SE450730B

SE450730B - LAMINATED CYLINDER COVER GASKING AND SET TO MAKE IT

Info

Publication number: SE450730B
Application number: SE8204206A
Authority: SE
Inventors: R S Pearlstein
Original assignee: Felt Products Mfg Co
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1982-07-07
Publication date: 1987-07-20
Also published as: GB2101239B; FR2509414B1; SE8204206D0; DE3225420A1; JPS5817258A; MX154072A; SE8204206L; FR2509414A1; GB2101239A; JPH041232B2

Description

15 20 25 30 35 450 750 2 om beläggningen eller behandlingen först gjordes och tätnings- . mönstret därefter pålades. 15 20 25 30 35 450 750 2 if the coating or treatment was first done and sealing. the pattern was then applied.

En packning enligt föreliggande uppfinning kan ut- göras av en cylinderlockspackning för en förbränningsmotor.A gasket according to the present invention may be a cylinder head gasket for an internal combustion engine.

”Dess särdrag framgår av patentkraven 1 - 10. Sättet att fram- 'ställa en dylik packning har erhållit de i patentkráven 11 - 15 angivna'kännetecknen.Its features are set out in claims 1 to 10. The method of producing such a gasket has obtained the features set out in claims 11 to 15.

På ritningen visar _ fig. 1 en planvy ovanifrân av en packning enligt föreliggande uppfinning, _ fig. 2 ett snitt genom en del av en dieselmotor med en packning enligt fig. 1, _ fig. 3 i en delplanvy kärnan i packningen enligt fig. 1 med ett tätningsmönster, fig. 4 en delplanvy, liknande fig. 3, av packningen enligt fig. 1, I fig. 5 ett förstorat snitt utmed linjen 5 - 5 i fig. 4 och ' fig. 6 i större skala en del av fig. 5, sedan den förkomprimerats enligt uppfinningen. _ På ritningen använder en dieselmotor-1 med ett cylin- derlock 2 och ett cylinderblock 3 en packning 10, som är speciellt utformad och uppbyggd för att användas däri. Cylinder- blocket 3 visas med ett cylinderhål 4, ett cylinderfoder 5 och en kolv 6. Motorn 1 har flera förbränningscylindrar 4, av vilka endast en visas i fig. 2. ' Packningen 10 utgöres av ett laminat och består som synes av en i huvudsak plan, fast, expanderad metallkärna 14 och ett par i huvudsak plana expanderbara täckskikt 16. Kär- nan 14 har övre och nedre plana ytor, såsom ytorna 18, vid vilka_täckskikten 16 är laminerade. Kärnan kan även vara präg- lad eller på annat sätt ytmodifierad, exempelvis genom etsning, på valfria ställen.In the drawing - Fig. 1 shows a plan view from above of a gasket according to the present invention, - Fig. 2 a section through a part of a diesel engine with a gasket according to Fig. 1, - Fig. 3 in a partial plan view the core of the gasket according to fig. 1 with a sealing pattern, Fig. 4 a partial plan view, similar to Fig. 3, of the gasket according to Fig. 1, In Fig. 5 an enlarged section along the line 5 - 5 in Fig. 4 and Fig. 6 on a larger scale a part of Fig. 5, after it has been pre-compressed according to the invention. In the drawing, a diesel engine-1 with a cylinder cover 2 and a cylinder block 3 uses a gasket 10, which is specially designed and constructed for use therein. The cylinder block 3 is shown with a cylinder hole 4, a cylinder liner 5 and a piston 6. The engine 1 has several combustion cylinders 4, of which only one is shown in Fig. 2. The gasket 10 consists of a laminate and apparently consists of a substantially flat, solid, expanded metal core 14 and a pair of generally planar expandable cover layers 16. The core 14 has upper and lower planar surfaces, such as the surfaces 18, at which the cover layers 16 are laminated. The core can also be embossed or otherwise surface-modified, for example by etching, in optional places.

Täckskikten 16 är utformade i ett kompressibelt kom- positmaterial för packningsytor och kan vara fiberarmerade.The cover layers 16 are formed in a compressible composite material for packing surfaces and can be fiber-reinforced.

