DE29521334U1 - Machine component with a seal - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Maschinenbauteil mit einem gegenüber einem anderen Maschinenbauteil mittels einer Dichtung abzudichtenden Randbereich, wobei eines der beiden Elemente (Maschinenbauteil bzw. Dichtung) ein an das andere Element angegossenes Teil ist und sich die von einem Dichtungsmaterialstrang gebildete Dichtung und der Maschinenbauteil-Randbereich - im Schnitt quer zur Stranglängsrichtung vorzugsweise zumindest bereichsweise überlappen.The invention relates to a machine component with an edge region to be sealed against another machine component by means of a seal, wherein one of the two elements (machine component or seal) is a part cast onto the other element and the seal formed by a sealing material strand and the machine component edge region overlap, preferably at least in regions, in section transverse to the longitudinal direction of the strand.
Insbesondere betrifft die Erfindung Bauteile für Verbrennungsmotoren, wie Zylinderkopfhauben (Ventildeckel), Ölwannen, Getriebegehäusedeckel und dergleichen.In particular, the invention relates to components for internal combustion engines, such as cylinder head covers (valve covers), oil pans, transmission housing covers and the like.
Lange Zeit war es üblich, bei einem Maschinenbauteil z. B. in Form einer Zylinderkopfhaube oder einer Ölwanne dieses am Zylinderkopf bzw. Motorblock mittels Schrauben anzubringen und zur Abdichtung eine rahmenförmige Flachdichtung zwischen die beiden gegeneinander abzudichtenden Maschinenbauteile einzulegen. Dies bedeutet aber, daß zwei Teile, nämlich das zu montierende Maschinenbauteil und die Dichtung, auf Lager gehalten und bei der Montage gehandhabt werden müssen.For a long time it was common practice to attach a machine component, e.g. in the form of a cylinder head cover or an oil pan, to the cylinder head or engine block using screws and to insert a frame-shaped flat gasket between the two machine components that were to be sealed against each other. However, this means that two parts, namely the machine component to be assembled and the gasket, have to be kept in stock and handled during assembly.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist man neuerdings teilweise dazu übergegangen, die Dichtung aus einem durch Spritzgießen verarbeitbaren elastomeren Material herzustellen, und zwar dadurch, daß die Dichtung an das zunächst hergestellte Maschinenbauteil (Haube, Wanne, Deckel oder dergleichen) direkt angespritzt wird. Aber auch diese Technik hat eine Reihe von Nachteilen: Es sind zwei Werkzeuge erforderlich,In order to avoid these disadvantages, it has recently been partly decided to manufacture the seal from an elastomeric material that can be processed by injection molding, namely by directly molding the seal onto the machine component that has been manufactured first (hood, tub, cover or the like). But this technique also has a number of disadvantages: Two tools are required,
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nämlich ein erstes zur Herstellung des Maschinenbauteils selbst, und ein zweites zum Formen der spritzgegossenen Dichtung; außerdem macht es jedes Formwerkzeug, mit dem die Dichtung am Maschinenbauteil durch Spritzgießen erzeugt wird, erforderlich, daß das Maschinenbauteil, bei dem es sich ja um ein formsteifes Bauteil handelt, maßhaltig sein muß, damit es paßgerecht in das zweite Formwerkzeug zur Herstellung der Dichtung eingelegt werden kann; schließlich ist es bei dieser Technologie häufig notwendig, die Oberfläche des Maschinenbauteils vorzubehandeln, insbesondere einen Haftvermittler aufzutragen, um eine gute Haftung der Dichtung am Maschinenbauteil zu erzielen.namely a first for producing the machine component itself, and a second for forming the injection-molded seal; Furthermore, every mold used to produce the seal on the machine component by injection molding requires that the machine component, which is a rigid component, must be dimensionally stable so that it can be inserted into the second mold to produce the seal; finally, with this technology it is often necessary to pre-treat the surface of the machine component, in particular to apply an adhesion promoter, in order to achieve good adhesion of the seal to the machine component.
Das Anformen einer Dichtung aus einem elastomeren Material an ein Maschinenbauteil mit Hilfe eines gesonderten Formwerkzeugs, in dem das Dichtungsmaterial dann auch vulkanisiert wird, ergibt sich beispielsweise aus der US-PS 3 373 372.The molding of a seal made of an elastomeric material onto a machine component using a separate mold, in which the sealing material is then vulcanized, is described, for example, in US Pat. No. 3,373,372.
