CN104736902B - 集成有防污和介质密封的金属-弹性体垫片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种平密封垫,包括具有至少一介质通孔(8,8’)和至少一燃烧室通孔(6,6’)的功能层(2);以及独立于功能层(2)的第二层(4),具有对应于功能层(2)的介质通孔(8,8’)的介质通孔(8,8’),以及对应于功能层(2)的燃烧室通孔(6,6’)的燃烧室通孔(6,6’);功能层(2)具有至少一用于每个燃烧室通孔(6,6’)的燃烧室密封凸缘(10),所述燃烧室密封凸缘优选实心凸缘;第二层(4)具有外边界密封凸缘(12)和用于每个介质通孔(8,8’)的弹性体密封型材(18)。
Description
技术领域
本发明涉及一种改进的带有弹性体密封元件的金属平垫片,其具有集成的防污和介质密封,尤其是涉及一种钢-弹性体汽缸盖垫片。
背景技术
在这样的平垫片中,例如汽缸盖垫片,必须要实现不同的密封任务。燃烧室必须密封,以防止燃烧气体逸出。此外,用于流体和介质的通孔必须密封隔离相应的流体,例如冷却液和润滑油。尤其是,外边界处的密封是必须的,以防止灰尘和水雾和冷凝水的进入。
到目前为止,垫片已用于此,其中弹性体侧面注射成型在厚板层的外侧周围,以达到防污密封。弹性体型材也同样用在内侧区域用于介质,例如冷却液和润滑油。燃烧室的气体密封通常由板层的周边密封凸缘完成。
在这些已知的垫片中,相应量的弹性体材料需要用于外部边界。此外,需要相应的特殊的注射成型模具。现有的垫片因此是材料和成本密集型,并需要昂贵的特殊工具。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种改进的垫片,其更具有成本效益,在至少相同功能的情况下生产更简单。
根据本发明的第一方面,提供了一种平垫片,包括:
具有至少一介质通孔和至少一燃烧室通孔的功能层;以及
第二层,独立于所述功能层,并具有对应于所述功能层上的介质通孔的介质通孔,以及对应于所述功能层上的燃烧室通孔的燃烧室通孔;
所述功能层具有至少一用于每个燃烧室通孔的燃烧室密封凸缘,优选全凸缘;以及
所述第二层具有外边界密封凸缘和用于每个介质通孔的弹性体密封型材。
该目的通过根据本发明的双层结构来实现的。用于介质密封的弹性体型材注射成型在独立的、第二平层上,同时防污密封利用凸缘的方式集成在外边界上。功能层通过设置的外周密封凸缘完成燃烧室的气密封。
在根据本发明的垫片中,气密封仅由一平板完成,其不必须是弹簧钢板,可以相对厚。介质密封通过平板上的注射成型弹性体主体完成,该平板可以是薄的弹性钢板,但其他钢材也可以。外边界密封或防污密封通过凸缘的方式完成,优选半凸缘。因此,燃烧室或气密封的功能部分通过功能层的方式,外/防污密封通过独立的第二或保护层的方式。
根据一实施例,功能层和第二层在外边界区域一个位于另一个之上。
该实施例是可行的,例如,以这样的方式设置外密封凸缘,至少部分地靠在功能层上。
可替代地,设置功能层和第二层,使得它们在外边界区域一个不位于另一个之上也是可以的。独立的第二层然后优选地比功能层进一步向外延伸。还是在该实施例中,半凸缘和全凸缘二者都可以作为外密封凸缘,各自的凸缘优选地形成在功能层的方向上。然后在安装时通过外密封凸缘可以完全地将功能层与外部隔离。
根据一实施例,功能层和第二层在燃烧室通孔的内边界区域一个位于另一个之上。
根据一实施例,功能层和第二层在介质通孔的内边界区域一个位于另一个之上。
根据一实施例,第二层在介质通孔的区域径向向内伸出越过功能层。
在该实施例中,产生了更多的空间以设置介质密封元件和/或使它们更宽。更宽的弹性体密封元件能够提供改善的使用寿命;例如也可以形成多个波浪形密封唇。此外,介质通孔中的功能层通过用于介质的弹性体密封元件可以完全与各自的介质隔离。
根据一实施例,至少一个弹性体密封型材围绕相关联的介质通孔的所述第二层的内边界边缘。
