DE69509228T2

DE69509228T2 - Wülste für flachdichtungen

Info

Publication number: DE69509228T2
Application number: DE69509228T
Authority: DE
Inventors: Toby Lawrence
Original assignee: Federal Mogul Technology Ltd
Current assignee: Federal Mogul Technology Ltd
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1995-06-01
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2015-06-02
Also published as: GB2290586B; GB9411966D0; JPH10501873A; US5735529A; AU2622995A; GB2290586A; WO1995034775A1; EP0752078B1; EP0752078A1; DE69509228D1

Description

Diese Erfindung betrifft Wulste für die Verwendung in Dichtungen bzw. Flachdichtungen zur Ausbildung von Abdichtungen.
Dichtungen zur Verwendung beispielsweise in Kraftfahrzeug-Anwendungen umfassen oftmals ein Abstützblatt bzw. -element, beispielsweise aus Stahl, wobei auf einer oder beiden Oberflächen längliche Wulste anhaften bzw. festgelegt sind. Derartige Wulste sind beispielsweise durch Extrusion aus einem elastischen Material, beispielsweise einem elastomeren Material, hergestellt, und sind angeordnet, um zusammengepreßt zu werden und eine Abdichtung zwischen dem Abstützelement und einer Oberfläche eines benachbarten Elementes auszubilden. Eine mögliche Anwendung für derartige Dichtungen bzw. Flachdichtungen ist zwischen dem Kopf und dem Zylinderblock einer Verbrennungskraftmaschine, wo sich die Wulste über den Umfang der Dichtung oder um die Motorzylinder erstrecken können.
Die länglichen, elastischen Wulste, welche in Flachdichtungen verwendet werden, weisen eine konstante Querschnittsform über den Wulst auf, wenn sich der Wulst in einem nicht-komprimierten Zustand befindet. Diese Querschnittsform ist konfiguriert, um eine gute Abdichtung sicherzustellen. Beispielsweise weist ein bekannter Wulst seine Querschnittsform definiert durch eine im wesentlichen ebene Bodenoberfläche, welche an dem Abstützblatt haftet bzw. festgelegt ist, zwei geneigte Seitenoberflächen, welche an die Bodenoberfläche unter 45º anschließen und sich nach oben und einwärts erstrecken, und eine im wesentlichen ebene obere Oberfläche auf, welche sich zwischen den Seitenoberflächen parallel zu der Bodenoberfläche erstreckt. Dieser Wulst gemäß dem Stand der Technik ist in einem nicht-komprimierten Zustand in Fig. 1 und in einem komprimierten Zustand in Fig. 2 dargestellt. Es ist aus einem Vergleich der Fig. 1 und 2 ersichtlich, daß der Wulst während der Kompression stark deformiert wird. Diese große Deformation kann bewirken, daß die Bodenoberfläche von dem Abstütz- bzw. Halteelement abgerissen wird, woraus resultiert, daß der Wulst aus seiner beabsichtigten Position bewegt bzw. entfernt werden kann.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Wulst zur Verfügung zu stellen, welcher in komprimiertem Zustand eine reduzierte Tendenz aufweist, von seinem Abstützblatt abgezogen bzw. abgerissen zu werden.
Die Erfindung stellt einen länglichen Wulst zur Verfügung, hergestellt aus einem elastischen Material und geeignet, zwischen zwei Elementen zur Ausbildung einer Dichtung komprimiert zu werden, wobei der Wulst eine Querschnittsform aufweist, welche in einem nicht-komprimierten Zustand des Wulstes im wesentlichen konstant über die Länge des Wulstes ist, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß die Querschnittsform durch eine im wesentlichen ebene Bodenoberfläche, zwei geneigte Seitenoberflächen, welche sich nach oben unter Einwärtsneigungen von Verbindungen mit der Bodenoberfläche erstrecken, und eine konvex gekrümmte obere Oberfläche definiert ist, welche an die zwei Seitenoberflächen durch gekrümmte Übergangs-Verbindungsoberflächen anschließt.
