DE10050478A1 - Mehrlagenstahldichtung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrlagenstahldichtung, beispielsweise Zylinderkopfdichtung, mit mindestens einer Durchgangsöffnung, beispielsweise für einen Brennraum eines Verbrennungsmotors, bei der mindestens drei aktive metallische Dichtungslagen übereinander angeordnet sind; wobei in mindestens zwei Dichtungslagen um die Durchgangsöffnung(en) Sicken ausgebildet sind; und in einem zwischen diesen beiden Dichtungslagen angeordneten Distanzblech an einer Seite benachbart zu den Sicken ein erster sickenförmiger, plastisch verformbarer Verformungsbegrenzer angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrlagenstahldichtung, beispielsweise eine mehrlagige Zylinderkopfdichtung mit mindestens einer Durchgangsöffnung, beispielswei­ se für einen Brennraum eines Verbrennungsmotors. Bei der erfindungsgemäßen Dichtung werden mindestens drei übereinander angeordnete metallische aktive Dich­ tungslagen und ein zwischen zwei der aktiven Dich­ tungslagen ein Distanzblech eingesetzt. Sie ist ins­ besondere für den Einsatz in Hochleistungsver­ brennungsmotoren, bei denen erhöhte Brennraumdrücke und demzufolge auch entsprechend erhöhte Dichtspalt­ schwingungen auftreten, geeignet.

Insbesondere für diesen Einsatzbereich werden bisher Mehrlagen-Metalldichtungen eingesetzt. Eine solche bekannte Zylinderkopfdichtung weist ein Dichtungsde­ sign, bestehend aus zwei aktiven Dichtungslagen, ei­ nem Falzblech und einem Distanzblech, in dem eine Omegasicke ausgebildet ist, auf. Bei solchen bekann­ ten Lösungen können aber die bereits erwähnten, auf­ tretenden hohen Dichtspaltschwingungen in Hochlei­ stungsverbrennungsmotoren mit sehr kritischen dynami­ schen Randbedingungen nicht kompensiert und eine si­ chere Abdichtung der Zylinder zwischen Motorblock und Zylinderkopf nicht erreicht werden. Die bisher ver­ wendeten Dichtungen können über einen längeren Zeit­ raum keinen sicheren Überstand am Brennraum gewähr­ leisten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Mehrlagen­ stahldichtung vorzuschlagen, mit der eine sichere Ab­ dichtung bei Hochleistungsverbrennungsmotoren mit ho­ hen Brennraumdrücken erreicht werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Mehrla­ genstahldichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhaf­ te Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Er­ findung können mit den in den untergeordneten Ansprü­ chen genannten Merkmalen erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Mehrlagenstahldichtung, insbe­ sondere Zylinderkopfdichtung, verwendet mindestens drei übereinander angeordnete metallische aktive Dichtungslagen, wobei in mindestens zwei dieser me­ tallischen Dichtungslagen um die eine oder auch meh­ rere Durchgangsöffnungen für Brennräume von Ver­ brennungsmotoren Sicken ausgebildet sind. Zwischen diesen beiden aktiven Dichtungslagen ist ein Distanz­ blech angeordnet, bei dem zumindest an einer Seite benachbart zu den Sicken ein sickenförmiger, plas­ tisch verformbarer Verformungsbegrenzer (Stopper) ausgebildet und angeordnet ist. Dieser Stopper ermög­ licht es der Dichtung, sich beim Einbau der Motorto­ pographie anzupassen.

Die Beschichtung kann folglich beispielsweise aus ei­ nem Material bestehen, das ein Duroplast und minde­ stens einen metallischen Füllstoff enthält, wobei das Gewichtsfeld des von Duroplast zu Füllstoff vorteil­ hafterweise größer als 1 : 1 ist. Derartige Beschich­ tungsstoffe sind in der DE 198 29 058.6-12 offenbart. Alternativ kann die Beschichtung auch aus einem Mate­ rial bestehen, das ein Perfluorcopolymer, vorteilhaf­ terweise aus einem perfluorierten Alkan und perflu­ orierten Vinylether, enthält, wie es in der DE 199 28 601.9 offenbart ist. Als weitere Beschichtung kommt auch ein Material in Frage, das zumindest aus einem Füllstoff und einem Bindemittel besteht, wobei der Masseanteil des Füllstoffes größer als der Bindemit­ telanteil ist, und der Füllstoff in Partikelform Vor­ liegt, wobei die einzelnen sphärischen Partikel eine kleine Oberfläche im Verhältnis zum Partikelvolumen aufweisen. Die Partikel können vorteilhafterweise ei­ ne geglättete, abgerundete, beispielsweise kugelför­ mige, Oberfläche aufweisen. Eine ideale Größe für die Partikel liegt zwischen 5 und 100 µm. Ein derartiges Beschichtungsmaterial ist in der DE 199 28 580.2 of­ fenbart.

