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Maschinendichtung, insbesondere Planschendichtung oder Zylinder kopfdichtung
für Brennkraftmaschinea, nebst Verfahren und-Vorrichtung 2n ihrer Herstellung. Die
vorliegende Erfindung betrifft Maschinendichtungen., und zwar solche, die zur Abdichtung
zwischen zusammangespannten, ebenen Flächen mehr oder weniger komplizierter Form
Anwendung finden.
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. Um eine zuverlässige Abdichtung zu erzielen, ist es erforderlich,
dass die beim Zusammenspannen auftretende spezifische: Flächenpressung überall hoch
genug ist, um den während des Betriebes auftretenden Drücken widerstehen zu können,
und da diese z.8. bei Hochdruckleitungen und bei Brennkraftmaschinen bedeutende
Werte annehmen kgnnen und da gleichzeitig die Elastizität der zusammengespannten
Teile in Verbindung mit eventuellen Schwierigkeiten bei der rationellen Anordnung
der Spannbolzen es unmöglich machen, eire gleichmässige Verteilung der Flächenpressung
auf die gesamte Fläche der Dicht#ng zu erzielen, lässt: sieh eine
sichere Abdichtung in vielen.. 181len nur durch. Anwendung so
hoher Pressungen erreichen dass sich da "pturoh ernsthafte konatruktions#
und
betriebsmässge Nachteile ergeben.
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Die betreffenden Dichtungen werden in der Regel aus einer Kombination
von nachgiebigem Material mit abdichtenden Eigenschaften mit einem anderen Material,
das hauptsächlich dazu dient, das eigentliche Dichtungsmaterial . zu stützen und
zu tragen, ausgeführt, z.B. in Form der wohl-.bekannten Kupfer-Asbest-Dichtungen,
die aus einer zwischen zwei dünnen Kupferplatten angebrachten Asbestplatte bestehen.
Auf Grund der steigenden Arbeitsdrücke und -temperaturen, mit denen z.B. moderne
Brennkraftmaschinen arbeiten, zeigt sich eine steigende Tendenz dazu, so,dünnes
Dichtungsmaterial= wie möglich zu verwenden, z.B. zwischen Zylinderblock und -kopf,
doch wird hierdurch das absolute Federungsvermögen äusserst klein und das Risiko,
dass die spezifische Flächenpressung an kritischen Stellen zu niedrig wird, steigt
wesentlich. Es ist deshalb bekannt, diese Dichtungen durch Auflegen 'von ,Verstärkungen
an den kritischen Stellen stellenweise zu verdicken, welche Nassnahme jedoch die
Herstellung der Dichtungen sehr wesentlich verteuert, da für jede einzelne Dichtungsausführung
komplizierte und kostspielige Stanz- und Presswerkzeuge angefertigt werden müssen.
Das technische Resultat solcher@Dichtungen mit aufgelegten Verdickungen ist übrigens
nicht immer zufriedenstellend.
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Die Erfindung betrifft eine Maschinendichtung, bei der diese Nachteile
behoben sein sollten und die auf einfache und billige--Weise in vielen verschiedenen,
der Form der Dichtungsflächen entsprechenden Ausführungen hergestellt werden kann.
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Die erfindungsgemässe Dichtung besteht aus miteinander verbundenen,
z:B. Zusammengeklebten Schichten
nachgiebigen Dichtungsmaterials
und im wesentlichen nicht zusammendrackbaren Trägermaterials, insbesondere Metallblech,
und das für die Erfindung-Kennzeichnende besteht darin, dass die gesamte Fläche
oder der grösste Teil der Fläche wenigstens einer Trägermaterialschicht mit kleinen
Löchern versehen ist, deren Abstände untereinander in einer solchen Weise variiert
sind, dass sie am grössten in den Bereichen 'sind, in denen eine Erhöhung der spezifischen
Flächenpressung erwünscht oder erforderlich ist. Hierdurch wird erreicht, dass man
durch Abstimmen des Dichtegrades der Perforation auf einfache tqeise die unerwünschten
Ungleichmässigkeiten der spezifischen Flächenpressung im Betriebszustand kompensieren
und eine ge.-v,«:nschte Verteilung der Flächenpressung hervorbringen kann, zoB-.
