DE102004010472A1

DE102004010472A1 - Metallische Flachdichtung

Info

Publication number: DE102004010472A1
Application number: DE102004010472A
Authority: DE
Inventors: Werner Vogel
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2005-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen, die im wesentlichen aus einer Metallplatte besteht. Die Metallplatte weist wenigstens eine Bohrung für wenigstens einen Brennraum und wenigstens eine Durchtrittsöffnung auf, wobei die Brennraumabdichtung durch wenigstens eine um die Bohrung ringförmig verlaufende Dichtsicke erfolgt und die Abdichtung der wenigstens einen Durchtrittsöffnung durch eine um die Durchtrittsöffnung ringförmig umlaufende Weichstoffdichtung bewerkstelligt ist. Um die Weichstoffdichtung sicher und gezielt gegen die mögliche Einwirkung von Brennraumgasen abzuschirmen, wird vorgeschlagen, zwischen der wenigstens einen Dichtsicke und der die Durchtrittsöffnung umschließenden Weichstoffdichtung eine zusätzliche druckmindernde und temperaturmindernde Barriere anzuordnen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen, die im wesentlichen aus einer Metallplatte besteht, welche wenigstens eine Bohrung für wenigstens einen Brennraum und wenigstens eine Durchtrittsöffnung aufweist, wobei die Brennraumabdichtung durch wenigstens eine um die Bohrung ringförmig verlaufende Dichtsicke erfolgt und die Abdichtung der wenigstens einen Durchtrittsöffnung durch eine um die Durchtrittsöffnung ringförmig umlaufende Weichstoffdichtung bewerkstelligt ist.
Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei hochaufgeladenen Dieselmotoren, treten, bedingt durch die ständige Erhöhung der Leistungsdichte, im Brennraum Spitzendrücke auf, die es zunehmend erschweren, den Zylinderkopf abzudichten, zumal die zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse notwendigen Übertrittsöffnungen für Kühl- und Schmiermittel aus Platzgründen oft einen sehr geringen Abstand zur Brennraum-Dichtsicke aufweisen. Die vorstehend angesprochenen hohen spezifischen Belastungen führen an der Zylinderkopfdichtung zu Dichtspaltschwingungen im μ-Bereich, die besonderes während der Kaltlaufphase aufgrund des höheren Verbrennungsdruckgradienten so stark zunehmen können, dass kleinste Leckagen von Brenngas auftreten. Diese Leckagen verursachen an der eigentlichen Brennraumabdichtung keinerlei Schäden, wohl aber an den Dichtungen der sehr eng am Brennraum liegenden Übertrittsöffnungen für Kühlmittel und Öl, wenn diese, was aus abdichtungstechnischen Gründen wünschenswert ist, mittels an die Zylinderkopfdichtung angespritzter Elastomerdichtprofile abgedichtet sind. Werden solche Dichtungen durch die Einwirkung von Brenngas zerstört, kann dies zu kapitalen Motorschäden und in Folge davon, wenn die Motoren z.B. in Lastkraftwagen eingebaut sind, zu äußerst kostspieligen Standzeiten führen. Es muss deshalb Vorsorge getroffen werden, dass eine thermomechanische Beschädigung der in der Zylinderkopfdichtung enthaltenen Elastomerdichtprofile sicher verhindert wird.
In diesem Zusammenhang ist es aus der DE 1 907 682 A bekannt, bei Zylinderkopfdichtungen der eingangs genannten Art, Gasableitkanäle vorzusehen, die bis unmittelbar hinter die Dichtsicke führen. Auftretende Gasübertritte sollen so über, durch die Dichtsicke entstandene Hohlräume und die unmittelbar dahinter liegenden Gasableitkanäle nach Außen abgeführt werden. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, dass nicht sichergestellt werden kann, dass die sich plastisch verformende Dichtsicke tatsächlich Hohlräume offen lässt, welche über die Dichtsicke tretende Brennraumgase aufnehmen und abführen können. Ist dies nicht der Fall, können die Weichstoffdichtungen trotzdem zerstört werden. Bleiben die Hohlräume dagegen offen, steht für die Brennraumabdichtung nur noch die Dichtsicke zur Verfügung, die übrigen Dichtflächen tragen zur Abdichtung nichts mehr bei, so dass die Dichtwirkung erheblich geschwächt wird und es in Folge davon zu gehäuften Brenngasübertritten kommen kann.
Unter Vermeidung der vorstehend angesprochenen Nachteile ist es Aufgabe der Erfindung, die in der Zylinderkopfdichtung angeordneten Weichstoffdichtungen sicher und gezielt gegen die mögliche Einwirkung von Brennraumgasen abzuschirmen, ohne die Dichtwirkung der Zylinderkopfdichtung negativ zu beeinflussen.
Gelöst wird die Abgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Vorteilhaft bei der vorgeschlagenen Lösung ist insbesondere, dass durch die druckmindernde und damit temperaturmindernde Barriere zwischen Dichtsicke und Weichstoffdichtung, die Weichstoffdichtung gezielt und sicher gegen die zerstörerische Wirkung von Brennraumgasen abgeschirmt ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die druck- und temperaturmindernde Barriere durch Gas-Expansionsräume gebildet, die über einen Entlüftungskanal mit der den Zylinderkopf umgebenden Außenluft in Verbindung stehen.
