RU2358172C2

RU2358172C2 - Металлическая прокладка

Info

Publication number: RU2358172C2
Application number: RU2006134009/06A
Authority: RU
Inventors: Йорг ШМИТЦ (US); Йорг ШМИТЦ
Original assignee: Федерал-Моугал Корпорейшн
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2009-06-10
Also published as: CA2556707A1; JP2007525629A; US8556271B2; US20110192369A1; RU2006134009A; WO2005081957A2; WO2005081957A3; EP1740817B1; US20050189724A1; EP1740817A2; EP1740817A4

Abstract

Изобретение относится к уплотнительной технике. Многослойная металлическая прокладка содержит, по меньшей мере, два металлических слоя, имеющих совпадающие отверстия и совпадающие уплотняющие выступы, окружающие эти отверстия. Частично стопорный слой расположен между слоями прокладки и имеет меньшую площадь, чем площадь любого из слоев прокладки. Частично стопорный слой проходит от отверстия в радиальном направлении наружу за уплотняющие выступы, прикреплен к одному из слоев только на одной стороне уплотняющих выступов и свободен на противоположной стороне. Описана установка с многослойной металлической прокладкой. Изобретение повышает надежность уплотнения. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в основном, к многослойным металлическим прокладкам и, в частности, к прокладкам, имеющим, по меньшей мере, два отбортованных слоя, разделенных частично стопорным слоем.

Уровень техники

Многослойные металлические прокладки используются в двигателях для создания уплотнения между двумя частями двигателя, соединенными болтами, или другими зажимными устройствами, такими частями двигателя, как головка цилиндра и блок двигателя или приемная труба и блок двигателя.

Известны прокладки различной конфигурации, предназначенные для различных целей. Настоящее изобретение относится, главным образом, к таким прокладкам, которые имеют минимальную толщину и способны обеспечить эффективное уплотнение при довольно малом контактном давлении или способны противостоять выпучиваниям или провалам уплотняющего слоя, как это имеет место при использовании прокладки в головке цилиндра, где вкладыш цилиндра выступает над верхней герметизирующей крышкой блока двигателя. В этих далеко не идеальных условиях работы трудно обеспечить уплотнение, удовлетворяющее всем требуемым условиям.

Например, в патенте США 5544899 описана многослойная металлическая прокладка, имеющая два функциональных слоя, имеющих совмещенные отверстия и совмещенные выступы, окружающие эти отверстия. Частично стопорный слой расположен между функциональными слоями в пространстве, окружающем отверстия. В некоторых вариантах выполнения изобретения стопорный слой проходит только частично через уплотняющие выступы, что дает возможность выступам оседать один на другой под действием зажимного усилия. Проблема здесь заключается в том, что полное оседание выступов может вызвать, по меньшей мере, частичную декомпрессию и постоянное деформирование выступов и, следовательно, нарушение уплотняющих свойств прокладки. В другом варианте осуществления изобретения стопорный слой перекрывает выступы по всей ширине и приварен к противоположным сторонам уплотняющих выступов, при этом этот слой оказывается вложенным в один из двух выступов и деформируется вместе с ним. Стопорный слой в этом предпочтительном варианте выполнения изобретения предназначен для ограничения деформации того слоя прокладки, к которому этот слой приварен на противоположных сторонах выступа. Следовательно, ограничительный функциональный слой сжимается при намного большей нагрузке, чем другой слой, и общее усилие сжатия прокладки возрастает, что делает неудобным применение прокладок в тех случаях, когда необходима минимальная толщина прокладки и малая ее сжимаемость.

В патенте США 5628518 описана металлическая многослойная прокладка другого типа, у которой средний слой должен быть полным, а не частичным. Хотя такая прокладка может быть предназначена для многих целей, но толщина полного среднего слоя добавляется ко всей толщине прокладки, что может быть неприемлемо для тех применений, когда требуется прокладка минимальной толщины.

Целью настоящего изобретения является преодоление или сведение к минимуму недостатков известных прокладок и создание такой прокладки, которая наилучшим образом подходит для тех применений, где требуются прокладки минимальной толщины и легкой сжимаемости.

