DE10137548A1

DE10137548A1 - Zylinderkopfdichtung

Info

Publication number: DE10137548A1
Application number: DE10137548A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Walter; Peter Schweizer
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: DE10137548B4

Abstract

Um eine Zylinderkopfdichtung, umfassend mindestens eine Dichtungsplatte mit mindestens einer Brennraumdurchgangsöffnung, zu schaffen, welche den Schadraum zwischen einem Zylinder und einem darin auf- und abbeweglichen Kolben verkleinert, ohne die Anfälligkeit für Motorschäden zu erhöhen, wird vorgeschlagen, daß die Zylinderkopfdichtung ein Einlegeelement umfaßt, das die Brennraumdurchgangsöffnung berandet und sich über eine zylinderseitige Dichtfläche der Zylinderkopfdichtung hinaus im wesentlichen parallel zur Achse der Brennraumdurchgangsöffnung erstreckt, wobei das Einlegeelement an der Dichtungsplatte festgelegt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung, die mindestens eine Dichtungsplatte mit mindestens einer Brennraumdurchgangsöffnung umfaßt.

Eine solche Zylinderkopfdichtung ist beispielsweise aus der DE 43 42 183 A1 bekannt.

Aus der DE 43 42 183 A1 ist es ferner bekannt, zwischen der Innenseite eines Zylinders und einem in dem Zylinder auf- und abbewegbaren Kolben ein ringförmiges Einlegeelement anzuordnen, um eine unerwünschte Ölkohlebildung in dem Zwischenraum zwischen dem Kolben und dem Zylinder zu vermeiden.

Bei den in der DE 43 42 183 A1 beschriebenen Einlegeelementen besteht jedoch die Gefahr, daß diese Einlegeelemente bei der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens von dem Kolben mitgerissen und dadurch zerstört werden.

Ferner ist es bekannt, einen die Brennraumdurchgangsöffnung umgebenden Randbereich der Dichtungsplatte so umzuformen, daß dieser Randbereich einen zwischen der Innenseite des Zylinders und dem Kolben angeordneten ringförmigen Kragen bildet.

Bei Verwendung eines solchen Kragens ist es jedoch von Nachteil, daß die Wandstärke des Kragens durch die Dicke des Trägerblechs der Dichtungsplatte vorgegeben ist. Ferner sind zur Einhaltung der engen Toleranzen für die Abmessungen und die Ausrichtung des Kragens mehrere zusätzliche, technisch aufwendige Arbeitsgänge bei der Herstellung der Dichtungsplatte erforderlich. Bei einer Erwärmung des Materials des Kragens im Betrieb des Verbrennungsmotors treten Rückstellkräfte auf, welche bestrebt sind, den Kragen in die Ebene der Dichtungsplatte zurückzustellen, was dann zu einer Kollision mit dem Kolben führt. Außerdem ist die maximale Ausdehnung eines solchen Kragens längs der Zylinderachse aufgrund der Herstellungsweise dieses Kragens stark beschränkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderkopfdichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche den Schadraum zwischen einem Zylinder und einem darin auf- und abbeweglichen Kolben verkleinert, ohne die Anfälligkeit für Motorschäden zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei einer Zylinderkopfdichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zylinderkopfdichtung ein Einlegeelement umfaßt, das die Brennraumdurchgangsöffnung berandet und sich über eine zylinderseitige Dichtfläche der Zylinderkopfdichtung hinaus im wesentlichen parallel zur Achse der Brennraumdurchgangsöffnung erstreckt, wobei das Einlegeelement an der Dichtungsplatte festgelegt ist.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt somit das Konzept zugrunde, zwei separat hergestellte Bauteile, nämlich die Dichtungsplatte und das Einlegeelement, zu einer Einheit miteinander zu verbinden, welche in einfacher Weise transportierbar und montierbar ist. Außerdem wird durch die Festlegung des Einlegeelements an der Dichtungsplatte eine Fixierung des Einlegeelements relativ zu dem Zylinder erreicht, so daß das Einlegeelement nicht - wie ein nicht mit der Zylinderkopfdichtung verbundener Einlegering - von dem Kolben bei dessen Auf- und Abbewegung mitgerissen wird. Die Anfälligkeit für Motorschäden wird durch die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung daher deutlich verringert.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Einlegeelement die Brennraumdurchgangsöffnung ringförmig umschließt.

