MX2007015478A

MX2007015478A - Empaque con inserto de sellado.

Info

Publication number: MX2007015478A
Application number: MX2007015478A
Authority: MX
Inventors: Erwin Widmann
Original assignee: Reinz Dichtung Gmbh
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2008-03-04
Also published as: WO2007000239A1; CA2612571A1; US20090200751A1; DE102005030387A1; BRPI0612881A2; ATE478290T1; BRPI0612881B1; DE602006016282D1; EP1896753A1; EP1896753B1

Abstract

La invencion se relaciona con un empaque para sellar dos componentes en un motor de combustion, el empaque comprende por lo menos una capa y tiene por lo menos una abertura de paso para que el fluido pase a traves de la misma. Asi la presente invencion proporciona un empaque plano (1) que comprende por lo menos una capa de metal (3) la cual tiene por lo menos una abertura de paso para que fluido pase a traves de la misma (2). En la por lo menos una abertura de paso de la por lo menos una capa (3), una proyeccion (5) esta presente la cual apunta en la direccion de la abertura de paso y forma un area de acoplamiento (6) y en la cual es colocado un inserto de sellado reforzado (8) por medio de una union adhesiva a un elemento de refuerzo plano (9). Perfiles de sellado (10) son aplicados en ambos lados del elemento de refuerzo plano (9) fuera del area de acoplamiento (6), y el inserto de sellado reforzado (8) es posicionado mediante una torsion (15) de la proyeccion (5) y/o una torsion (14) del elemento de refuerzo plano (9) de manera que el inserto de sellado (8) tiene con sus perfiles de sellado (10) una altura de operacion substancialmente identica en la region de los puntos de sellado entre los dos componentes a ser sellados.

