DE102004045142A1

DE102004045142A1 - Zylinderkopfdichtung

Info

Publication number: DE102004045142A1
Application number: DE102004045142A
Authority: DE
Inventors: Katsunori Matsuki; Masashi Himesaki; Shigeo Toyota Ogaki; Seiji Toyota Omura; Akira Toyota Yasuki
Original assignee: Uchiyama Manufacturing Corp; U Sun Gasket Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: U Sun Gasket Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2005-07-07
Also published as: CN1605739A; US20050127615A1; US7744095B2; CN100585155C

Abstract

Eine Zylinderkopfdichtung (1) zum Abdichten zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf weist eine Verbundgrundplatte (f) auf, die eine Kernmaterialplatte (3) und eine an der vorderen und der hinteren Oberfläche der Kernmaterialplatte (3) gebildete Verbundschicht (2) hat, wobei die Verbundschicht (2) durch Beschichten mit Verbundmaterialien gebildet ist, die einen Kautschuk und ein Fasermaterial enthalten. Die Zylinderkopfdichtung (1) weist eine ringförmige Nut (m), die durch Pressen des entsprechenden Bereichs um eine Zylinderbohrung der Verbundschicht (2) herum geformt ist, und einen Wulst (6) auf, der von der Oberfläche der Verbundschicht (2) vorspringt und durch Einbringen des Kautschukmaterials (30) in die ringförmige Nut (3) geformt ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung, insbesondere zum Abdichten zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf, die eine Verbundgrundplatte aufweist, die eine Kernmaterialplatte und eine Verbundschicht aufweist, die an der vorderen und der hinteren Oberfläche der Kernmaterialplatte ausgebildet ist, wobei die Verbundschicht durch Aufbringen von Verbundmaterialien, die mit Fasermaterial vermischten Kautschuk enthalten, gebildet ist.

Es sind verschiedene Zylinderkopfdichtungen dieser Bauart bekannt, z. B. eine Dichtung, bei der eine Verbundschicht, bestehend aus Grundfasern aus kompressiblen anorganischen Fasern unter Ausschluß von Asbest, einem Kautschukmaterial und einem anorganischen Füllmaterial, auf die Oberfläche der Kernmaterialplatte aufgebracht wird, wie in der JP-B-06-084785 und der JP-A-63-096359 vorgeschlagen und angegeben ist.

Diese Art von Dichtung bietet die Vorteile, daß dann, wenn die Dichtung zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf verschraubt wird, die Drehkraftminderung gering ist im Vergleich mit Dichtungen, die einfach durch Beschichten einer Kernmaterialplatte mit einem Kautschukmaterial gebildet sind, und ferner erfolgt praktisch kein Ablösen der Überzugsschicht von der Kernmaterialplatte, und der Wärmewiderstandswert ist hoch.

Es ist wirkungsvoll, eine Dichtung mit einer Wulststruktur vorzusehen, die teilweise um den entsprechenden Bereich wie etwa eine Zylinderbohrung herum vorspringt, um eine überlegene hermetische Charakteristik zu erhalten. Eine solche Zylinderkopfdichtung ist ebenfalls in der Druckschrift JP-U-62-077 366 und der JP-A-2000-055206 angegeben.

Ferner sind Zylinderkopfdichtungen, die eine Kernmetallplatte und einen Verbundüberzug darauf gemäß der vorgenannten JP-B-06-084 785 und der JP-A-63-096 359 haben, und Zylinderdichtungen vorgeschlagen worden, die im Hinblick auf kombinierte kautschukbeschichtete Zylinderkopfdichtungen und Technologien gemäß der JP-U-62-077 366 und der P-A-2000-055 206 entwickelt wurden. Das heißt, Zylinderkopfdichtungen mit den Vorteilen der erstgenannten und der letztgenannten Dichtungen wurden in Betracht gezogen und durch Herstellen einer kautschukbeschichteten Metalldichtung mit einem Wulst an ihrer Verbundschicht realisiert.

Es ist jedoch sehr schwierig oder praktisch unmöglich, sowohl eine Verbundschicht als auch einen Wulst gleichzeitig in einem Körper auszubilden, wie er in dem letztgenannten Stand der Technik gezeigt ist, weil ein solches Verbundmaterial, das Fasermaterial und Kautschuk enthält, dem einfachen Kautschukmaterial im Hinblick auf Fluidität unterlegen ist.

Wie 23 zeigt, wird daher gewöhnlich eine kautschukbeschichtete Metalldichtung mit einem Wulst auf solche Weise hergestellt, daß nach dem Aufbringen einer Beschichtung aus einer Verbundschicht 2 auf die vordere und hintere Oberfläche der Kernmaterialplatte 3 und der Bildung einer Dichtung 1 Verbundschichten 2, 2 gemeinsam mit der Kernmaterialplatte 3 konvex gebogen werden, um einen Wulst 6 zu bilden.

Wie vorstehend beschrieben wird, besteht der Nachteil einer Größenbeschränkung insofern, als einige Wulstarten mit geringer Breite, wie etwa ein schmaler konvexer Wulst nicht erzeugt werden können, weil die Kernmaterialplatte selbst gebogen werden muß. Außerdem besteht eine Nutzungseinschränkung, weil eine Dichtung, die in einen kleinen Motor einzubauen ist, wobei die Verschraubungskraft zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf gering ist, nicht hergestellt werden kann, weil die von der umgebogenen Kernmaterialplatte ausgehende Gegenkraft hoch ist. Es gibt daher Raum für Verbesserungen.

Die in der JP-U-62-0077366 angegebene Dichtung, bei der ein Wulst durch Umbiegen der Kernmaterialplatte geformt ist, bietet nur geringen Nutzen, weil es eine Beschränkung hinsichtlich Größe oder Gestalt eines Wulstes gibt, so daß ein Wulst mit schmalem konvexem Querschnitt oder ein schmaler Wulst nicht erzeugt werden kann, und weil ferner eine Nutzungseinschränkung besteht, da eine Dichtung, die in einen kleinen Motor einzubauen ist, wobei die Verschraubungskraft zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf gering ist, nicht bereitgestellt werden kann, weil die Gegenkraft der gebogenen Kernmaterialplatte hoch ist.

Wie in der JP-A-63-096359 angegeben ist, kann ein Wulst integral mit einer Verbundschicht gebildet werden, die aus einem Verbundmaterial besteht, das ein Fasermaterial und einen Kautschuk enthält. Der Wulst wird jedoch so vorspringend geformt, daß die anderen Teile in Dickenrichtung mit einem Preßwerkzeug zusammengepreßt werden, so daß die Materialdichte dieses Wulstes gering wird.

Angenommen, daß die Materialfestigkeit des Wulstes geringer als die der übrigen ihn umgebenden Teile wird und der Wulst ursprünglich mit einem Kompressibilität aufweisenden Verbundmaterial geformt wird, so wird das Abdichtvermögen der Dichtung nicht verbessert, wenn unter erschwerten Bedingungen ein solcher "Schwächungs"-Wulst als Zylinderkopfdichtung verwendet wird.

Als Gegenmaßnahme kann zwar das Ausmaß des Vorspringens des Wulstes groß gemacht werden, aber in einem solchen Fall verursacht der Wulst, wenn er beim Verschrauben zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf nach unten ausbricht, die Bildung eines Zwischenraums. Das Abdichtvermögen der Dichtung wird verschlechtert, und somit gibt es Raum für Verbesserungen in bezug auf die Ausbildung des Wulstes.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde vorgeschlagen, um die oben angesprochenen Probleme zu lösen. Die Hauptaufgabe der Erfindung ist die Angabe einer hochleistungsfähigen Zylinderkopfdichtung, die einen Wulst hat, der die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist, obwohl die Dichtung eine Verbundgrundplatte, wie etwa eine Kernmetallplatte verwendet, die mit einem Verbundmaterial an ihren beiden Oberflächen beschichtet ist, wobei das Abdichtvermögen an dem Verbundmaterial, das ein Fasermaterial und einen Kautschuk enthält, verbessert ist.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird daher eine Zylinderkopfdichtung zum Abdichten zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf angegeben, die eine Verbundgrundplatte aufweist, wobei die Verbundgrundplatte eine Kernmaterialplatte und eine an der vorderen und der hinteren Oberfläche der Kernmaterialplatte ausgebildete Verbundschicht aufweist, wobei die Verbundschicht durch Aufbringen von Beschichtungsverbundmaterialien gebildet ist, die Kautschuk- und Fasermaterial enthalten, und wobei die Zylinderkopfdichtung folgendes aufweist: eine ringförmige Nut, die durch Pressen des entsprechenden Bereichs um eine Zylinderbohrung der Verbundschicht herum geformt ist, und einen Wulst, der von der Oberfläche der Verbundschicht vorspringt und durch Einbringen eines Kautschukmaterials in die ringförmige Nut gebildet ist.