De är lamineradc mekaniskt eller med bindemedel vid ytorna 18, 10 15 20 25 30 35 4500750 3 exempelvis med ett lämpligt värmeaktiverat bindemedel. Lämp- liga värmeaktiverbara bindemedel innefattar fenolnitrilgummi och polybutylgummi, som lämpligen först appliceras på täck- skiktsytorna. Täckskikten kan innehålla asbest; glasfiber eller andra lämpliga fibermaterial och kan använda nitril-, neopren- eller polyakrylelaster som bindemedel; Ofta består bindemedlet av mellan 15 och 25 % av täckskiktet, vare sig asbest eller fibrer eller andra organiska eller oorganiska fibrer, fyllmedel eller liknande användes. I den visade ut- föringsformen har täckskikten 16 en tjocklek på omkring 0,6 mm, fastän detta naturligtvis kæïvariera med tillämpningen.They are laminated mechanically or with adhesive at the surfaces 18, for example with a suitable heat-activated adhesive. Suitable heat-activatable binders include phenol nitrile rubber and polybutyl rubber, which are suitably first applied to the topcoat surfaces. The cover layers may contain asbestos; fiberglass or other suitable fibrous materials and may use nitrile, neoprene or polyacrylic elastomers as binders; Often the binder consists of between 15 and 25% of the cover layer, whether asbestos or fibers or other organic or inorganic fibers, fillers or the like are used. In the embodiment shown, the cover layers 16 have a thickness of about 0.6 mm, although this of course varies with the application.

Täckskikten 16 motstår vanligen nedbrytning av oljor och kyl- medel, bibehåller moment, minimerar utklämning_och uppvisar värmebeständighet. I Packningen 10 är bearbetad så, att cylinderöppningar 20 och hål, såsom skruvhål 22, och flera olje- och vatten- kanaler 2H bildas. Kärnan utgöres av kallvalsat stål och dess tjocklek kan variera med användningen. Tjocklekar från cirka 0,15 mm till cirka 1,25 mm är typiska. För att förbättra» vidhäftningsförmågan kan kärnytorna 18 vara fosfaterade.The cover layers 16 usually resist degradation of oils and coolants, maintain torque, minimize squeezing and exhibit heat resistance. The gasket 10 is machined so that cylinder openings 20 and holes, such as screw holes 22, and several oil and water channels 2H are formed. The core consists of cold-rolled steel and its thickness can vary with use. Thicknesses from about 0.15 mm to about 1.25 mm are typical. To improve the adhesiveness, the core surfaces 18 may be phosphated.

I den visade utföringsformen uppvisar kärnan 10 en prägling 21,som omger cylinderöppningen 20. Packningen 10 kan sedan förses med en ringfcrmig förstärkning 25 runt präglingen 21 på känt sätt för att underlätta tätningen av cylinderöppningen. _ I föreliggande utföringsform är det önskade tätnings- mönstret 26 placerat på och fäst vid den ena av eller bägge ytorna på kärnan. Mönstret 26 kan omfatta en serie tätnings- vulster 28, 30 i de zoner där större tätningskrafter kräves i de. tillämpningar där packningen 10 skall användas. Typiskt är vulsterna 28 utformade för att i huvudsak omge cylinder- öppningarna. och vulsterna 30 för att i huvudsak omge vatten- och oljekanalerna mellan tillhörande lock och block. Stundom krävas på grund av utformningen av lock och block och skruv- hälens placering eller av andra konstruktionsskäl att vulst- utformningen är inte fullt cirkulär, som visas i fig. 1 och 3.In the embodiment shown, the core 10 has an embossing 21 which surrounds the cylinder opening 20. The gasket 10 can then be provided with an annular reinforcement 25 around the embossing 21 in a known manner in order to facilitate the sealing of the cylinder opening. In the present embodiment, the desired sealing pattern 26 is placed on and attached to one or both surfaces of the core. The pattern 26 may comprise a series of sealing beads 28, 30 in the zones where greater sealing forces are required in them. applications where the gasket 10 is to be used. Typically, the beads 28 are designed to substantially surround the cylinder openings. and the beads 30 to substantially surround the water and oil channels between associated lids and blocks. Sometimes due to the design of lids and blocks and the location of the screw heel or for other design reasons it is required that the bead design is not fully circular, as shown in Figs. 1 and 3.