Description

EMPAQUE CON INSERTO DE SELLADO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un empaque para sellar dos componentes en un motor de combustión, el empaque comprende por lo menos una capa y tiene por lo menos una abertura de paso para que fluido pase a través de la misma. El empaque de conformidad con la invención está diseñado de manera que, por lo menos en la única capa de metal en la por lo menos una abertura de paso, la por lo menos una capa forme una proyección, la proyección cuenta con un área de acoplamiento, en la cual existe una unión adhesiva entre la por lo menos una capa y un elemento de refuerzo plano de un inserto de sellado reforzado. Lo esencial aquí es que perfiles de sellado son aplicados al elemento de refuerzo plano fuera del área de acoplamiento, el inserto de sellado reforzado es posicionado mediante una torsión de la proyección y/o una torsión del elemento de refuerzo plano, de manera que el inserto de sellado tiene con sus perfiles de sellado una altura de operación substancialmente idéntica en la región de la zona de sellado entre los dos componente a ser sellados. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Hasta ahora es conocido en el arte previo que existen soluciones en las cuales los empaques de cabezal de cilindros también son acondicionados con un inserto de sellado en las aberturas de paso de fluido. No. de Ref. : 187993 Así, de la Patente DE 40 10 991 Al puede ser tomado un empaque de cabezal de cilindros de una sola capa de metal el cual tiene un anillo de sellado insertado en por lo menos una de las aberturas de paso, el anillo de sellado comprende material de metal suave reforzado, y proyecciones que sobresalen radialmente sobre la circunferencia exterior. Adicionalmente, en la Patente DE 102 35 742 B4 se describe un empaque de metal de cabezal de cilindros en el cual es colocado un inserto en las aberturas de paso de fluido, un perfil de sellado que comprende material elastomérico es acondicionado en el borde del inserto. La desventaja con respecto a la solución de la Patente DE 40 10 991 Al en particular es que el acoplamiento del anillo de refuerzo con la placa de sellado, se debe realizar mediante un proceso de calafateo costos. La fabricación de tal empaque de cabezal de cilindros por lo tanto es cara y de costos elevados. Más aun, el acoplamiento del anillo por medio de un proceso de calafateo no siempre garantiza una durabilidad de largo plazo. Además, también ha llegado a ser evidente que aun de esta manera puede no producirse un efecto de sellado óptimo. La inconveniencia con respecto a la solución descrita en la Patente DE 102 35 742 B4 es que el inserto acondicionado es acoplado solamente por moldeo de inyección, de manera que bajo una carga alta es problemático el efecto de sellado. Esta solución también significa que los sellos grandes solamente pueden ser producidos con un esfuerzo muy alto ya que son necesarias herramientas grandes. Adicionalmente existe la desventaja de que el intercambio de un inserto después del proceso de moldeo por inyección ya no es posible y así es muy complicada la posibilidad de una reparación. También es conocido el uso de empaques de metal de cabezal de cilindros del diseño descrito anteriormente con un inserto de conformidad con la Figura 4. En esta modalidad, el inserto es acoplado a una proyección por medio de una unión adhesiva. Sin embargo lo inconveniente aquí es que en esta modalidad, debe existir una correspondencia exacta de las alturas estructurales de las dos capas de metal y la altura del inserto con el fin de obtener un posicionamiento óptimo. SUMARIO DE LA INVENCIÓN De lo anterior, el objeto de la presente invención es configurar por lo menos un empaque de una sola capa de metal el cual es simple y de un costo eficaz en su proceso de fabricación y en el cual el inserto de sellado es conectado de forma segura al soporte básico. El empaque de metal de conformidad con la invención también tendrá un excelente efecto de sellado en el área de las aberturas de paso de fluido aun bajo una carga alta y permanente. Este objeto se consigue con las características de la reivindicación de patente 1. Las reivindicaciones dependientes listan los desarrollos convenientes. El elemento esencial de la solución de conformidad con la invención, así, es que el inserto de sellado, el cual comprende un elemento de refuerzo plano y perfiles de sellado acoplados a ambos laso del mismo, es posicionado mediante de una torsión del inserto de sellado reforzado plano y/o mediante una torsión de la proyección de manera que el inserto de sellado con sus perfiles tiene una altura de operación substancialmente idéntica en la región de la zona de sellado entre los dos componentes a ser sellados. Debido al diseño de la torsión, así es posible de una manera muy simple alcanzar el ajuste y posicionamiento exacto del inserto de sellado al configurar un ángulo de torsión específico ya sea para el elemento de refuerzo plano y/o para la proyección misma. En combinación con los perfiles de sellado los cuales son colocados sobre ambos lados del inserto de sellado plano, así un sello óptimo es posible aun bajo un alto esfuerzo en las aberturas de paso y aun con una carga permanente. También se debe enfatizar que el empaque de conformidad con la invención, como resultado de la torsión inventiva ya sea de la proyección y/o del elemento de refuerzo plano, es posible la producción simple de tal inserto de sellado y así también se hace posible la fabricación con un costo eficaz del empaque completo con buenas propiedades funcionales. En principio, el empaque de conformidad con la invención puede comprender una sola capa de metal o también puede componerse de una estructura que comprende por lo menos dos capas, en tal caso por lo menos una de las capas debe ser una capa de metal. En la modalidad del empaque de conformidad con la invención en la forma de un empaque de una sola capa, se prefiere para la proyección por si misma deba ser formada por una reducción en el espesor de la única capa. La reducción de espesor de la única capa toma lugar de conformidad con métodos conocidos per se del arte previo, especialmente por gofrado, maquinado, ataque superficial. Se prefiere en esta modalidad para la torsión, que sea formada en el elemento de refuerzo plano del elemento de sellado reforzado. El ángulo de la torsión se puede configurar aleatoriamente pero debe ser seleccionado de manera que los perfiles de sellado del inserto de sellado hagan posible una altura de operación substancialmente idéntica en el área de la zona de sellado entre los dos componente a ser sellados. En la modalidad del empaque de conformidad con la invención el cual tiene por lo menos dos capas, éstas por lo menos dos capas son formadas de manera que, en la por lo menos una abertura, la primera capa de metal tiene, en relación con la segunda capa y por lo menos en secciones, una proyección que apunta en la dirección de la abertura de paso. Esta proyección ahora forma el área de acoplamiento para una unión adhesiva entre la primera capa de metal y un elemento de refuerzo plano. Debido a la formación de la proyección en la primera capa, lo cual forma un área de acoplamiento para la unión adhesiva con el elemento de refuerzo, ahora es posible una conexión permanente la cual también es estable bajo un gran esfuerzo. Debido a que la proyección es formada por la primera capa por si misma, por lo menos en secciones, también es posible una fabricación simple y de costo eficaz por la correspondencia de forma de la capa. Una ventaja adicional crucial de la solución de conformidad con la invención se puede observar en el hecho de que, debido al área de acoplamiento formada, puede ser producida una unión adhesiva permanente entre el inserto de sellado y la capa. El inserto de sellado tiene, igual que en la variante de una sola capa de empaque, preferiblemente un arreglo simétrico en relación a las capas de sellado. Para producir la unión adhesiva entre la capa que forma la proyección y el inserto de sellado, el elemento de refuerzo plano del inserto de sellado es flexionado, la torsión se diseña de manera que el inserto de sellado sea montado flexiblemente y posicionado correctamente para adaptarse a los componente a ser sellados. Otra manera posible de producir la unión adhesiva de conformidad con la invención consiste en flexionar la proyección misma de la primera capa de metal.