Bei einer solchen Dichtung hat die ringförmige Nut ein Paar von konkaven Schultern entlang ihren beiden Seiten. Diese konkaven Schultern können geformt sein durch Pressen des entsprechenden Bereichs der ringförmigen Nut mit einer Formpresse, um die Nut zu formen, wenn die ringförmige Nut durch Pressen der Verbundschicht mit der Preßform geformt wird. Zu diesem Zweck hat die Preßform eine Gestalt zum Formen der ringförmigen Nut mit den konkaven Schultern, wenn sie auf die Verbundschicht gepreßt wird.

Außerdem werden die konkaven Schultern geformt durch Pressen des entsprechenden Bereichs der ringförmigen Nut mit einem Preßwerkzeug, bevor der Wulst in einem Spritzgießverfahren durch Einbringen des Kautschukmaterials in die ringförmige Nut geformt wird. Zu diesem Zweck hat das Preßwerkzeug eine Gestalt zum Formen der konkaven Schultern, wenn es auf die ringförmige Nut gepreßt wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Zylinderkopfdichtung zum Abdichten zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf angegeben, die eine Verbundgrundplatte aufweist, wobei die Verbundgrundplatte eine Kernmaterialplatte und eine an der vorderen und der hinteren Oberfläche der Kernmaterialplatte ausgebildete Verbundschicht aufweist und die Verbundschicht durch Aufbringen von Verbundmaterialien geformt ist, die einen Kautschuk und ein Fasermaterial enthalten, wobei die Zylinderkopfdichtung folgendes aufweist: eine ringförmige Nut, die durch Entfernen des entsprechenden Bereichs um eine Zylinderbohrung der Verbundschicht herum gebildet ist, und einen Wulst, der von der Oberfläche der Verbundschicht vorspringt und geformt ist durch Einbringen eines Kautschukmaterials in die ringförmige Nut.

Bei einer solchen Dichtung ist die ringförmige Nut auf solche Weise geformt, daß ein Teil des Kernmaterials aus dem Bodenbereich in der ringförmigen Nut heraus freiliegt.

Ferner kann bei dieser Dichtung die ringförmige Nut ein Paar von konkaven Schultern entlang den beiden Seiten der Nut haben.

Ferner werden bei dieser Dichtung die konkaven Schultern durch Pressen des entsprechenden Bereichs der ringförmigen Nut mit einem Preßwerkzeug geformt, bevor der Wulst durch Einbringen des Kautschukmaterials in die ringförmige Nut in einem Spritzgießverfahren gebildet wird. Zu diesem Zweck hat das Preßwerkzeug eine Gestalt zum Formen der konkaven Schultern, wenn es auf die ringförmige Nut gepreßt wird.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Zylinderkopfdichtung zum Abdichten zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf angegeben, die eine Verbundgrundplatte aufweist, wobei die Verbundgrundplatte eine Kernmaterialplatte und eine an der vorderen und der hinteren Oberfläche der Kernmaterialplatte ausgebildete Verbundschicht aufweist und die Verbundschicht durch Aufbringen von Verbundmaterialien geformt ist, die einen Kautschuk und ein Fasermaterial enthalten, wobei ein ringförmiger Wulst mit Chevron-Querschnitt um den Außenrandbereich einer Bohrung der Verbundschicht herum geformt ist, wobei der ringförmige Wulst durch Erhöhen des entsprechenden Bereichs der Verbundschicht geformt ist und ein oberes Ende hat, das von der Oberfläche der Verbundschicht vorspringt, und wobei die beiden Einfassungen des ringförmigen Wulstes als zwei Nuten auf solche Weise geformt sind, daß die beiden Einfassungen in die untere Oberfläche der Verbundschicht eingedrückt sind.

Bei dieser Dichtung hat die Verbundgrundplatte eine Verbundschicht an der vorderen und der hinteren Oberfläche der Kernmaterialplatte, die Verbundschicht ist durch Beschichten der Verbundmaterialien ausgebildet, und der ringförmige Wulst ist an der vorderen und der hinteren Oberfläche der Verbundschicht gebildet. oder die Dichte der Verbundschicht an dem ringförmigen Wulst ist höher als die anderer Bereiche der Verbundschicht.

Bei dieser Dichtung können die ringförmigen Wulste konzentrisch um den Außenrand der Zylinderbohrung der Zylinderkopfdichtung herum geformt sein.

Wirkung der Erfindung

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung besteht der Wulst aus einem Kautschukmaterial, das bei der Verarbeitung ein überlegenes Fließvermögen hat, und die Nut ist durch Nachbearbeiten, wie etwa durch Kompression der Verbundschicht geformt, so daß die Konstruktionsmodifikation der Nut in bezug auf Gestalt und Größe usw. flexibel ist und ihre Herstellung vereinfacht wird. Somit kann ein komplex geformter Wulst, wie etwa ein schmaler Wulst oder einer mit vielen Verzweigungen gebildet werden.

Der Wulst kann mit variablen Formen und Größen geformt sein, und das in die Nut eingebrachte Kautschukmaterial gelangt mit dem Grund und beiden Seiten der Nut dreidimensional in Berührung, so daß das Kautschukmaterial nicht ohne weiteres ablösbar ist und eine starke Verbindungskraft ausübt, so daß eine überlegene Haltbarkeit erzielt wird.

Wenn bei einer solchen Dichtung gemäß der Erfindung konkave Schultern an beiden Rändern der Nut gebildet sind, dient die konkave Schulter als Ausweichöffnung zum Drücken und Verformen des Kautschukmaterials, wenn der Wulst übermäßig zusammengedrückt wird.

Wenn ferner die konkaven Schultern und die Nut gleichzeitig durch Pressen des entsprechenden Bereichs mit dem Preßwerkzeug geformt werden, wird die Produktivität verbessert.

Die konkaven Schultern können außerdem während des Vorgangs der Bildung der Nut gleichzeitig geformt werden, indem das Preßwerkzeug mit einem Preßelement für die konkave Schulter verwendet wird. Bei Verwendung eines solchen Preßwerkzeugs können ein Spezialwerkzeug und ein gesonderter Formvorgang für die konkave Schulter eingespart werden, so daß die Herstellung billiger wird.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist es nicht erforderlich, die Verbundschicht und den Wulst gleichzeitig und integral zu formen, so daß die Produktivität verbessert wird.

Bei dieser Dichtung besteht der Wulst aus einem Kautschukmaterial, das bei der Verarbeitung ausgezeichnete Fließfähigkeit hat, was die Herstellung mit fakultativer Gestalt ermöglicht. Außerdem wird die Nut durch einen Nachbearbeitungsvorgang geformt, indem ein Teil der Verbundschicht entfernt wird; dadurch kann das Formen der Verbundschicht selbst vereinfacht werden, und die Konstruktionsmodifikation hinsichtlich Form und Größe usw. kann ebenfalls erleichtert werden.

Somit kann ein Wulst mit komplexer Gestalt, wie etwa ein schmaler Wulst oder ein Wulst mit vielen Verzweigungen ohne weiteres hergestellt werden.

Da das Kautschukmaterial, das in die Nut eingebracht worden ist, mit dem Grund und den beiden Seiten davon dreidimensional in Berührung gelangt, so daß das Kautschukmaterial nicht leicht abgelöst werden kann und eine hohe Verbindungskraft hat, wird ebenso wie bei dem ersten Aspekt der Erfindung eine überlegene Haltbarkeit erzielt.

