DE1956278A1 - Maschinendichtung,insbesondere Flanschendichtung oder Zylinderkopfdichtung fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

Dr. V. BUSSE · Dip:. Ing. D. 3USvSE

45 Osnabrück · Mosersfraße 20-24 1956278

Osnabrück, den 7. Nov, 1969 itw_an on

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Direktor, Dipl.-Ing. Eigil Brandt Harby, Klampenborg, Dänemark

Maschinendichtung, insbesondere Flanschendichtung oder Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen.

Die vorliegende Erfindung betrifft Maschinendichtungen, und zwar solche, die zur Abdichtung zwischen zusammengespannten, völlig oder hauptsächlich planen Flächen mehr oder weniger komplizierter Form und mit Arbeitsräumen, Kanälen usw. der betreffenden Maschine entsprechenden Aussparungen verschiedener Art und Grösse Anwendung finden.

Solche Dichtungen werden in der Regel aus einer Kombination von nachgiebigem Material mit dichtenden Eigenschaften mit einem anderen Material, das hauptsächlich dazu dient, das eigentliche Dichtungsmaterial zu stützen und zu festigen, ausgeführt, z.B. in der Form der wohlbekannten 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, und zwar bestehen die Dichtungen beispielsweise aus dünnem Stahlblech, das mit Perforationen oder Prägungen versehen und auf beiden Seiten mit einer festgeklebten Masse aus Dichtungsmaterial,! z.BicAsbesfefasern mit verschiedenen Zusätzen, überzogen ist. Das absolute Federungsvermögen solcher dünner Dichtungen ist jedoch äusserst klein und man kann daher nicht mit Sicherheit damit rechnen, dass diese Dichtungen die während des Betriebes der Maschine auftretenden Werfungen und kleinen Bewegungen der zusararaengespannten Flächen, relativ zueinander, die auf Grund der Elastizität der betreffenden Maschinenteile, der Elastizität der Spannbolzen und ungleichmässige, durch die Hitze bewirkte Ausdehnungen auftreten,'kompensieren können. Dn-Dichtheit an vitalen Stellen zu sichern, ist es daher In vielen Fällen erforder-

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lieh, so hohe Zusammenspanndrücke anzuwenden, dass sich dadurch ernsthafte Nachteile in konstruktion- und betriebsmässiger Hinsicht ergeben.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die eigentliche Ursache für diese Schwierigkeiten darin zu suchen ist, dass die Stützschicht der dünnen Dichtung gar nicht oder nur in äusserst geringem Umfang zur federnden Zusammendrückbarkeit der Dichtung beiträgt und dass das eigentliche Dichtungsmaterial zwar zusammendrückbar istj aber eine allzu geringe Elastizität besitzt, um den kleinen Bewegungen der zusammengespannten Flächen weg voneinander zu folgen und einen genügend hohen Anlagedruck aufrecht zu erhalten, um Dichtigkeit zu gewährleisten.

Auf Grund dieser Erkenntnis besteht das für eine erfindungsgemässe Dichtung Kennzeichnende darin, dass diese jedenfalls in schmalen Bereichen, die Räume umgeben, in welchen hohe Arbeitsdrücke und/oder -temperaturen auftreten können, aus Sintermetall besteht.

Hierunter versteht man, wie bekannt, einen Metallgegenstand, der dadurch hergestellt ist, dass ein Pulver aus feinen Metallpartikeln in eine Form gebracht und in dieser gepresst wird, die dem anzufertigenden Gegenstand entspricht, woraufhin der in dieser Weise gebildete Körper bei geeignet hoher Temperatur gesintert wird. Hierdurch entsteht ein Metallkörper, der sich dadurch auszeichnetj dass er eine stereoretikulare Struktur aus einzelnen Metallpartikeln aufweist, welche an ihren Berührungspunkten zusammengeschweisst oder zusammenlegiert sind, aber im übrigen eine Porösität besitzen, die von der Kornverteilungskurve des angewendeten Metallpulvers,-dem-angewendeten Pressdruck und zu einem gewissen Grad auch vom Zusammenfliessen der einzelnen Metallpartikeln während des Sinterns bestimmt ist. Bei richtiger Wahl des Ausgangsmateriales eignet sich ein solcher Sintermetallkörper ausgezeichnet als Dichtungsmaterial unter den hier geschilderten Voraussetzungen, da er sich mit fast jedem gewünschten Grad an Elastizität herstellen lässt, die teils . ..' der Deformation der einzelnen Metallpartikeln unter Druckbelastung, teils und insbesondere der Deformation der Raumnetzstruktur selbst zu verdanken ist, die das Material bildet. Hieraus folgt wiederum, dass die

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Elastizität permanent ist, so dass das Material bei angemessenem Zusammenspanndruck ohne Schwierigkeiten den relativen Bewegungen derjenigen Flächen, zwischen denen es eingespannt ist, folgen kann und den vom Elastizitätskoeffizienten des Materiales bestimmten Anlagedruck aufrechterhalten kann.