Die Festlegung des Einlegeelements an der Dichtungsplatte kann mit jedem beliebigen hierfür geeigneten Verfahren durchgeführt werden.

So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Einlegeelement durch Verklebung an der Dichtungsplatte festgelegt ist.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, daß das Einlegeelement in Preßpassung in der Brennraumdurchgangs- öffnung der Dichtungsplatte aufgenommen ist.

Eine besonders sichere und temperaturbeständige Festlegung des Einlegeelements an der Dichtungsplatte wird jedoch erzielt, wenn das Einlegeelement durch Verschweißung und/oder durch Vernietung an der Dichtungsplatte festgelegt ist.

Die Verschweißung kann dabei als Punktschweißung mit einander überlappenden oder mit nicht überlappenden Schweißpunkten oder als Schweißung mit einer kontinuierlichen Schweißnaht ausgebildet sein.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Einlegeelement aus einem Material hergestellt ist, das von dem Material der Dichtungsplatte verschieden ist.

Die Dichtungsplatte wird vorzugsweise aus einem elastischen Federstahl hergestellt, um die Dichtungsplatte zur Erhöhung der Dichtwirkung mit einer Sicke versehen zu können.

Das Material des Einlegeelements kann ein von dem Material der Dichtungsplatte verschiedener Federstahl oder Edelstahl sein, aus welchem das Einlegeelement durch Drehen und/oder Fräsen hergestellt wird.

Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, daß das Einlegeelement aus Hartmetall besteht und beispielsweise durch einen Sintervorgang hergestellt wird.

Ferner ist es möglich, ein aus einem Gußmetall, beispielsweise aus Gußeisen, bestehendes Einlegeelement zu verwenden, welches durch einen Gießvorgang hergestellt wird.

Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß es das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht, sowohl für das Einlegeelement als auch für die Dichtungsplatte das jeweils optimale Material und das jeweils optimale Fertigungsverfahren zu verwenden.

Ferner kann die Wandstärke des Einlegeelements von der Dicke der Dichtungsplatte verschieden gewählt sein.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Einlegeelement aus einem massiven Vollmaterial hergestellt ist. Bei einem solchen Einlegeelement treten - im Gegensatz zu einem durch Umformung entstandenen Einlegeelement - im Betrieb des Motors keine Rückstellkräfte auf, welche zu einer Rückformung des Einlegeelements und dadurch zu einer Kollision mit dem Kolben führen könnten.

Ferner ist es günstig, wenn das Einlegeelement einen im wesentlichen hohlzylindrischen Abschnitt umfaßt. Ein solcher hohlzylindrischer Abschnitt ist besonders dazu geeignet, einen zwischen der Innenseite des Zylinders und der Außenseite des Kolbens vorhandenen Zwischenraum im Zylinder auszufüllen und somit zur Schadraumminimierung beizutragen.

Um das Einführen des Kolbens in das Einlegeelement bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens zu erleichtern und somit zu verhindern, daß das Einlegeelement vom Kolben mitgerissen und die Verbindung zwischen der Dichtungsplatte und dem Einlegeelement bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens belastet wird, ist es von Vorteil, wenn das Einlegeelement eine sich zu einem der Dichtungsplatte abgewandten Ende des Einlegeelements hin erweiternde Einlauföffnung für den Kolben umfaßt.

Um das Einlegeelement bei der Montage der Zylinderkopfdichtung in einfacher Weise bezüglich der Zylinderachse zentrieren zu können und zusätzlich ein Losreißen des Einlegeelements von der Dichtungsplatte bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens zu verhindern, ist es günstig, wenn das Einlegeelement eine quer zur Achse der Brennraumdurchgangsöffnung ausgerichtete Anlagefläche umfaßt. Diese Anlagefläche liegt im montierten Zustand der Dichtung an einer korrespondierenden Fläche des Motorblocks oder einer Zylinderbuchse an.

Vorzugsweise schließt diese Anlagefläche mit der Achse der Brennraumdurchgangsöffnung einen spitzen Winkel ein. Hierdurch wird das Einlegeelement sowohl in radialer als auch in axialer Richtung der Zylinderbohrung exakt positioniert.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß diese Anlagefläche im wesentlichen kegelstumpfmantelförmig ausgebildet ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Einlegeelement einen im wesentlichen hohlzylindrischen Abschnitt umfaßt, welcher auf der der Dichtungsplatte abgewandten Seite eines die Anlagefläche aufweisenden Anlagevorsprungs angeordnet ist.