(J: 10 15 20 25 '30 35 450 730 H I den visade utföringsformen kan tätningsmönstret 26 med vulsterna 28 och 30 utformas i ett kiseltätningsprepa- rat, som lämpligen pålägges genom stenciltryck, som beskrives i US-PS 3 477 867, med en höjd av i vulstens toppunkt på mel- lan cirka 0,15 mm och cirka 0,20 mm. Kiselpreparatet kan vara av flytande, värmehärdande tvâkomponentstyp. Då tätningsvulst- erna har anbringats och fästs vid den dimensionsstabila, högeligen vidhäftande kärnan, är deras placering exakt och “ beständig från packning till packning.In the embodiment shown, the sealing pattern 26 with the beads 28 and 30 can be formed in a silicon sealing composition, which is suitably applied by stencil pressure, as described in US-PS 3 477 867, with a height The silicon composition may be of the liquid, thermosetting two-component type. Once the sealing beads have been applied and attached to the dimensionally stable, highly adhesive core, their location is accurate and “Resistant from packing to packing.

Sedan tätningsmönstret har anbringats och härdats på känt sätt pâ kärnans 1U ytor 18, placeras kompressibla täck- skikt 16 över kärnan och mönstret och lamineras vid kärnan med ett konventionellt mellanliggande fästlager. Detta fäster täckskiktet vid kärnan och dessa lamineras under tryck.After the sealing pattern has been applied and cured in a known manner on the surfaces 18 of the core 1U, compressible cover layers 16 are placed over the core and the pattern and laminated to the core with a conventional intermediate fastening layer. This attaches the cover layer to the core and these are laminated under pressure.

Täckskiktet komprimeras och förtätas i området för tätnings- mönstret. Då kärnan är fosfaterad eller på annat sätt lämp- ligt behandlad För befordrandc av hindningcn, fäster täck- skikten 16 säkert vid kärnytorna och kommer eller kommer inte, beroende på det material som bildar mönstret, att fästa vid vulsterna 28 och 30. I alla händelser omger täckskikten och metallkärnan tätningsvulsterna. . Önskvärt är att täckskiktet är fäst vid kärnytan 18 i en zon Z, som tätt omger vulsterna, sä att de inneslutes och väsentlig rörelse hos mönstret och vulsterna i sidled förhindras, då packningen sättes under kompression. Vulsternas innerlutning har en mängd fördelar bl.a. att rörelse eller utklämning av vulsten, då den är elastisk, begränsas, vari- genom vulstens belastningskapacitet förbättras. Då täck- skiktet och kärnan omger vulsten mycket tätt, begränsas inte endast utklämning, utan de elastiska vulsterna tenderar att visa en något styvare lastutböjningskurva än om vulsterna skulle vara exponerade på täckskiktets yta, vilket är det vanliga.Under kompression tenderar vulsthoptryckningen så- s lunda att begränsas till ett visst inbäddande i den nedre, inre ytan av täckskiktet, men utan någon utklämning, så att en vulst och det överliggande skiktet kan verka som en tät- ning under större kompressionsbelastningar och effektivare än som tidigare varit möjligt. 10 15 20 30 35_ 450 736 5 Då packningar med tätningsmönster på dess ytor an- vändes, är det nödvändigt att till en början i huvudsak helt bädda in mönstret i täckskiktet, innan en belastning pålägges andra ytor av packningen. Med packningen enligt föreliggande uppfinning kan emellertid,beroende på förkompressionen i de inneslutna vulsternas zoner, påläggandet av belastningen i zoner andra än vulstzonerna ske i huvudsak omedelbart. Dä vulstmönstret är i huvudsak inkompressibelt, såsom exempel- vis elaster som kiselgummi och andra gummin, och då pack- ningen komprimeras i vulsten eller mönsterzonerna, antingen under användning eller under tillverkning, blir täckmaterialet över mönstret förtätat och tenderar i den utsträckning det är gnågot poröst, att bli till och med mer ogenomträngligt för fluider. Sålunda har täckmaterialet i denna zon förbättrat tätningsegenskaperna och de fysiska karakteristika, som skil- jer sig frän desamma i områdena omedelbart intill vulst- och mönsterzonerna.The cover layer is compressed and densified in the area of the sealing pattern. When the core is phosphated or otherwise suitably treated to advance the barrier, the cover layers 16 securely adhere to the core surfaces and will or will not, depending on the material forming the pattern, adhere to the beads 28 and 30. In any case surrounds the cover layers and the metal core the sealing beads. . It is desirable that the cover layer be attached to the core surface 18 in a zone Z which closely surrounds the beads so that they are enclosed and significant lateral movement of the pattern and beads is prevented when the gasket is put under compression. The inner slope of the beads has a number of advantages, e.g. that movement or squeezing of the bead, when it is elastic, is limited, thereby improving the load capacity of the bead. As the cover layer and the core surround the bead very tightly, not only is squeezing limited, but the elastic beads tend to show a slightly stiffer load deflection curve than if the beads were exposed on the surface of the cover layer, which is usual. Under compression, the bead compression tends thus to be limited to a certain embedding in the lower, inner surface of the cover layer, but without any squeezing, so that a bead and the overlying layer can act as a seal under greater compressive loads and more efficiently than previously possible. When gaskets with sealing patterns are used on their surfaces, it is necessary to initially embed the pattern substantially completely in the cover layer, before a load is applied to other surfaces of the gasket. However, with the gasket of the present invention, depending on the pre-compression in the zones of the enclosed beads, the application of the load in zones other than the bead zones can take place substantially immediately. When the bead pattern is substantially incompressible, such as elastomers such as silicone rubber and other rubbers, and when the gasket is compressed in the bead or pattern zones, either during use or during manufacture, the cover material over the pattern becomes dense and tends to be somewhat porous , to become even more impermeable to fluids. Thus, the cover material in this zone has improved the sealing properties and the physical characteristics, which differ from them in the areas immediately adjacent to the bead and pattern zones.