Da ferner das Kautschukmaterial, das in die Nut eingebracht worden ist, mit dem Grund und den beiden Seiten davon dreidimensional in Berührung gelangt, kann das Kautschukmaterial mit der Kernmaterialplatte unmittelbar integriert werden durch Haftverbinden oder Aufvulkanisieren oder eine andere ähnliche Methode, so daß die Integrationsfestigkeit des Wulstes verbessert wird.

Da ferner die Dicke des Kautschukmaterials an dem Wulstbereich groß gemacht werden kann, wird die Haltbarkeit auch dadurch verbessert, daß eine erhöhte Beanspruchung beim Verschrauben zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf reduziert wird. Ferner kann das Abdichtvermögen verbessert werden, indem das Projektionsverhältnis des Wulstes vergrößert wird.

Bei einer solchen Dichtung, bei der an beiden Rändern der Nut konkave Schultern geformt sind, dient ferner die konkave Schulter als Ausweichöffnung zum Drücken und Verformen des Kautschukmaterials, wenn der Wulst übermäßig zusammengedrückt wird.

Wenn ferner bei dieser Dichtung die konkave Schulter durch Pressen der beiden Seiten der Nut mit dem Preßwerkzeug gebildet wird, können das Formwerkzeug und die Verbundschicht insbesondere an beiden Seiten der Nut stark mit Druck beaufschlagt werden, wenn das Kautschukmaterial in die Nut eingebracht wird, während die beiden Seiten der Nut stark druckbeaufschlagt werden, und ein Verlaufen des Kautschukmaterials zwischen beiden, ein sogenanntes Kautschukverwindungs-Phänomen, wird verhindert, was das Formen des Wulstes in gutem Zustand ermöglicht.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird der ringförmige Wulst mit einem Zick-zack- bzw. Chevron-Querschnitt an dem entsprechenden Bereich um die Zylinderbohrung der Verbundschicht herum geformt, so daß der Einstelldruck um die Zylinderbohrung herum unter dem Standard-Befestigungsdrehmoment hoch wird und das Abdichtvermögen um die Zylinderbohrung herum, das absolut notwendig ist, verbessert wird.

Ferner werden die beiden Einfassungen des ringförmigen Wulstes als Nuten ausgebildet, die tiefer als die Oberfläche der Verbundschicht eingedrückt sind. Daher dient die Nut als Ausweichöffnung für einen vorspringenden Wulst, wenn die Zylinderkopfdichtung übermäßig zusammengedrückt wird. Infolgedessen wird das Abdichtvermögen wegen des vorspringenden Wulstes nicht verschlechtert, so daß ein hohes Abdichtvermögen gewährleistet ist.

Die Betrachtung unter dem Mikroskop zeigt, daß die Distanz zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf um die Zylinderbohrung herum größer als der übrige Teil ist, weil der ringförmige Wulst und die Gestalt des Brennraums ausgebaucht sind, so daß der Effekt einer Verringerung der Verlagerung des Zylinderkopfs infolge der Explosion im Brennraum, allgemein als "Ausgleichseffekt" bezeichnet, erzielt wird.

Bei dem dritten Aspekt der Erfindung ist ferner das Verbundmaterial auf die vordere und hintere Oberfläche der Kernmaterialplatte aufgebracht zur Bildung der Verbundgrundplatte, so daß das Abdichtvermögen auch dann verbessert wird, wenn ein übermäßiger Druck auf die Dichtung aufgebracht wird, und der oben erwähnte "Ausgleichseffekt" ebenfalls verstärkt wird.

Bei einer solchen Dichtung erfährt der ringförmige Wulst ferner eine elastische Einwirkung, die durch Kompression bewirkte Verlagerung des ringförmigen Wulstes erfolgt auf sanfte Weise, wenn die Zylinderkopfdichtung befestigt wird, und der ringförmige Wulst hat eine solche Rückstellkraft, daß er nach Freigabe zu seiner ursprünglichen Höhe zurückkehrt.

Wenn also die Zylinderkopfdichtung wiederholt verwendet wird, bleibt durch die Abdichtungswirkung des ringförmigen Wulstes die überlegene Haltbarkeit ohne Verschlechterung erhalten.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kann ferner der Einstelldruck um die Zylinderbohrung der Zylinderkopfdichtung herum erhöht werden, ohne das Befestigungsdrehmoment des Zylinderblocks und des Zylinderkopfs zu verändern, so daß eine stärker bevorzugte Abdichtfähigkeit realisierbar ist.

KURZBSCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Teildraufsicht auf ein Beispiel einer Zylinderkopfdichtung der Erfindung (gültig für den ersten, zweiten und dritten Aspekt der Erfindung);
2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 1;
3 einen Nutbildungsvorgang gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
3a eine Schnittansicht unmittelbar vor einer Nutbearbeitung mit einem Preßwerkzeug;
3b eine Schnittansicht, die zeigt, wie eine Nut durch Pressen mit der oberen und unteren Preßwerkzeughälfte gebildet wird;
3c eine teilweise Seitenansicht einer Zylinderkopfdichtung nach dem Öffnen des Preßwerkzeugs;
4 einen Spritzgießvorgang gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
4a eine Schnittansicht unmittelbar vor dem Schließen der Preßwerkzeuge;
4b eine Schnittansicht, die zeigt, wie das Spritzgießen ausgeführt wird;
4c eine teilweise Seitenansicht einer Zylinderkopfdichtung nach dem Öffnen der Spritzgießwerkzeuge;
5a einen Vulkanisationsvorgang und
5b eine perspektivische Gesamtansicht einer Zylinderkopfdichtung, die mit einer Wulststruktur ausgebildet ist;
6 das Prinzip des Herstellungsverfahrens eines für eine Zylinderkopfdichtung verwendeten Verbundgrundmaterials;
7 eine Betriebsansicht, wobei eine Zylinderkopfdichtung aus einem geformten Verbundgrundmaterial gestanzt wird;
8 eine Schnittansicht, die ein anderes Nutbildungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zeigt;
9 eine Schnittansicht, die ein anderes Spritzgießverfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zeigt;
10 einen Teilschnitt einer Zylinderkopfdichtung, wobei eine andere Wulststruktur gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gezeigt ist;
11 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 1;
12 einen Teilschnitt einer Zylinderkopfdichtung, in der eine Nut an einer Verbundschicht gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gebildet ist;
13 einen wesentlichen Teil einer Wulststruktur gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung;
13a eine Schnittansicht unmittelbar vor dem Spritzgießen;
13b eine Schnittansicht nach dem Schließen der Spritzgießform; und
13c die Art und Weise, wie ein Kautschukmaterial in eine Nut eingespritzt wird;
14a eine Schnittansicht nach Beendigung des Spritzgießens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung;
14b ein Vulkanisationsverfahren und
14c eine perspektivische Gesamtansicht einer Zylinderkopfdichtung mit einer Wulststruktur
15 einen Teilschnitt einer Zylinderkopfdichtung mit einer anderen Wulststruktur;
16 die Beziehung zwischen einer Verbund-Wulststruktur und Pinholes bzw. Gasblasen;
17a einen Schnitt entlang der Linie B-B in 16 und
17b einen Schnitt entlang der Linie C-C in 16;
18 einen schematischen Schnitt einer Zylinderkopfdichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung;
19 eine vergrößerte Schnittansicht einer ringförmigen Wulststruktur gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung;
20 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Belastung und dem Ausmaß der Verlagerung jedes Teils zeigt, wenn eine Zylinderkopfdichtung angezogen ist;
21 einen Teilschnitt einer Zylinderkopfdichtung, bei der eine Vielzahl von ringförmigen Wulsten konzentrisch gebildet ist;
22a einen Schnitt einer anderen Wulststruktur gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung;
22b eine Seitenansicht, die die Verformung einer Kernmaterialplatte zeigt; und
23 einen Teilschnitt, der ein Beispiel einer bekannten Zylinderkopfdichtung mit einer Verbundschicht zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend wird der erste Aspekt der Erfindung erläutert.
Bevorzugte Ausführungsform 1
Die 1 und 2 zeigen eine Zylinderkopfdichtung 1, die zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf eines Motors angeordnet ist. Die Zylinderkopfdichtung 1 ist eine doppelseitige kautschukbeschichtete Metalldichtung aus einer Verbundgrundplatte f, die eine Kernmaterialplatte 3, wie z.B. SPCC (kaltgewalztes Stahlblech) und eine Verbundschicht 2 aufweist, die so ausgebildet ist, daß ein als Verstärkung dienendes Fasermaterial mit einem Kautschuk vermischt und auf die obere und untere Oberfläche der Kernmaterialplatte 3 aufgebracht ist.
Das Fasermaterial umfaßt anorganische Fasern, wie Glasfasern, Keramikfasern, Asbest, Mineralwolle, lösliche Quarzfasern, chemisch aufbereitete hochsilikahaltige Fasern, verschmolzene Aluminiumsilikatfasern, kontinuierliche Aluminiumoxidfasern, stabilisierte Zirkoniumoxidfasern, Bornitridfasern, Titandioxid-Alkalifasern, Whisker, Kohlenstoffasern, Metallfasern, Borfasern usw.
Das Fasermaterial umfaßt auch organische Fasern, wie aromatische Polyamidfasern, Polyamidfasern, Polyolefinfasern, Polyacrylnitrilfasern, Polyvinylalkoholfasern, Polyvinylesterfasern, Polyvinylchloridfasern, Polyharnstoffasern, Polyurethanfasern, Polyfluorkohlenstoffasern, Phenolfasern, Zellulosefasern usw. Walztafeln und Walzbleche, wie die vorgenannten SPPC, SPHC und dergleichen, eine Aluminiumtafel, eine rostfreie Stahltafel usw. können als Kernmaterialplatte 3 verwendet werden.
Kautschuk (Kautschukmaterial) ist beispielsweise Nitrilkautschuk (NBR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Isoprenkautschuk (IR), Chloroprenkautschuk (CR), Butadienkautschuk (BR), Butylkautschuk (IIR), Ethylenpropylenkautschuk (EPM), Fluorkautschuk (FPM), Silikonkautschuk (Si), chlorsulfoniertes Polyethylen (CSM), Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk (EVA), Polyethylenchlorid (CPE), Butylchloridkautschuk (CIR), Epichlorhydrinkautschuk (ECO), Nitril-Isopren-Kautschuk (NIR), Naturkautschuk (NR) und dergleichen. Ein ölverstreckter Kautschuk, der so ausgebildet ist, daß Naphthenprozeßöl diesen Kautschukmaterialien, wie SBR hinzugefügt ist, kann verwendet werden.
Nachstehend wird das Herstellungsverfahren der Zylinderkopfdichtung 1 kurz erläutert. Die Verbundgrundplatte f für die Zylinderkopfdichtung 1 wird in einem Walzverfahren mit einer oberen Walze 31 und einer unteren Walze 32 gemäß 6 hergestellt. Jede Walze 31 und 32 mit einer Drehbewegung angetrieben, während die Kernmaterialplatte 3 zwischen die Walzen 31 und 32 geführt wird, und ein Verbundmaterial 20 in fluidem Zustand wird zwischen jede Walze 31 und 32 und die Kernmaterialplatte 3 eingeleitet.
Somit wird das Verbundmaterial 20 auf beide Seiten der Kernmaterialplatte 3 mit einer vorbestimmten Dicke aufgebracht und an der stromabwärtigen Seite der Walzrichtung der Walzen 31 und 32 in Form der Verbundgrundplatte f mit der Verbundschicht 2 ausgetragen.
Die so hergestellte Verbundgrundplatte f wird herausgeführt und wie eine Flachtafel verstreckt und in einem Stanzpreßverfahren und einem Preßverfahren zu einer auf vorbestimmte Weise geformten Zylinderkopfdichtung 1 geformt, um Bohrungen gemäß 7 zu bilden.
Als nächstes wird eine Wulststruktur erläutert.
Die Wulststruktur 6 wird in einem Nutbildungsverfahren und einem Spritzgießverfahren geformt. Bei dem Nutbildungsverfahren gemäß den 3a bis 3c wird die dem Bereich um die Zylinderbohrung der Verbundgrundplatte f herum entsprechende Verbundschicht 2 mit Druck beaufschlagt zur Bildung einer Nut m. Die Verbundschicht 2 ist auf beiden Seiten der Kernmaterialplatte 3 einfach beschichtet, und die Zylinderkopfdichtung 1 wird zwischen eine obere und eine untere Preßwerkzeughälfte 7 gebracht, wie 3a zeigt. Diese weisen Vorsprünge 7A zum Formen von Nuten mit der oberen bzw. der unteren Preßwerkzeughälfte 7 auf.