Um die Zylinderkopfdichtung nicht durch eventuell notwenige lange Gas-Expansionsräume unnötig zu schwächen, kann es sinnvoll sein, an Stelle eines einzelnen Gas-Expansionsraumes eine Kette untereinander durch Gasübertrittskanäle verbundener Gas-Expansionsräume vorzusehen.
Zur Absicherung der Funktion der Entlüftungskanäle und Gasübertrittskanäle können dies jeweils auf beiden Seiten der Flachdichtung vorzugsweise parallel zueinander ausgeführt sein, so dass ein versehentliches Verschließen eines Kanals, z.B. durch einen Verschmutzungseinschluss bei der Montage, die Wirkung der Anordnung nicht beeinträchtigt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:
1 eine Teildarstellung der Flachdichtung in Aufsicht
2 eine Teildarstellung eines Schnittes durch die Flachdichtung im Bereich eines Gasübertrittskanals
3 eine Teildarstellung eines Schnittes durch die Flachdichtung im Bereich eines Entlüftungskanals
Eine in 1 dargestellte metallische Flachdichtung 1 zur Abdichtung des Übergangs zwischen Zylinderkopf und Kurbelgehäuse weist eine Bohrung 2 auf, die im montierten Zustand mit dem Brennraum ( nicht dargestellt ) korrespondiert. Konzentrisch um den Rand der Bohrung angeordnet, schließt sich eine Dichtsicke 4 an, die im montierten Zustand der Flachdichtung 1 die Abdichtung des Brennraumes im wesentlichen übernimmt. Auf der von der Bohrung 2 aus gesehen anderen Seite der Dichtsicke 4 sind Durchtrittsöffnungen 3 vorgesehen, die jeweils eine umlaufende Weichstoffdichtung 5, es kann sich dabei um ein angespritztes Elastomer-Dichtprofil handeln, aufweisen. Die Durchtrittsöffnungen 3 korrespondieren im montierten Zustand der Zylinderkopfdichtung mit Kanälen, die vom Kurbelgehäuse (nicht dargestellt) in den Zylinderkopf (nicht dargestellt) bzw. vom Zylinderkopf in das Kurbelgehäuse fuhren.
Zwischen der Dichtsicke 4 und den Durchtrittsöffnungen 3 befindet sich, auf einem Teilkreis konzentrisch zur Dichtsicke 4 angeordnet, ein Gas-Expansionsraum 6, bestehend aus einer Kette aneinander gereihter Ausnehmungen 8, die durch auf dem besagten Teilkreis liegende Gasübertrittskanäle 9 miteinander verbunden sind. Jeweils ein Ende der Kette der Ausnehmungen 8 ist über einen Entlüftungskanal 7 mit jeweils einem Durchbruch 11 verbunden. Die Durchbrüche 11 dienen im montierten Zustand als Durchgangslöcher für die Verschraubung des Zylinderkopfes mit dem Kurbelgehäuse.
Die in 2 gezeigte Teildarstellung eines Schnittes durch die Flachdichtung 1 entlang der in 1 mit A, A' bezeichneten Linie lässt in Verbindung mit 1 erkennen, dass die Gasübertrittskanäle 9 jeweils zwischen zwei Ausnehmungen 8 auf der Oberseite und der Unterseite der Flachdichtung angeordnet sind. Es lässt sich weiter erkennen, dass Ausnehmungen 8 und Gasübertrittskanäle 9 eine zusammenhängende Kette bilden, die jeweils als Barriere zwischen der Dichtsicke 4 und den um die Durchtrittsöffnungen 3 angeordneten Weichstoffdichtungen 5 liegt.
3 zeigt, ebenfalls in einer Teildarstellung, einen Schnitt entlang der in 1 mit B, B' bezeichneten Linie. Hier ist insbesondere zu erkennen, dass von der am Ende der Kette von Ausnehmungen 8 und Gasübertrittskanälen 9 liegenden Ausnehmung 8 ein Entlüftungskanal 7, jeweils auf beiden Flachseiten der Flachdichtung 1, in den Durchbruch 11 führt, der wie bereits ausgeführt, im montierten Zustand der Flachdichtung als Durchgangsloch für die Verschraubung des Zylinderkopfes mit dem Kurbelgehäuse dient.
Tritt nun im eingebauten Zustand der Flachdichtung 1 bei in Betrieb befindlichem Motor der Fall ein, dass durch die eingangs geschilderten Umstände Brenngase über die Dichtsicke 4 gelangen, kommt es, wenn dies im Bereich der Kette aus Ausnehmungen 8 und Gasübertrittskanälen 9 geschieht, beim Eintritt der Brenngase in einen oder mehrere der Ausnehmungen 8 bzw. in die verbindenden Gasübertrittskanäle, zu einer schlagartigen Expansion der Brennraumgase, also zu einer starken Druckminderung, mit der, nach den Zusammenhängen der Gasgleichung, eine starke Temperaturminderung verbunden ist. Das stark abgekühlte und druckgeminderte Brenngas kann nun gefahrlos über die Kette aus Ausnehmungen 8, Gasübertrittskanälen 9 und Entlüftungskanal 7 in den jeweiligen Durchbruch 11 der Flachdichtung 1 und damit über die Zylinderkopfverschraubung an die Außenluft abgeführt werden.
Neben den in Verbindung mit dem vorstehenden Beispiel beschriebenen Gas-Expansionsräumen lässt sich eine erfindungsgemäße druckmindernde und tempe raturmindernde Barriere auch aus Labyrith-Strukturen aufbauen, die zwar den Druck nur allmählich abbauen, aber wegen der langen Wege die das Brenngas nehmen muss, eine starke Temperaturminderung des Brenngases bewirken.
Neben dem beschriebenen Beispiel lassen sich zahlreiche Abwandlungen der erfindungsgemäßen druck- und temperaturmindernden Barriere denken, die sich dem Fachmann unter Zuhilfenahme der üblichen konstruktiven Mittel erschließen, so dass der beschriebenen Ausführung Beispielcharakter zukommt.