Der Raum, der durch die Sicke am Verformungsbegrenzer ausgebildet ist, kann mit einer Beschichtung, bei­ spielsweise einem Elastomer, befüllt sein. Die Be­ schichtung kann vollständig oder auch nur zum Teil erfolgen. Eine solche Beschichtung, die üblicherweise auch als "Hardcoating" bezeichnet wird, ist bei­ spielsweise in DE 198 29 058, DE 199 28 580 und DE 199 28 601 beschrieben, wobei auf den entsprechenden Offenbarungsgehalt bezüglich der dort offenbarten Be­ schichtungsmaterialien vollumfänglich zurückgegriffen werden soll.

Durch dieses Hardcoating, insbesondere bei Teilbefül­ lung, kann die Zusammenpressung des Stoppers auf ein bestimmtes Maß eingestellt werden. Dadurch wird in den kritischen Zwischenschraubenbereichen eine aus­ reichende Stopperpressung gewährleistet. Diese ge­ füllte Stoppersicke wirkt dann als plastisch verform­ barer Wegbegrenzer für die mindestens drei aktiven Funktionslagen bzw. deren Sicken.

Es besteht die Möglichkeit, an einem solchen Distanz­ blech weitere ebenfalls sickenförmige, plastisch ver­ formbare Verformungsbegrenzer an der entsprechend an­ deren Seite, der Sicken, die an den zwei aktiven Dichtungslagen ausgebildet sind, anzuordnen und auch dort den Raum, der durch die Sicke am Verformungsbe­ grenzer gebildet worden ist, mit dem genannten Hardcoating zu befüllen.

Das Hardcoating kann den Raum teilweise, aber auch vollständig ausfüllen und ein bestimmtes ausreichendes Maß an Pressung, im montierten Zustand der Zylin­ derkopfdichtung im Bereich des plastisch verformbaren Verformungsbegrenzers zu sichern. Der Verformungsbe­ grenzer kann sich durch seine Eigenschaften und Ge­ stalt beim Einbau an die Motortopographie anpassen. Außerdem wird auch in den kritischen Zwischenschrau­ benbereichen eine ausreichende Pressung im Bereich des Verformungsbegrenzers gesichert.

Die dritte aktive Dichtungslage kann ohne, aber be­ vorzugt auch mit Sicken um die Durchgangsöffnungen für Brennräume ausgebildet sein.

Zwischen zwei der aktiven Dichtungslagen kann ein weiterer Stopper (Verformungsbegrenzer), vorzugsweise im Bereich zwischen den Sicken der aktiven Lagen und dem Umfangsrand der Durchgangsöffnung angeordnet sein. Dieser kann durch eine weitere Blechlage mit einem Verformungsbegrenzer gebildet werden, die zwi­ schen zwei Lagen der Dichtung angeordnet ist und an ihrem Rand zur Durchgangsöffnung umgefalzt ist. Der Verformungsbegrenzer wird dann durch den gefalzten zweilagigen Teil dieses Bleches gebildet. Durch ent­ sprechende doppelte Falzungen können zwei Verfor­ mungsbegrenzer, die an beiden Seiten benachbart zu den jeweiligen Sicken, die in den aktiven Dichtungs­ blechen ausgebildet sind, vorhanden sein.

Dieser Stopper kann jedoch auch durch einen Ring, beispielsweise einen Blechring, gebildet werden, der in dem Bereich zwischen den Sicken der benachbarten aktiven Lagen und dem Umfangsrand der Durchgangsöffnung angeordnet ist.