In einem Wulst in Übereinstimmung mit der Erfindung kann die einwärts gerichtete Neigung der Seitenoberflächen, welche vorzugsweise im wesentlichen eben bzw. planar sind, ohne eine Reduktion der Wirksamkeit des Wulstes als eine Abdichtung verringert werden. Für eine Verringerung der Neigung, d. h. eine Verkleinerung der Winkel zwischen den Seitenoberflächen und der Bodenoberfläche, wurde gefunden, daß sie vom Standpunkt eines Verhinderns eines Abreißens der Bodenoberfläche von dem Stützblatt günstig ist, obwohl die Neigung nicht über einen gewissen Punkt hinaus verringert werden kann, ohne daß bewirkt wird, daß das Material des Wulstes unter Kompression einknickt, wobei die Möglichkeit eines Materialbruches besteht. Das Vorsehen der konvex ge krümmten, oberen Oberfläche ermöglicht, daß der Wulst eine gute Abdichtung erzeugt, selbst wenn die Neigung verringert ist, da das zusätzliche Material, welches zur Ausbildung der konvexen Krümmung erforderlich ist, die Abnahme der Höhe der oberen Kanten bzw. Ränder der Seitenoberflächen über die Bodenoberfläche kompensiert.
Unter gewissen Bedingungen ist bevorzugt, daß die Seitenoberflächen unter 30º bis 25º zu der Bodenoberfläche geneigt sind. In einem speziellen Fall wurde für den optimalen Neigungswinkel, d. h. die geringste Tendenz, ohne Knicken abgerissen zu werden, 29º gefunden.
Die obere Oberfläche kann die Form eines Zylinderabschnittes aufweisen, wobei jedoch auch andere gekrümmte Oberflächen, wie beispielsweise Paraboloid- und Ellipsoidoberflächen, möglich sein können.
Die Erfindung stellt auch eine Dichtung bzw. Flachdichtung, umfassend wenigstens ein Abstützblatt bzw. -element und wenigstens eine Länge des Wulstes gemäß der Erfindung, welche an einer Seite des Abstützblattes anhaftet, zur Verfügung.
Es folgen nun detaillierte Beschreibungen, welche unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen zu lesen sind, einer Dichtung gemäß dem Stand der Technik, welche einen Wulst gemäß dem Stand der Technik beinhaltet, und einer illustrativen Dichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung, welche einen illustrativen Wulst in Übereinstimmung mit der Erfindung beinhaltet.
In den Zeichnungen ist (sind):
Fig. 1 eine Querschnittansicht in einem stark vergrößerten Maßstab durch einen Bereich der Dichtung gemäß dem Stand der Technik, welche den Wulst gemäß dem Stand der Technik in einem nicht-komprimierten Zustand zeigt;
Fig. 2 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 1, welche jedoch den Wulst gemäß dem Stand der Technik in einem komprimierten Zustand zeigt; und
die Fig. 3 und 4 Ansichten ähnlich zu den Fig. 1 bzw. 2, welche jedoch durch die illustrative Dichtung dargestellt sind und den illustrativen Wulst zeigen.
Die Dichtung 10 gemäß dem Stand der Technik, welche in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, beinhaltet ein Stützblatt bzw. -element 12, welches aus Stahl hergestellt ist, und einen Wulst 14, welcher an einer oberen Oberfläche 16 des Blattes 12 anhaftet bzw. festgelegt ist.
Der Wulst 14 ist aus einem elastischen bzw. federnden Material hergestellt und ist geeignet, zwischen zwei Elementen, im vorliegenden Fall dem Blatt 12 und einem Kopf 18, komprimiert zu werden, um eine Abdichtung auszubilden. Der Wulst 14 ist ein extrudiertes Element aus einem elastomeren Material und hat, wenn er sich in seinem nicht-komprimierten Zustand befindet, in welchem er in Fig. 1 gezeigt ist, eine Querschnittsform, welche im wesentlichen konstant über die Länge des Wulstes ist. Diese Querschnittsform wird durch eine im wesentlichen ebene Bodenoberfläche 20, welche an der Oberfläche 16 anhaftet, eine linke, geneigte Seitenoberfläche 22, eine rechte, geneigte Seitenoberfläche 24 und eine obere Oberfläche 26 definiert. Die obere Oberfläche 26 ist im wesentlichen eben und parallel zu der Bodenoberfläche 20. Die Seitenoberflächen 22 und 24 schließen sowohl an die Bodenoberfläche 20 als auch an die obere Oberfläche 26 unter 45º an und sind nach innen geneigt, sodaß die obere Oberfläche 26 schmäler ist als die Bodenoberfläche 20.
