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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überprüfen
des korrekten Zusammenbaus einer mehrschichtigen Dichtung mit
mindestens drei aufeinanderliegenden Schichten, die in einer
vorher ausgewählten Reihenfolge befestigt sind.
Hintergrund der Erfindung
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Mehrschichtige Dichtungen, wie mehrschichtige, aus Metall
bestehende Dichtungen sind für die Verwendung von
Kraftfahrzeugmotoren zunehmend üblich. Derartige Dichtungen umfassen
gewöhnlich zwei oder mehr Schichten, die aneinander befestigt
sind, wie durch Clinchen von Zungen o. dgl.. Jede
Abdichtungsschicht kann hinsichtlich der Größe und der gesamten
Konfiguration gegenüber anderen Schichten ähnlich sein. Jede
Schicht kann jedoch Details aufweisen, mit denen sie sich von
den anderen Schichten wesentlich unterscheidet, wie durch eine
oder mehrere darauf vorgesehene Prägungen, während eine
andere, ähnlich gestaltete Dichtungsschicht in derselben
Dichtungsanordnung unterschiedliche Prägungen oder andere
bemerkenswerte Eigenschaften hat. Außerdem kann z. B. eine Schicht
in der zusammengesetzten mehrschichtigen Dichtung im
wesentlichen flach sein, während eine andere Schicht in derselben
Dichtung Prägungen, Beschichtungen u. dgl. aufweisen kann.
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Die Produktion mehrschichtiger Dichtungen erfolgt gewöhnlich
in mehreren Schritten. Da jede Schicht der zusammengesetzten
Dichtung gewöhnlich besonders konfiguriert ist, werden die
einzelnen Dichtungsschichten massenweise, wie durch ein Stanz-
oder Rohlingverfahren, massenweise hergestellt. Die einzelne
Dichtungsschicht kann dann auch in geeigneter Weise, wie durch
Wärmebehandlung, mit Beschichtungen usw. versehen werden, wie
dies zweckentsprechend sein kann. Nach Fertigstellung werden
die einzelnen Dichtungsschichten in einer besonderen
Reihenfolge zusammengesetzt und anschließend in dieser Reihenfolge
befestigt. Nachdem die voneinander getrennten
Dichtungsschichten als eine komplette Anordnung befestigt worden sind, wird
die hergestellte Dichtung auf Genauigkeit und
Anpassungsfähigkeit überprüft.
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Es ist kritisch, daß jede Schicht der mehrschichtigen Dichtung
in genauer Reihenfolge montiert wird. Sonst wird die
zusammengesetzte Dichtung wahrscheinlich versagen. Da die die Dichtung
bildenden Schichten hinsichtlich ihrer Größe und gesamten
Konfiguration im allgemeinen ähnlich sind, kann der Zusammenbau
der Dichtung leicht ungenau stattfinden. D. h.,
Dichtungsschichten können in einer ungenau geschichteten Reihenfolge
angeordnet werden. Wahlweise und weil die Dichtungsschichten
einzeln hergestellt, gestapelt und dann zusammengebaut werden,
können zwei der gleichen Dichtungsschichten unbeabsichtigt
zusammengesetzt werden. Eine große Zahl anderer
unvorhergesehener und ungenauer Kombinationen von Dichtungsschichten ist
denkbar. Derartige ungenaue Kombinationen oder Anordnungen der
verschiedenen Dichtungsschichten können zu Dichtungs- und
Motorschäden führen.
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Es wurden verschiedenartige Anstrengungen unternommen,
derartige Probleme zu vermeiden. Ein derartiger Versuch ist im U. S.
Patent 4,648,607 dargestellt. US-A-4,648,607 beschreibt eine
aus einem Stahllaminat bestehende Dichtung, die zwischen den
Motorteilen einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet werden
soll. Die Dichtung umfaßt eine Zylinderkopfdichtung aus einem
Stahllaminat mit mindestens einer Betriebsöffnung und
mindestens einer Versorgungsöffnung, die kleiner als die
Betriebsöffnung ist. Die Dichtung umfaßt vier dünne Stahlplatten mit
Löchern von jeweils unterschiedlichem Durchmesser. Wenn die
dünnen Stahlplatten einwandfrei übereinandergestapelt sind,
sind die Löcher unterschiedlichen Durchmessers in einer
vorbestimmten Reihenfolge und Form zueinander ausgerichtet.