Um die Dichtung an dem zuvor hergestellten Maschinenbauteil zuverlässig zu sichern, ist es aus der DE-PS 42 02 860 auch schon bekanntgeworden, für die Herstellung der Dichtung ein Formwerkzeug zu verwenden, durch welches auch noch die Form des zuvor hergestellten Maschinenbauteils verändert wird, nämlich dergestalt, daß in letzterem eine mit Hinterschneidungen versehene Nut zur Aufnahme eines Verankerungsstegs der anschließend durch Spritzgießen herzustellenden und direkt an das Maschinenbauteil anzuspritzenden Dichtung erzeugt wird. Zu diesem Zweck hat das primär der Herstellung der Dichtung dienende Formwerkzeug eine zusammen mit dem Maschinenbauteil einen Formhohlraum bildende Nut, deren Seitenwände im Querschnitt konisch verlaufende Einführschrägen bilden, welche beim Einpressen des Maschinenbauteils in die Nut eine zunächst einen ungefähr rechteckigen Querschnitt aufweisendeIn order to reliably secure the seal to the previously manufactured machine component, it has already become known from DE-PS 42 02 860 to use a molding tool for the manufacture of the seal, which also changes the shape of the previously manufactured machine component, namely in such a way that a groove with undercuts is created in the latter to accommodate an anchoring web of the seal, which is subsequently manufactured by injection molding and is to be injected directly onto the machine component. For this purpose, the molding tool, which primarily serves to manufacture the seal, has a groove which, together with the machine component, forms a mold cavity, the side walls of which form insertion bevels which are conical in cross section and which, when the machine component is pressed into the groove, initially have an approximately rectangular cross section.
Aufnahmenut für den Verankerungssteg der Dichtung in eine Nut mit schwalbenschwanzförmigem Querschnitt umformen, worauf in den verbleibenden Formhohlraum das Dichtungsmaterial eingespritzt und so die vom Maschinenbauteil gehaltene Dichtung erzeugt wird. Auch diese Technologie hat die zuvor beschriebenen Nachteile - so werden zwei Formwerkzeuge benötigt, nämlich ein erstes zur Herstellung des Maschinenbauteils und ein zweites zur Herstellung der Dichtung, und das zunächst hergestellte Maschinenbauteil muß außerordentlich maßhaltig sein, um den oben beschriebenen Umformvorgang durchführen zu können und die Abdichtung des der Herstellung der Dichtung dienenden Formhohlraums durch das Maschinenbauteil zu gewährleisten.The receiving groove for the anchoring web of the seal is transformed into a groove with a dovetail-shaped cross-section, after which the sealing material is injected into the remaining mold cavity and the seal held by the machine component is thus produced. This technology also has the disadvantages described above - two molds are required, namely a first for producing the machine component and a second for producing the seal, and the machine component produced first must be extremely dimensionally stable in order to be able to carry out the forming process described above and to ensure that the mold cavity used to produce the seal is sealed by the machine component.
Die vorliegende Erfindung schlägt nun eine geradezu konträr zum Stand der Technik verlaufende Vorgehensweise vor, und zwar unter anderem zu dem Zweck, die bislang aufgetretenen Toleranzprobleme zu beseitigen und die Teile deutlich einfacher und kostengünstiger herstellen zu können.The present invention proposes a procedure that runs contrary to the state of the art, among other things for the purpose of eliminating the tolerance problems that have arisen so far and of being able to manufacture the parts much more easily and cost-effectively.
Bei der Lösung dieser Aufgabe wurde von den Überlegungen ausgegangen, daß Dichtungen, vor allem solche, die im wesentlichen aus einem elastomeren Material bestehen, keine formsteifen Bauteile sein müssen, und daß der andauernde Trend zur Gewichtseinsparung bei Maschinenbauteilen bereits dazu geführt hat, Maschinenbauteile wie Ventildeckel, Ölwannen und dergleichen aus gegebenenfalls verstärktem Kunststoff herzustellen. In solving this problem, the considerations were that seals, especially those that consist essentially of an elastomer material, do not have to be dimensionally stable components, and that the ongoing trend towards weight savings in machine components has already led to machine components such as valve covers, oil pans and the like being made of possibly reinforced plastic.