Die in den aktiven Dichtungslagen ausgebildeten Sic­ ken sollten bevorzugt als Sickenpaket übereinander angeordnet sein.

Mit dem erfindungsgemäßen mehrlagigen Aufbau können die Dichtspaltschwingungen auf die mindestens drei aktiven Dichtungslagen aufgeteilt und eine erhöhte Standzeit bei kritischen Dichtspaltschwingungen er­ reicht werden.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Berei­ ches eines Beispiels einer erfindungsgemä­ ßen Zylinderkopfdichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Berei­ ches eines weiteren Beispiels einer erfin­ dungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, mit beidseitig zu Sicken angeordneten Verfor­ mungsbegrenzern; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Berei­ ches eines weiteren Beispieles einer erfin­ dungsgemäßen Zylinderkopfdichtung mit einem Stopperring.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel einer erfin­ dungsgemäßen Zylinderkopfdichtung sind drei überein­ ander angeordnete aktive Dichtungslagen 2, 2', 2" vorhanden, in denen jeweils Sicken 3, 3', 3" ausge­ formt sind. Zwischen der hier unten dargestellten ak­ tiven Dichtungslage 2" und der mittleren aktiven Dichtungslage 2 ist ein Distanzblech 6 angeordnet, das zwischen den Sicken 3 und einer Durchgangsöffnung 7 für einen Brennraum einen sickenförmigen, plastisch verformbaren Verformungsbegrenzer 4 aufweist. Dabei ist der Raum, der durch die Sicke des Verformungsbe­ grenzers 4 an der Oberseite des Distanzbleches 6 aus­ gebildet ist, mit einem Elastomer 1 befüllt, so dass durch die Verwendung der mindestens zwei Sicken 3, 3" in den aktiven Dichtungsblechen 2, 2" und dem Distanzblech 6 auch unter extremen Be­ triebsbedingungen, bei Brennraumdrücken im Bereich von 200 bar und darüber hinaus, die im allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnten vorteilhaften techni­ schen Wirkungen und insbesondere eine dauerhafte, zu­ verlässige Dichtwirkung erreicht werden können.

Die Sicken 3, 3" in den unteren und mittleren akti­ ven Dichtungslagen 2, 2" sind in die gleiche Rich­ tung (gleichsinnig) verformt. Das Distanzblech 6 weist eine größere Dicke als die Dichtungsbleche 2, 2" auf.

Zwischen der oberen und der mittleren aktiven Dich­ tungslage 2' und 2 ist bei diesem Beispiel ein Blech 5 mit einem gefalzten, einen weiteren Verformungs­ begrenzer 5' bildenden Teil angeordnet. Die Sicken 3 und 3' in diesen beiden aktiven Dichtungslagen 2, 2' sind in jeweils entgegen gerichtete Richtungen (ge­ gensinnig), also aufeinanderzu, verformt.

Die aktiven Dichtungslagen 2, 2', 2" können aus her­ kömmlichen Metallen, mit ausreichender Elastizität und in bekannten Dicken aus jeweils gleichen Metallen gebildet sein, wobei auch zwischen diesen aktiven Dichtungslagen 2, 2', 2" zusätzliche Beschichtungen vorgesehen sein können. Die Verbindung der einzelnen Elemente einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung kann ebenfalls auf herkömmliche Art und Weise erfol­ gen.

Das in Fig. 2 gezeigte Beispiel einer erfindungsge­ mäßen Zylinderkopfdichtung unterscheidet sich vom Beispiel nach Fig. 1 lediglich in der Verwendung von zusätzlichen Verformungsbegrenzern 4' und 5", die jeweils auf der anderen der Brennraumdurchgangsöff­ nung 7" abgewandten Seite der in den aktiven Dich­ tungslagen 2, 2" ausgebildeten Sicken 3, 3" ange­ ordnet sind, wobei mit einer solchen Anordnung, die beispielsweise zwischen zwei benachbarten Brennraum­ durchgangsöffnungen 7, 7' erforderlich ist, die Standfestigkeit und Dichtwirkung der Zylinderkopf­ dichtung in diesem Bereich weiter verbessert werden können.