I fig. 5 visas packningen före kompression i tät- ningsmönstret och vulstzonentnUnder tillverkning komprimeras emellertid packningen i dessa zoner, så att täckskiktet för- tätas så, som illustreras i fig. 6. Där visas kiselgummi- vulsten 28 inbäddad i täckskiktet 16, och detta har i vulst- zonen komprimerats. Höjden Y av vulsten, som i fig. 5 var i huvudsak lika med täckskiktets upphöjning i vulstzonen, minskas i fig. 6 väsentligt till höjden X. önskvärt är att förhållandet mellan höjderna X och Y inte är större än cirka 1:2, och företrädesvis mindre. På så sätt blir ytan på packningen mera plan än på en där vulsten befinner sig på ytan¿ vilket för- stärker packningens tätningsegenskaper över dess hela yta. _ Ännu en fördel med packningen enligt denna uppfinningär attvulsten skyddas, inte endast från utklämning, utan från ytfenomen. Dylika fenomen omfattar sönderslitning eller skad: ande av vulsterna under transport, handhavande och installering, liksom tendensen till förslitning eller förstöring av vulsten under användning i motorn. Dylik förslitning kan bero på ojämna anliggningsytor som skall tätas, där tendensen för sprickor eller brott på vulsten på grund av ojämna ytor är hög. Dessutom är det känt att överdriven värme tenderar att 10 15 25 30 35 450 750 6 allvarligt påverka tätningsvulster av elast. Genom att inne- sluta dem på beskrivet sätg isoleras mönstret från den skad- liga effekten av värme mycket mer än om mönstret befinner sig på ytan av packningen. Till detta kommer frätande erosion på vulsterna i viss miljö. Fastän täckskikten kan behandlas föraït motstå frätkorrosion, har det varit mycket svårt att behandla tätníngsvulster, såsom kiselgummivulster, med mate- rial som motstår frätning, delvis beroende på svårigheten att fästa ett lämpligt skyddslager vid vulsterna. Som redan nämnts blir det även, då tätningsmönstret icke befinner sig på ytan, möjligt att lätt och billigt pâlägga antifrätnings- skikt och andra ytbehandlíngar på en hel täckskiktsyta utan att alls kompensera för dylika behandlingar eller tillgripa ytterligare steg vid tillverkningen av packningen. Vid på- läggning av tätníngsmönstret på kärnan i stället för på täck- skikten blir det vidare onödigt att förbelägga täckskikten med speciella spänrskiktsmaterial för att underlätta härdningen av vulstmaterialen, såsom kiselgummi, speciella material som nu ofta är nödvändiga på grund av tendensen hos täckmaterialetr självt attförhindrahärdning. Packningarna enligt denna upp- finning gör det även möjligt att åstadkomma förbättrad reg- lering av cylinderlocksskevhet. 7 Fastän tätningsmönstret och vulsterna har beskrivits bestående av kiselelast, kan andra elaster och fjädrande mate- rial även användas, och dessa innefattar nitrilgummi (poly- butadiennitrilgummi) eller neoprengummi, epoxiplaster, såsom flexibla och gummimodifierade epoxiplaster, eller kombinationer av dessa. Vidare är det, på grund av att vulsten och täck- skiktet samverkar i överförandet av tätningskrafter i vulst- zonerna, möjligt att överväga användandet av något styvare material, vilka inte nödvändigtvis behöver vara elaster, för att åstadkomma tätning på en del eller samtliga av de platser där tätning skall ske med hjälp av vulsterna. Tendensen för inbäddning av vulsten i täckskiktet befordrar även tätnings- samverkan mellan skiktytorna och locket och blocket på ett sätt där de inte sliter vulsterna och de yttre ytorna, som nu är vanligt. 