Dementsprechend kann die Lage dieser dünnen Stahlplatten durch
Inspektion der Vorsprünge überprüft werden. Es wäre
vorteilhaft, eine mehrschichtige Dichtung vorzusehen, bei der die
Schichten in einer überprüften, einwandfreien Reihenfolge
vorhanden sind, bevor sie aneinander befestigt werden, um zu
garantieren, daß die Dichtung korrekt funktionieren wird und
um Abfall von Dichtungsschichten zu vermeiden, die, wenn sie
unrichtig zusammengebaut werden, wahrscheinlich zu Schrott
werden.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das in Anspruch 1
beschriebene Verfahren.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt die Schritte
des Bereitstellens von mindestens drei unterschiedlichen
Dichtungsschichten, von denen jede mindestens eine Betriebsöffnung
und mindestens eine Versorgungsöffnung aufweist, die kleiner
als die Betriebsöffnung ist, wobei jede Dichtungsschicht eine
Abtastzone enthält, die, wenn die Schichten zusammengesetzt
sind, in einer aufeinanderliegenden, regelmäßigen Anordnung
mit den Abtastzonen der anderen Schichten ausgerichtet ist,
jede Abtastzone mindestens zwei Abtastöffnungen aufweist und
mindestens eine der Abtastöffnungen seitlich versetzt und
außerhalb der aufeinanderliegenden Ausrichtung mit einer
Abtastöffnung in jeder nächstbenachbarten, aufeinander
gelagerten Schicht versehen ist. Das Verfahren umfaßt ferner den
Schritt des Bereitstellens einer Stapelfläche und einer Reihe
von seitlich versetzten Fühlern, die an Stellen positioniert
sind, die den Abtastzonen der Dichtungsschichten entsprechen,
sowie die Schritte des Anordnens einer ersten Dichtungsschicht
auf der Stapelfläche mit ihrer Abtastzone in
aufeinanderlie
gender Ausrichtung mit den Fühlern und Abtasten, ob ihre
Abtastöffnungen einer Position mindestens eines Fühlers genau
entsprechen, sowie anschließendes Auflegen jeder nachfolgenden
Schicht auf die erste und die nächstfolgenden Schichten mit
ihrer Abtastzone in aufeinanderfolgender Ausrichtung zu den
Fühlern, und Abtasten, ob ihre Abtastöffnungen den Positionen
der Fühler genau entsprechen, und Ausgabe eines Signals, das
die Dichtungsschichten in der vorher ausgewählten Reihenfolge
genau übereinander gestapelt worden sind. Wenn die
Stapelfläche einer Vorrichtung zum Miteinanderbefestigen der
Dichtungsschichten in ihrer vorher ausgewählten Reihenfolge
zugeordnet ist, ermöglicht das Signal, daß die
Befestigungsvorrichtung die Dichtungsschichten aneinander befestigt. Wenn
mindestens eine der Dichtungsschichten Clinchzungen aufweist,
umfaßt die Befestigungsvorrichtung Mittel zum Verformen der
Clinchzungen, um die aufeinander gestapelten Schichten
aneinander zu befestigen.
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Das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist sehr
effizient und verringert menschliche Fehler und Arbeit auf ein
Minimum. Ferner verringert es möglichen Abfall durch die
Sicherstellung, daß, bevor die Schichten zusammen befestigt
werden, sie in der richtigen Reihenfolge zusammengebaut
werden. Es verringert Kosten, weil es die Verwendung getrennt
hergestellter Schichten ermöglicht, die dann leicht und genau
in der richtigen Reihenfolge zusammengebaut werden.
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Andere Eigenschaften der vorliegenden Erfindung gehen aus der
nachfolgenden, detaillierten Beschreibung, den beigefügten
Zeichnungen und den Ansprüchen ohne weiteres hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine Draufsicht einer zusammengebauten Dichtung, die
gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
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Fig. 2 eine auseinandergezogene Ansicht der
Dichtungsschichten gemäß Fig. 1;
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Fig. 3 eine Draufsicht einer Clinchbefestigung zum
Zusammenbauen und Befestigen der Dichtungsschichten in Fig. 2;
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Fig. 4 eine weggebrochene, schematische Ansicht der
Clinchbefestigung in Fig. 3, wobei eine genau gestapelte
Reihenfolge der Dichtungsschichten gezeigt ist;
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Fig. 5 eine schematische Ansicht einer programmierten
Steuerung und zugeordnete Fühler sowie eine
Clinchvorrichtung.
Detaillierte Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausfüh-
rungsform
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Während die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen
ausgeführt werden kann, ist in den Zeichnungen eine derzeit
bevorzugte, nachstehend beschriebene Ausführungsform in dem
Verständnis dargestellt, daß die vorliegende Beschreibung
lediglich als ein Beispiel der Erfindung anzusehen ist und die
Erfindung nicht auf die besondere, dargestellte
Ausführungsform beschränkt ist.