Fig. 3 zeigt eine weitere Zylinderkopfdichtung, die bezüglich der in Fig. 1 gezeigten Zylinderkopfdich­ tung lediglich die Stopperlage 5 nicht aufweist. Der dem in Fig. 1 gezeigten Falzstopper 5' entsprechende Stopper 5' in Fig. 3 ist durch einen Ring gebildet, der in dem Bereich zwischen den Sicken 3, 3' und dem Umfangsrand der Brennraumdurchgangsöffnung 7 zwischen den beiden Dichtungslagen 2, 2' angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung wird eine vierlagige Mehrla­ genstahldichtung gebildet, bei der zusätzlich ein Stopperring 5' für eine Dichtlinie entlang des Um­ fangsrandes der Brennraumdurchgangsöffnung 7 zwischen den beiden aktiven Dichtungslagen 2, 2' und für eine Verformungsbegrenzung der beiden Sicken 3, 3' eben­ falls der beiden Dichtungslagen 2, 2' sorgt. Hier wie in den vorhergehenden Figuren sind entsprechende Ele­ mente durchgängig mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.

Claims (12)

1. Mehrlagenstahldichtung, beispielsweise Zylinder­ kopfdichtung, mit mindestens einer Durch­ gangsöffnung (7, 7'), beispielsweise für einen Brennraum eines Verbrennungsmotors, bei der min­ destens drei aktive metallische Dichtungslagen übereinander angeordnet sind; wobei in minde­ stens zwei Dichtungslagen (2, 2") um die Durch­ gangsöffnung(en) Sicken (3, 3") ausgebildet sind; und in einem zwischen diesen beiden Dich­ tungslagen (2, 2") angeordneten Distanzblech (6) an einer Seite benachbart zu den Sicken (3, 3") ein erster sickenförmiger, plastisch verformba­ rer Verformungsbegrenzer (4) angeordnet ist.

2. Mehrlagenstahldichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß in allen drei aktiven Dichtungslagen Sicken. (3, 3', 3") ausgebildet sind.

3. Mehrlagenstahldichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Sicken (3, 3') in den aktiven Dichtungslagen ein Sickenpaket bildend überein­ ander angeordnet sind.

4. Mehrlagenstahldichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Seiten der Sicken (3, 3', 3") am Di­ stanzblech (6) sickenförmige, plastisch verform­ bare Verformungsbegrenzer (4, 4') vorhanden sind.

5. Mehrlagenstahldichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Sicken (3, 3', 3") in minde­ stens zwei der aktiven Dichtungslagen (2, 2', 2"), zwischen denen das Distanzblech (6) angeordnet ist, gleichsinnig verformt sind.

6. Mehrlagenstahldichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der dritten aktiven Dichtungslage (2') ausgebildete Sicke (3') gegensinnig zu den bei­ den anderen Sicken (3, 3") verformt ist.

7. Mehrlagenstahldichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei der Dichtungslagen (2, 2', 2") eine weitere Blechlage (5) mit minde­ stens einem weiteren benachbart zu den Sicken (3, 3', 3") angeordneten Verformungsbegrenzer (5') angeordnet ist.

8. Mehrlagenstahldichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Blechlage be­ nachbart zu der Durchgangsöffnung (7, 7') entlang deren Begrenzung umgefalzt ist und dieser dop­ pellagige Falz den weiteren Verformungsbegrenzer (5') bildet.

9. Mehrlagenstahldichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei der Metalllagen im Bereich zwi­ schen den Sicken der aktiven Dichtungslagen und dem Umfangsrand der Durchgangsöffnung (7, 7') ein Stopperring einen weiteren Verformungsbegrenzer bildend angeordnet ist.

10. Mehrlagenstahldichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste sickenförmige Verformungsbegrenzer (4) auf seiner konkaven Seite mit einer Beschichtung (Hardcoating), beispielsweise einem Elastomer (1), verfüllt ist.

11. Mehrlagenstahldichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste sickenförmige Ver­ formungsbegrenzer auf seiner konkaven Seite nur teilweise mit der Beschichtung befüllt ist.

12. Mehrlagenstahldichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste sickenförmige Verformungsbegrenzer (4) auf seiner konkaven Seite vollständig mit der Beschichtung verfüllt ist.