mit hoher Flächenpressung an den Dichtflächenteilen, an denen eine Abdichtung unbedingt
gewährleistet sein muss, und geringerer Flächenpressung 'an den Dichtflächenteilen,
die in dichtungsmässiger Hinsicht weniger kritisch sind. Diese Graduierung wird
dadurch hervorgebracht, dass das nachgiebige Dichtungsmaterial beim Zusammenspannen
der Trennflächen in die zahlreichen kleinen Löcher hinein ausweichen-kann, die die
Perforation bilden, som dass die Dichtung als Ganzes also eine graduierte, von der
Dichte der Perforation abhängige Nachgiebigkeit aufweist, und zwar weisen die Dichtflächenteile,
in denen die Perforationslöcher weit voneinander entfernt liegen oder ganz weggelassen
sind, ein Minimum an Nachgiebigkeit und die Dichtflächenteile mit dichterer Perforation
eine entsprechend grössere Nachgiebigkeit auf,.
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Selbst bei Dichtflächen sehr komplizierter Form ist es verhältnismässig
einfach, durch Berechnungen
oder-Versuche festzustellen; wie die
spezifische Flächen-Pressung: bei Verwendung einer Dichtung variiert, de-übera11
die gleiche Nachgiebigkeit aufweist, und auf Grundlage dessen die erforderlichen
Korrekturen bei der Festlegung des Perforationsmusters vorzunehmen.
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Erfindungsgemäss kann die Dichtung somit mit einer Perforation versehen
sein, deren Dichte in den Bereichen, in denen eine Reduktion der spezifischen Flächenpressung
er: wünscht oder zulässig ist, über die durchschnittliche Dichte hinaus vergrössert
ist, wodurch erreicht wird, dass der gesamte erforderliche Zusammenspanndruck reduziert
werden kann, ohne dass das Risiko mangelhafter Abdichtung auftritt..
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Erfindungsgemäss kann die Perforation in engen Zonen um Aussparungen
in der Dichtung herum, die bei der montierten Dichtung den Räumen entsprechen, in
welchen der höchste Arbeitsdruck auftritt,-ganz weggelassen sein, wodurch -erreicht
wird, dass man jeweils unmittelbar um die Stellen herum, an denen die hohen Arbeitsdrücke
auftreten, eine schmale-Zone mit hoher spezifischer Flächenpressung schafft und
damit auf eine solche Weise eine Abdichtung sichert, dass das jeweilige, unter-dem-Arbeitsdruck
stehende Medium daran gehindert wird, zwischen die zusammengespannten Trennflächen
und die Dichtung einzudringen: Diese Sicherheit kann zusätzlich dadurch erhöht werden,
dass die nicht perforierte Zone der Trägermaterialschicht erfindungsgemäss mit einem
schmalen, überstehenden Randteil- in die betreffende Aussparung hinein erstreckt
und dort umrändelt ist, so dass eine Verdickung der die Aussparung umgebenden Kante
entsteht und dadurch eine lokale Erhöhung der spezifischen Flächenpressung bewirkt
wird. Gleichzeitig kann man mit der Umrändelung einen
Schutz der
freien Kante des nachgiebigen Dichtungsmateriales erwirken, und zwar auf ähnliche
Weise wie man bei bekannten Dichtungen einen Schutz durch speziell eingelegte Ringe
erwirkt. x Als Materialien für die Dichtung können nachgiebige Dichtungsmaterialien
dienen, die Asbest- oder Glasfasern, andere organische oder anorganische Fasern,
natürlichen oder synthetischen Gummi, Silikone, Teflon und andere Elastomere und
organische oder anorganische Füllstoffe enthalten, während als Trägermaterialien
dünne Platten oder Bleche aus Eisen, Kupfer, Messing, Aluminium, Zink und Blei -oder
eventuell geeignete Kunststoffe mit der erforderlichen Festigkeit angewendet werden
können. Die einzelnen Materialschichten können mit Hilfegeeigneter Bindemittel miteinan"
der verbunden oder eventuell bloss unter Wärmeeinwirkung zusammengepreset werden,
falls die Materialien selbst Klebeeigenschaften aufweisen: Normalerweise und zweckmässigerweise
umfasst die Dichtung eine zentrale Trägerschicht und jeweils eine Schicht nachgiebiges
Dichtungsmaterial auf jeder Seite dieser Trägerschicht, doch-steht dem nichts im
Wege, dass die Dichtung aus nur einer Trägerschicht und nur einer Dichtungsschic-ht
oder eventuell aus einer grösseren Anzahl einzelner Schichten in beliebiger Reihenfolge
zusammengesetzt ist.