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In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
Teile in den verschiedenen Ansichten, wobei in Fig. 2 drei
Dichtungsschichten 100, 200 und 300 dargestellt sind, die
aufeinanderliegend und in einer genauen, vorbestimmten
Reihenfolge zu einer zusammengesetzten Dichtung G zusammengebaut
werden können, wie z. B. einer Zylinderkopfdichtung für einen
Automobilmotor. Wie Fig. 1 zeigt, hat die beispielhafte
Dichtung, wie z. B. eine Zylinderkopfdichtung G, eine Mehrzahl von
Betriebsöffnungen, wie Verbrennungsöffnungen 10, eine Reihe
kleinerer Öffnungen oder Versorgungsöffnungen, wie z. B.
Öffnungen 20 für Öl und Kühlmittel, und eine Reihe von
Bolzenlöchern 30. Jede Dichtungsschicht kann im allgemeinen
hinsichtlich ihrer Umfangsform ähnlich sein. Jede ist gewöhnlich
in einer gewissen Hinsicht unterschiedlich, wie z. B. in dem
Baumaterial, in Einzelheiten, wie z. B. Prägungen u. dgl. durch
auf bestimmte Flächen aufgebrachte Beschichtungen usw. Die
zusammengebaute Dichtung G wurde zu dem Zweck entworfen, in
einem besonderen Motor unter Voraussetzungen eingesetzt zu
werden, die ihren Zusammenbau in einer vorbestimmten
Reihenfolge und gestapelten Beziehung erfordern.
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So können z. B. eine oder mehrere Schichten, wie z. B. die
Schicht 200, aus rostfreiem Stahl einer ersten Dicke bestehen,
und andere Schichten, wie z. B. die Schichten 100 und 300
können gummibeschichtet, wie auch mit einer Mikrobeschichtung
bekannter und in der Technik verwendeter Art auf ihren
Außenseiten versehen sein und aus rostfreiem Stahl einer irgendwie
unterschiedlichen Dicke bestehen. Die Schicht 100 kann eine
nach innen vorstehende Prägung 102 rund um jede
Verbrennungsöffnung 104 aufweisen. Die Schicht 200 kann von Prägungen frei
sein, gleichgültig, ob rund um die Verbrennungsöffnungen oder
in anderer Weise. Die Schicht 300 kann Prägungen 310 rund um
die Kühlmittelöffnungen 312 aufweisen. Andere Einzelheiten zur
Herstellung einer effektiven Dichtung G können ebenso
verwendet werden.
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Natürlich weist jede Schicht 100, 200 und 300 der
Zylinder
kopfdichtung G entsprechende Verbrennungsöffnungen,
Kühlmittelöffnungen, Ölöffnungen, Bolzenlöcher, usw. auf, wie es
allgemein bekannt und in der Dichtungstechnik üblich ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist jede Dichtungsschicht
auch Mittel zum Abtasten des Vorhandenseins jeder Schicht
zweckentsprechend auf, so daß festgestellt werden kann, daß
sie in der richtigen Ausrichtung und Reihenfolge gestapelt
wurde. Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt die
Vorrichtung zum Abtasten der genauen Reihenfolge eine Reihe von
Formationen, wie z. B. Öffnungen, die in einer Zone jeder
Schicht angeordnet sind, die für die Dichtung nicht in
Anspruch genommen wird, in diesem Fall in einer Ecke jeder
Dichtungsschicht 100, 200 und 300. Somit weist die
Dichtungsschicht 100 eine Abtastzone 120, die Schicht 200 eine
Abtastzone 220 und die Schicht 300 eine Abtastzone 320 auf. Die
Abtastzonen sind in einer übereinander angeordneten
Reihenfolge ausgerichtet. Bei dem drei Schichten umfassenden
Beispiel der bevorzugten Ausführungsform hat die Schicht 100 ein
paar Öffnungen 121, 122, die in senkrechten Stellungen B und
C in der Zone 120 angeordnet sind, die Schicht 200 ein paar
Öffnungen 212, 222, die in senkrechten Lagen A und C in der
Zone 220 angeordnet sind, und die Schicht 300 enthält ein paar
Öffnungen 321, 322, die in senkrechten Lagen A und B in der
Zone 320 liegen. Mindestens eine Abtastöffnung einer
Dichtungsschicht ist seitlich versetzt und außerhalb der
aufeinanderliegenden Ausrichtung mit einer Abtastöffnung in jeder
nächstbenachbarten, darüberliegenden Dichtungsschicht
versehen. Wenn die Schichten gestapelt sind, sind die
entsprechenden Öffnungen jeweils in den Positionen A, B und C senkrecht
ausgerichtet, so daß die Fühler einer Abtastvorrichtung
erkennen werden, daß die Schichten aufeinanderfolgend genau
gestapelt worden sind.