Раскрытие изобретения

Многослойная металлическая прокладка по предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения содержит набор из, по крайней мере, первого и второго слоя с, в основном, плоской поверхностью, каждый из которых имеет, по крайней мере, одно отверстие, совпадающее с отверстием в другом слое, и, по крайней мере, один дополнительный уплотняющий выступ, при этом выступы расположены один напротив другого и поднимаются над соответствующими поверхностями оснований, располагаясь в радиальном направлении наружу и вокруг упомянутых отверстий. Прокладка дополнительно содержит частично стопорный слой, расположенный между упомянутыми слоями прокладки, площадь которого меньше площади любого из упомянутых слоев. Стопорный слой проходит полностью через упомянутый уплотняющий выступ с внутренней в радиальном направлении стороны упомянутых уплотняющих выступов к наружной в радиальном направлении стороне упомянутых уплотняющих выступов и прикреплен к, по меньшей мере, одному из упомянутых слоев вблизи только одной стороны упомянутых уплотняющих выступов и свободен на противоположной стороне уплотняющих выступов.

Одним из преимуществ настоящего изобретения является то, что прокладка имеет минимальную толщину с относительно легкой сжимаемостью и контролируемой деформацией уплотняющих выступов.

Полностью проходя через уплотняющие выступы, стопорный слой обеспечивает, в основном, постоянное сжатие всего уплотняющего выступа во всех слоях прокладки. Более того, будучи прикрепленным только на одной стороне и свободным на противоположной стороне уплотняющих выступов, стопорный слой чрезмерно не ограничивает деформацию уплотняющего выступа на том слое прокладки, к которому прикреплен стопорный слой, обеспечивая тем самым более постоянную деформацию уплотняющим выступам.

Краткое описание чертежей

Эти и другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут более ясны при рассмотрении нижеследующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено:

фиг.1 - частичный вид прокладки согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг.2 - разрез по линии 2-2 фиг.1, в увеличенном масштабе;

фиг.3 - разрез тот же, что и на фиг.2, но показывающий прокладку в сжатом состоянии;

фиг.4 - разрез предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения;

фиг.5 - разрез еще одного предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения;

фиг.6 - разрез еще одного предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения;

фиг.7 - разрез еще одного предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Многослойная металлическая прокладка, разработанная в соответствии с первым предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, обозначена на фиг.1 и 2 позицией 10 и содержит набор, по меньшей мере, первого и второго слоев 12, 14 и частично стопорный слой 16 между слоями 12, 14. Слои 12, 14 изготовлены из эластичного листового металла, такого как нержавеющая сталь или подобный материал, и имеют отверстия различной формы, в том числе, по крайней мере, одно, а чаще несколько отверстий 18 для цилиндров 20 двигателя, расположенных в блоке 22 двигателя, который в некоторых двигателях может содержать вкладыш 24 цилиндра, показанный на фиг.2. Отверстия 18 цилиндра и отверстия слоев 12, 14 прокладки совмещены, и каждый слой 12, 14 прокладки имеет соответствующий эластичный уплотняющий выступ 26, 28, окружающий по кругу отверстие 18. Уплотняющие выступы 26, 28 получены посредством деформации первого и второго слоев 12, 14 и представляют собой валик материала слоя прокладки, предпочтительно, в форме полного выступа, который выдается над плоскостью оснований 30, 32 соответствующих слоев 12, 14 прокладки. Уплотняющие выступы 26, 28 первого и второго слоев 12, 14 прокладки совмещены и направлены друг к другу, как показано в варианте выполнения изобретения по фиг.2. Уплотняющие выступы 26, 28 расположены в радиальном направлении наружу от отверстия 18 цилиндра, при этом образуются внутренние участки 34, 36, окружающие отверстие 18 и отделяющие уплотняющие выступы 26, 28 от отверстия 18. Участки 34, 36 являются частью оснований 30, 32 слоев 12, 14 прокладки, имеют, предпочтительно, плоскую поверхность и параллельны друг другу. На противоположных в радиальном направлении внешних сторонах уплотняющих выступов 26, 28 выполнены внешние участки 38, 40, которые являются частью оснований 30, 32 и имеют плоскую поверхность, предпочтительно, параллельны, а еще более предпочтительно, лежат в той же плоскости, что и внутренние участки 34, 36 соответственно, при этом на внешнюю поверхность слоев 12, 14 прокладки может быть нанесено прорезиненное покрытие 42.