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Die Erfindung betrifft -auch ein Verfahren bei der Herstellung der
besprochenen Dichtungen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Plätte des als
Trägermaterial dienenden:. Materials mit einer Perforation versehen wird, die entsprechend
der gewünschten Graduierung der Nachgiebigkeit der fertigen Dichtung in den verschiedenen
Bereichen der
Dichtfläche verschieden dicht ist. Wenn eine auf diese
ldeise bearbeitete Platte des Trägermaterials mit einer oder mehreren Platten des
Dichtungsmaterials vereint wird, entsteht auf einfache Weise eine Dichtung, die
die für die Erfindung charakteristischen Eigenschaften hat: Es ist jedoch auch möglich,
die Perforation durchzuführen, nachdem zwei oder sämtliche der die Dichtung bildenden
Materialschichten vereint worden sind.
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Bei einer zweckmässigen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens
kann-die Perforation mit Hilfe einer Stanzvorrichtung mit einer grossen.Anzahl parallel,
arbeitender Stanznadeln ausgeführt werden, welche Stanznadeln im gewünschten Grundmuster
angeordnet sind und einzeln bei jedem Arbeitshub der Vorrichtung in Ubereinstimmung
mit der gewünschten Perforationsverteilung im betreffenden Bereich der Platte in
einen aktiven oder inaktiven Zustand gesteuert werden. Hierdurch wird erreicht,
dass zur Herstellung von Dichtungen vieler verschiedener Formen ein und dieselbe
Stanzvorrichtung verwendet werden kann, deren Nadeln während sukzessiver Stanzhübe
zum Hervorbringen einer Perforation mit der gewünschten Graduierung der Dichte aktiv
oder inaktiv gemacht werden. Da es sich normalerweise empfiehlt, mit einer ziemlich
feinen Perforation zu arbeiten, kann es zweckmässig sein, die Vorrichtung so einzurichten,
dass sie-bei jedem Hub nur jedes zweite oder jedes dritte hoch des Grundmusters
ausstanzt, und zwar wird die Dichtung zwischen je zwei Hüben in geeigneter Weise
verschoben, so dass das gesamte Grundmuster erst durch eine Reihe sukzessive Hübe
gedeckt wird. Die Graduierung-der Dichte der Perforation wird dann erfindungsgemäss
dadurch
hervorgebracht, dass ausgewählte Stanznadeln während eines Hubs oder mehrerer@oder
sämtlicher der einander folgenden Hübe unWirksam gelassen werden.
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Die Erfindung umfasst auch eine besonders zweckmässige Ausführung
einer Stanzvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, welche Stanzvorrichtung aus
einer grossen Anzahl parallel arbeitender, in einem gemeinsamen Halter angebrachter
Stanznadeln und einem zur Betätigung dieser dienenden, gemeinsamen Druckorgan besteht,
und das erfindungsgemäss für die Stanzvorrchtung Kennzeichnende besteht-darin, dass
zwischen dem Druckorgan und den Nadeln ein Kraftübertragungs-Organ eingeschoben
ist, das die: Form einer auswechselbaren Platte mit Aussparungen für die Nadeln
besitzt, die: während des betreffenden Stanzvarganges inaktiv sein sollen. Hierdurch
wird erreicht, dass ein und dieselbe Vorrichtung auf einfache Weise zum Ausstanzen
weit verschiedener Muster Anwendung finden kann, und zwar durch Einsetzen von Platten
mit verschiedenen Anordnungen von Aussparungen, welche Platten somit analog mit
den Lochkarten in einem Jacquard-Mechanismus wirken. Dichtungen beliebiger Grösse
und Form und mit beliebig variierenden Perforationsmustern können auf diese Weise
mit ein und derselben Vorrichtung hergestellt werden, da nur die beschriebenen Platten
der jeweiligen speziellen Dichtungsausführung angepasst werden brauchen, welches
weit billiger und schneller ist als für jeden einzelnen Dichtungstyp und -modell
jeweils eine komplette Stanzvorrichtung herstellen zu müssen.-Die Erfindung ist
durch die Zeichnung, veranschaulicht. Es zeigt Fig: 1 schematisch einen Ausschnitt
einer in
eine erfindungsgemässe Dichtung eingehende Metallplatte,
Fig. 2 und 3 zwei verschiedene Ausführungen eines umrändelten Randteiles und Fig.
4. schematisch die wichtigsten Teile einer erfindungsgemässen Stanzvorrichtung.
-Auf der Zeichnung bezeichnet 1 eine ganz schematisch gezeigte Metallplatte, die
als Trägerelement in eine Dichtung eingeht, von der angenommen wird, dass sie eine
Zylinderkopfdichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine ist und dass ihre
Kontur den Konturen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes an deren Trennflächen
angepasst ist. Die Aussparungen in der Dichtung für die Zylinder der Maschine sind
mit 2 bezeichnet, während 3 Aussparungen für Kühlmittelkanäle und andere Kanäle
bezeichnet, um welche herum Abdichtung gesichert werden muss, und 4 bezeichnet Durchgangsöffnungen
für Spannbolzen und andere Aussparungen, um welche herum eine Abdichtung nicht erforderlich
ist.
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Auf der Zeichnung-ist auf der gezeigten Platte ein dichtes quadratisches
Liniennetz eingezeichnet@das das Grundmuster für eine Perforation bilden kann, die
mit kleinen durchgehenden löchern-in den Kreuzungspunkten der Netzlinien ausgebildet
ist: Die Perforation ist nur bruchstückweise gezeigt, doch geht aus dem eingezeichneten
Liniennetz hervor, dass-sie sich über die ganze Dichtfläche der Dichtung mit Ausnahme
schmaler Zonen um die Aussparungen 2- und 3 herum erstreckt; um welche absolute
Abdichtung gesichert werdenmuss. Wenn die gezeigte-Metallplatte mit einer oder zwei
Platten geeigneten Dichtungsmateriales, die mit der gleichen Kontur ausgestanzt
sind, vereint wird, entsteht eine-Dichtung) die beim Einspannen zwischen der Oberseite
des Zylinderblocks
und der Unterseite des Zylinderkopfes in den
mit der Perforation versehenen Bereichen eine wesentlich grössere Nachgiebigkeit
als in den nicht perforierten Bereichen aufweist, so dass die spezifische Flächenpressung
in den Bereichen am grössten ist, die in: Fg. l ohne Liniennetz (Perforation) dargestellt
sind, so dass, um die von diesen Bereichen umgebenen Aussparungen absolute Abdichtung
bei einem verhältnismässig begrenzten gesamten Spanndruck gewährleistet wird.
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Die Flächenpressung in den perforierten Bereiche kann durch Variation
der Dichte der Perforation variiert werden, z:B. dadurch, daas in Bereichen, in
denen ein verhältnismässig hoher aber nicht maximaler Wert der Flächen-Pressung
erwünscht ist, einige der Perforationslöcher ausgelassen sind, z.B. jedes dritte
oder jedes: zweite dieser Perforationslöcher. Schliesslich kann die Perforation
an Stellen, an denen nur eine niedrige Flächenpressung erforderlich oder erwünscht
ist, noch dichter als gezeigt ausgeführt sein.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist vorausgesetzt, dass die Perforation
aus runden Löchern besteht.
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Es steht dem jedoch nichts im biege, dass Löcher anderer Querschnittform,
wie z.B. drei- oder viereckige Löcher,'angewendet werden. Es kann besonders- zweckmässig
sein, sechseckige Löcher anzuwenden, die in einem wabenförmigen lauster angeordnet
sind, wodurch man einen sehr hohen Perforationsgrad unter Beibehaltung einer bedeutenden
Festigkeit der Platte erzielen kann.
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Die Kanten der besonderen überstehenden Randteile mit hoher spezifischer
Flächenpressung können so ausgebildet sein, wie es in Fig. 2 oder 3 gezeigt ist,
in denen sich die nicht perforierte Zone der Platte ursprünglich ein
Stück
in die Aussparung hinein-erstreckt und - vorzugsweisegleichzeitig mit der Vereinigung-der
Träg rmaterialplatte mit dem Dichtungsmaterial umrändelt ist, wodurch eine Kante
entsteht, die zusätzlich die Zusammendrückbarket der Dichtung, an der betreffenden
Stelle reduziert und die ausserdem die freie Kante des Dichtungsmateriales mehr
oder weniger-- schützt.
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Die-Perforation -der Trägermaterialplatte kann z.B. mit Hilfe einer
Vorrichtung wie der in Fig. 4 skizzierten ausgeführt werden. Die Vorrichtung besteht
aus einer Matrizenplatte 20 mit einer Anzahl Matrizenlöchern 21, die im -Grundmuster
der =Perforation oder in einem Muster angeordnet sind, das durch sukzessive Ausstanzungen
mit zwischen diesen vorgenommenen, geringen Versetzungen der Platte das erwünschte
Perforationsgrundmuster ergeben kann.
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Die Platte selbst, die ausgestanzt werden-soll, ist mit 30 bezeichnet,
und es wird angenommen,: dass- sie oben auf die Matrizenplatte und unter eine Halteplatte
23---: gelegt wird, welche Halterplatte eine Anzahl jeweils einer der Matrizenaussparungen
21 entsprechender Stanznadeln 24 trägt'und steuert. Jede der Stanznadeln ist von
einer Feder 25. umgeben,. die zwischen der Halteplatte 23 und einem Stanznadelkopf'
eingespannt ist und dadurch die Stanznadel angehoben hält. Der Ausstanzhub wird
mit Hilfe eines Druckorgans 2$ ausgeführt,' das mit Hilfe eines Stempels 29, der
auf nicht näher gezeigte Weise in einem Halter einer Stammaschine befestigt ist,
auf- und abbewegt wird, so wiees durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Der Stanzdruck
wird vom Druckorgan 2 durch eine Platte 27 auf die Stanznadeln 2%. übertragen, in
welcher Platte 27 Aussparungen 26 für die Stanznadeln vorgesehen sind, die während
des
betreffenden Stanzforgangs inaktiv bleiben sollen. Es leuchtet ein, dass man durch
Anordnen der Aussparungen 26 in verschiedenem Muster und in verschiedener Anzahl
völlig: das Muster beherrschen kann, das mit jedem Stanzhub ausgestanzt wird, und
eine beliebige, gesamte Form durch Auswechseln der Platte 27 mit Platten mit anderen
Aussparungsarrangements hervorbringen kann.
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Die Vorrichtung kann so gross sein, dass sie die gesamte herzustellende
Dichtungsplatte deckt, kann aber auch kleiner sein, so dass jeweils nur eine begrenzte
Fläche dieser Dichtungsplatte bearbeitet wird, und. das gewünschte Gesamtmuster
wird durch eine Reihe sukzessive Ausstanzungen mit zwischen diesen vorgenommen Versetzungen
der Platte in Bezug auf die Vorrichtung hervorgebracht. In allen Fällen hat man
es in der Hand., mit Hilfe verschiedener druckübertragender Platten 27 jedes beliebige
Perforationsmuster mit-_von Stelle zu Stelle beliebig variierter Dichte her2ustellen.