Wie 3b zeigt, werden die beiden Preßwerkzeughälften 7 so bewegt, daß sie einander nahe kommen, um den Vorsprung 7A in die jeweils zu pressende Verbundschicht 2 eindringen zu lassen. Danach werden die symmetrisch ausgebildeten Preßwerkzeughälften 7 getrennt, und die ringähnliche Nut m mit vorbestimmter Tiefe ist an der oberen und der unteren Verbundschicht 2 ausgebildet, wie 3c zeigt.
Eine solche durch Druck geformte Nut nutzt die Charakteristik des Verbundmaterials, das Fasermaterial und Kautschuk enthält, und zwar die verbesserte Retention unter Kompression. Da das Verbundmaterial eine plastische Formänderungseigenschaft unter Kompression hat, kann dann, wenn die Nut durch Druckbeaufschlagen der Verbundschicht in der Dickenrichtung mit einem Preßwerkzeug hergestellt wird, die resultierende Nut nach dem Trennen der Werkzeughälften erhalten bleiben.
In einem Spritzgießverfahren gemäß den 4a bis 4c wird ein unvulkanisiertes Kautschukmaterial in die Nut m durch Spritzpressen mit Hilfe einer oberen und einer unteren Werkzeughälfte 8 eingebracht. Wie 4a zeigt, sind die Werkzeughälften 8 zueinander symmetrisch, und die obere Werkzeughälfte 8 wird zum Zweck der Erläuterung verwendet. Die obere Werkzeughälfte 8 hat einen Vorsprung 9 an beiden Seiten und eine ringförmige Ausnehmung 10, die zwischen den beiden Vorsprüngen 9 der Nut m entsprechend vorgesehen ist.
Jeder Vorsprung 9 springt aus einer Standardpressenoberfläche 11 vor (nach unten in 4), sein Querschnitt ist im wesentlichen rechteckig, und der Vorsprung 9 ist so ausgebildet, daß er den Seitenbereich 2b an beiden Seiten der Nut m der Verbundschicht 2 erreicht. Die Ausnehmung 10, die zur Innenseite der Standardpressenoberfläche 11 ausgespart ist (nach oben in 4), hat ein kreisförmiges oberes Ende.
Die Wulststruktur 6 wird wie folgt in einem Spritzverfahren gebildet. Wie 4a zeigt, wird die mit der Nut m ausgebildete Zylinderkopfdichtung 1 zwischen der oberen und der unteren Werkzeughälfte 8, 8 plaziert. Dann werden die obere und die untere Werkzeughälfte 8, 8 aufeinander zu bewegt, so daß die Standardpressenoberfläche 11 die äußere Oberfläche 2a der Verbundschicht 2 leicht berührt, wie 4b zeigt. Gleichzeitig wird jeder Vorsprung 9 an der Nut m positioniert und dringt in jeden Seitenbereich 2b ein, um die beiden Seitenbereiche 2b nach oben und unten mit Druck zu beaufschlagen.
Unvulkanisiertes Kautschukmaterial 30 wird eingespritzt und in den Hohlraum der Nut m, der von der oberen und der unteren Werkzeughälfte 8, 8 und der Verbundschicht 2 umgeben ist, gespeist. Dann werden die obere und die untere Werkzeughälfte 8, 8 getrennt, und die Zylinderkopfdichtung 1 mit der Wulststruktur 6 wird durch das Kautschukmaterial 30 gebildet, das in die Ausnehmung 10 eingespeist wurde, wie 4c zeigt.
Das Kautschukmaterial 30 wird eingespritzt, während gleichzeitig die beiden Seitenbereiche 2b der Nut m der Verbundschicht 2 unter Kompression gehalten werden, so daß das Kautschukmaterial 30 bevorzugt nicht zwischen die Verbundschicht 2 und das Werkzeug 8 fließt (Verlaufen von Kautschuk).
Das Volumenkompressionsvermögen jedes Seitenbereichs 2b ist vorteilhaft größer als 30 %, so daß eine neue Nut om, und zwar ein Beispiel von konkaven Schultern, um die Wulststruktur 6 herum geformt werden kann. Wenn daher die Wulststruktur 6 zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf übermäßig zusammengedrückt wird, so wirkt jede Schulterkonkavität om als Aufnahme für das druckbeaufschlagte Kautschukmaterial 30.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird die konkave Schulter om durch Pressen der Verbundschicht 2 an dem Seitenbereich 2b mittels des Werkzeugs 8 gebildet, wenn der Kautschuk 30 in die Nut m zur Bildung der Wulststruktur 6 eingespritzt wird.
Wie 5a zeigt, wird die aus dem Preßwerkzeug entnommene Zylinderkopfdichtung 1 einem Vulkanisierungsvorgang in einem Vulkanisierungsbehälter T16 unterzogen, und das Kautschukmaterial 30 und die Verbundschicht 2 werden mit Druck beaufschlagt, um die Gestalt und die Masse zu stabilisieren. Die Nut wird somit durch Kompression der Verbundschicht 2 gebildet, und das Kautschukmaterial 30 wird durch Einspritzen in die so gebildete Nut eingebracht, so daß die Zylinderkopfdichtung 1 mit der Wulststruktur 6 erhalten wird (siehe die 5b und 1).
Nachdem auf den Grund der Nut m Klebstoff aufgebracht worden ist, wird das Kautschukmaterial 30 in die Nut m eingebracht, so daß das Aushärten des Klebstoffs durch die Wärme des Kautschukmaterials 30 beschleunigt und eine Wärmehaftung (kann als Ausheizhaftung bezeichnet werden) erzielt wird, so daß die Verbundschicht 2 und das Kautschukmaterial 30 durch die Wärme des Vulkanisierungsvorgangs fest und integral miteinander verbunden sind, wie 5b zeigt.
Bevorzugte Ausführungsform 2
Die konkave Schulter om kann geformt werden, indem der Seitenbereich 2b der Verbundschicht 2 mit einem Preßwerkzeug 12 für die Nut gepreßt wird, wenn die Nut m durch Kompression der Verbundschicht 2 geformt wird. Dabei sind, wie bei der Zylinderkopfdichtung 1 der 8 und 9 zu sehen ist, kleine Vorsprünge 14 an der oberen Werkzeughälfte 12 vorgesehen, um die konkaven Schultern an beiden Seiten eines Vorsprungs 13 zur Bildung der Nut zu formen, so daß die konkave Schulter om gleichzeitig mit dem Formen der Nut m geformt wird (siehe 8). Das Kautschukmaterial 30 wird in die Nut m eingespritzt und mit dem Werkzeug 8 formgepreßt, und dann wird die Wulststruktur 6, die an beiden Seiten die konkaven Schultern (Nutaussparung) om hat, geformt (siehe 9).
Bevorzugte Ausführungsform 3
Die Zylinderkopfdichtung 1 kann so aufgebaut sein, daß die konkave Schulter om mit dem Bereich des Kautschukmaterials 30 geformt wird, das zum Formen der Wulststruktur 6 eingespritzt wird. Die Nut m wird mit dem Preßwerkzeug 7 ebenso wie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung geformt (siehe 8), aber eine Werkzeughälfte 15 zum Spritzpressen hat einen kleinen Vorsprung 17 zum Formen der konkaven Schulter an beiden Seiten eines ausgesparten Teils 16 für die Bildung der Wulststruktur (siehe 9).
Somit wird die Zylinderkopfdichtung 1, welche die konkave Schulter (ausgesparte Nut) om innerhalb des Bereichs des Kautschukmaterials 30 hat, mit der Werkzeughälfte 15 geformt.
Bevorzugte Ausführungsform 4
Die Zylinderkopfdichtung 1 braucht auch keine konkave Schulter om an einem von dem Kautschukmaterial 30 und der Verbundschicht 2 an beiden Seiten der Wulststruktur 6 aufzuweisen, wie 10 zeigt. Oder die Zylinderkopfdichtung 1 kann so ausgebildet sein, daß die konkave Schulter om an dem Seitenbereich der Nut der Verbundschicht 2 durch Kompression geformt ist und die Breite des Kautschukmaterials 30 klein ist entsprechend der Breite der Wulststruktur 6, wie 10 zeigt.
Wie oben gesagt, wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung die ringförmige Nut durch Druckbeaufschlagen der Verbundschicht 2 entsprechend dem Bereich um die Zylinderbohrung einer Verbundgrundplatte herum geformt, das Kautschukmaterial wird in die geformte Nut eingebracht, und die Wulststruktur 6 wird so geformt, daß sie in der Dickenrichtung von der äußeren Oberfläche der Verbundschicht 2 vorspringt.
Somit ist die Zylinderkopfdichtung 1 so geformt, daß das Kautschukmaterial, das aus einem einzigen Material ohne Beimischung eines anderen Materials, wie etwa Fasern besteht, in die durch Nachbearbeiten geformte Nut der Verbundschicht 2 eingebracht und die sich auswölbende Wulststruktur 6 geformt wird. Die Wulststruktur 6, die aus Kautschukmaterial besteht, das schwer abzulösen ist, leicht durch Kompression verformt werden kann und zur Verbesserung der Abdichtfähigkeit wirksam ist, kann für die kautschukbeschichtete Metalldichtung, die durch Aufbringen einer Oberflächenschicht auf die Kernmaterialplatte 3 gebildet ist, unter Beibehaltung der Produktionseffizienz geformt werden, so daß eine Zylinderkopfdichtung erhalten wird, die den strengen Anforderungen an luftdichte Funktionsweise und Druckfestigkeitsverhalten entspricht.