Частично стопорный слой 16 расположен между слоями 12, 14 прокладки, а более точно - между уплотняющими выступами 26, 28. Частично стопорный слой является «частичным» в том смысле, что площадь его существенно меньше площади либо первого, либо второго слоя 12, 14 прокладки. Как показано на фиг.2, частично стопорный слой 16 проходит от отверстия 18 цилиндра в радиальном направлении наружу к участкам 38, 40, расположенным сразу за уплотняющими выступами 26, 28. Частично стопорный слой 16 прикреплен, предпочтительно, посредством сварки к, по меньшей мере, одному и, предпочтительно, только к одному из двух слоев 12, 14. В первом варианте, показанном на фиг.2, стопорный слой 16 прикреплен к первому слою 12 сваркой в точке 41, расположенной в радиальном направлении вовнутрь от уплотняющих выступов 26, 28. Противоположный наружный край 43 стопорного слоя 16 расположен в радиальном направлении наружу от уплотняющих выступов 26, 28 и в этом варианте свободен и не прикреплен ни к какому-либо из соседних слоев 12, 14. Для первого варианта выполнения изобретения, показанного на фиг.2, также как и для других вариантов, следует обратить внимание на то, что стопорный слой крепится только одной своей стороной, предпочтительно, стороной, расположенной в радиальном направлении вовнутрь от выступа и вблизи отверстия 18 цилиндра, тогда как другой конец стопорного слоя на противоположной стороне уплотняющего выступа не закреплен и при сжатии прокладки 10 свободно перемещается относительно того слоя, к которому он прикреплен. В варианте выполнения изобретения, показанном на фиг.2, стопорный слой 16 прикреплен к внутренней в радиальном направлении части 34 первого слоя 12 прокладки в месте между отверстием 18 цилиндра и уплотняющим выступом 26. Предпочтительно стопорный слой 16 крепится посредством сварки, предпочтительно, лазерной сварки, хотя могут быть применены и другие технологии, такие как клепка, склеивание, использование связующего слоя и другие. В данном первом варианте выполнения настоящего изобретения частично стопорный слой 16 имеет плоскую поверхность. Далее, в данном варианте выполнения настоящего изобретения, совмещенные уплотняющие выступы 26, 28 проходят в одном направлении, при этом уплотняющий выступ 26 первого слоя расположен над основанием 30, а уплотняющий выступ 28 второго слоя 14 расположен в том же направлении относительно первого слоя 12. Вершина уплотняющего выступа 28 второго слоя 14 контактирует с нижней поверхностью стопорного слоя 16 со стороны, противоположной стороне крепления его к первому слою 12, и в области перекрытия уплотняющего выступа 26 первого слоя 12.

На фиг.3 показано, что гильза 24 цилиндра немного выступает над верхней частью 44 блока двигателя 22. Прокладка 10 выполнена легко сжимаемой для того, чтобы принять форму выступающей гильзы и обеспечить приемлемое уплотнение между блоком 22 с гильзой 24 и головкой 46 цилиндра, которая прикреплена болтами или иным способом к блоку 22, что показано на фиг.3. Прокладка 10 выполнена с возможностью деформирования под относительно небольшим усилием, что позволяет ей обогнуть выступ, образованный гильзой 24 цилиндра над верхней частью 44 блока 20, и на противоположной стороне образовать уплотнение с головкой 46 цилиндра, что позволяет герметизировать цилиндр 20 от протечек. Когда стопорный слой 16 прикреплен только к одной стороне уплотняющего выступа 26, тогда этот слой не полностью сдерживает деформацию уплотняющих выступов и прокладка в целом становится более мягкой, сжимаемой, с уменьшенной толщиной. В частности, как показано на фиг.3, когда прокладка сжата, тогда уплотняющие выступы сжаты до плоского состояния и стремятся выйти наружу, вызывая некоторое перемещение слоев 12, 14, показанное на фиг.3 в увеличенном масштабе в целях иллюстрации. Любое такое перемещение или скольжение слоев прокладки не ограничивается частично стопорным слоем, поскольку он закреплен только на одной стороне уплотняющего выступа и свободен на противоположной стороне 38.