Um eine besonders feste Verbindung zwischen dem Einlegeelement und der Dichtungsplatte herstellen zu können, ist es ferner von Vorteil, wenn das Einlegeelement eine Aufnahme für einen die Brennraumdurchgangsöffnung umgebenden Randbereich der Dichtungsplatte aufweist.

Um die Abdichtwirkung der Zylinderkopfdichtung nicht zu beeinträchtigen, ist es von Vorteil, wenn eine zylinderkopfseitige Stirnseite des Einlegeelements mit einer zylinderkopfseitigen Hauptfläche der Dichtungsplatte bündig abschließt.

Ferner ist es für die Erzielung einer guten Abdichtwirkung der Zylinderkopfdichtung von Vorteil, wenn die Dichtungsplatte der Zylinderkopfdichtung mit einer die Brennraumdurchgangsöffnung umgebenden Sicke versehen ist.

Die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung mit einem sogenannten Cut-back-Kolben, der in seinem oberen Bereich, welcher in der oberen Totpunktlage des Kolbens dem Einlegeelement unter Bildung eines schmalen Ringspalts gegenübersteht, einen geringeren Durchmesser aufweist als in seinem unteren Bereich. Bei einem solchen Cut-back-Kolben tritt ein geringerer Verschleiß am oberen Kolbenring auf; dafür entsteht jedoch ein Zwischenraum zwischen der Innenseite der Zylinderbohrung und der Außenseite des Kolbens, welcher durch das Einlegeelement der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung in vorteilhafter Weise ausgefüllt wird, um eine unerwünschte Ölkohlebildung zu verhindern.

Die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung kann neben der Dichtungsplatte, an welcher das Einlegeelement festgelegt ist, noch mindestens eine weitere Dichtungsplatte umfassen und somit mehrlagig ausgebildet sein.

Im Falle einer mehrlagigen Zylinderkopfdichtung ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Dichtungsplatte, an welcher das Einlegeelement festgelegt ist, eine zylinderseitige untere Decklage der Zylinderkopfdichtung bildet.

Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, daß die Dichtungsplatte, an welcher das Einlegeelement festgelegt ist, eine über der zylinderseitigen unteren Decklage angeordnete weitere Lage der Dichtung ist. In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Brennraumdurchgangsöffnung in derjenigen Dichtungsplatte, an welcher das Einlegeelement festgelegt ist, einen kleineren Durchmesser aufweist als die hierzu korrespondierenden Brennraumdurchgangsöffnungen in den zwischen dieser Dichtungsplatte und dem Zylinderblock angeordneten Lagen der Zylinderkopfdichtung, so daß sich das Einlegeelement in der axialen Richtung der Brennraumdurchgangs- öffnung durch diese weiteren Lagen der Zylinderkopfdichtung hindurch erstrecken kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen ausschnittsweisen schematischen Längsschnitt durch einen Motorblock, eine Zylinderbuchse, einen Kolben und eine Dichtungsplatte einer Zylinderkopfdichtung mit einem daran festgelegten Einlegeelement; und
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kolben und die Zylinderkopfdichtung mit einem daran festgelegten Einlegeelement aus Fig. 1.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine in den Fig. 1 und 2 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Zylinderkopfdichtung umfaßt eine im wesentlichen ebene Dichtungsplatte 102 aus einem elastischen metallischen Material, beispielsweise aus einem Federstahl, die mit mindestens einer im wesentlichen kreisförmigen Brennraumdurchgangsöffnung 104 versehen ist.
Die Brennraumdurchgangsöffnung 104 in der Dichtungsplatte 102 wird ringförmig von einer in der Dichtungsplatte 102 ausgebildeten, konzentrisch zu der Brennraumdurchgangsöffnung 104angeordneten Sicke 106 umschlossen, welche als Vollsicke ausgebildet ist und einen inneren Sickenrand 108 sowie einen äußeren Sickenrand 110 aufweist.
Ferner umfaßt die Zylinderkopfdichtung 100 ein an der Brennraumdurchgangsöffnung 104 angeordnetes Einlegeelement 112, welches als Einlegering ausgebildet ist und, die Brennraumdurchgangsöffnung 104 ringförmig umschließt.
Das Einlegeelement 112 weist eine koaxial zu der Achse 114 ausgebildete hohlzylindrische Wandung 116 auf, deren im montierten Zustand der Zylinderkopfdichtung 100 dem Zylinderkopf zugewandte Stirnseite 118 mit der zylinderkopfseitigen Oberseite 120 der Dichtungsplatte 102 bündig abschließt und die sich über eine im montierten Zustand der Zylinderkopfdichtung 100 dem Zylinderkopf abgewandte Unterseite 122 der Dichtungsplatte 102 hinaus parallel zu der Achse 114 der Brennraumdurchgangsöffnung 104 nach unten erstreckt.
An ihrer der Achse 114 der Brennraumdurchgangsöffnung 104 abgewandten Außenseite 124 ist die Wandung 116 des Einlegeelements 112 mit einem Anlagevorsprung 126 versehen, welcher einen der Dichtungsplatte 102 zugewandten zylindrischen Abschnitt 128 und einen sich auf der der Dichtungsplatte 102 abgewandten Seite des zylindrischen Abschnitts 128 an denselben anschließenden kegelstumpfförmigen Abschnitt 130 umfaßt.
Die Außenseite des kegelstumpfförmigen Abschnitts 130 des Anlagevorsprungs 126 bildet eine kegelstumpfmantelförmige Anlagefläche 132 des Anlagevorsprungs 126.
Die der Dichtungsplatte 102 zugewandte Stirnseite 134 des Anlagevorsprungs 126 begrenzt zusammen mit dem zwischen der Stirnseite 134 des Anlagevorsprungs 126 und der Stirnseite 118 der Wandung 116 liegenden Teil 136 der Außenseite 124 der Wandung 116 eine Aufnahme 138 für den die Brennraumdurchgangsöffnung 104 umgebenden Randbereich 140 der Dichtungsplatte 102.
Der Randbereich 140 der Dichtungsplatte 102 ist dabei so in der Aufnahme 138 aufgenommen, daß die Unterseite 122 des Randbereichs 140 an der Stirnseite 134 des Anlagevorsprungs 126 flächig anliegt und daß die der Brennraumdurchgangsöffnung 104 zugewandte, parallel zu der Achse 114 der Brennraumdurchgangsöffnung 104 ausgerichtete Randfläche 142 der Dichtungsplatte 102 an dem Teil 136 der Außenseite 124 der Wandung 116 des Einlegeelements 112 anliegt.
Der Randbereich 140 der Dichtungsplatte 102 ist durch Verschweißung mit dem Anlagevorsprung 126 und/oder mit der Wandung 116 des Einlegeelements 112 verbunden.
Die Verschweißung kann dabei als Punktschweißung oder als Schweißung mit einer kontinuierlichen Schweißnaht ausgebildet sein.
Der der Dichtungsplatte 102 abgewandte untere Endbereich 144 der Wandung 116 des Einlegeelements 112 ist an seiner Innenseite 146 mit einer Anfasung 148 versehen, so daß sich der von dem Einlegeelement 112 umschlossene Innenraum des Einlegeelements 112 zu der unteren Stirnfläche 150 der Wandung 116 des Einlegeelements 112 hin konisch erweitert.
Das Einlegeelement 112 ist einstückig ausgebildet.
Das Einlegeelement kann durch Drehen und/oder Fräsen aus einem massiven Vollmaterial hergestellt werden.
Dieses Material kann beispielsweise ein Federstahl oder ein Edelstahl sein.
Ferner ist es möglich, ein aus einem Hartmetall bestehendes Einlegeelement 112 durch einen Sintervorgang oder ein aus einem Gußmetall bestehendes Einlegeelement 112 durch einen Gießvorgang herzustellen.
Das separat hergestellte Einlegeelement wird anschließend an der Dichtungsplatte festgelegt.
Wie am besten aus Fig. 1 zu ersehen ist, wird die vorstehend beschriebene Zylinderkopfdichtung 100 zwischen einen Motorblock 152 und einen Zylinderkopf 154 eines Verbrennungsmotors montiert.
Der Motorblock 152 ist mit einer Zylinderbohrung versehen, in welche eine hülsenförmige Zylinderbuchse 156 eingesetzt ist.
Auf der oberen Stirnseite 158 der Zylinderbuchse 156 liegt die Dichtungsplatte 102 der Zylinderkopfdichtung 100 mit ihrer Unterseite 122 auf.
Am inneren Rand der oberen Stirnseite 158 der Zylinderbuchse 156 ist eine Anschrägung 160 vorgesehen, an welcher die kegelstumpfmantelförmige Anlagefläche 132 des Anlagevorsprungs 126 des Einlegeelements 112 der Zylinderkopfdichtung 100flächig anliegt, wodurch das Einlegeelement 112 in Bezug auf die Durchgangsbohrung der Zylinderbuchse 156 zentriert und in axialer Richtung der Zylinderbuchse 156 fixiert wird.
Die Außenseite 124 der Wandung 116 des Einlegeelements 112 liegt flächig an der Innenseite 162 der Zylinderbuchse 156 an.
Der sich in der Durchgangsbohrung der Zylinderbuchse 156 auf- und abbewegende Kolben 164 ist in Fig. 1 in seiner oberen Totpunktstellung dargestellt.
Der Kolben 164 ist als sogenannter Cut-back-Kolben ausgebildet, das heißt er weist in seinem oberen Bereich, welcher in der in Fig. 1 dargestellten Totpunktlage dem Einlegeelement 112 unter Bildung eines schmalen Ringspalts 166 gegenübersteht, einen geringeren Durchmesser auf als in seinem unteren Bereich.
Durch die im unteren Endbereich 144 des Einlegeelements 112 vorgesehene Anfasung 148 wird die Einführung des Kolbens 164 in den Innenraum des Einlegeelements 112 erleichtert, so daß das Einlegeelement 112 nicht vom Kolben 164 mitgerissen und somit die Verbindung zwischen der Dichtungsplatte 102 und dem Einlegeelement 112 bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 164 nur wenig belastet wird.
Dadurch, daß das Einlegeelement 112 mit seiner Anlagefläche 132 flächig an der Anschrägung 160 der Zylinderbuchse 156 anliegt, wird auch bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 164 ein Losreißen des Einlegeelements 112 von der Dichtungsplatte 112 verhindert.
Dadurch, daß das Einlegeelement 112 an der Dichtungsplatte 102 festgelegt ist, kann das Einlegeelement 112 gemeinsam mit der Dichtungsplatte 102 transportiert und montiert werden, was die erforderliche Montagezeit verringert.