Claims

Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen, die im wesentlichen aus einer Metallplatte (1) besteht, welche wenigstens eine Bohrung (2) für wenigstens einen Brennraum und wenigstens eine Durchtrittsöffnung (3) aufweist, wobei die Brennraumabdichtung durch wenigstens eine um die Bohrung (2) ringförmig verlaufende Dichtsicke (4) erfolgt und die Abdichtung der wenigstens einen Durchtrittsöffaung (3) durch eine um die Durchtrittsöffnung (3) ringförmig umlaufende Weichstoffdichtung (5) bewerkstelligt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der wenigstens einen Dichtsicke (4) und der die Durchtrittsöffnung (3) umschließenden Weichstoffdichtung (5) eine zusätzliche druckmindernde und temperaturmindernde Barriere (6, 7, 9) angeordnet ist.
Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckmindernde und temperaturmindernde Barriere (6, 7, 9) durch wenigstens einen Gas-Expansionsraum (6) gebildet ist und der Gas-Expansionsraum (6) im montierten Zustand der Flachdichtung über einen Entlüftungskanal (7) mit der den Zylinderkopf umgebenden Außenluft in Verbindung steht.
Flachdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Expansionsraum durch wenigstens eine Ausnehmung (8) in der Flachdichtung gebildet ist, die zwischen der Dichtsicke (4) und der Weichstoffabdichtung (5) liegt.
Flachdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Expansionsraum (6) aus einer Mehrzahl von zwischen der Dichtsicke (4) und der Weichstoffdichtung (5) angeordneten Ausnehmungen (8) in der Flachdichtung gebildet ist, wobei die Ausnehmungen (8) untereinander durch Gas-Übertrittskanäle (9) verbunden sind.
Flachdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungskanäle (7) in wenigstens eine Flachseite (10) der Flachdichtung gebildet sind.
Flachdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Entlüftungskanäle (7) bildenden Einprägungen auf beiden Flachseiten (10) der Flachdichtung gegenüberliegend und parallel zueinander angeordnet sind.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 2, 5, oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungskanäle (7) in Durchbrüchen (11) in der Flachdichtung enden, die die Schraubendurchgangslöcher für die Verschraubung des Zylinderkopfes mit dem Kurbelgehäuse bilden.
Flachdichtungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-Übertrittskanäle (9) durch Einprägen wenigstens eine Flachseite (10) der Flachdichtung gebildet sind.
Flachdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die die Gas-Übertrittskanäle (9) bildenden Einprägungen auf beiden Seiten der Flachdichtung gegenüberliegend und parallel zueinander angeordnet sind.