DE2312927A1

DE2312927A1 - Steuerplatten-dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE2312927A1
Application number: DE19732312927
Authority: DE
Inventors: Terence Peter Nicholson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-03-15
Filing date: 1973-03-15
Publication date: 1973-09-27
Also published as: IT983552B; FR2176450A5; GB1388128A

Description

PATENTANWÄLTE

H. LEINWEBER mpj.-ing H. ZIMMERMANN . A. Gf. v. VENKERSKY

7, 2. Aüfg.

Tel.-Adr.

T.l.ton (Mil) 2MIf ·»

Postscheck-Konto: MOndMn 22045

^den Vj. März 1973

UnMfZMdI

l/y/3m

Terence Peter NICHOLSON, Calf Hall, Muggleswick (England) Steusrplatten-Dichtungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerplatten-Dichtungsanordnung, die aus Gründen der Abdichtung zwischen ein Paar zusammenpassender Oberflächen eingelegt wird, die jeweils Öffnungen aufweisen, durch die ein Fluid strömt.

Die erfindungsgeuiiiße Anordnung umfaßt nicht nur verhältnismäßig aufwendige Mittel, wie Dichtungen zwischen Zylinderkopf und iiotorblock von Verbrennungsniaschinen mit mehr als einer Öffnung, sondern auch einfache Dichtringe u.dgl., die lediglich eine einzige Öffnung aufweisen und die beispielsweise als Dichtung zwischen Rohrflanschen verwendet v/erden.

Anstelle einer im wesentlichen ebenen Dichtungsanordnung als Dichtung zwischen einem Paar von Öffnungen aufweisenden Oberil.'.chGii, wobei sich die Klemmkraft über die gesamte Oberfläche vorteilt, sieht die Erfindung eine metallische Steuerplatten-

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Dichtungsanordnung vor, die eine oder mehrere aufgestellte Dichtungsleisten hat, die auf einer oder beiden Oberflächen einer Grundplatte angeformt sind und die in dieser vorgesehenen Öffnung umgreifen. Die Leiste oder die vorgesehene Vielzahl von Leisten weisen dabei einen nicht hohlen, vorzugsweise etwa rechtwinkligen Querschnitt auf.

Eine derartige Dichtungsanordnung hat die Wirkung, daiJ die Klemmkräfte auf ein ausgewähltes Flächenbereich konzentriert werden, nämlich auf die obere Überfläche der Dichtleiste bzw. der Dichtleisten. Im Verhältnis nur herkömmlichen Dichtungsanordnung ergibt sich dadurch eine Verminderung dor Verwindung der abzudichtenden, zusammenpassenden Oberflächen, und, bei Anwendung zwischen Zylinderkopf und Motorblock eine Verminderung der Spannungsgradienten in Kopf und Block beim Festbolzen, was eine Verminderung der Verwerfung der Bolzenlöcher zur Folge hat. Die Verwendung von Hetalleisten ermöglicht überdies im Gegensatz beispielsweise zu aus gummiartigern Material bestehen- ; den Leisten eine Funktion des Erfindungsgegenstandes über ein weites Temperaturbereich ohne unerwünschte Verwerfung oder Verformung der Leisten selbst. ;

Es können auf jeder Oberfläche der Grundplatte zwei j

derartige Leisten vorgesehen sein. Die Leisten auf der einen :

Oberfläche können radial denen auf der anderen Oberfläche ent- j

sprechen. Statt dessen ist es auch möglich, daß die Leisten auf ■ der einen Oberfläche radial im Verhältnis zu den entsprechenden auf der anderen Oberfläche versetzt sind.

Die Dichtungsanordnung kann überdies mit einer oder mehreren Tragleisten versehen sein, die am oder doch in der Nachbarschaft des Umfanges einer oder beider Überflächen der

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Grundplatte angeordnet sind. Die Tragleisten sollen ebenfalls einen nicht hohlen, ausgefüllten und vorzugsweise im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt aufweisen.

j Die Leisten können an der Grundplatte an verschiedene ; V/eise ausgebildet werden, beispielsweise durch Ätzen oder

i las chinenab trag des Blechmaterials der Grundplatte, bis die ; Leiste über die fertig behandelte Grundplatte vorsteht. Auch j können Ringe oder Streifen so mit dem Material der Grundplatte j verklebt werden, daß sie die Öffnungen darin umgeben. Vorzugs-

ι v/eise werden jedoch die Leisten durch galvanische Ablagerung ί auf der Oberfläche der Grundplatte ausgebildet. Ein Vorteil I dieser Methode besteht darin, daß für die Leisten ein anderes I Material als dasjenige der Grundplatte verwendet werden kann.

I Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfin- ! dung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichi nung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht und ! zwar zeigen

' Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt bei Linie H-II von Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Schnitte durch eine zweite und eine I dritte Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. !3 und 6 Draufsichten auf Teile weiterer Ausi führungsformen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung hat zahlreiche · Anwendungsmöglichkeiten überall dort, wo Fluidströmungen bei hoher, mittlerer oder tiefer Temperatur, sei es durch Anord-r nungen mit einer öffnung oder mit mehreren Öffnungen geleitet

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werden müssen, wobei gleichzeitig eine gesteuerte Kompression vorzusehen ist. Die folgende Beschreibung beschränkt sich je doch auf zwei vorzugsweise Anwendungen der Erfindung, nämlich auf die Abdichtung zwischen Rohrflanschen (Fig. 1 bis 4) und zwischen Zylinderkopf und Motorblock in Verbrennungsmotoren (Fig. 5 und 6).

Fig. 1 und 2 zeigen eine Dichtungsanordnung mit einer ringförmigen Grundplatte 2 aus Metall. Das Material wird entsprechend dem jeweiligen Anwendungsζweck gewählt. Lin Paar kreisförmiger Leisten 4 sind auf beiden, also der oberen und der unteren Oberfläche der Grundplatte 2 die die Platte durchsetzenden Öffnungen umgeben 'und koaxial mit diesen angeordnet. Die Leisten haben rechtwinkligen Querschnitt, so daß sie eine flache äußere Dichtfläche bilden. Auch das Material für die Leisten wird dem jeweiligen Anwendungszweck entsprechend ge wählt. Insbesondere sind Breite und Höhe der Leisten so gewählt, daß sie der Festigkeit der Flansche, zwischen denen die Dichtungsanordnung verklemmt wird, entsprechen. Das Material der Leisten wird so gewählt, daß es ausreichend ducktil ist, um in von der Bearbeitung herrührende !liefen oder andere Oberflächenunregelmäßigkeiten einfließen zu können.

Die Leisten 4 können auf zahlreiche verschiedene Weisen ausgebildet werden, beispielsweise durch Maschinenbearbeitung oder Ätzen der Oberfläche des die Grundplatte bildenden Bleches! wobei die von der fertig bearbeiteten Grundplatte nach außen j vorstehenden Leisten stehengelassen werden. Statt dessen können! auch schmale Ringe oder Streifen auf geeignete 'Weise mit der i Grundplatte 2 die Öffnungen umgebend verklebt werden. Vorzugs- : weise wird jedoch zunächst die Grundplatte hergestellt, worauf j die Leisten durch elektrisches Ablagern eines geeigneten Metall-

*und der Rauhigkeit der Oberfläche - 5 -

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auf der Grundplatte ausgebildet werden. Auf diese Weise muli das die Leisten bildende Metall nicht das gleiche sein, wie das die Basisplatte bildende Metall.

Das Material der Grundplatte 2 und der Leisten 4 kann beispielsweise sehr weiches Eisen oder Kupfer sein. Statt desseji kann die Grundplatte 2 auch aus Stahl bestehen, wobei dann die galvanisch ausgebildeten Leisten 4 beispielsweise aus Kupfer, Nickel oder Silber bestehen können. Weiter können aus Kupfer bestehende Leisten mit einer dünnen Schicht von Nickel beschichtet werden, wodurch eine Oxidation verhindert wird. Dem Fachmann sind zahlreiche Materialien und Materialkombinaticnen, die verwendet werden können, geläufig.

Die Dichtungsanordnung v/eist weiter eine Vielzahl von gebogenen Tragleisten 6 auf, die in Nachbarschaft zum Umfang auf der oberen und der unteren Oberfläche der Grundplatte 2 ausgebildet sind. Die Dichtungsanordnung vonFig. 1 und 2 hat vier solche Tragleisten auf jeder überfläche und zwar jeweils eine in Nachbarschaft jedes Bolzenloches Ü. Die Tragleisten weisen einen rechtwinkligen Querschnitt auf. Es ist erkennbar, daß, wenn eine Dichtungsanordnung zwischen einem Paar zusammenv/irkender Flansche verklemmt wird, die Tragleisten 6 den Hebeleffekt der Klemmkräfte auf die äußeren Bereiche der Dichtungsanordnung vermindern, wodurch sich eine Verbesserung der Dichtwirkung der Dichtungsanordnung und eine Verminderung ihrer Verwerfung ergibt. Das Vorsehen der Leisten 4 konzentriert weiter die durch die Bolzen bewirkte Gesaratbelastung auf ein ausgewähltes Flächenbereich, so daß ein sehr hoher Kontaktdruck über den Oberflächen der Leisten 4 erzeugt wird, während sonnt die Last über die gesamte Fläche der zusammenpassenden Oberflächen verteilt war.