Ein Vergleich der Fig. 2 mit der Fig. 1 zeigt, daß bei der Bewegung von seinem nicht-komprimierten Zustand in seinen komprimierten Zustand das Material des Wulstes 14 sehr beträchtlich verformt wird. In seinem komprimierten Zustand weist der Wulst 14 eine ebene Bodenoberfläche 20a auf, welche breiter ist als die Oberfläche 20, zwei Seitenoberflächen 22a und 24a, welche sich nach außen in im wesentlichen konvexer Form wölben, und eine ebene, obere Oberfläche 26a, welche breiter ist als die Oberfläche 26. Die obere Oberfläche 26a ist auch breiter als die Bodenoberfläche 20, wobei sie ungefähr dieselbe Breite wie die Bodenoberfläche 20a aufweist.
Bei der Bewegung von seinem nicht-komprimierten in seinen komprimierten Zustand wurde gefunden, daß das Material des Wulstes 14 dazu tendiert, von der Oberfläche 16 in den mit 28 in Fig. 2 bezeichneten Bereichen abgelöst bzw. abgetrennt zu werden.
Die illustrative Dichtung bzw. Flachdichtung 29, welche den illustrativen Wulst 30 umfaßt, ist in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Die Dichtung 29 umfaßt das Blatt 12 zu der oberen Oberfläche 16, an welcher der Wulst 30 anhaftet bzw. festgelegt ist. Der Wulst 30 ist länglich und mit im wesentlichen konstantem Querschnitt ausgebildet, wenn er sich in seinem nicht-komprimierten Zustand befindet. Der Wulst 30 ist aus demselben Material wie der Wulst 14 ausgebildet und wird für denselben Zweck verwendet. Der Wulst 30 unterscheidet sich jedoch in seiner Querschnittsform vom Wulst 14.
In seinem in Fig. 3 gezeigten, nicht-komprimierten Zustand weist der Wulst 30 eine Querschnittsform auf, welche durch eine im wesentlichen ebene Bodenoberfläche 32, zwei geneigte Seitenoberflächen 34 und 36 und eine konvex gekrümmte, obere Oberfläche 38 definiert ist. Die Bodenoberfläche 32 weist dieselbe Breite wie die Oberfläche 20 des Wulstes 14 auf und ist an der Oberfläche 16 des Blattes 12 festgelegt. Die Seitenoberflächen 34 und 36 sind ähnlich zu den Oberflächen 22 und 24 des Wulstes 14 mit der Ausnahme, daß sie unter 29º zu der Bodenoberfläche 32 anstelle von 45º geneigt sind und daß, da der Neigungswinkel geringer ist, sich die Seitenoberflächen 34 und 36 nach oben von der Bodenoberfläche 33 nicht soweit weg erstrecken wie sich die Seitenoberflächen 22 und 24 von der Bodenoberfläche 20 des Wulstes erstrecken. Die oberen Ränder bzw. Kanten der Seitenoberflächen 34 und 36 schließen an die obere Oberfläche 38 durch kurze, konkave Übergangsoberflächen 40 an. Die obere Oberfläche 38 liegt in der Form einer Hälfte eines Zylinders vor, d. h. mit Ausnahme der Übergangsoberflächen 40 weist der obere Abschnitt des Wulstes 30 die Form einer Hälfte eines Zylinders auf. Die Spitze bzw. das Maximum 42 der oberen Oberfläche 38 liegt weiter oberhalb der Bodenoberfläche 32 als sich die obere Oberfläche 26 über der Bodenoberfläche 20 des Wulstes 14 befindet.
Ein Vergleich der Fig. 3 mit Fig. 4 zeigt, daß der Wulst 30 in seinem komprimier ten Zustand im wesentlichen eine Bodenoberfläche 32a, welche im wesentlichen dieselbe Breite wie die Oberfläche 32 aufweist, zwei seitliche Oberflächen 34a und 36a, welche im wesentlichen konvex ausgebildet sind, jedoch eine Falte 44 darin aufweisen, und eine ebene, obere Oberfläche 38a aufweist, welche geringfügig kleiner in der Breite als die Oberfläche 32a ist. Derart erstreckt sich in dem Wulst 30 die obere Oberfläche 38a nicht über die Bodenoberfläche 32, welche sich während der Kompression nicht in der Breite vergrößert. Die Falten 44 zeigen das Beginnen eines Einknickens, von welchem gefunden wurde, daß es auftritt, wenn der Neigungswinkel der Seitenoberflächen 34 und 36 beträchtlich reduziert wird.
Es wurde gefunden, daß der Wulst 30 eine bedeutend geringere Wahrscheinlichkeit aufweist, von der Oberfläche 16 abgerissen bzw. abgelöst zu werden, als der Wulst 14. Berechnungen zeigen, daß die Belastung parallel zu der Oberfläche 16, welche durch Kompression des Wulstes erzeugt wird, einen maximalen Wert von 2,5 MPa für den Wulst 30 im Vergleich zu 18,7 MPa für den Wulst 14 aufweist. Weiters zeigen Berechnungen, daß die Kontaktbeanspruchung zwischen dem Wulst 30 und dem Kopf 18 in dem komprimierten Zustand des Wulstes 30 ähnlich ist zu der Kontaktbeanspruchung zwischen dem Wulst 14 und dem Kopf 18. Die Dichtfunktion des Wulstes 30 wird somit aufrechterhalten.