450 730 7 I den beskrivna utföringsformen är tätningsmönstret och vulsterna förbundna med kärnan och täckskiktet med kärnan.Fig. 5 shows the gasket before compression in the sealing pattern and the bead zone during manufacture, however, the gasket is compressed in these zones, so that the cover layer is densified as illustrated in Fig. 6. There is shown the silicon rubber bead 28 embedded in the cover layer 16, and this has been compressed in the bead zone. The height Y of the bead, which in Fig. 5 was substantially equal to the elevation of the cover layer in the bead zone, is reduced in Fig. 6 substantially to the height X. It is desirable that the ratio between the heights X and Y is not greater than about 1: 2, and preferably less. In this way, the surface of the gasket becomes flatter than on one where the bead is located on the surface¿, which strengthens the sealing properties of the gasket over its entire surface. Yet another advantage of the gasket of this invention is that the tumor is protected, not only from squeezing, but from surface phenomena. Such phenomena include tearing or damaging the beads during transport, handling and installation, as well as the tendency to wear or destroy the bead during use in the engine. Such wear can be due to uneven contact surfaces to be sealed, where the tendency for cracks or fractures on the bead due to uneven surfaces is high. In addition, it is known that excessive heat tends to seriously affect elastomeric sealing beads. By enclosing them on the described set, the pattern is isolated from the harmful effect of heat much more than if the pattern is on the surface of the gasket. In addition, corrosive erosion on the beads in a certain environment. Although the cover layers can be treated to resist corrosion corrosion, it has been very difficult to treat sealing beads, such as silicone rubber beads, with corrosion resistant material, in part due to the difficulty of attaching a suitable protective layer to the beads. As already mentioned, even when the sealing pattern is not on the surface, it becomes possible to easily and cheaply apply anti-corrosion layers and other surface treatments to an entire cover layer surface without compensating at all for such treatments or resorting to further steps in the manufacture of the gasket. Furthermore, when applying the sealing pattern to the core instead of to the cover layers, it becomes unnecessary to precoat the cover layers with special tension layer materials to facilitate the curing of the bead materials, such as silicone rubber, special materials which are now often necessary due to the tendency of the cover material itself. . The gaskets according to this invention also make it possible to achieve improved control of cylinder head skew. Although the sealing pattern and beads have been described as consisting of silicon elastomer, other elastomers and resilient materials may also be used, and these include nitrile rubber (polybutadiene nitrile rubber) or neoprene rubber, epoxy plastics, such as flexible and rubber modified epoxy plastics, or combinations thereof. Furthermore, due to the fact that the bead and the cover layer cooperate in the transmission of sealing forces in the bead zones, it is possible to consider the use of some stiffer material, which do not necessarily have to be elastomers, in order to provide sealing on some or all of the places where sealing is to be done with the help of the beads. The tendency for embedding the bead in the cover layer also promotes the sealing interaction between the layer surfaces and the lid and the block in a way where they do not wear the beads and the outer surfaces, which is now common. In the described embodiment, the sealing pattern and the beads are connected to the core and the cover layer to the core.