Claims

1. Zylinderkopfdichtung, umfassend mindestens eine Dichtungsplatte (102) mit mindestens einer Brennraumdurchgangsöffnung (104), dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkopfdichtung (100) ein Einlegeelement (112) umfaßt, das die Brennraumdurchgangsöffnung (104) berandet und sich über eine zylinderseitige Dichtfläche (122) der Zylinderkopfdichtung (100) hinaus im wesentlichen parallel zur Achse (114) der Brennraumdurchgangsöffnung (104) erstreckt, wobei das Einlegeelement (112) an der Dichtungsplatte (102) festgelegt ist.

2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeelement (112) die Brennraumdurchgangsöffnung (104) ringförmig umschließt.

3. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeelement (112) durch Verschweißung und/oder durch Vernietung an der Dichtungsplatte (102) festgelegt ist.

4. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeelement (112) aus einem Material hergestellt ist, das von dem Material der Dichtungsplatte (102) verschieden ist.

5. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeelement (112) aus einem massiven Vollmaterial hergestellt ist.

6. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeelement (112) einen im wesentlichen hohlzylindrischen Abschnitt (116) umfaßt.

7. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeelement (112) eine sich zu einem der Dichtungsplatte (102) abgewandten Ende des Einlegeelements (112) hin erweiternde Einlauföffnung für einen Kolben (164) umfaßt.

8. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeelement (112) eine quer zur Achse (114) der Brennraumdurchgangsöffnung (104) ausgerichtete Anlagefläche (132) umfaßt.

9. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (132) im wesentlichen kegelstumpfmantelförmig ausgebildet ist.

10. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeelement (112) eine Aufnahme (138) für einen die Brennraumdurchgangsöffnung (104) umgebenden Randbereich (140) der Dichtungsplatte (102) aufweist.

11. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylinderkopfseitige Stirnseite (118) des Einlegeelements (112) mit einer zylinderkopfseitigen Hauptfläche (120) der Dichtungsplatte (102) bündig abschließt.

12. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte (102) der Zylinderkopfdichtung (100) mit einer die Brennraumdurchgangsöffnung (104) umgebenden Sicke (106) versehen ist.