Das in sich selbst poröse Sintermetall kann eventuell dadurch, dass es zwischen den betreffenden Flächen eingespannt wird, genügend fest zusammengedrückt werden, dass es dicht genug dazu wird, als Dichtungsmaterial zu dienen, doch kann man es auch durchgehend oder stellenweise mit geeigneten porenausfüllenden Substanzen imprägnieren, das,ohne wesentlich auf die Elastizität des Materiales einzuwirken,für die erforderliche Dichtigkeit sorgt.

Erfindungsgemässe Dichtungen oder Dichtungsteile lassen sich z.B. aus Eisenpulver, Stahlpulver, z.B. Pulver aus-geeigneten rostfreien Stahlsorten, Messingpulver oder Kupferpulver nach geeigneten pulvermetallurgischen Verfahren herstellen. Durch Abstimmen der Porösität des fortigeü T seugnisses, was sich durch richtige Wahl der Kornverteilur,_skurye des Ausgangspulvers sowie des angewendeten Pressdruckes und Sinterungsbedingungen durchführen lässt, ist es, wie gesagt, möglich, das Elastizitätsmodul des Erzeugnisses innerhalb weiter Grenzen zu variieren. Man kann somit kompakte oder fast kompakte' Körper herstellen, deren Elastizitätsmodul die gleiche oder fast die gleiche Grosse wie das des Ausgangsmateriales hat, d.h. für Eisen von einer Grössenordnung bis zu 20.000 kg/mm , während man auf der anderen Seite bei der Herstellung von Körpern mit so offener Struktur wie möglich Elastizitätsmodule bis hinunter zu ca. 200 erhalten kann, welches Letztere fertigen Körpern mit einem Porenvolumen von ca. 70$ entspricht.

Wie bereits angedeutet, kann man durch die Anwendung von Pulvergemischen, deren Komponenten beim Sintern ganz oder teilweise miteinander legiert werden, besondere Eigenschaften erzielen, ebenso kann man auf andere Weise die Eigenschaften der hergestell-T ""örper beeinflussen, z.B. durch Hinzusetzen von Additiven zu den /V-as&angsmaterialien vor dem Pressen zwecks metallurgischer Beeinflussung des Rohmaterials während des Sinterns, z.B. Berei-

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ehern von Eisenpulver mit Kohlenstoff.

Das Verfahren bei der Herstellung von erflnduggsgemässen Dichtungen oder Dichtungsteilen kann, wie bereits angedeutet, dasjenige sein, dass das gewählte Metallpulver oder das gewählte Pulvergemisch in eine flache Form eingebracht wird, deren Konturen den Konturen der herzustellenden Dichtung oder dem Dichtungsteil mit den darin befindlichen Aussparungen und Durchbrüchen,entsprechen, woraufhin die Pulvermasse gleichmässig verteilt und mechanisch gepresst wird, so dass ein Körper entsteht, dessen Festigkeit gross genug ist, um die notwendigen Arbeitsgänge vor dem Sintern vertragen zu können. Hierzu kann man sich beliebiger, an sich bekannter Hilfsmittel, wie z.B. in die Masse eingebrachte oder auf diese aufgespritzte Klebemittel, oder mechanische Hilfsmittel in der Form geeignet geformter Stützplatten usw., bedienen.

Danach wird die Sinterung unter den ftiri die gewählten Materialien und das angestrebte Resultat geeigneten Bedingungen vorgenommen und das Erzeugnis ist daraufhin gebrauchsfertig. Wie bereits erwähnt, kann jedoch davon die Rede sein, vorher eine totale oder stellenweise Imprägnierung mit geeigneten Füllstoffen vorzunehmen oder der gebildete Körper kann mit einem dichtenden Metallüberzug auf einer Fläche versehen werden, die rechtwinklig auf den parallelen Flächen des Körpers steht, die gegen die betreffenden Zusammenspannflachen anliegen sollen. Der fertig gesinterte Körper kann z.B. am nach innen gekehrten Umfang einer zylindrischen Oeffnung, der einen Verbrennungsraum in einer Brennkraftmaschine umgeben soll, mit einem Metallüberzug versehen werden.