Beroende på de material som är involverade kan det även vara önskvärt att även binda vulsterna vid täckskikten under lami- neringsprocessen.Depending on the materials involved, it may also be desirable to bond the beads to the cover layers during the lamination process.

Claims

450 730 h .. 10 15 20 30 35

CLAIM 1: Gasket for placement between a pair of surfaces to be sealed and compression therebetween, characterized by a pair of gasket layers (1h, 16) laminated to each other, one layer (16) consisting of compressible material and the other ( 14) of metal, a sealing pattern (26) of a substantially incompressible material placed and enclosed between these layers and at least one opening (20) around which the sealing pattern is located, whereby the incompressible sealing pattern (26) during use is protected from direct contact with said surfaces and improves the sealing properties of the gasket.

2. A gasket according to claim 1, characterized in that the gasket bearings (14, 16) are attached to each other in a zone close around the sealing pattern to prevent any significant lateral movement of the pattern when the gasket is compressed .

Gasket according to claim 2, characterized in that the sealing pattern (26) consists of incompressible elastomer, which is deformable during compression, and that the gasket bearings (14, 16) limit the deformation of the pattern.

Gasket according to Claim 1, characterized in that the gasket delimits at least one opening (ZD), which completely surrounds the sealing pattern (26).

5. A gasket according to claim 1, characterized in that the sealing pattern (26) consists of a substantially undeformable incompressible material.

Gasket according to claim 1, characterized in that a third gasket layer (16) of a compressible material, which is laminated with the metal layer (14), and a second sealing pattern (26) of a substantially incompressible material, placed between this third layer (16) and the metal layer (14) and enclosed therebetween, thereby protecting each sealing pattern (26) during use from direct contact with the surfaces to be sealed and Improving the sealing properties of the gasket. 17 10 15 20 25 30 35 450 730, 9

7. A gasket according to claim 6, characterized in that the sealing pattern (26) consists of an incompressible elastomer which is deformable during compression, the gasket bearings limiting the deformation of the sealing pattern.

Gasket according to claim 1, intended to be placed between the cylinder cover (2) and the cylinder block (3) in an internal combustion engine (1), characterized in that said opening (20) is constituted by a cylinder opening and that the gasket in addition, it forms a plurality of holes (22, 24). K V

Gasket according to Claim 8, characterized in that the sealing pattern (26) is made of incompressible elastomer and surrounds the cylinder opening (20) and at least one of the holes (22, 24).

A gasket according to claim 8, characterized in that the sealing pattern (26) is attached to one of the gasket bearings (14) and that these are attached to each other in a zone closely surrounding the pattern (26), whereby substantially lateral movement of the pattern is prevented when the gasket is put under compression. I _

A method of making a gasket according to any one of claims 1 to 10, characterized by the following steps, namely placing a relatively incompressible sealing pattern (26) on the surface of a first gasket layer (14L placing a second layer (16) over this layer (14) and the pattern (26), one of which is relatively compressible, the gasket having at least one opening (20) around which the pattern is arranged, and attaching this second layer (16) to the first (14) during press so that the second layer (14) is compressed and sealed in the pattern zone, whereby the pattern (26) during use is protected from direct contact with the surfaces to be sealed and improves the sealing properties of the gasket.

A method according to claim 11, characterized in that the second layer (16) is attached to the first layer (14) in a zone which closely surrounds the sealing pattern (20) in order to prevent significant lateral movement of the pattern, when the gasket is put under compression, to thereby regulate the compression of the second layer, when this is compressed 'under pressure. 10 A450 730 10

13. A method according to claim 11, characterized in that the second layer (6) is compressed under pressure during the fastening so that the height of the second layer projecting over the sealing pattern (26) is not greater than about half the height of the pattern.

14. A method according to claim 11, characterized in that both packing layers (14, 16) are compressible, so that each of them is compressed in the pattern zone. _

15. A method according to claim 14, characterized in that the sealing pattern (26) is of metal. Ä F: