DE102017121503A1

DE102017121503A1 - System für extrudierte Dichtung mit Schnitt nebeneinanderliegender Enden

Info

Publication number: DE102017121503A1
Application number: DE102017121503.4A
Authority: DE
Inventors: Samuel Jeffrey Tomlinson; Thomas Edward Smith
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2018-03-22
Also published as: US20180080557A1; US10107398B2; CN107830172A

Abstract

Extrudierte verzahnte elastische Dichtung, wobei eine erste Seite mit mindestens einem Zahn auf der ersten Seite und mindestens einer Kerbe auf der ersten Seite an der Dichtung zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil zu positionieren sind. Ferner weist die Dichtung eine zweite Seite mit mindestens einem Zahn auf der zweiten Seite und mindestens einer Kerbe auf der zweiten Seite an der extrudierten Dichtung auf, wobei sich die erste Seite mit der zweiten Seite verzahnt, wenn sich die erste Seite unmittelbar neben der zweiten befindet, was es gestattet, dass sich der mindestens eine Zahn auf der ersten Seite mit mindestens der Kerbe auf der zweiten Seite verzahnt, und ein kontinuierliches Verlaufen da entlang.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Federnde, komprimierbare Dichtungen werden typischerweise in Motoren verwendet; so zum Beispiel stellt eine Ventildeckeldichtung eine undurchlässige Abdichtung zwischen einem Zylinderkopf und einem Motorventildeckel bereit. Dichtungen können aus Mehr-Lagen-Stahl (MLS), massivem Kupfer oder einem Verbundmaterial bestehen. MLS-Dichtungen bestehen typischerweise aus drei Stahllagen, und die Kontaktflächen sind gemeinhin mit einer gummiartigen Beschichtung wie etwa Viton beschichtet, die an dem Zylinderkopf und dem Motorventildeckel haftet. Die Dichtung aus massivem Kupfer wird typischerweise unter Verwendung eines „O-Ring”-Verfahrens maschinell gefertigt, bei dem ein Stück Draht um den Umfang des Zylinders platziert wird, damit er in den Kupfer schneidet. Dichtungen aus Verbundmaterial können durch Spritzguss hergestellt werden, und sie können typischerweise aus Asbest oder Graphit bestehen, sind jedoch stärker dafür anfällig, zu platzen. Außerdem werden Asbestdichtungen wegen gesundheitlicher Bedenken über die karzinogenen Wirkungen von Asbest immer seltener. Neuere Dichtungen können aus kaltvulkanisierendem (Room Temperature Vulcanization – RTV-)Silikon und/oder gummibeschichtetem Metall (Rubber Coated Metal – RCM) bestehen.
Ein Verbrennungsmotor weist typischerweise eine Viertakt-Ausgestaltung für Benzin mit Wasserkühlung auf und kann drei Kreisläufe von Arbeitsfluiden verwenden, zum Beispiel einen Kreislauf für brennbare Luft/Kraftstoff-Gemische, einen Kreislauf für Glykolgemischkühlmittel auf Wasserbasis und einen Motorölkreislauf zur Schmierung. Die Kopfdichtung dichtet die Verbindungsstelle zwischen dem Ventil(Kipphebel-)deckel und dem Zylinderkopf des Motors ab. Ein Ausfall dieser Dichtung kann ein Austreten von Öl aus dem Motor hervorrufen, was zu einem katastrophalen Motorausfall führen kann.
Eine extrudierte Dichtung kann als eine Ventildeckeldichtung gebraucht werden, wobei jedoch gegenwärtige Verfahren zum Gebrauch einer extrudierten Dichtung einen manuellen Prozess des Aneinanderfügens der beiden Enden erfordert, gemeinhin mittels eines Vulkanisierungs-, Heiz- oder Klebeprozesses, der eventuell mit dem Risiko einhergeht, dass die Enden versetzt sind, was einen möglichen Leckpfad schafft. Außerdem erfordert der Prozess des Aneinanderfügens der beiden Enden einer extrudierten Dichtung eine exakte Abmessung nebst einem akribisch genau durchgeführten Schnitt, um die exakte Länge zu erhalten, die für eine genaue Passung in die Kerbe des Abdichtungssystems notwendig ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht einer extrudierten verzahnten elastischen Dichtung neben sich selbst, wenn sich die Dichtung überlappt.
2 ist eine Querschnittsansicht einer extrudierten verzahnten elastischen Dichtung, die mit sich verzahnt ist.
3 ist eine Querschnittsansicht einer extrudierten verzahnten elastischen Dichtung neben sich selbst, die in einem Gehäuse und neben einem Deckel zwischengelagert ist.
4 ist eine Draufsicht einer extrudierten verzahnten elastischen Dichtung neben sich selbst, die in einem Gehäuse zwischengelagert ist.
5 ist eine vergrößerte Ansicht von 4, die ferner die Details der extrudierten verzahnten elastischen Dichtung, die in einem Gehäuse zwischengelagert ist, zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Teil über die unterschiedlichen Ansichten hinweg kennzeichnen, stellt 1 eine extrudierte Dichtung 10 neben sich selbst dar. Der Darstellung halber wird die Dichtung 10 mittels einer Mittelebenenlinie 11 in zwei Abschnitte geteilt gezeigt. Eine erste Seite 10A der Dichtung 10 befindet sich in der Darstellung neben einer zweiten Seite 10B der Dichtung 10. Die erste Seite 10A der Dichtung 10 weist einen Zahn 16 und eine Kerbe 18 auf. Die zweite Seite 10B der Dichtung 10 kann ebenfalls einen Zahn 12 und eine Kerbe 14 aufweisen. Die Anzahl der Kerbe 14 18 wird gemeinhin die Anzahl des Zahns 12 16 minus Eins sein, und die Anzahl an Kerben und Zähnen kann mit der Größe der Dichtung variieren, die notwendig ist, um eine regelrechte Abdichtung zu bewirken.
Die Dichtung 10 wird über einen Extrusionsprozess erzeugt, um eine gleichförmige Konformität ihrer Form zu gewährleisten, und kann dadurch die Fähigkeit besitzen, sich mit sich zu verzahnen, um eine Abdichtung zu erzeugen. Die Dichtung 10 kann aus jedem beliebigen federnden komprimierbaren Material bestehen, zum Beispiel aus einem anorganischen Polymer, einem organischen Polymer, einem Copolymer, einem Fluorpolymer, einem Polyester, einem Gummi, einem Silikongummi, einem synthetischen Gummi, einem Vinylpolymer oder einem Terpolymer aus Ethylen, Methylacrylat und einem Monomer mit Vernetzungsstellen, auch als Vamac^® bekannt.
Die Dichtung 10, nun unter Bezugnahme auf 2, ist physisch neben sich selbst positioniert, sodass die erste Seite 10A der Dichtung 10 mit der zweiten Seite 10B verzahnt ist. Eine Schulter 20 der ersten Seite befindet sich über einer bogenförmigen Schulterkante 22 des Zahns 12. Eine erste Zahnkante 24 des Zahns 12 befindet sich unmittelbar neben der Kerbe 18, und eine zweite Zahnkante 26 des Zahns 16 befindet sich unmittelbar neben der Kerbe 14, um die Verzahnung auszubilden.
Die Dichtung 10 wird, nun unter Bezugnahme auf 3, in einem Kanal 30 um einen Rand eines ersten Teils 32 platziert. Der Kanal 30 wird eine Innenfläche 33 aufweisen, die Abschnitte der Dichtung 10 in Eingriff nimmt, die Dichtung 10 kann dann das erste Teil 32 dichtend mit einem zweiten Teil 34 verbinden, die unmittelbar nebeneinander liegen. Da das zweite Teil 34 an dem ersten Teil 32 befestigt ist, wird das zweite Teil 34 in diesem Beispiel außerdem einen Abwärtsdruck auf die Dichtung 10 ausüben, was ein Ausdehnen der Dichtung in der lateralen Richtung bewirkt. Die Ausdehnung wird bewirken, dass sich die Zähne und Kerben weiter miteinander verzahnen. Zudem können sich die Seiten des Zahns 12 16 der Dichtung 10, die nicht nebeneinander liegen, verformen und gegen die Innenwand 33 des Kanals 30 drücken, wodurch die Abdichtung noch mehr ausgebildet wird.
Die Dichtung 10, nun unter Bezugnahme auf 4 und 5, befindet sich in dem Kanal 30 des ersten Teils 32 und überlappt in der Darstellung sich selbst, wobei die Dichtung ein erstes Ende 13 und ein zweites Ende 15 aufweist. Die Schulter 20 der ersten Seite 10A greift in die bogenförmige Schulter 22 ein, und die erste Zahnkante 24 des Zahns 12 und die zweite Zahnkante 26 des Zahns 16 werden der Orientierung halber als verborgene Linien gezeigt.
Zum Schaffen der extrudierten Dichtung 10 kann ein Extrusionsprozess gebraucht werden. Zunächst wird eine Extrusionsvorrichtung (nicht abgebildet) mit einem Materialgemisch beladen. Das Materialgemisch kann ein Polymergemisch, einen Füllstoff, einen Aktivator, einen Beschleuniger, einen Bindungsförderer, eine Vernetzungsverbindung und ein Pigment beinhalten. Das Polymergemisch bildet das federnde komprimierbare Material der Dichtung 10 aus und kann zum Beispiel ein anorganisches Polymer, ein organisches Polymer, ein Copolymer, ein Fluorpolymer, ein Polyester, ein Gummi, ein Silikongummi, ein synthetischer Gummi und ein Vinylgummi sein. Der Füllstoff wird primär zugesetzt, um eine Verstärkung bereitzustellen, und sekundär, um die Kosten zu reduzieren. Der Aktivator kann die Geschwindigkeit und Reihenfolge des Polymerisationsvorgangs regulieren. Der Beschleuniger beschleunigt die Aushärtung der Dichtung. Über Modifikationen von deren Mengen lassen sich die Aushärtungsgeschwindigkeit und Elastomereigenschaften regulieren. Die Bindungsförderer werden den Verbindungen oftmals zugesetzt, um die Bindungsstärke zwischen ihren verschiedenen Komponenten zu steigern. Die Vernetzungsverbindung kann zugesetzt werden, um Vernetzungen zu bilden, und sie wird je nach Art des erzeugten Elastomers variieren. Das Pigment wird zugesetzt, um eine erwünschte Farbe der Dichtung zu erzeugen.
Die oben genannten Bestandteile werden vermischt, um ein Elastomer auszubilden. Das Elastomer wird anschließend in einen Extruder gespeist, der das Elastomer durch eine Pressform drückt, um eine Dichtung auszubilden. Die Pressform ist im Wesentlichen mit den oben genannten Zähnen, Kerben, Schultern und der bogenförmigen Schulter geformt, um die sich verzahnende Dichtung 10 auszubilden.
Bei dem Extruder kann es sich zum Beispiel um einen Schneckenextruder und einen Kolbenextruder handeln, der optional erhitzt werden kann, um den Extrusionsprozess zu unterstützen. Die Schneckenextruder weisen eine Schraube auf, die im Inneren eines Rohrs untergebracht ist, wobei die Schraube anhand mechanischer Mittel gedreht wird. Das Elastomer wird zunächst über einen Fülltrichter in das Rohr gespeist und dann durch eine Schnecke das Rohr hinab gedrückt, während Wärme hinzugefügt wird (welche durch das Abscheren und über das Rohr und die Schraube, die sich aufheizen, erzeugt wird). Am Ende des Rohrs, im Kopf des Extruders, befindet sich die Pressform, durch welche das Material herausgedrückt wird. Der Kolbenextruder erfordert es, dass das Elastomer gerollt und erhitzt wird, was gemeinhin dadurch erfolgt, dass es in ein Warmwasserbad gelegt oder direkt einer Mühle entnommen wird. Diese Rolle wird dann in das Zylindergehäuse des Kolbens platziert. Der Kopf des Extruders, der die Pressform enthält, wird dann vorn an dem Extruder eingerastet, und der Kolben läuft vorwärts und drückt dadurch die Dichtung aus der Pressformöffnung.