Auf diese Weise lassen sich, wie gesagt, vollständige Dichtungen zu dem angegebenen Zweck herstellen, doch kann man, wie angedeutet, sich auch damit begnügen, Teile solcher Dichtungen nach dem angegebenen Verfahren herzustellen, welche Teile daraufhin in Dichtungen mehr konventioneller Ausführung einverleibt werden.

Es ist z.B. üblich, bei konventionellen Dichtungen zum erwähnten Zweck 0effnungen,2die Räumen entsprechen, iH-.denen während des Betriebes hohe Drücke und /oder Temperaturen auftreten, mit speziell eingesetzten,^massiven oder kompakt, umbördelten Ringen ----"*■ ^i:r"'-" •■x*·'·'-'*' 0 0982 M 152 1

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aus Stahl oder anderem, praktisch nicht zusammendrückbarem Metall zu umgeben, teils um einen genügend hohen Flächendruck unmittelbar um die betreffenden Räume herum zu sichern, teils um die diesen zugekehrten Kanten der konventionellen Dichtung zu schützen. Wenn ein solcher Dichtungs- und Schutzring gemäss der Erfindung in der angegebenen Weise aus Sintermetall ausgeführt wird, werden eine Reihe sehr wesentliche Vorteile gegenüber der bisherigen Anwendung massiver oder kompakter Metallringe erzielt, da sich ein solcher Sintermetallring bezüglich der Elastizität so auf die ihn umgebende, konventionelle Dichtung abstimmen lässt, dass sowohl ein genügend hoher Dichtungsdruck unmittelbar um den betreffenden Raum herum als auch eine angemessene Kompression der umgebenden konventionellen Dichtung gewährleistet wird. Die Erfindung umfasst daher auch als speziell vorteilhafte Ausführungsform einen solchen Ring in einer Maschinendichtung konventioneller Ausführung oder zum Einsetzen in diese,ader dadurch gekennzeichnet ist, dass er aus Sintermetall in der oben erläuterten Weise hergestellt ist.

Ganz gleich ob die erfindungsgemässe Dichtung als eine komplette Dichtung oder als ein kleinerer Teil oder Ring zum Einsetzen in einer Dichtung anderer Art ausgeführt ist, können die zur Anlage gegen die Zusammenspannflächen bestimmten Flächen der erfindungsgemässen Dichtung oder des Dichtungsteils korrugiert sein, vorzugsweise in der Form von Wellen, die die Oeffnungen im betreffenden Dichtungsteil umschliessen und hauptsächlich parallel mit den Konturen dieser Oeffnungen verlaufen. Hierdurch wird auf Grund der Elastizitätseigenschaften des Sintermetalls unter Beibehaltung der Eigenelastizität des Sintermateriales eine zusätzliche Federung erzielt.

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Claims (5)

1. ti,) Maschinendichtung, insbesondere Flanschendichtung oder Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass sie jedenfalls in schmalen Bereichen, die Räume umgeben, in welchen hohe Arbeitsdrücke und/oder -temperaturen auftreten, aus Sintermetall besteht.
2. 2. Maschinendichtung, insbesondere Flanschendichtung oder Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen, die aus einer oder mehreren Schichten eines Stützmateriales, insbesondere Metallblech, und einer oder mehreren Schichten eigentlichen Dichtungsmateriales besteht und in die ein spezieller Druck- und Schutzring um eine Oeffnung eingesetzt ist, die einem Raum entspricht, in welchem während des Betriebes hohe Drücke und/oder Temperaturen herrschen, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Ring aus einer Sintermetalldichtung nach Anspruch 1 besteht, bei der die Korngrösse (Kornverteilungskurve), das Pressen und Sintern des Ausgangsmateriales so gewählt sind,dass ihr Elastizitätsmodul von der gleichen Grössenordnung wie das der federnd nachgebenden Mehrschichtendichtung, vorzugsweise jedoch etwas höher als dieses, wird.
3. 3. Maschinendichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren des Sintermetalls überall oder stellenweise durch Imprägnierung mit einem passiven oder elastischen Füllstoff verschlossen sind.
4. 4. Maschinendichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet . dass das Sintermetall auf einer Fläche, die eine Oeff*>i nung umschliesst, welche einem Raum entspricht, in dem während des Betriebes hohe Drücke und Temperaturen auftreten, mit einem Metallüberzug versehen ist.
5. 5. Maschinendichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder beide Flächen des Sintermetallkörperp, auf die der Zusammenspanndruck wirkt, Korrugationen aufweisen,die eine Oeffnung in der Dichtung umschliessen.

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