Claims

1. Länglicher Wulst (30), hergestellt aus einem elastischen Material und geeignet, zwischen zwei Elementen (12, 18) zur Ausbildung einer Dichtung komprimiert zu werden, wobei der Wulst eine Querschnittsform aufweist, welche in einem nicht-komprimierten Zustand des Wulstes im wesentlichen konstant über die Länge des Wulstes ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform durch eine im wesentlichen ebene Bodenoberfläche (32), zwei geneigte Seitenoberflächen (34, 36), welche sich nach oben unter Einwärtsneigungen von Verbindungen mit der Bodenoberfläche (32) erstrecken, und eine konvex gekrümmte obere Oberfläche (38) definiert ist, welche an die zwei Seitenoberflächen (34, 36) durch gekrümmte Übergangs-Verbindungsoberflächen (40) anschließt.

2. Wulst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenoberflächen (34, 36) im wesentlichen eben sind.

3. Wulst nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenoberflächen (34, 36) zwischen 35º und 25º zu der Bodenoberfläche (32) geneigt sind.

4. Wulst nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Oberfläche (38) die Form eines Teils eines Zylinders aufweist.

5. Dichtung bzw. Flachdichtung (29), umfassend wenigstens ein Stützblatt (12) und wenigstens eine Länge eines Wulstes (30), welcher an einer Oberfläche (16) des Stützblattes anhaftet, wobei der Wulst eine Querschnittsform aufweist, welche in einem nicht-komprimierten Zustand des Wulstes im wesentlichen konstant über die Länge des Wulstes ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform durch eine im wesentlichen ebene Bodenoberfläche (32), zwei geneigte Seitenoberflächen (34, 36), welche sich nach oben unter Einwärtsneigungen von Verbindungen mit der Bodenoberfläche (32) erstrecken, und eine konvex gekrümmte obere Oberfläche (38) definiert ist, welche an die zwei Seitenoberflächen (34, 36) durch gekrümmte Übergangs-Verbindungsoberflächen (40) anschließt.

6. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulst (30) in Übereinstimmung mit einem der Ansprüche 2 bis 4 ausgebildet ist.