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Die Reihenfolge des Stapelns oder des Zusammensetzens jeder
Dichtungsschicht und ihr Vorhandensein werden durch eine
geeignete, programmierte logische Steuerung kontrolliert, die
den Zusammenbau der Schichten über Eingangssignale von
zugeordneten Fühlern verfolgt. Die Steuerung ermöglicht ein
Befestigen oder Clinchen nur dann, wenn sämtliche einzelnen
Dichtungsschichten in der richtigen Reihenfolge und Ausrichtung
gestapelt worden sind. Die Abtastformen oder Öffnungen in den
einzelnen Schichten entsprechen den besonderen
Abtastvorrichtungen oder Fühlern der Abtastvorrichtung, und das Programm
befindet sich in der Steuereinheit. Die Fühler müssen
Eingangssignale an die Steuereinheit in der spezifischen,
programmierten Reihenfolge abgeben, um den Clinchvorgang zu
ermöglichen.
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Die Arbeitsfolge beginnt, wenn die erste, gewöhnlich die
untere Dichtungsschicht in einer zugehörigen Clinchvorrichtung
positioniert wird. Diese Schicht hat keine abtastende Form
oder Öffnung in der entsprechenden Lage eines ausgewählten
Meßwertgebers für diese Schicht, wodurch der Meßwertgeber
veranlaßt wird, das Vorhandensein dieser Schicht in der
Steuereinheit ebenso wie die Tatsache zur registrieren, daß es die
richtige Schicht ist. Wenn die richtige Schicht in der
Clinchvorrichtung nicht in der richtigen Reihenfolge plaziert ist,
kann eine Abtastöffnung in der Position A sein oder es können
eine oder mehrere Abtastöffnungen nicht in den Positionen B
oder C sein, und die Schicht wird in der Steuereinheit nicht
genau registriert werden. Die Steuereinheit wird dann nicht
den Clinchvorgang auslösen.
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Vorausgesetzt, daß die erste Dichtungsschicht richtig plaziert
ist, können so viele aufeinanderfolgende Schichten, wie es für
die Konstruktion der Dichtung erforderlich ist, anschließend
in ihrer genauen Reihenfolge gestapelt werden. Dies wird
zumindest zwei Dichtungsschichten betreffen, und gewöhnlich
mindestens drei Dichtungsschichten. Sie werden in der
Steuer
einheit, wie programmiert, registriert und enden mit der
letzten geordneten Schicht. Die Steuereinheit ermöglicht dann den
Clinchvorgang, der dann ausgeführt wird. Die fertige Dichtung
wird aus der Clinchvorrichtung entfernt. Das Entfernen führt
zu einer automatischen Löschung und Neueinstellung des
Speichers der Steuereinheit und macht ihn für das Stapeln der
Schichten der nächsten zusammenzusetzenden Dichtung bereit.
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Eine Clinchvorrichtung 400 für den festen Zusammenbau der
Dichtungsschichten 100, 200 und 300 ist in Fig. 3 und 4 zu
sehen. Sie umfaßt eine Stapelseite oder ein Bett 402, auf dem
die Dichtungsschichten aufeinanderfolgend gestapelt werden
können. Das Bett 402 umfaßt Positionierungsblöcke 404, 406 und
kann Arretierungsglieder 408 umfassen, um die die
Verbrennungsöffnungen der Dichtungsschicht ebenso positioniert werden
wie Arretierungszapfen 410, die alle zum genauen Positionieren
der gestapelten Schichten beitragen. Erwünschterweise sind die
Zapfen 410 in Längsrichtung der Dichtung außermittig
angeordnet, so daß sie nur mit der rechten Seite der
Dichtungsschichten zusammenpassen. Die Paßbohrungen in den Dichtungsschichten
können vorhandene Öl- oder Kühlmittelöffnungen oder
Bolzenlöcher sein, oder spezielle zusätzliche Bohrungen, die die
Dichtung nicht betreffen, falls dies gewünscht wird. Das Bett
enthält ferner Öffnungen 418A, 418B, 418C an ausgewählten
Stellen, wie z. B. in den Positionen A, B und C für die Reihe oder
eine Mehrzahl von jeweils seitlich versetzten Meßwertgebern
420A, 420B und 420C einer Abtastvorrichtung 420.
