden. Profilierungen der Endbereiche 3, 4 zur Einstellung definierter Eigenschaften im Endprodukt sind lediglich gestrichelt angedeutet.
4 zeigt als Prinzipskizze das in 1 oder 2 dargestellte Rohr 2. Unter Einsatz beispielsweise des Hydroforming (Werkzeug 7) werden in die äußere Umfangsfläche 8 des Rohrs 2 definierte Konturen 9 eingedrückt. Alternativ bietet sich auch das Gummi-Umformen oder das Stauch-Pressen an. Über einen nachgeschalteten Fertigungsschritt wird eine Vereinzelung in ringförmige Elemente (6) vorgenommen. Alternativ kann bedarfsweise ein Mehrrollensystem an der inneren Umfangsfläche 10 des Rohrs 2 angesetzt werden, um so andersartige Querschnittsformen eines fertigen Endproduktes (6) zu erlangen.
5 zeigt als Prinzipskizze ein alternatives mechanisches Formgebungsverfahren. In dieser Bearbeitungsform wird die eine Stirnseite 11 des Rohrs 2 durch ein geeignetes Bördelwerkzeug 12 dergestalt um 90° umgebogen, dass ein umlaufender radialer Ansatz 13 mit der Dicke entsprechend der Wandstärke D des Rohrs 2 erzeugt wird. Durch ein nicht dargestelltes Schneidwerkzeug kann nun eine Scheibe abgeschnitten werden, die gegebenenfalls dann mittels einer Konturrolle ihrer Endform zugeführt wird.
6 zeigt Querschnitte ringförmig ausgebildeter Endprodukte 14 bis 25, die beispielsweise als Dichtelemente für die eingangs angesprochenen Anwendungsfälle eingesetzt werden können.
7 zeigt als Prinzipskizze eine Zylinderkopfdichtung 26, die beispielsweise im Bereich einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann. Erkennbar sind Schraubendurchgangslöcher 27, Brennraumdurchgangsöffnungen 28 sowie beispielsweise ein Dichtelement 17 bis 21 gemäß 6.

Claims

Verfahren zur Herstellung metallischer Elemente, insbesondere Dichtelemente, indem ein Blech- oder ein Folienstreifen (1) vorgebbarer Länge, Breite und Dicke erzeugt und der Blech- bzw. der Folienstreifen (1) zu einem Rohr (2) geformt wird, die einander gegenüberliegenden Endbereiche (3, 4) oder Teile bzw. die gesamte Kontaktfläche des Blech- bzw. des Folienstreifens (1) miteinander stoff-, kraft- oder formschlüssig, respektive Kombinationen daraus, verbunden werden und die gesamte Länge des Rohrs (2) einem mechanischen Formgebungsprozess unterzogen wird, dergestalt, dass durch ein Hilfsmittel (7) in die äußere (8) oder innere Umfangsfläche (10) des Rohrs (2) an definierten Stellen vorgebbare Konturen (9) eingebracht werden, und das Rohr (2) in eine entsprechende Anzahl einzelner Elemente (14–25), insbesondere Dichtelemente, aufgeteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsmittel (7) als Mehrrollensystem ausgebildet ist, mittels welchem Nuten (9) vorgebbarer Kontur in die äußere (8) oder innere Umfangsfläche (10) des Rohrs (2) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Element (14–25), insbesondere das Dichtelement, durch Rollschneiden vom Rohr (2) abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Element (14–25), insbesondere das Dichtelement, durch Laserschneiden vom Rohr (2) abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Element (14–25), insbesondere das Dichtelement, durch Wasserstrahlschneiden vom Rohr (2) abgetrennt wird.
Dichtungselement, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 als Dichtring in einem Turbolader.
Dichtungselement, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 als Stopperring im Bereich einer Flachdichtung, insbesondere einer Zylinderkopfdichtung (26)
Dichtungselement, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 als Einfassung oder Abstütz- bzw. Unterlegscheibe.