Grundgedanke der Erfindung ist es deshalb, zunächst die Dichtung zu formen und dann an diese das Maschinenbauteil anzuformen, da sich eine Dichtung auch dann, wenn sie mit erheblichen Herstellungstoleranzen behaftet ist, problemlos in derThe basic idea of the invention is therefore to first form the seal and then to mold the machine component onto it, since a seal can be easily molded into the machine even if it has considerable manufacturing tolerances.
richtigen Weise in ein der Herstellung des Maschinenbauteils dienendes Formwerkzeug einlegen läßt.correctly inserted into a mold used to manufacture the machine component.
Erfindungsgemäß wird demnach ein Maschinenbauteil der eingangs erwähnten Art so gestaltet, daß es als an die Dichtung angegossenes Teil ausgebildet ist.According to the invention, a machine component of the type mentioned at the outset is designed in such a way that it is formed as a part cast onto the seal.
Nachdem erfindungsgemäß das Maschinenbauteil an die Dichtung angegossen wird, kann letztere im Prinzip aus jedem geeigneten Dichtungsmaterial bestehen; bevorzugt werden jedoch Dichtungen, bei denen zumindest der für die eigentliche Abdichtung verantwortliche Querschnittsbereich von einem elastomeren Material gebildet wird. Gleichwohl kann die Dichtung einen sich in Längsrichtung des Dichtungsmaterialstranges erstreckenden Metallkern aufweisen, welcher der Verstärkung der Dichtung dient und gegebenenfalls auch einen Bereich bilden kann, mit dem die Dichtung an dem an letztere anzugießenden Maschinenbauteil verankert wird.Since the machine component is cast onto the seal according to the invention, the latter can in principle consist of any suitable sealing material; however, seals in which at least the cross-sectional area responsible for the actual sealing is formed by an elastomeric material are preferred. The seal can also have a metal core extending in the longitudinal direction of the sealing material strand, which serves to reinforce the seal and can optionally also form an area with which the seal is anchored to the machine component to be cast onto the latter.
Wie bereits erwähnt, kann es sich bei dem an die Dichtung anzuformenden Maschinenbauteil um ein Füllstoffe und/oder Verstärkungen, wie z. B. Glasfasern, enthaltendes Kunststoffteil handeln, wobei der Kunststoff ein thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff sein kann; bevorzugt werden Maschinenbauteile, bei denen es sich um Reaktionsgußteile handelt. Als besonders vorteilhaft haben sich Polyurethanteile erwiesen, wobei zur Gewichts- und Materialeinsparung Polyurethanschaumteile bevorzugt werden.As already mentioned, the machine component to be molded onto the seal can be a plastic part containing fillers and/or reinforcements, such as glass fibers, whereby the plastic can be a thermoplastic or thermosetting plastic; machine components that are reaction cast parts are preferred. Polyurethane parts have proven to be particularly advantageous, whereby polyurethane foam parts are preferred to save weight and material.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, wird ein erfindungsgemäßes Maschinenbauteil so hergestellt, daß die Dichtung in eine zum Gießen des Maschinenbauteils gestaltete Form eingelegt wird, welche eine in ihrer formgebenden Wand vorgeseheneAs can be seen from the above, a machine component according to the invention is manufactured in such a way that the seal is placed in a mold designed for casting the machine component, which mold has a recess provided in its molding wall
Ausnehmung zum Aufnehmen eines die Abdichtung bewirkenden Teils der Dichtung (auf deren Querschnitt bezogen) besitzt, worauf das Maschinenbauteil in der Form gegossen und dabei an die Dichtung angegossen wird.Recess for receiving a part of the seal that provides the sealing effect (based on its cross-section), whereupon the machine component is cast in the mold and thereby cast onto the seal.
Damit die Eigenschaften der Dichtung auch nicht durch kurzzeitiges Überhitzen nachteilig verändert werden, empfiehlt es sich, für die Herstellung des Maschinenbauteils einen Werkstoff zu verwenden, dessen Verarbeitungstemperatur unter der für die Dichtung zulässigen Maximaltemperatur liegt; letztere sollte auch dann unterschritten werden, wenn der Werkstoff für das Maschinenbauteil in der Form vollständig ausgehärtet wird (was nicht notwendigerweise der Fall sein muß). Bei Wahl entsprechender Verarbeitungstemperaturen kann das Elastomer der Dichtung in der Form gleichzeitig getempert werden.To ensure that the properties of the seal are not adversely affected by short-term overheating, it is recommended to use a material for the manufacture of the machine component whose processing temperature is below the maximum temperature permitted for the seal; the latter should be undercut even if the material for the machine component is completely cured in the mold (which does not necessarily have to be the case). If appropriate processing temperatures are selected, the elastomer of the seal can be tempered in the mold at the same time.