На фиг.4 показана прокладка 110, выполненная в соответствии со вторым предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, где для обозначения одинаковых элементов использованы те же номера, что и ранее, но с добавлением цифры 100. Эта прокладка 110 имеет ту же конструкцию, что и прокладка, показанная на фиг.2, за исключением того, что второй слой 14 перевернут, благодаря чему уплотняющие выступы 126, 128 направлены в противоположные стороны друг относительно друга. Еще одна особенность заключается в том, что стопорный слой 116 прикреплен ко второму слою 114, хотя он может быть прикреплен и к первому слою 112. Преимущества, описанные выше для прокладки 10 по первому варианту выполнения настоящего изобретения, действительны и для прокладки 110 по второму предпочтительному варианту выполнения.

На фиг.5 показана прокладка 210, выполненная в соответствии с третьим предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, где для обозначения одинаковых элементов использованы те же номера, что и в первом варианте, но с добавлением цифры 200. Прокладка 210 аналогична по конструкции прокладке, показанной на фиг.4, за исключением того, что стопорный слой 16 имеет выступ 50, который вложен в выступ 228 второго слоя, к которому он прикреплен.

На фиг.6 показана прокладка 310, выполненная в соответствии с четвертым предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, где для обозначения одинаковых элементов использованы те же номера, что и ранее, но с добавлением цифры 300. В этом варианте первый слой 312 перевернут, при этом уплотняющие выступы 326, 328 направлены один к другому, а стопорный слой 316, прикрепленный ко второму слою 314, имеет выступ 52, который вложен в уплотняющий выступ 328 второго слоя 314.

На фиг.7 показана прокладка 410, выполненная в соответствии с пятым предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, где для обозначения одинаковых элементов использованы те же номера, что и ранее, но с добавлением цифры 400. В этом варианте выполнения конструкция прокладки аналогична конструкции, показанной на фиг.2, за исключением того, что точка сварки 441 расположена на внешней стороне 443 стопорного слоя в радиальном направлении наружу от выступов 426, 428 вместо расположения в радиальном направлении к центру. Часть стопорного слоя 416, расположенная в радиальном направлении к центру от выступов 426, 428, не прикреплена к слоям 412, 414. Из фиг.7 следует, что блок двигателя 422 не имеет гильзы. Прокладка 410 одинаково применима для двигателей с гильзами и двигателями без вкладышей, таких, какие рассмотрены выше в других вариантах выполнения настоящего изобретения. Понятно, что предмету изобретения соответствует расположение точки сварки 441, показанное на фиг.7, и для других вариантов выполнения настоящего изобретения, показанных на фиг.4-6.

Очевидно, что многие изменения и усовершенствования возможны в свете приведенных выше пояснений. Таким образом, должно быть ясно, что в пределах прилагаемой формулы изобретение может быть реализовано иначе, чем это описано. Сущность изобретения определяется формулой.

Claims

1. Многослойная металлическая прокладка, содержащая, по меньшей мере, первый и второй слои с в основном плоскими поверхностями, каждый из которых имеет, по меньшей мере, одно отверстие, совпадающее с отверстием в другом слое, и, по меньшей мере, один дополнительный уплотняющий выступ, при этом выступы расположены один напротив другого и возвышаются над соответствующими поверхностями оснований, располагаясь в радиальном направлении наружу и вокруг упомянутых отверстий, и частично стопорный слой, расположенный между упомянутыми слоями прокладки, площадь которого меньше площади любого из упомянутых слоев, причем стопорный слой проходит полностью через упомянутый уплотняющий выступ с внутренней в радиальном направлении стороны упомянутых уплотняющих выступов к наружной в радиальном направлении стороне упомянутых уплотняющих выступов и прикреплен к, по меньшей мере, одному из упомянутых слоев вблизи только одной стороны упомянутых уплотняющих выступов и свободен на противоположной стороне уплотняющих выступов.

2. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что стопорный слой прикреплен к, по меньшей мере, одному упомянутому слою прокладки на внутренней в радиальном направлении стороне уплотняющих выступов.

3. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что стопорный слой прикреплен только к одному из упомянутых слоев прокладки.

4. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что стопорный слой прикреплен к внутренней в радиальном направлении его стороне.

5. Прокладка по п.4, отличающаяся тем, что стопорный слой имеет наружную в радиальном направлении сторону, которая не прикреплена к упомянутым слоям прокладки.

6. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что уплотняющие выступы выполнены один по направлению к другому.

7. Прокладка по п.6, отличающаяся тем, что стопорный слой имеет выступ, который вложен в один из упомянутых выступов упомянутых слоев прокладки.

8. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что уплотняющие выступы выполнены один в сторону от другого.

9. Прокладка по п.8, отличающаяся тем, что стопорный слой имеет плоскую поверхность.

10. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что уплотняющие выступы ориентированы в одном направлении.

11. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что стопорный слой имеет плоскую поверхность.

12. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что стопорный слой проходит в радиальном направлении внутрь и наружу за уплотняющие выступы.

13. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что стопорный слой прикреплен к упомянутому, по меньшей мере, одному слою прокладки на наружной в радиальном направлении стороне уплотняющих выступов.

14. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что стопорный слой прикреплен к наружной в радиальном направлении ее стороне.

15. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что стопорный слой имеет внутреннюю в радиальном направлении сторону, которая не прикреплена к упомянутым уплотняющим выступам.

16. Установка, содержащая блок двигателя, имеющий, по меньшей мере, одно отверстие для цилиндра, снабженное гильзой, головку цилиндра, прокладку, расположенную между блоком двигателя и головкой цилиндра и содержащую, по меньшей мере, первый и второй слои с в основном плоскими поверхностями, каждый из которых имеет, по меньшей мере, одно отверстие, совпадающее с отверстием в другом слое, и, по меньшей мере, один дополнительный уплотняющий выступ, при этом выступы расположены один напротив другого и возвышаются над соответствующими поверхностями оснований, располагаясь в радиальном направлении наружу и вокруг упомянутых отверстий, и частично стопорный слой, расположенный между упомянутыми слоями прокладки, площадь которого меньше площади любого из упомянутых слоев, причем стопорный слой проходит полностью через упомянутый уплотняющий выступ с внутренней в радиальном направлении стороны упомянутых уплотняющих выступов к наружной в радиальном направлении стороне упомянутых уплотняющих выступов и прикреплен к, по меньшей мере, одному из упомянутых слоев вблизи только одной стороны упомянутых уплотняющих выступов и свободен на противоположной стороне уплотняющих выступов, при этом упомянутая прокладка выполнена с возможностью введения в контакт с гильзой цилиндра.

17. Установка по п.16, отличающаяся тем, что стопорный слой прикреплен к упомянутому, по меньшей мере, одному слою на внутренней в радиальном направлении стороне уплотняющих выступов.

18. Установка по п.16, отличающаяся тем, что стопорный слой прикреплен только к одному из упомянутых слоев прокладки.

19. Установка по п.16, отличающаяся тем, что стопорный слой прикреплен к внутренней в радиальном направлении его стороне.

20. Установка по п.19, отличающаяся тем, что стопорный слой имеет наружную в радиальном направлении сторону, которая не прикреплена к упомянутым слоям прокладки.

21. Установка по п.16, отличающаяся тем, что уплотняющие выступы выполнены один по направлению к другому.

22. Установка по п.21, отличающаяся тем, что стопорный слой имеет выступ, который вложен в один из упомянутых выступов упомянутых слоев прокладки.

23. Установка по п.16, отличающаяся тем, что уплотняющие выступы выполнены один в сторону от другого.

24. Установка по п.23, отличающаяся тем, что стопорный слой имеет плоскую поверхность.

25. Установка по п.16, отличающаяся тем, что уплотняющие выступы ориентированы в одном направлении.

26. Установка по п.16, отличающаяся тем, что стопорный слой имеет плоскую поверхность.

27. Установка по п.16, отличающаяся тем, что стопорный слой проходит в радиальном направлении внутрь и наружу за уплотняющие выступы.

28. Установка по п.16, отличающаяся тем, что стопорный слой прикреплен к упомянутому, по меньшей мере, одному слою прокладки на наружной в радиальном направлении стороне уплотняющих выступов.

29. Установка по п.16, отличающаяся тем, что стопорный слой прикреплен к наружной в радиальном направлении ее стороне.

30. Установка по п.19, отличающийся тем, что стопорный слой имеет внутреннюю в радиальном направлении сторону, которая не прикреплена к уплотняющим выступам.