La proyección de la primera capa de metal aquí puede ser formada ya sea extendiéndose completamente alrededor de la abertura de paso, o la proyección se encuentra presente solamente de manera parcial, en este caso no se extiende completamente alrededor de la abertura. Puede ser suficiente para dos hasta cinco proyecciones a ser acondicionadas. Un diseño correspondiente también es posible en el caso de la variante de una sola capa. De conformidad con la invención, el inserto de sellado por si mismo es formado de un elemento de refuerzo plano y un perfil de sellado elastomérico. El elemento de refuerzo comprende aquí en el caso más simple un metal, preferiblemente un acero inoxidable o un acero al carbono. De conformidad con la invención, perfiles de sellado son aplicados por lo menos en regiones al elemento de refuerzo plano. El perfil de sellado aquí puede ser vulcanizado sobre el elemento de refuerzo plano. El método de moldeo por inyección de elastómero económico puede utilizarse aquí el cual es llevado a cabo por ejemplo utilizando maquinas de moldeo de inyección o transferencia. Ambos métodos de moldeo de borde y moldeo de parte superior también son posibles. Dependiendo de la aplicación, los perfiles de sellado aquí pueden ser formados ya sea simétricos o asimétricos. Perfiles de sellado asimétricos pueden ser utilizados por ejemplo preferiblemente para aplanar las ranuras en los componentes contiguos. Las formas preferidas de los perfiles de sellado son pico de sellado, canales o rebordes de sellado. Como materiales elastoméricos pueden ser considerados aquí todos los materiales seleccionados del grupo: silicona, FPM (fluoropolímero) , HNBR (caucho de butadieno-nitrilo hidratado) , EPDM (caucho de etilenpropileno) , ACM (caucho de acrilato) , AEM (caucho de acrilato de etileno) y TPE (elastómeros termoplásticos) . De conformidad con los requerimientos, pueden ser utilizados diferentes materiales para los perfiles de sellado en diferentes aberturas de paso de fluido dentro de un empaque individual. Como ya se explicó con detalle inicialmente, una gran ventaja de la solución de conformidad con la invención se puede .ver en el hecho de que, debido al área de acoplamiento de la por lo menos una capa, formada mediante la proyección, es posible una unión adhesiva con el elemento de refuerzo plano del inserto de sellado. Por medio de soldadura, especialmente soldadura fuerte y/o soldadura de ultrasonido, láser, de punto o de proyección, puede ser producida una unión adhesiva del inserto de sellado con la proyección la cual es durable aun bajo altos esfuerzos. Estas soluciones son preferidas a una solución de pegamento las cuales en principio también pueden ser utilizadas en el empaque de conformidad con la invención. En todas estas técnicas de conexión existe básicamente la posibilidad de retirar insertos de sellado individuales, sin dañar significativamente el empaque, y después reemplazarlos por un inserto de sello diferente. El empaque de conformidad con la invención es preferiblemente un empaque de cabezal de cilindros para sellar el cabezal de cilindros del bloque de cilindros. En el caso de un empaque de cabezal de cilindros, naturalmente puede tener aberturas de paso adicionales y por lo menos una cámara de combustión. Es también posible que el empaque además de los insertos de conformidad con la invención contenga por lo menos un inserto sin una abertura. Esto permite utilizar capas de empaque idénticas para motores con diferentes patrones conductos de fluido. Ha llegado a ser evidente que el empaque de conformidad con la invención es apropiado especialmente para sellar conductos de fluido en motores de combustión, especialmente en vehículos comerciales, pero también es apropiado para aplicaciones estacionarias. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención se explicará con mayor detalle más adelante con la ayuda de cuatro Figuras . La Figura 1 muestra el área de una abertura de paso de fluido de un empague de cabezal de cilindros que comprende dos capas, en una vista en planta. Las Figuras 2A-2C muestran las secciones designadas con A-A, B-B y C-C en la Figura 1.