Die Dichtung könnte an ihrer dem herzustellenden Maschinenbauteil zugewandten Seite z. B. mit mehreren Verankerungsnoppen versehen sein, welche längs der Dichtung im Abstand voneinander angeordnet sind und bei der Herstellung des Maschinenbauteils in dessen Material eingebettet werden; bevorzugt wird jedoch eine Dichtung mit einem sich in Längsrichtung des Dichtungsmaterialstranges erstreckenden und in das Maschinenbauteil einzubettenden Verankerungssteg sowie die Verwendung einer Form mit einer sich in dieser Längsrichtung erstreckenden Aufnahmenut zum Einsetzen des die Abdichtung bewirkenden Querschnittsbereichs der Dichtung.The seal could, for example, be provided with several anchoring studs on its side facing the machine component to be manufactured, which are arranged at a distance from one another along the seal and are embedded in the material of the machine component during its manufacture; however, preference is given to a seal with an anchoring web extending in the longitudinal direction of the sealing material strand and to be embedded in the machine component, as well as the use of a mold with a receiving groove extending in this longitudinal direction for inserting the cross-sectional area of the seal that creates the seal.
Wenn vorstehend davon die Rede war, daß zunächst die Dichtung geformt bzw. daß die Dichtung in eine Form zum Gießen des Maschinenbauteils eingelegt wird, so soll hierunter auch der Fall verstanden werden, daß die Dichtung durch Aufspritzen eines Dichtungsmaterials auf die Formhohlraumwand einer fürWhen it was mentioned above that the seal is first formed or that the seal is placed in a mold for casting the machine component, this should also be understood to mean the case where the seal is formed by spraying a sealing material onto the mold cavity wall of a
die Herstellung des Maschinenbauteils vorgesehenen Form erzeugt und anschließend das Dichtungsmaterial, &zgr;. &Bgr;. durch Vulkanisieren, verfestigt wird, worauf dann das Maschinenbauteil in dieser Form erzeugt und dabei an die Dichtung angegossen wird. An dieser vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird besonders deutlich, wie einfach die Herstellung gestaltet werden kann, daß gegebenenfalls nur eine einzige Form benötigt wird, nämlich die Form für die Herstellung des Maschinenbauteils, und daß die richtige Plazierung der Dichtung am Maschinenbauteil nicht von Fertigungstoleranzen abhängig sein muß, welche zuvor bei der Herstellung der Dichtung auftreten.the mold intended for the manufacture of the machine component is produced and then the sealing material, &zgr;. &Bgr;. is solidified by vulcanization, whereupon the machine component is then produced in this mold and cast onto the seal. This advantageous embodiment of the invention makes it particularly clear how simple the production can be, that only a single mold is required if necessary, namely the mold for the manufacture of the machine component, and that the correct placement of the seal on the machine component does not have to depend on manufacturing tolerances that previously occur during the manufacture of the seal.
Im folgenden soll die Erfindung anhand der Herstellung einer mit einer Dichtung versehenen Kunststoff-Zylinderkopfhaube (Ventildeckel) und des hierzu verwendeten Werkzeugs noch näher erläutert werden; die beiliegende Zeichnung zeigt einen Schnitt durch das geschlossene Werkzeug senkrecht zu dem die Dichtung bildenden Dichtungsmaterialstrang.In the following, the invention will be explained in more detail based on the manufacture of a plastic cylinder head cover (valve cover) provided with a seal and the tool used for this purpose; the attached drawing shows a section through the closed tool perpendicular to the sealing material strand forming the seal.
Bei dem Werkzeug soll es sich um eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Gießform für Reaktionsguß handeln, welche ein Werkzeugoberteil 12 und ein Werkzeugunterteil 14 besitzt, die zusammen einen Formhohlraum 16 bilden. Die Zeichnung zeigt nur einen für die Erläuterung der Erfindung notwendigen Teil der Gießform 10, welche in der Zeichnung links abgebrochen wurde.The tool is intended to be a casting mold for reaction casting, designated as a whole with 10, which has an upper tool part 12 and a lower tool part 14, which together form a mold cavity 16. The drawing shows only a part of the casting mold 10 that is necessary for explaining the invention, which has been broken off on the left in the drawing.
