靜態(tài)墊圈及其構(gòu)造方法
【專利說明】靜態(tài)墊圈及其構(gòu)造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求提交于2013年6月10日的美國臨時專利申請N0.61/833，301以及提交于2014年6月10日的美國實用申請N0.14/300,694的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]1.
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明通常涉及類型為用于在夾在一起的兩個構(gòu)件之間形成不透氣/液體密封的靜態(tài)墊圈及其構(gòu)造方法。
[0005]2.相關(guān)技術(shù)
[0006]當(dāng)在兩個卡夾在一起的構(gòu)件(例如汽缸頭和發(fā)動機(jī)缸體)之間形成不透氣/液體密封時，通常采用具有多個層的靜態(tài)汽缸頭墊圈。通常，多層墊圈的至少其中一層，有時稱為功能層，具有一個或多個密封球珠，以圍繞開口(例如汽缸孔、冷卻劑開口和/或螺栓開口)形成不透氣/液體的密封。另一層，有時稱為間隔層，配置為鄰接功能層，以通過限制對功能層的密封球珠的壓迫有利于形成圍繞開口的不透氣/液體的密封。
[0007]為了有利于將功能層的密封球珠壓至所需高度，而不過度壓迫球珠，間隔層通常成型為具有形成于間隔層的材料內(nèi)的凸出的凸起。凸出的凸起通常經(jīng)由高噸位壓型機(jī)在壓印工藝中形成。因此，壓型機(jī)可塑地使間隔層的材料變形以形成凸出的凸起。不幸的是，用于形成凸出的凸起的高噸位壓型機(jī)非常昂貴，占用大量空間，且安裝后，需要凸出的凸起的特定尺寸和樣式，從而從一種樣式變成另一種樣式時需要花費大量時間和工作。進(jìn)一步，由于可塑地使間隔層的材料變形，材料特性不可預(yù)知地改變，從而在間隔層的材料內(nèi)產(chǎn)生不可預(yù)知的材料特性，最終會導(dǎo)致間隔層原本需要的功能能力過早失效。進(jìn)一步，不得已機(jī)械頓鍛(upset)間隔層的材料通常導(dǎo)致凸出的凸起的形狀和尺寸偏離實際需要的形狀和尺寸，這主要是由于間隔層材料內(nèi)的公差，以及用于形成凸出的凸起的壓型機(jī)和工具的公差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]提供有一種金屬靜態(tài)墊圈。所述墊圈包括至少一個金屬層。所述至少一個金屬層具有相反的側(cè)面，至少一個貫通開口延伸穿過所述相反的側(cè)面，所述貫通開口配置為與一開口對齊。至少一個金屬層具有至少一個凸起的環(huán)形密封球珠。多個凸起從至少其中一個所述相反的側(cè)面向外延伸，其中所述多個凸起從所述至少一個金屬層由單獨的金屬塊成型，且通過單獨的連接接縫分別固定至所述至少一個金屬層。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述至少一個金屬層成型為具有凸出的環(huán)形密封球珠的單個金屬層，且多個凸起連接至所述單個金屬層。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述至少一個金屬層包括至少一個金屬功能層，其中形成有至少一個凸出的環(huán)形密封球珠，和單獨的金屬間隔層，其中多個凸起通過連接接縫固定至功能層和間隔層至少其中一個。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述連接接縫可由焊縫形成。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述連接接縫可由粘合劑形成。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，至少其中一些凸出的凸起相互之間高度不同。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，至少其中一些凸出的凸起相互之間外緣形狀不同。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，功能層和間隔層具有多個相互對齊的開口，且間隔層具有圍繞每一個對齊的開口的至少一部分延伸的凸出的凸起。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述墊圈為汽缸頭墊圈。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供有一種構(gòu)造墊圈的方法。所述方法包括提供至少一個具有相反的側(cè)面和至少一個貫通開口的金屬層，所述至少一個金屬層的至少其中一個具有至少一個鄰近所述至少一個貫通開口的凸出的環(huán)形密封球珠。進(jìn)一步，將多個單獨的金屬塊連接至鄰近所述貫通開口的所述至少一個金屬層的至少其中一個相反的側(cè)面。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法可包括由單個金屬層形成所述墊圈，所述單個金屬層具有形成于其中的環(huán)形密封球珠和連接其上的多個凸起。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法可包括形成具有功能層的墊圈，所述功能層包括至少一個形成于其中的環(huán)形密封球珠，以及形成與所述功能層分開的間隔層，以及使所述多個金屬凸起連接至功能層和間隔層至少其中一個。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法可包括通過焊接工藝將金屬凸起連接至所述至少一個金屬層。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法可包括通過檢流計焊接工藝將金屬凸起連接至功能層。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法可包括通過粘合劑將金屬凸起連接至所述至少一個金屬層。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法可包括提供至少其中一些金屬凸起相互之間具有不同的高度。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法可包括提供至少其中一些金屬凸起相互之間具有不同的外緣形狀。