La Figura 3 muestra en sección la estructura de un empaque de cabezal de cilindros de metal de conformidad con la invención que comprende una sola capa. La Figura 4 muestra la estructura de un empaque de cabezal de cilindros de metal para el área de la abertura de paso de fluido, de conformidad con el arte previo. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 1 ahora muestra una sección de un empaque de cabezal de cilindros de metal de múltiples capas 1 el cuál se relaciona con la parte de un empaque de cabezal de cilindros el cuál tiene la abertura de paso de fluido 2. En el empaque de cabezal de cilindros de metal 1 de conformidad con la modalidad de la Figura 1, una abertura de paso de cámara de combustión es designada con el número 12. Naturalmente el empaque de cabezal de cilindros puede tener una pluralidad de aberturas de paso de cámaras de combustión 12 y una pluralidad de aberturas de paso de fluido 2 las cuales incluso pueden diferir en sus dimensiones. En la Figura 1 el inserto es designado con el número 8. De acuerdo con la Figura 1 se muestra, la modalidad representada que tiene solamente tres tipos de proyecciones 5 - que representan tres modalidades diferentes - las cuales después forman el área de acoplamiento 6 para la unión adhesiva con el inserto de sellado 8. El elemento de refuerzo 9 aquí es proporcionado en una modalidad simétrica con un perfil de sellado 10 que se extiende en ambos lados. Las Figuras 2a, 2b y 2c muestran dos variantes diferentes con respecto del diseño del inserto de sellado y de las proyecciones . La Figura 2a reproduce la sección A-A de la Figura 1. El inserto de sellado 8 aquí tiene un elemento de refuerzo 9 el cual es acondicionado con una torsión. De acuerdo con la Figura 2a muestra, la línea central imaginaria 16 del inserto de sellado 8 se fusiona en la línea central imaginaria 17 del empaque. Esto garantiza un arreglo simétrico del inserto de sellado 8 en relación con las capas de empaque 3, 4. El perfil de sellado 10 es aplicado simétricamente en ambos lados al elemento de refuerzo plano 9. En el estado montado, estas caras extremas, designadas con el número 10', de los perfiles de sellado 10 después forman el punto de contacto con el componente que será sellado. En el presente caso, debido a la formación simétrica del perfil de sellado 10 y la torsión 14, una orientación del inserto de sellado es alcanzada lo cual hace posible una altura de operación idéntica. El elemento de refuerzo flexionado 9 está, como puede ser visto de la Figura 2a, conectado solamente por medio de un proceso de soldadura a la proyección 5 de la capa 3 del empaque de cabezal de cilindros. La capa 3 en la modalidad de conformidad con la Figura 2a y el elemento de refuerzo 9 aquí son formados del mismo material o del mismo tipo de material, de manera que se pueda realizar un proceso de soldadura. Figura 2b ahora muestra la sección B-B de la Figura 1, el inserto de sellado 8 no está flexionado en este caso, pero la capa 3 está formada con una torsión 15. Los números de referencia 16, 17 designan, de la misma forma igual que en la Figura la, las líneas centrales imaginarias del inserto de sellado 8 y del empaque con las capas 3, 4. El inserto de sellado 8 tiene así nuevamente un arreglo simétrico con respecto a las capas 3, 4. La torsión 15 ahora produce nuevamente una proyección 5 y un área de acoplamiento correspondiente 6, de manera que es posible una soldadura 7. En la modalidad de conformidad con las Figuras 1 y 2a-2c, la capa 3 y el elemento de refuerzo 9 son formados de metal, de manera que la soldadura 7 se puede llevar a cabo por medio de métodos de soldadura conocidos. La capa 4 también consiste de metal en el ejemplo mostrado, y el perfil de sellado consiste de FPM. Figura 3 muestra ahora una modalidad de la invención en la cual el empaque de cabezal de cilindros de metal se construye de una sola capa 3. La capa 3 aquí forma una proyección 5 la cual ha sido introducida en la capa de metal por métodos de procesamiento de metales, tales como gofrado, maquinado, ataque superficial. En el ejemplo de conformidad con la Figura 3, el elemento de refuerzo plano 9 del inserto de sellado 8 tiene una torsión 14. El miembro libre de la torsión 14 es conectado por soldadura 7 con la proyección 5. El área de acoplamiento aquí es designada con el número 6. En el ejemplo de conformidad con la Figura 3, el inserto de sellado 8 está posicionado nuevamente de manera que se alcanza una altura de operación substancialmente idéntica entre los componentes a ser sellados. Esto es representado por las flechas. Para alcanzar una altura de operación aproximadamente idéntica, no es necesario que cada uno de los perfiles de sellado 10 sea formado simétrico y a la misma altura, sino que es también naturalmente posible utilizar perfiles de sellado de alturas diferentes si después es realizada una compensación apropiada mediante la torsión 14, de manera que nuevamente se alcanza una altura de operación substancialmente idéntica. La definición de "altura de operación substancialmente idéntica" se refiere en la presente invención solamente al área de los componentes a ser sellados los cuales están en contacto con los perfiles de sellado 10. Finalmente, la Figura 4 muestra una modalidad del arte previo en la cual el inserto de sellado con perfiles de sellado simétricos también es acoplado a un empaque de cabezal de cilindros de metal de doble capa por medio de una proyección. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por el solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un empaque para sellar dos componentes en un motor de combustión, caracterizado porque comprende por lo menos una capa de metal la cual tiene por lo menos una abertura de paso para que un fluido pase a través de la misma, en la por lo menos una abertura de paso de la por lo menos una capa, una proyección está presente la cual apunta en la dirección de la abertura de paso y forma un área de acoplamiento y en la cual es colocado un inserto de sellado reforzado por medio de una unión adhesiva con un elemento de refuerzo plano, perfiles de sellado son aplicados en ambos lados del elemento de refuerzo plano fuera del área de acoplamiento, y el inserto de sellado reforzado es posicionado mediante una torsión de la proyección y/o una torsión del elemento de refuerzo plano de manera que el inserto de sellado tiene con sus perfiles de sellado una altura de operación substancialmente idéntica en la región de los puntos de sellado entre los dos componentes a ser sellados .
2. El empaque plano de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el inserto de sellado es colocado simétricamente dentro del empaque construido de por lo menos una capa.
3. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el empaque es un empaque de una sola capa y la proyección es formada por una reducción del espesor de la única capa y el elemento de reforzamiento plano del inserto de sellado reforzado tiene una torsión.
4. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el empaque tiene por lo menos dos capas, la por lo menos una capa de metal forma una proyección como un área de acoplamiento en la dirección de la abertura de paso al ser torcida en relación con una segunda capa.
5. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 4, caracterizado porque la proyección de la primera capa de metal tiene una torsión, el miembro libre de la torsión forma el área de acoplamiento.
6. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 4, caracterizado porque el elemento de refuerzo plano tiene una torsión, y el miembro libre de la torsión forma el área de acoplamiento.
7. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la única o primera capa de metal consiste de un acero inoxidable o acero al carbono.
8. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, y 4 a 7, caracterizado porque la segunda capa consiste de acero inoxidable o un acero al carbono .
9. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la proyección es formada solamente de manera parcial, no se extiende completamente alrededor de la abertura de paso.
10. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la proyección es formada para extenderse completamente alrededor de la abertura de paso.
11. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el inserto de sellado reforzado tiene perfiles de sellado elastoméricos.
12. El empaque plano de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el elemento de refuerzo plano consiste de un metal.
13. El empaque plano de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el elemento de refuerzo consiste de un acero inoxidable o un acero al carbono.
14. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque la forma del elemento de refuerzo plano corresponde con la forma de la abertura de paso.
15. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque los perfiles de sellado son vulcanizados sobre el elemento de refuerzo.
16. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque los perfiles de sellado de los insertos de sellado son moldeados por métodos de moldeo de borde o por métodos de moldeo de parte superior.
17. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque los perfiles de sellado son aplicados asimétricamente al elemento de refuerzo plano.
18. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque los perfiles de sellado son aplicados simétricamente al elemento de refuerzo plano.
19. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque los perfiles de sellado son formados en la forma de picos de sellado, canales o rebordes de sellado.
20. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque el material elastomérico es seleccionado del grupo: silicona, FPM, HNBR, NBR, EPDM, ACM, AEM y TPE.
21. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque la unión adhesiva es producida por pegamento y/o soldadura, especialmente soldadura de ultrasonido, láser, de punto o de proyección, y/o por soldadura fuerte.
22. El empaque plano de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque el empaque es un empaque de cabezal de cilindros para sellar el cabezal de cilindros del bloque de cilindros y tiene aberturas de paso adicionales por lo menos para la por lo menos una cámara de combustión.
23. El uso del empaque de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22 para sellar conductos de fluido en motores de combustión.
24. El uso de conformidad con la reivindicación 23 para motores de combustión en vehículos comerciales.
25. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 23 ó 24, para sellar un cabezal de cilindros de un bloque de cilindros.