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Ist ein Umlaufdruek zwischen den abzudichtenden Teilen vorhanden, so daß deshalb die zusammenpassenden Flansche eine Tendenz haben, sich su trennen, so kann das durch die Ausführungsform gemäß Fig. 3 vermieden werden. In diesem Fall besteht die Grundplatte 2 aus einem i'feterial hoher Zugfestigkeit und wirkt als federartige Membran. Ein Paar von Dichtleisten 4 ist auf die in der Figur gezeigte V/eise auf der oberen und der unteren Oberfläche angebracht. Man erkennt, daß der Durchmesser jeder oberen Dichtleiste 4 etwas größer gewählt ist, als der Durchmesser der entsprechenden unteren Dichtleiste. Entsprechend ist auch die Anordnung der oberen und der unteren Tragleiste 6 geändert, se daß die untere Tragleiste 6 miller der Außenkante des die Grundplatte zwei bildenden Blechs als die obere Tragleiste angeordnet ist. Diese Anordnung hält eine wirkungsvolle Dichtung auch bei Druckualauf aufrecht.

Je nach den Umgebungsbedingungen bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung kann es auch vorteilhaft sein, eine Dichtungsanordnung nach Fig. 4 zu verwenden, bei der die oberen und die unteren Leisten 4 miteinander so verbunden sind, daß sie sich durch die Bohrung der Grundplatte hindurcherstrecken.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsiorm, bei der alle Fluid-Durchtrittsöffnungen mit Dichtleisten 4 versehen sind, die auf beiden Oberflächen der Grundplatte 2 ausgebildet sein können Sie können sich dabei nach Art der Ausführungsforra von Fig. 2 genau gegenüberliegen oder nach Art der Ausführungsform von Fig. 3 gegeneinander versetzt sein. Die Anordnung gemäß Fig. 3 kann insbesondere dann nützlich sein, wenn eine lokale Abdichtung einer Öffnung angestrebt wird, die entweder klein ist

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oder Bewegungen ausführt, wie das bei flüssigkeitsgedichteten Haschinen vorkommt. Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 5. sind Tragleisten 6 nahe der Bolzenlöcher 8 vorgesehen, um Hebelkräfte und Durchbiegungen aufgrund der Klemmkräfte zu vermindern.

Man erkennt, daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 Lücher 10 in Nachbarschaft zur Zylinderbohrung 12 nicht mit kreisförmigen Leisten versehen sind, sondern U-förmige Dichtleisten 14 aufweisen, die mit den Dichtleisten 4 verbunden sind die die Zylinderbohrung 12 umfassen. Würden kreisförmige Leisten verwendet, ^-so würden sehr hohe Druckgradienten auftreten, die eine Verbindung der sich gegenüberliegenden Flächen und der Zylinderbohrung zur Folge haben könnten.

Bei manchen Verbrennungsmaschinen sind die vorgesehenen Kühlwasserdurchlässe häufig größer als notwendig. In solchen Fällen können die entsprechenden Öffnungen durch die Dichtungsanordnung vermindert werden, so daß sie ihrerseits den Wasserdurchsatz steuern. Fig. 6 zeigt eine typische Motorblock-Kühlöffnung 16 (gestrichelt). Dieser entspricht eine in der Größe verminderte Öffnung 18 in der metallischen Grundplatte 2. Selbstverständlich ist es noch erforderlich, die Kühlöffnung 16 abzudichten, was durch eine Dichtleiste 4 auf die in_tder Fig. gezeigte V/eise geschieht.

Gleichzeitig müssen auch die den Motorblock mit dem Zylinderkopf zusammenhaltenden Bolzen oder Stehbolzen durch Bohrungen vergrößerten Durchmessers im Block geführt werden, damit diese Bohrungen mühelos zusammenpassen. Das ist ein weiteres Beispiel für einen Fall, in dem es notwendig ist, daß die Dichtleisten nicht unmittelbar um die tatsächliche . Öffnung in der Dichtungsanordnung herum anzuordnen sind, son--' *und als Wasserdurchlässe dienen können. - 8 -

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dem so, wie in Fig. 6 gezeigt. Anstelle der Steuerung des Wasserflusses bildet die Öffnung eine Stelle für die Anordnung von Bolzen oder Stehbolzen.