Wenn bei einer solchen oben angegebenen Dichtung mit konkaver Schulter die Zylinderkopfdichtung, also die Wulststruktur 6, im Fall der Montage mit einer Befestigungsdrehkraft, die höher als ein Standardwert ist, mit zu hohem Druck beaufschlagt wird, kann die konkave Schulter als Ausweichöffnung für das Kautschukmaterial dienen, das durch die Formänderung infolge dieser übermäßigen Druckbeaufschlagung verschoben wird.
Die konkave Schulter kann mit dem Preßwerkzeug zur Bildung der Nut gleichzeitig geformt werden, oder sie kann durch den Druck des Spritzgießwerkzeugs, wie oben erläutert, geformt werden. Bei keinem dieser Verfahren ist ein spezielles Werkzeug oder ein spezielles Verfahren zum Formen der konkaven Schulter erforderlich, so daß die konkave Schulter auf kostengünstige Weise gebildet werden kann.
Als nächstes wird der zweite Aspekt der Erfindung erläutert.
Bei dem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine ringförmige Nut durch Entfernen einer Verbundschicht um eine Zylinderbohrung herum gebildet. Das Äußere einer Zylinderkopfdichtung ist gleich wie bei dem ersten Aspekt der Erfindung (siehe die 1 und 11).
Bevorzugte Ausführungsform 5
Gemäß dem zweiten Aspekt wird ebenfalls eine Wulststruktur in einem Nutformungsvorgang und einem Spritzvorgang geformt. In dem Nutformungsvorgang wird die Verbundschicht 2 entsprechend dem Bereich um die Zylinderbohrung einer Verbundgrundplatte herum entfernt, um eine Nut m zu bilden, wie die 11 und 12 zeigen.
Die Verbundschicht 2 ist auf beide Seiten einer Kernmaterialplatte 3 in flachem Zustand aufgebracht, und die Verbundschicht 2 wird durch Sandstrahlen in die Kernmaterialplatte 3 hinein abgetragen, so daß eine ringförmige Nut m gebildet wird.
Zum Entfernen des Verbundmaterials 2 für die Bildung der Nut m kann ein Laserverfahren oder ein mechanisches Ablöseverfahren, wie Sandstrahlen, chemisches Erodieren oder biologisches Erodieren angewandt werden. Oder aber die Kernmaterialplatte 3 wird mit einem maskierenden Klebeband abgedeckt, bevor das Verbundmaterial auf die Kernmaterialplatte 3 aufgebracht wird, und die Verbundschicht 2 wird durch Ablösen des Maskierungsbands entfernt, um nach dem Beschichten eine ringförmige Nut zu bilden.
In einem Spritzgießverfahren wird ein unvulkanisiertes Kautschukmaterial in die Nut m durch Spritzgießen mittels einer oberen und einer unteren Werkzeughälfte 8 eingebracht, wie 13a zeigt. Die obere und die untere Werkzeughälfte (Preßwerkzeug) 8 sind zueinander symmetrisch, wie 13a zeigt, und die obere Werkzeughälfte 8 wird zur Erläuterung herangezogen. Wie 13a zeigt, weist die obere Werkzeughälfte 8 einen ringförmigen inneren Vorsprung 9, einen ringförmigen äußeren Vorsprung 9, eine ringförmige Aussparung 10 zwischen den Vorsprüngen 9 an der Position auf, die der Nut m entspricht.
Jeder Vorsprung 9 springt von einer Standardpressenoberfläche 12 (in 13a) vor, sein Querschnitt ist im wesentlichen rechteckig, und der Vorsprung ist in den Bereich hinein geformt, der den innenseitigen Bereich 2b und den außenseitigen Bereich 2c der Nut m der Verbundschicht 2 erreicht. Die Aussparung 10, die von der Standardpressenoberfläche 12 nach innen ausgehöhlt ist (13a), hat eine solche Form, daß ihr oberes Ende kreisförmig ist und ihre Einfassung allmählich weiter wird. Die "inneren und äußeren Seiten" des Bereichs 2b und 2c sind relativ zu der Mitte einer großen Öffnung 4 definiert, die als ein Standard der Bohrung entspricht.
Gemäß dem Einspritzverfahren wird die Wulststruktur wie folgt geformt.
Wie 13a zeigt, wird die Zylinderkopfdichtung 1, die mit der Nut m ausgebildet ist, die nicht vulkanisiert ist, zwischen der oberen und der unteren Werkzeughälfte 8 gebildet. Dabei werden die obere und die untere Werkzeughälfte 8 einander genähert, so daß die Standardpressenoberfläche 12 die äußere Oberfläche 2a der Verbundschicht 2 leicht berührt, wie 13b zeigt.
Gleichzeitig werden die inneren und äußeren Vorsprünge 9 an der Nut m positioniert und schneiden in jeden von dem innen- und dem außenseitigen Bereich 2b und 2c ein, so daß die innen- und außenseitigen Bereiche 2c und 2b nach oben und unten mit Druck beaufschlagt werden.
Unvulkanisiertes Kautschukmaterial 30 wird eingespritzt und in den Hohlraum der Nut m, der von der oberen und unteren Werkzeughälfte 8 und der Kernmaterialplatte 3 umgeben ist, eingebracht, wie 13c zeigt. Die Wulststruktur 6 wird aus dem in die Ausnehmung 10 eingebrachten Kautschukmaterial 30 geformt. Wenn das Kautschukmaterial 30 eingespritzt wird, während gleichzeitig die beiden Seitenbereiche 2b und 2c der Nut m der Verbundschicht 2 unter Kompression gehalten werden, wird dies bevorzugt, weil das eingespritzte Kautschukmaterial 30 nicht zwischen die Verbundschicht 2 und die Werkzeughälften 8 läuft (Verlaufen von Kautschuk).
Das Volumenkompressionsvermögen jedes Seitenbereichs 2b und 2c ist vorteilhaft größer als 30 %, so daß um die Wulststruktur 6 herum eine neue ausgesparte Nut om (ein Beispiel der konkaven Schulter) geformt werden kann. Wenn daher die Wulststruktur 6 zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf übermäßig zusammengedrückt wird, dient die konkave Schulter om als Ausweichöffnung für das verlagerte Kautschukmaterial 30.
Die Nut om kann an dem unter Kompression befindlichen Teil der seitlichen Bereiche 2b und 2c gebildet werden, oder die konkave Schulter om kann infolge des Einstellens der Dicke des Teils, an dem die Nut m dünner gemacht ist, wenn die Verbundschicht 2 geformt wird, ausgebildet werden.
Wie 14a zeigt, sind die obere und die untere Preßwerkzeughälfte 8 getrennt, und die Zylinderkopfdichtung 1, welche die ringförmige Wulststruktur 6 an dem oberen und dem unteren Kautschukmaterial 30 hat, ist entnommen. Die entnommene Zylinderkopfdichtung 1 wird in einem Vulkanisierungsbehälter T16 einem Vulkanisierungsvorgang unterzogen, und das Kautschukmaterial 30 und die Verbundschicht 2 werden vulkanisiert, um die Form und die Zusammensetzung zu stabilisieren, wie 14b zeigt. Somit wird die Zylinderkopfdichtung 1, bei der die aus Kautschukmaterial hergestellte Wulststruktur 6 an der Verbundschicht 2 gebildet ist, durch Nachbearbeiten erhalten (siehe 14c).
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird die ringförmige Nut m geformt durch Entfernen der Verbundschicht 2 an der Stelle, die dem Bereich um die Zylinderbohrung herum entspricht, und das Kautschukmaterial 30 wird in die Nut m eingebracht, um die Wulststruktur 6 zu formen, die in der Dickenrichtung aus der Verbundschicht 2 vorspringt.
Der innenseitige Bereich 2b und der außenseitige Bereich 2c der Nut m der Verbundschicht 2 werden in der Dickenrichtung von den Werkzeughälften 8 mit Druck beaufschlagt, und dabei wird das Kautschukmaterial 30 durch Spritzpressen in die Nut m eingebracht, um die Wulststruktur 6 zu formen, und dann wird als Endbearbeitung der Vulkanisierungsschritt ausgeführt.
Wenn die Nut m auf solche Weise geformt wird, daß ein Teil der Kernmaterialplatte 3 am Grund freiliegt, ist das Kautschukmaterial 30 in direkter Berührung mit der Kernmaterialplatte 3. Wenn somit auf die freiliegende Kernmaterialplatte 3 ein Klebstoff aufgebracht und das Kautschukmaterial 30 in die Nut m eingebracht wird, wird das Aushärten des Klebstoffs durch die Wärme des Kautschukmaterials 30 beschleunigt, so daß eine Wärmehaftung (auch als Ausheizhaftung bezeichnet) erreicht wird, so daß die Kernmaterialplatte 3 und das Kautschukmaterial 30 fest und integral verbunden werden.