[0025]在能夠分別將凸起連接至金屬墊圈層時，相較于試圖頓鍛所述金屬墊圈層的材料以獲得類似的結(jié)構(gòu)，任意數(shù)量的復(fù)雜結(jié)構(gòu)或凸起陣列能夠快速便宜地成型。進(jìn)一步，在各個凸起設(shè)置為單獨的材料時，相較于可塑頓鍛的止動器，凸起的陣列形成的最后的止動器的剛性和材料特性受到嚴(yán)格控制且是已知的。進(jìn)一步，用于構(gòu)造具有連接其上的凸起的金屬墊圈層的安裝工序快速，且容易改變，以根據(jù)需要形成不同的凸起樣式，不需要過度的費用和時間。進(jìn)一步，用于形成具有連接其上的凸起的金屬墊圈層的設(shè)備能夠做到相對于用于形成鑄造金屬墊圈層的高噸位壓型機(jī)尺寸相對較小、花費相對較少。另外，用于形成墊圈的各個層的壓型機(jī)噸位越小，占用的空間相對于用于形成鑄造止動器的壓型機(jī)越小得多。
【附圖說明】
[0026]當(dāng)結(jié)合以下優(yōu)選實施例及最佳方式、所附權(quán)利要求和附圖的具體說明考慮時，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的墊圈以及其構(gòu)造方法的這些和其它方面、特征以及優(yōu)勢將變得更容易理解，其中:
[0027]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個方面構(gòu)造的一種多層墊圈的部分拆開的平面視圖；
[0028]圖2為圖1中的墊圈沿線2-2剖開的部分截面圖；
[0029]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個方面構(gòu)造的圖1中的墊圈的間隔層的部分透視視圖；
[0030]圖3A為圖3中的間隔層的側(cè)視圖；
[0031]圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一方面構(gòu)造的一種間隔層的部分透視視圖；
[0032]圖4A為圖4中的間隔層的側(cè)視圖；
[0033]圖5A_f5D所示為根據(jù)本發(fā)明的另一方面構(gòu)造的一種間隔層的一部分的平面視圖；
[0034]圖6A-6I所示為根據(jù)本發(fā)明的另一方面構(gòu)造的一種間隔層的一部分的平面視圖；
[0035]圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一方面構(gòu)造的一種墊圈的類似于圖2的視圖；
[0036]圖8為根據(jù)本發(fā)明的另一方面構(gòu)造的一種墊圈的類似于圖2的視圖。
【具體實施方式】
[0037]更具體地參照附圖，圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個方面構(gòu)造的一種靜態(tài)墊圈10的部分拆開的平面視圖，所示為多層靜態(tài)墊圈，以下簡稱為墊圈，其為實例而不具有限制作用。墊圈10可構(gòu)造為汽缸頭墊圈，接納于發(fā)動機(jī)缸體和汽缸頭(未示出)之間，但是其它密封應(yīng)用也是能夠預(yù)見的。墊圈10具有至少一個功能層，且在如圖2所示的截面圖中，為具有一對上下功能層12、14，其為實例而不具有限制作用，且如此處所示，為具有上下功能層12、14之間的中間間隔層16，其也為實例而不具有限制作用。功能層12、14設(shè)置為鄰接間隔層16的相反的側(cè)面18、20，這樣間隔層16就夾在功能層12、14之間且與功能層12、14鄰接，其中各個層12、14、16可保持獨立，且能夠相互分開，或者可相互固定，例如通過焊縫、敲彎釘頭釘牢或者鉚釘(未示出)，優(yōu)選的是在墊圈10的最外緣處或附近。功能層12、14分別具有開口 22，其尺寸能夠與間隔層16上的開口 24對齊，其中各個開口 22、24分別相互軸向?qū)R，同時汽缸孔25密封。此外，功能層12、14和間隔層16具有多個相互對齊的另外的開口，例如在從汽缸孔25向外徑向間隔的墊圈10的邊緣區(qū)域，其中所述另外的開口可用作螺栓開口 26以及冷卻劑或油通道27，其為實例而不具有限制作用。功能層12、14分別具有一個或多個壓縮球珠，例如從層12、14的大致平整的平面向外延伸的半和/或全壓縮密封球珠28，以有利于圍繞汽缸孔25和其它開口 26、27形成不透氣密封。為了進(jìn)一步有利于圍繞汽缸孔25和剩余的對齊的開口 26、27形成良好可靠的不透氣密封，間隔層16和/或功能層12、14的至少其中一個，以及圖2中所示的間隔層16具有多個單獨的、不連續(xù)的凸出的止動器，也稱為凸起32，從至少其中一個側(cè)面18、20向上且向外延伸，以防止過度壓縮和壓扁功能層12、14中的密封球珠28，其中圖2中所示的間隔層16具有平面主體30，所述平面主體30由具有相反的側(cè)面18、20的平面金屬板構(gòu)造。凸起32由單獨的剛性金屬塊和單獨的材料塊從各個層上形成，凸起32單獨地各自固定連接至各個層，所示為連接至間隔層16的金屬板主體30，并通過連接接縫34固定至金屬板主體30。凸起32的高度和形狀防止圍繞汽缸孔25延伸且在邊緣區(qū)域的密封球珠28由于汽缸