Die Dichtungsanordnung gemäß der iirfindung bewirkt so nicht nur eine wirkungsvolle Dichtung zwischen einea Paar einander entsprechender Flächen, sondern ebenso eine ausgezeichnete Lösung für das Hauptproblem bezüglich der Verwindung und zwar insbesondere im Fall von Motorblack-Zylinderkopf bezüglich der Verwindung von Zylinderkopf, Motorblock und Bolzenblock. Das Vorsehen und die stratekische Anordnung der metallischen Dichtleisten vermindert - im Vergleich mit herkömmlichen Dichtungsanordnungen - dieSpannungsgradienten beim Festbolzen des Zylinderkopfes auf dem Motorblock beträchtlich, so daß die Deformation auf einem Minimum gehalten werden. Ein weiterer Vorteil der Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung besteht in ihrer Fähigkeit, den Abstand ζ v/i sehen ζ v/ei einander entsprechenden abzudichtenden Flächen sehr genau zu steuern. Das wird dadurch erreicht, daß nur genug Metall in den Dichtleisten vorgesehen wird, daß es in die Bearbeitungsriefen oder andere Unregelmäßigkeiten einfließen und so eine Dichtung bewirken kann, während gleichzeitig die verbleibende Fläche der einander entsprechenden Oberflächen auf der Metalloberfläche der Grundplatte 2 zur Kühe kommen.

Bei der gleichen Anwendung kann es vorteilhaft sein, die fertige Anordnung mit P.T.F.E, oder dgl. zu überziehen, so daß man sie träge macht oder schützt.

Die Herstellung der Dichtungsanordnung geschieht derart, daß man ihr eine sehr feine Oberflächenbehandlung gibt. Häufig ist es ratsam, dieses Finish durch einen lacküberzug

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oder ein Überzug mit einem Film eines Plastikmaterials zu j schützen. i

Die Erfindung stellt eine Dichtungsanordnung zur Verfügung, die Hochtemperaturanwendungen erlaubt, eine hohe Flächeneinheitbelastung aufweist, eine große Ducktilität und hohe Festigkeit hat, die Verwendung ungleicher Materialien bei der Herstellung ermöglicht, hinsichtlich der Dicke steuerbar ist, die Verkantungseffekte aufgrund der Hebelwirkung in den Griff bekommt und die Verwindung der einander gegenüberliegenden Flächen vermindert.

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Claims

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Patentansprüche :

"L/Hit Öffnungen versehene plattenförmig Dichtungsanordnung, gekennzeichnet durch eine metallische Grundplatte und mindestens eine aufgestellte metallische Dichtleiste, die auf zumindest einer Oberfläche der Grundplatte ausgebildet ist und die in dieser befindliche Öffnung umgibt, sowie einen ausgefüllten Querschnitt hat.
2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Dichtleiste rechtwinkligen Querschnitt hat.
3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Oberfläche der Grundplatte zwei Dichtleisten ausgebildet sind.
4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennischnet, daß die Dichtleisten auf der einen Oberfläche die gleiche radiale Anordnung wie diejenigen auf der anderen Oberfläche aufweisen.
5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleisten auf der einen Oberfläche radial zum Äußeren der Grundplatte bezüglich der entsprechenden Dichtleisten auf der anderen Oberfläche versetzt sind.

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6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mindestens eine Tragleiste mit ausgefülltem Querschnitt vorgesehen ist, die in der Nachbarschaft des Umfanges zumindest einer der Oberflächen der Grundplatte angeordnet ist.

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7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- ' zeichnet, daß die zumindest eine Tragleiste rechtwinkligen Querschnitt hat.
8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- ί

zeichnet, daß zusätzlich ein Paar Tragleisten mit ausgefülltem j Querschnitt vorgesehen sind und zwar jeweils eine auf jeder Seite der Grundplatte in unmittelbarer Nachbarschaft zum Umfang der Grundplatte.
9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Tragleisten mit ausgefülltem Querschnitt in llachbarschaft zum Umfang jeder Oberfläche der Grundplatte J vorgesehen ist, wobei die Tragleiste auf der einen Oberfläche j der Grundplatte bezüglich der Tragleiste auf der anderen Oberfläche radial nach innen versetzt ist.
10. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar einander gegenüber und innenliegender Dichtleisten, von denen jeweils eine auf jeder Seite der Grundplatte angeordnet ist miteinander durch die Öffnung der Grundplatte verbunden ist.
11. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte eine Vielzahl für den Flüssigkeitsdurchfluß dienende Öffnungen aufweist und daß zumindest eine aufgestellte Dichtleiste auf zumindest einer Oberfläche der Grundplatte um jede Öffnung der Grundplatte herum angeordnet ist.
12. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Dichtleiste einstückig mit dem

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13. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Dichtleiste aus einem Streifen von Metall besteht, der mit der Grundplatte verklebt ist.
14. Dichtungsanordnung nach inspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Dichtleiste durch galvanische Ablagerung auf der Oberfläche der Grundplatte ausgebildet ist.
15. Dichtungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekenn- j zeichnet, daß die Grundplatte und die Dichtleiste aus verschiedenen! Metall bestehen.

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