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Die Clinchvorrichtung 400 umfaßt auch ein paar beabstandeter
Clinchstangen 430, die durch Paare pneumatisch betätigter
Zylinder 432 aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind.
Sie dienen dazu, Zungen, wie z. B. Clinchzungen 106 am Umfang
der Dichtungsschicht 100 (und die einheitlich mit dieser
geformt sind) hoch und über die Dichtungsschicht 300 zu drücken,
um die Dichtungsschichten miteinander zu befestigen und zu
verclinchen, und dadurch die Schichten in ihrer vorher
ausgewählten Beziehung zueinander in der fertigen
Dichtungsanordnung festzulegen. Naturgemäß kann die Steuereinheit das
Clinchen nicht auslösen, außer, wenn das programmierte Stapeln der
Schichten in der richtigen Weise stattgefunden hat.
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Der übliche Arbeitsvorgang der Clinchvorrichtung und der
zugehörigen, programmierten, logischen Steuereinheit 500 kann
beispielhaft wie folgt verstanden werden. Zunächst wird die
Schicht 100 auf dem Bett 402 der Clinchvorrichtung angeordnet.
Sie hat keine Öffnung in der Position A (die über der Öffnung
418A) und dem Meßwertgeber 420A liegt), aber sie hat Öffnungen
in den Positionen B und C. Wenn es sich um eine richtige
Schicht handelt und diese richtig positioniert ist, wird der
Meßwertgeber 420A das Fehlen einer Abtastöffnung in der
Position A feststellen und die Meßwertgeber 420B und 420C werden
das Vorhandensein von Abtastöffnungen in den Positionen B und
C erkennen. Handelt es sich um eine unrichtige Schicht, wie
z. B. eine Schicht 200 oder 300, wird der Meßwertgeber 420A
eine Öffnung in Position A erkennen. Die Steuereinheit 500
kann programmiert werden, ein Signal abzugeben, falls eine
Öffnung in Position A fehlt und Öffnungen in den Positionen B
und C vorhanden sind. Eine typische Steuereinheit 500 ist bei
Allen-Bradley in Milwaukee, Wisconsin unter der Bezeichung
SLC-150 erhältlich. Typische Meßwertgeber für 420A, 420B und
420C können durchsichtige, fiberoptische Meßwertgeber sein,
wie z. B. jene, die bei Keyence Corp. in Torrance, California
unter der Bezeichung LZ-153 erhältlich sind.
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In ähnlicher Weise wird, wenn die nächste Schicht, die Schicht
200 auf die Schicht 100 gestapelt wird, der Meßwertgeber 420B
das Fehlen einer darüberliegenden Öffnung in der Schicht 200
feststellen, aber der Meßwertgeber 420C wird das Vorhandensein
einer darüber angeordneten Abtastöffnung in der Stellung C
erkennen. Anhand dessen stellt die Steuereinheit fest, daß die
Schicht 200 einwandfrei ist und sich in ihrer einwandfreien
Ausrichtung gegenüber der Schicht 100 befindet. Schließlich
wird die Schicht 300 über der Schicht 200 positioniert und der
Meßwertgeber 420C tastet dann das Fehlen einer Abtastöffnung
in der Position C darin ab. Zu diesem Zeitpunkt verfügt die
Steuereinheit 500 sowohl über eine genaue Zahl der Schichten
über einen eingebauten Zähler als auch über eine Information,
die besagt, daß sie plaziert und sowie in der richtigen
Reihenfolge einwandfrei gestapelt worden sind. Obwohl während des
Stapelns die Meßwertgeber 420B und 420C (für die erste
Schicht) und der Meßwertgeber 420C (für die zweite Schicht)
verwendet worden sein können, um zusätzlich anzuzeigen, daß
die Schichten einwandfrei gestapelt worden sind, können die
Meßwertgeber einfach verwendet werden, um das Fehlen einer
Öffnung in der darüberliegenden Schicht zu erkennen und ein
Signal an die Steuereinheit abzugeben. In diesem Fall können
die vorhandenen Justierzapfen 410 dazu verwendet werden,
sicherzustellen, daß die Schichten mit der rechten Seite nach
oben und in ihrer richtigen Ausrichtung positioniert werden.
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Wenn festgestellt worden ist, daß sämtliche Schichten richtig
gestapelt worden sind, wird die Steuereinheit programmiert, um
den Clinchvorgang zu ermöglichen.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Abtastformationen
als Öffnungen dargestellt worden, die in einer Ecke jeder
Dichtungsschicht positioniert sind. Es ist ersichtlich, daß
eine Vielzahl von Meßwertgebern und Steuereinheiten verwendet
werden kann.