Die Offenbarung wurde auf veranschaulichende Weise beschrieben, und es versteht sich, dass die verwendete Terminologie vielmehr der Beschreibung als der Einschränkung dienen soll. In Anbetracht der vorstehenden Lehren sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Offenbarung möglich, und die Offenbarung kann anders als konkret beschrieben umgesetzt werden.

Claims

Extrudierte verzahnte elastische Dichtung, umfassend: eine erste Seite mit mindestens einem Zahn auf der ersten Seite und mindestens einer Kerbe auf der ersten Seite, die zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil zu positionieren sind; eine zweite Seite mit mindestens einem Zahn auf der zweiten Seite und mindestens einer Kerbe auf der zweiten Seite, wobei sich die erste Seite mit der zweiten Seite verzahnt, wenn die erste Seite in Bezug auf die zweite Seite unmittelbar zwischenliegt, wenn die erste Seite die zweite Seite überlappt, was es gestattet, dass sich die Seiten verzahnen und kontinuierlich da entlang verlaufen.
Verzahnte elastische Dichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass sich der mindestens eine Zahn auf der zweiten Seite mit mindestens der Kerbe auf der ersten Seite verzahnt, und ein kontinuierliches Verlaufen da entlang.
Verzahnte elastische Dichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Dichtung in einer Kerbe in einer ersten Fläche befindet, wobei sich die Dichtung in einer Kerbe in der ersten Fläche des ersten Teils wickelt und ein erstes Ende der Dichtung ein zweites Ende der Dichtung überlappt, um eine Abdichtung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil zu erzeugen.
Verzahnte elastische Dichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass sich die Zähne und Kerben weiter verzahnen, wenn das erste Teil auf dem zweiten Teil komprimiert wird, um das erste Teil auf dem zweiten Teil abzudichten.
Verzahnte elastische Dichtung nach Anspruch 1, wobei ein Durchtritt des Kerbenabschnitts eine Breite aufweist, die geringer als die maximale Breite des Zahnabschnitts ist, um eine Ablösung des Zahnabschnitts von dem Kerbenabschnitt entlang einer Längsrichtung der elastischen Dichtung zu verhüten.
Verzahnte elastische Dichtung nach Anspruch 1, wobei der Querschnitt der Dichtung eine elliptische Form aufweist, die eine maximale erste Längsbewegung gestattet, wenn die Dichtung in der zweiten Längsrichtung komprimiert wird.
Verzahnte elastische Dichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtung durchgehend fest und aus einem federnden komprimierbaren Material ausgebildet ist.
Verzahnte elastische Dichtung nach Anspruch 5, wobei das federnde komprimierbare Material mindestens eines von einem anorganischen Polymer, einen organischen Polymer, einem Copolymer, einem Fluorpolymer, einem Polyester, einem Gummi, einem Silikongummi, einem synthetischen Gummi und einem Vinylgummi ist.