以这种方式,顶部的弹性体密封面和第二层的底面很好的保持在一起,由于弹性体材料连接两面到内边界边缘。此外,相关的介质通孔的内边界边缘因此与介质隔离。内边界边缘的后续加工也可以省略,例如,如果后者冲压工序后仍然有毛刺或类似物。
根据一实施例,功能层是一相对厚层,第二层是一相对薄层。
根据一实施例,第二层具有围绕至少介质通孔的凸缘,指向功能层的方向。
相应的凸缘的使用,使第二层的中平面与功能层的中平面在介质通孔的区域大致一致是可能的。半凸缘或可替代的具有非对称凸缘脚高度的全凸缘中的任一个都可以。
根据一示意性的实施例,功能层的厚度为0.1~2mm,更优选为0.5~1.5mm,最优选约为0.9~1.1mm,和/或第二层的厚度约为0.1~0.4mm,优选为0.1~0.3mm。在一示意性的实施例中,保护层的厚度为功能层的厚度的5%到50%之间,更为优选在10%到30%之间,最为优选约为20%。
根据一实施例,功能层是镀锌钢层或不锈钢层,和/或第二层是弹簧钢层。其他钢材也可以用于第二层,优选弹簧钢,但不是绝对必要的。
根据一实施例,功能层具有每燃烧室通孔至少两燃烧室凸缘。
根据一实施例,至少一弹性体密封型材面向功能层或背离功能层是加厚的。
根据一实施例,功能层具有至少一连接通孔,第二层具有至少一围绕连接通孔的内边界折叠的折叠部。
根据该实施例,一个或多个连接通孔设置在功能层上。第二层然后可以挤过该连接通孔以通过铆接的方式围绕连接通孔的边界折叠。以这种方式,简单而可靠的连接可以在功能层和第二层之间实现。
为了使该过程变得更容易,相应的直径更小的通孔可以设置在第二层上,例如作为一个孔。可替代地,在连接工序,利用相应的工具,第二层在该点可以被刺穿并折叠。相应的凹陷可以设置功能层上,用于第二层的折叠部分,折叠部分设置在该凹陷中,使得功能层不会局部加厚。
当然,常规连接方式,诸如粘结、软焊、焊接、铆接、螺纹紧固以及类似方式都是可替代地或附加地能够牢固地连接各层。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1示出了根据本发明的垫片的一实施例的局部的横截面;
图2示出了图1所示的实施例的三维剖面图的一个区域;
图3示出了另一实施例的三维剖面图的一个区域;
图4示出了一实施例的三维剖面图的另一区域;和
图5示出了根据本发明的垫片的一实施例的平面图。
具体实施方式
图1为根据本发明的平垫片的一个实施例的一部分的横截面图。垫片的外边界边缘位于图中的左手侧,反之,燃烧室通孔位于右手侧。介质通孔位于中间区域。“防污或外密封”功能区位于左手区域,“介质密封”功能区位于中间区域,“气体或燃烧室密封”功能区位于右手区域。
垫片1由相对厚的功能层2和相对薄的、独立的第二层4形成。根据本发明,层4也称之为保护层。功能层2具有至少一燃烧室通孔6(这里在右侧)和至少一介质通孔8。独立的第二层4具有与之对应的燃烧室通孔6’和介质通孔8’。当然,整个垫片可以具有多个燃烧室通孔6、6’和/或多个介质通孔8、8’。位于不同层的各自的通孔并不一定是相同的大小,优选地,至少燃烧室通孔大致一致。
功能层2具有至少一密封凸缘以在燃烧室通孔处密封燃烧气体;在此处所示的实施例中,这是两个全凸缘10。根据本发明,其他数目和形状的凸缘,以及不同类型(半和全凸缘)凸缘的组合同样是可以的,例如一全凸缘与一半凸缘结合。至少一个凸缘为以封闭的方式围绕运行的凸缘,以确保燃烧室处的密封功能。至少部分的第二或一般另外的凸缘可以以开放的方式运行。另外的凸缘也可以具有用于至少一密封凸缘的止动器功能。
作为闭合密封凸缘的替代,具有交叉部分的变体也是可以的,例如以迷宫式密封的方式。该变体并不一定是“闭合”的。
独立的、第二或保护层4具有一外边界密封凸缘12,在所示的例子中,其作为一个半凸缘成型。可替代地,可以用全凸缘替代,并且在这种情况下,至少一个外边界密封凸缘和适当地方的另一凸缘的组合,并不一定具有单纯的密封功能,当然也是可能的。这些附加的凸缘也可以可选择地作为外边界密封凸缘的止动器。
在示出的垫片1的变体中,功能层2和保护层4具有大致一致的外边界。可替代地,保护层4也可以向外伸出超过功能层2。这使得用外边界密封凸缘12将功能层完全地与外侧隔绝成为可能。例如,提供一外边界密封凸缘是可想而知的,其至少等于功能层2的厚度,以致于在安装时功能层2与外侧隔离。
保护层4具有注射成型弹性体密封型材18,其完成介质通孔8’(其用于例如冷却液或润滑油)的密封。在图1所示的实施例中,保护层4具有介质通孔8’,其比功能层上相应的介质通孔8小的多。这产生了空间以设置相对宽的弹性体密封型材18。由于保护层4相对薄,进一步向内伸出的凸起也可以很好地弹开,以弥补介质通孔8’在高度上的一致性的任何不足。
可替代地,介质通孔8’也可以略微小于或甚至与对应的介质通孔8相同的大小。在后一种情况下,弹性体密封型材18然后是合适的,其主体或密封唇向内伸出,只有一小部分是注射成型的,用于固定到介质通孔8’的内边界。
在图1所示的实施例中,保护层4还具有一台阶14,其位于功能层2上的介质通孔8内。这使得功能层2和保护层4的中平面相对彼此对齐或设置成为可能。在所示的例子中,中平面大致对齐。可替代地,其他相对设置也是可能的,用全凸缘替代台阶14或半凸缘也是一样的。
图2是图1的实施例的介质通孔8、8’的区域的三维剖面图。在这里示出的可替代方案中,弹性体密封型材18的直接向下并朝向功能层2的密封面比背离功能层2并直接向上的相对密封面或密封型材厚的多。两密封面通过一整体的弹性体桥的方式连接,在本实施例中,其以封闭的方式围绕介质通孔8’的内边界。在该实施例中,介质通孔8’的内边界的后续加工可以省略,例如后者仍然有毛刺或类似物。
台阶14或半凸缘也同样在这里示出。这是可选的,并且不需要一定在本发明的所有实施例中出现。
图3示出图2的实施例的一替代实施例。在该例子中,弹性体密封型材18是对称的,即相对于保护层4镜面对称。还在该例子中,两密封面通过一整体的弹性体桥的方式连接。
可替代地,还可以在保护层4的每个表面设置独立的密封面或弹性体密封型材18。不过为了实现弹性体密封型材18的良好连接,例如,它们可以穿过孔整体地连接。该实施例也能够限制注射成型到两外表面,其可以简化生产工序,尤其具有相对小的通孔,围绕内边界注射成型可能是困难的。
图4示出了本发明的一实施例的紧固装置的一个区域的三维剖面图。此外,未示出的,已知的连接方法的变体,诸如粘结、软焊、焊接、铆接或螺纹固定,也可以使用。连接通孔20设置在功能层2上。在该连接通孔20中,保护层4围绕功能层2折叠。在这里所示的实施例中,功能层2还具有一凹陷22,保护层4的折叠部分设置在其中,使得功能层2的厚度不会改变。这种类型的连接方式不需要另外的材料,并且时间和成本密集的额外步骤不是必须的,诸如粘结、软焊、焊接或螺纹固定等。
相应的较小直径的通孔已经可以设置在保护层4上,例如以小孔的方式。然后在第一步中使用工具扩大该孔,在第二步中,在该过程中发生位移的板围绕连接通孔20折叠(必要时用第二工具)并进入凹陷22中。然而,在前述的初始步骤中,也可以在功能层2和保护层4的连接之前立刻在保护层4上设置孔。
连接通孔20可以可选择地以这种方式设计,它们可以同时作为汽缸盖和发动机缸体的连接螺栓的通孔。可替代地,它们也可以作为独立的孔设置。
图5示出了根据本发明(在该例子通过用于六缸发动机的示例)的垫片的平面图。
本发明因此尤其具有以下优点:
-功能集中在一层上,即用(例如半-)凸缘宏密封全面防止灰尘等,用弹性体型材的方式微密封介质和液体;
-只使用一种已知的、现有的弹簧钢层成为可能;
-取消至少两种用于衬垫和载体的材质的使用,与使用单个衬垫相比;
-改善处理,由于只有一层用于注射成型;
-取消多个单个元件,在使用单个衬垫的情况下;
-降低装配成本,因为在一个载体层上的多个单个部分的连接不再是必须的;
-取消用于外密封的弹性体解决方案的使用的必要性,并导致成本优势,因为附加的弹性体材料不一定使用,可以使用简单的注射成型模具。
Claims (18)
1.一种平垫片,包括:
具有至少一介质通孔和至少一燃烧室通孔的功能层;以及
第二层,独立于所述功能层,并具有对应于所述功能层上的介质通孔的介质通孔,以及对应于所述功能层上的燃烧室通孔的燃烧室通孔;
所述功能层具有至少一用于每个燃烧室通孔的燃烧室密封凸缘;以及
所述第二层具有用于每个介质通孔的弹性体密封型材;
其特征在于,
所述第二层具有用于每个介质通孔的外边界密封凸缘;以及
所述功能层和第二层在外边界区域一个位于另一个之上;或者
所述第二层向外延伸超过所述功能层。
2.根据权利要求1所述的平垫片,其特征在于,所述燃烧室密封凸缘为全凸缘。
3.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,所述功能层和第二层在燃烧室通孔的内边界区域一个位于另一个之上。
4.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,所述功能层和第二层在介质通孔的内边界区域一个位于另一个之上。
5.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,所述第二层在介质通孔的区域径向向内伸出越过所述功能层。
6.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,至少一所述弹性体密封型材围绕相关联的介质通孔的所述第二层的内边界边缘。
7.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,所述功能层比所述第二层厚。
8.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,所述第二层具有围绕至少一介质通孔的凸缘,指向所述功能层的方向。
9.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,所述功能层的厚度为0.1~1.5mm,和/或所述第二层的厚度为0.1~0.4mm。
10.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,所述功能层是镀锌钢层和/或所述第二层是弹簧钢层。
11.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,所述功能层具有每燃烧室通孔至少两燃烧室凸缘。
12.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,至少一弹性体密封型材面向所述功能层或背离所述功能层是加厚的。
13.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,所述功能层具有至少一连接通孔,所述第二层具有至少一围绕所述连接通孔的内边界折叠的折叠部。
14.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,所述平垫片是汽缸盖垫片。
15.根据权利要求1或2所述的平垫片,其特征在于,所述第二层的厚度为所述功能层的厚度的5%到50%之间。
16.根据权利要求15所述的平垫片,其特征在于,所述第二层的厚度为所述功能层的厚度的10%到30%之间。
17.根据权利要求16所述的平垫片,其特征在于,所述第二层的厚度为所述功能层的厚度的20%。
18.根据权利要求9所述的平垫片,其特征在于,所述功能层的厚度为0.9~1.1mm,和/或所述第二层的厚度为0.1~0.3mm。
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