In die zusammen mit der Wand 12a des Werkzeugoberteils 12 den Formhohlraum 16 begrenzende Wand 14a des Werkzeugunterteils 14 wurde eine Nut 20 eingearbeitet, in die bei offener Gießform (das Werkzeugoberteil 12 läßt sich in Richtung des Doppelpfeils A vom Werkzeugunterteil 14 abheben und zum Schließen der Gießform wieder absenken) eine Dichtung 22 ein-A groove 20 was machined into the wall 14a of the lower tool part 14, which together with the wall 12a of the upper tool part 12 delimits the mold cavity 16, into which a seal 22 can be inserted when the mold is open (the upper tool part 12 can be lifted off the lower tool part 14 in the direction of the double arrow A and lowered again to close the mold).
gelegt wurde, bei der es sich im vorliegenden Fall um eine rahmenförmige Dichtung handelt, d. h. der die Dichtung bildende Dichtungsmaterialstrang ist in sich geschlossen und läuft um den unteren Rand des herzustellenden Ventildeckels herum. Die Dichtung 22 hat einen die Abdichtung bewirkenden Bereich, welcher zumindest überwiegend in der Nut 20 liegt, und einen Verankerungssteg 24, mit dem die Dichtung in dem herzustellenden Ventildeckel verankert werden soll. Nach dem Schließen der Form 10 kann der Ventildeckel im RIM-Verfahren hergestellt werden, d. h. reaktionsfähiges, gegebenenfalls mit Verstärkungsfasern oder dergleichen versehenes Kunststoffmaterial wird wie beim Spritzgießen in den verbliebenen Formhohlraum 16 der Gießform 10 eingespritzt und bildet so nach dem Aushärten den herzustellenden Ventildeckel mit in diesem verankerter Dichtung 22.was laid, which in the present case is a frame-shaped seal, i.e. the sealing material strand forming the seal is self-contained and runs around the lower edge of the valve cover to be produced. The seal 22 has a sealing area which lies at least predominantly in the groove 20, and an anchoring web 24 with which the seal is to be anchored in the valve cover to be produced. After the mold 10 has been closed, the valve cover can be produced using the RIM process, i.e. reactive plastic material, possibly provided with reinforcing fibers or the like, is injected into the remaining mold cavity 16 of the mold 10 as in injection molding and thus forms the valve cover to be produced with the seal 22 anchored in it after hardening.
Grundsätzlich kann für die Herstellung des zu erzeugenden Maschinenbauteils jede gießbare und im RIM-Verfahren verarbeitbare Masse Verwendung finden, welche sich bei einer Temperatur verarbeiten läßt, bei der die Dichtung nicht geschädigt oder gar zerstört wird.In principle, any castable mass that can be processed using the RIM process can be used to manufacture the machine component to be produced, provided that it can be processed at a temperature at which the seal is not damaged or even destroyed.
Bevorzugte Werkstoffe für das an die Dichtung anzugießende Maschinenbauteil sind Einkomponentenpolyurethane sowie Zweikomponentenurethane, welche insbesondere Schäume bilden; vorteilhaft sind aber auch reaktionsfähige Harze, insbesondere ungesättigte Polyesterharze.Preferred materials for the machine component to be cast onto the seal are one-component polyurethanes and two-component urethanes, which in particular form foams; but reactive resins, in particular unsaturated polyester resins, are also advantageous.
Als Dichtungsmaterial, d. h. den Dichtungseffekt bewirkender Werkstoff der Dichtung sind zu bevorzugen Fluorkautschuke, Silikonkautschuke, Acrylatkautschuke, Ethylen-Acrylat-Kautschuke, Nitrilkautschuke,As sealing material, i.e. the material that creates the sealing effect, fluororubbers, silicone rubbers, acrylate rubbers, ethylene-acrylate rubbers, nitrile rubbers,
Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke und Epichlorhydrin-Kautschuke. Ethylene-propylene-diene rubbers and epichlorohydrin rubbers.
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- 1995-10-27 DE DE29521334U patent/DE29521334U1/en not_active Expired - Lifetime
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