Verfahren zum Abdichten der Verbindungsstelle zwischen zwei Flächen, umfassend: Laden mindestens eines von einem Polymergemisch, einem Füllstoff, einem Aktivator, einem Beschleuniger, einem Bindungsförderer, einer Vernetzungsverbindung und einem Pigment in eine Extrusionsvorrichtung; Vermischen mindestens eines von dem Polymergemisch, dem Füllstoff, dem Aktivator, dem Beschleuniger, dem Bindungsförderer, der Vernetzungsverbindung und dem Pigment, um ein Elastomer zu bilden; Einspeisen des Elastomers in einen Extruder; Extrudieren des Elastomers durch eine Pressform, um eine Dichtung auszubilden; und Positionieren der Dichtung in eine Kerbe in einer ersten Fläche, wobei die Dichtung die Kerbe in der ersten Fläche umwickelt und ein erstes Ende der Dichtung ein zweites Ende der Dichtung überlappt; Platzieren einer zweiten Fläche auf die Dichtung und die erste Fläche, wodurch die erste Fläche auf der zweiten Fläche abgedichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Polymer mindestens eines von einem anorganischen Polymer, einen organischen Polymer, einem Copolymer, einem Fluorpolymer, einem Polyester, einem Gummi, einem Silikongummi, einem synthetischen Gummi und einem Vinylgummi ist.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner ein Erhitzen des Extruders umfassend.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der mindestens eine Extruder ein Schneckenextruder und ein Kolbenextruder ist.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend ein Formen der Dichtung mit der Pressform, wobei die Pressform die Dichtung mit einer ersten Seite mit mindestens einem Zahn auf der ersten Seite und mindestens einer Kerbe auf der ersten Seite und einer zweiten Seite mit einem Zahn auf der zweiten Seite und einer Kerbe auf der zweiten Seite erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend ein Komprimieren der Dichtung, wenn die erste Fläche neben der zweiten Fläche positioniert ist, wodurch sich der Zahn und die Kerbe weiter verzahnen, wenn die erste Fläche an der zweiten Fläche angebracht wird.
System zum Abdichten der Verbindungsstelle zwischen zwei Flächen, umfassend: Mittel zum Laden mindestens eines von einem Polymergemisch, einem Füllstoff, einem Aktivator, einem Beschleuniger, einem Bindungsförderer, einer Vernetzungsverbindung und einem Pigment in eine Extrusionsvorrichtung; Mittel zum Vermischen mindestens eines von dem Polymergemisch, dem Füllstoff, dem Aktivator, dem Beschleuniger, dem Bindungsförderer, der Vernetzungsverbindung und dem Pigment, um ein Elastomer zu bilden; Mittel zum Einspeisen des Elastomers in einen Extruder; Mittel zum Extrudieren des Elastomers durch eine Pressform, um eine Dichtung auszubilden; und Mittel zum Positionieren der Dichtung in eine Kerbe in einer ersten Fläche, wobei die Dichtung die Kerbe in der ersten Fläche umwickelt und ein erstes Ende der Dichtung ein zweites Ende der Dichtung überlappt; Mittel zum Platzieren einer zweiten Fläche auf die Dichtung und die erste Fläche, wodurch die erste Fläche auf der zweiten Fläche abgedichtet wird.
System nach Anspruch 15, wobei das Polymer mindestens eines von einem anorganischen Polymer, einen organischen Polymer, einem Copolymer, einem Fluorpolymer, einem Polyester, einem Gummi, einem Silikongummi, einem synthetischen Gummi und einem Vinylgummi ist.
System nach Anspruch 15, ferner Mittel zum Erhitzen des Extruders umfassend.
System nach Anspruch 15, wobei der Extruder mindestens ein Schneckenextruder und ein Kolbenextruder ist.
System nach Anspruch 15, ferner umfassend Mittel zum Formen der Dichtung mit der Pressform, wobei die Pressform die Dichtung mit einer ersten Seite mit mindestens einem Zahn auf der ersten Seite und mindestens einer Kerbe auf der ersten Seite und einer zweiten Seite mit einem Zahn auf der zweiten Seite und einer Kerbe auf der zweiten Seite formt.
System nach Anspruch 15, ferner umfassend Mittel zum Komprimieren der Dichtung, wenn die erste Fläche neben der zweiten Fläche positioniert ist, wodurch sich der Zahn und die Kerbe weiter verzahnen, wenn die erste Fläche an der zweiten Fläche angebracht wird.