In Abhängigkeit von der Art des Klebstoffs ist auch eine Vulkanisationshaftung möglich, wobei die Kernmaterialplatte 3 und das Kautschukmaterial 30 durch die Wärme des Vulkanisationsvorgangs, der in 14b gezeigt ist, fest und integral miteinander verbunden werden.
Die Verbundschicht 2 und das Kautschukmaterial 30 werden nach dem Formen der Wulststruktur 6 in unvulkanisiertem Zustand einem Vulkanisationsschritt unterzogen, aber die Wulststruktur 6 kann auch in halbvulkanisiertem Zustand geformt werden. Oder die Nut m kann geformt werden, indem die Verbundschicht 2 einer Vulkanisierung unterzogen wird und das Kautschukmaterial 30 in die Nut m eingebracht wird, um die Wulststruktur 6 zu formen.
Die Form des in die Nut m eingebrachten Kautschukmaterials 30 kann so sein, daß die Wulststruktur 6 und die vertieften Nuten om an beiden Seiten mit einer gleichmäßigen Krümmungslinie in Abhängigkeit von der Form des Preßwerkzeugs gemäß 14 miteinander verbunden sind. Die Seitenbereiche 2b und 2c der Nut m der Verbundschicht 2 sind so vorgegeben, daß sie nicht in der Dickenrichtung zusammengedrückt werden, aber die konkave Schulter kann durch Druckbeaufschlagen wie die oben angegebene bevorzugte Ausführungsform (siehe 14a) geformt werden.
Bevorzugte Ausführungsform 6
Ferner können, wie die 16, 17a und 17b zeigen, zwei Gruppen aus einem inneren ringförmigen Wulst 6r und einem äußeren ringförmigen Wulst 6s in einem geeigneten Abstand voneinander um die große Öffnung 4 herum vorgesehen sein, und ein seitlicher Wulstteil 6y, der die inneren und äußere Wulstteile 6r und 6s kurzschließt, kann in einem radialen Muster um die große Öffnung 4 herum geformt sein.
In diesem Fall weist die Zylinderkopfdichtung 1 eine komplexe doppelte ringförmige Wulststruktur um die große Öffnung 4 herum auf. Eine solche komplexe Wulststruktur kann auch durch Spritzformen oder andere Methoden ausgebildet werden. 17a ist ein Schnitt entlang der Linie B-B von 16, und 17b ist ein Schnitt entlang der Linie C-C von 16.
Wenn eine solche komplexe Wulststruktur mit den doppelten Wulststrukturen 6r und 6s und dem seitlichen Wulstteil 6y geformt wird, ist dies eine wirksame Gegenmaßnahme gegen Gasblasen bzw. Pinholes. Ein Pinhole ist ein hohler Bereich in dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf, die aus einem Gußmetall einschließlich Druckguß hergestellt sind, wobei zum Zeitpunkt des Gießens Luftblasen mit dem Metall vermischt sind.
Wenn das Pinhole an der Kontaktoberfläche des Zylinderblocks oder dergleichen erscheint, wird eine Vertiefung gebildet, was nachteilige Folgen hat. Die in 16 mit 27 bis 29 bezeichneten Strichpunktlinien bezeichnen die Vertiefungen, die jeweils durch ein Pinhole bewirkt sind, das an der Kontaktoberfläche des Zylinderblocks und des Zylinderkopfs, von oben gesehen, erscheint (nachstehend als Pinhole bezeichnet).
Es gibt ein Pinhole 29, das die Innen- und Außenseite des inneren Wulstteils 6r bedeckt, wie 16 zeigt, und die Innen- und Außenseite des inneren Wulstteils 6r sind über die Pinholes 29 in Verbindung miteinander, so daß die Abdichtfunktion des inneren Wulstteils 6r unvollständig ist. Die Pinholes werden jedoch von dem äußeren Wulstteil 6s und dem seitlichen Wulstteil 6y abgesperrt, so daß sie nicht weiter in Verbindung sind, so daß eine bevorzugte Abdichtfähigkeit erhalten bleibt.
Wenn ferner ein Pinhole 27 vorhanden ist, das die Innen- und Außenseite des äußeren Wulstteils 6s bedeckt, wird die bevorzugte Abdichtfähigkeit durch den inneren Wulstteil 6r und den seitlichen Wulstteil 6y aufrechterhalten.
Wenn ein Pinhole 28 an einer Stelle vorhanden ist, die von einem Paar von benachbarten seitlichen Wulstteilen 6y und den inneren und äußeren Wulstteilen 6r und 6s umgeben ist, dann ist abgesehen von dem umgebenen Teil der übrige Teil nicht in Verbindung, so daß die Zylinderkopfdichtung 1 eine bevorzugte Abdichtfähigkeit behalten kann.
Wenn also eine komplexe Wulststruktur mit den inneren und äußeren Doppelwulststrukturen 6r und 6s und der Vielzahl von seitlichen Wulstteilen 6y geformt wird, wird in nahezu allen Fällen die nachteilige Wirkung der Pinholes des Zylinderblocks und des Zylinderkopfs ausgeschlossen.
Die Zylinderkopfdichtung 1 kann so aufgebaut sein, daß der Grund der Nut m die Kernmaterialplatte 3 nicht erreicht, sondern in dem Dickenbereich der Verbundschicht 2 vorhanden ist, und infolgedessen können die Grundfläche und die beiden Seitenbereiche des Kautschukmaterials 30, das in die Nut m eingebracht ist, in Kontakt mit der Verbundschicht 2 sein (nicht gezeigt).
Die Zylinderkopfdichtung 1 kann auch so aufgebaut sein, daß die Wulststruktur 6 an der Stelle geformt ist, die dem Bereich um eine Kühlbohrung 5 herum entspricht, durch die Kühlwasser oder ein Kühlöl geleitet wird.
Wie oben gesagt, wird gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Verbundschicht 2 entsprechend dem Bereich um die Zylinderbohrung der Verbundgrundplatte 2 herum entfernt, um die ringförmige Nut zu bilden, das Kautschukmaterial wird in die Nut m eingebracht, und die Wulststruktur 6, die in der Dickenrichtung von der Verbundschicht 2 vorspringt, wird durch Einbringen des Kautschukmaterials in die Nut m geformt.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Zylinderkopfdichtung 1 erhalten, bei welcher die Verbundschicht 2 auf einfache Weise gebildet ist, die Wulststruktur 6, welche die Funktion hat, das luftdichte Betriebsverhalten durch eine bevorzugte Abdichtfunktion aufrechtzuerhalten, ist flexibel mit vielen Variationsmöglichkeiten hinsichtlich Form und Dimension konstruiert, und die Verbundschicht 2 und die Kernmaterialplatte 3 sind fest integral miteinander verbunden. Wenn die Kernmaterialplatte 3 am Grund der Nut m freiliegt, wird die integrierte Festigkeit des Kautschukmaterials 30 und der Kernmaterialplatte 3 durch die Ausheizhaftung und die Vulkanisationshaftung verbessert.
Wenn an dem Seitenbereich der Nut m die konkave Schulter om geformt ist, dient diese als Ausweichöffnung für das eingedrückte Kautschukmaterial 30, wenn übermäßige Kompression auf die Wulststruktur 6 aufgebracht wird, so daß eine bevorzugte Abdichtfähigkeit erhalten bleibt. Wenn ferner die konkave Schulter om durch Pressen der Verbundschicht 2 des Seitenbereichs der Nut m mit einem Preßwerkzeug geformt ist, wird der Vorteil erhalten, daß ein Fließen des Kautschukmaterials 30 zwischen Formwerkzeug und Seitenbereich im Fall des Spritzformens verhindert wird.
Als nächstes wird der dritte Aspekt der Erfindung erläutert.
Bevorzugte Ausführungsform 7
Eine Zylinderkopfdichtung 1 ist mit einer ringförmigen Wulststruktur 6 an dem entsprechenden Bereich um die Zylinderbohrung herum (d.h. um eine große Öffnung 4 herum) versehen, wie die 18, 19 zeigen.
Die ringförmige Wulststruktur 6 hat Zickzack- oder Chevron-Querschnitt, ist mit einer ausgebauchten Verbundschicht 2 ausgebildet und mit einer ringförmigen Nut 13, d.h. einer zwei Rillen aufweisenden Nut, so geformt, daß das obere Ende der Wulststruktur 6 von der Oberfläche der Verbundschicht vorspringt und die beiden Einfassungen 13 der Wulststruktur 6 tiefer liegen als die Oberfläche der Verbundschicht 2.
Das obere Ende der ringförmigen Wulststruktur 6 ist um die Distanz d1 höher als die Oberfläche der Verbundschicht 2, die Einfassung der ringförmigen Nut 13 ist niedriger als die Oberfläche der Verbundschicht 2, und die Dicke der Verbundschicht 2 an der Unterseite, d.h. die Dicke d3 von der Oberfläche einer Kernmaterialplatte 3 bis zu der Unterseite, ist kleiner als die Dicke d2 der Verbundschicht 2.
Wenn in 19 die Dicke der Verbundgrundplatte f den Wert D hat, dann ist eine beispielhafte Dimension jeder Dicke wie folgt:

D: 0,5 bis 1,5 mm

d1: 0,2 bis 0,5 mm

d2: 0,2 bis 0,5 mm

d3: 0,05 bis 0,1 mm.
Es wird bevorzugt, daß d1 gleich d2 ist. Wenn d3 kleiner als 0,05 mm ist, könnte die Kernmaterialplatte 3 gebogen werden, weil die Beanspruchung an d3 konzentriert ist, wenn die Zylinderkopfdichtung 1 zwischen den Zylinderblock und den Zylinderkopf zur Integration damit eingebaut ist. Es ist daher wichtig, die Distanz größer als 0,05 mm zu halten.
Wenn bei der Zylinderkopfdichtung 1, bei der die ringförmige Wulststruktur 6 durch hügelartiges Ausbauchen der Verbundschicht 2 an dem entsprechenden Bereich um die Zylinderbohrung herum geformt ist, die Zylinderkopfdichtung 1 zwischen den Zylinderblock und den Zylinderkopf zur Integration damit mit einer Standarddrehkraft eingebaut wird, dann wird der Einstelldruck um die Zylinderbohrung herum hoch, so daß die Abdichtfähigkeit um die Zylinderbohrung herum, die hohen Ansprüchen genügen muß, verbessert ist.
Ferner ist eine Nut 13 an beiden Einfassungen der ringförmigen Wulststruktur 6 in die Oberfläche der Verbundschicht 2 eingeformt, und die ringförmige Nut 13 dient als Aufnahmeraum, wenn die Zylinderkopfdichtung 1 übermäßig zusammengedrückt und die ringförmige Wulststruktur 6 übermäßig verschoben wird und in die Seiten vorspringt.
Daher wird die Abdichtfähigkeit nicht verschlechtert, weil die vorspringende Wulststruktur zu einem Hindernis wird, so daß der Effekt einer Verbesserung der Abdichtfähigkeit auch dann erhalten bleibt, wenn die Zylinderkopfdichtung 1 zu stark festgezogen wird.
Wenn die Dichte des Verbundmaterials de ringförmigen Wulststruktur 6 größer als diejenige der übrigen Verbundschicht 2 ist, können die folgenden Vorteile erzielt werden. Die Verlagerung der ringförmigen Wulststruktur 6 erfolgt sanft, wenn eine Last auf die Zylinderkopfdichtung 1 wirkt, die zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angeordnet ist, und außerdem wird die Elastizität im Fall der Aufhebung der Last gewährleistet. Ein solches Teil, dessen Dichte verschieden ist, kann realisiert werden, wenn bei der Herstellung einer Dichtung die Dichte der Wulststruktur 6 grösser als diejenige des anderen Teils gemacht wird.
Unter Bezugnahme auf 20 wird der Vorteil erläutert.
20 ist ein Diagramm, das die Beziehung der Last und der Verlagerung an jedem Teil zeigt, wenn die Zylinderkopfdichtung 1 festgezogen wird. Die Vollinie "a" zeigt, wie sich die ringförmige Wulststruktur 6 verändert, wenn die Materialdichte hoch ist, und die Strichlinie "b" zeigt, wie sich die ringförmige Wulststruktur 6 verändert, wenn die Materialdichte niedrig ist.
Wenn die beim Verbinden des Zylinderblocks und des Zylinderkopfs verursachte Last entsprechend der Linie "α" (hohe Dichte) zunimmt, nimmt die Größe der Verlagerung (wenn die Höhe gering wird) der ringförmigen Wulststruktur 6 allmählich zu, und die Verlagerung wird durch eine Standard-Festziehdrehkraft zu "α" bei der größten Belastung "m". Wenn die Festziehbelastung nachläßt, wird die Elastizitäts-Charakteristik der Verlagerung in einem bestimmten Maß mit begleitender Hysterese erzielt.
Dagegen ist entsprechend der Linie "b" bei geringer Dichte die Zunahme der Verlagerung, die mit zunehmender Belastung einhergeht, signifikant, und die Größe der Verlagerung bei der höchsten Belastung "m" wird zu "β", die scheinbar größer als diejenige der Linie "α" ist. Auch wenn die Belastung aufgehoben wird, ist die Formänderung bleibend aufgrund der geringen Dichte, und die Wulststruktur 6 wird nicht rückgestellt. Das heißt also, eine ringförmige Wulststruktur 6 mit hoher Dichte kann wiederholt verwendet werden, während gleichzeitig die Wulstfunktion auf einem bestimmten Wert gehalten wird.
Bevorzugte Ausführungsform 8
Die Zylinderkopfdichtung 1 kann so aufgebaut sein, daß eine Vielzahl von ringförmigen Wulststrukturen 6 entsprechend dem Bereich um die Zylinderbohrung herum auf konzentrische Weise geformt wird, wie 21 zeigt. Bei dieser Ausführungsform ist an der oberen und unteren Oberfläche der Verbundschicht 2 eine drei Ringe aufweisende ringförmige Wulststruktur 6 geformt, und eine ringförmige Nut 13 ist an vier Stellen pro Seite an der Verbundschicht 2 ausgebildet.
Wenn die Vielzahl von ringförmigen Wulststrukturen 6 auf diese Weise konzentrisch an der Verbundschicht 2 ausgebildet sind, wird dann, wenn die Zylinderkopfdichtung 1 zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf festgezogen wird, die Wirkung erzielt, daß der Einstelldruck um die Zylinderbohrung herum erhöht wird, und die Abdichtfähigkeit wird in einem bevorzugten Zustand erreicht, ohne daß eine Orientierung relativ zu der Zylinderbohrung insgesamt erfolgt. Es wird bevorzugt, daß die außenseitige ringförmige Wulststruktur 6 (Zentrifugalrichtung) um die Zylinderbohrung, also die große Öffnung 4 herum, höher gemacht wird.
Bevorzugte Ausführungsform 9
Die Zylinderkopfdichtung 1 kann so ausgebildet sein, daß eine große ringförmige Wulststruktur 6 und eine zwei Ringe aufweisende ringförmige Nut 13 an der oberen Verbundschicht 2 geformt sind und eine kleine ringförmige Wulststruktur 7 an dem entsprechenden Bereich um die Innenseite und Außenseite der Wulststruktur 6 der oberen Verbundschicht 2 herum und kleine Einfassungen 14 und 14 an beiden Seiten der Wulststruktur 7 an der Unterseite der Verbundschicht 2 geformt sind, wie 22a zeigt.
Wenn bei einer solchen Konstruktion die Belastung aufgebracht wird, wenn die Zylinderkopfdichtung 1 festgezogen wird, dann wird die Wulststruktur 6 an der oberen Verbundschicht 2 nach unten gedrückt, wobei zwei ringförmige Wulste 7 und 7 an der unteren Verbundschicht 2 als Stützpunkt dienen, so daß das Biegemoment die in 22b gezeigte Gestalt an der Kernmaterialplatte 3 verformt.
Dann wird die Federwirkung erzeugt, so daß die Kernmaterialplatte 3 in ihren ursprünglichen flachen Zustand zurückgestellt wird, so daß der Einstelldruck um die große Öffnung 4 herum hoch wird, so daß die Abdichtwirkung verstärkt wird.
Die Zylinderkopfdichtung 1 kann mit einer Verbundgrundplatte ausgebildet sein, wobei die Verbundschicht 2 auf eine Seite der Kernmaterialplatte 3 aufgebracht ist und die ringförmige Wulststruktur 6 nur an dieser Seite der Kernmaterialplatte 3 geformt ist. Außerdem können die ringförmige Wulststruktur 6 und die ringförmige Nut 13 einen bergähnlichen Querschnitt auf der Basis eines Trapezes oder Dreiecks haben, der von dem bergartigen Querschnitt mit sanfter Krümmung verschieden ist.

Claims

Zylinderkopfdichtung zum Abdichten zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf, die folgendes aufweist: – eine Verbundgrundplatte (f), die eine Kernmaterialplatte (3) und eine Verbundschicht (2) aufweist, die auf der vorderen und der hinteren Oberfläche der Kernmaterialplatte gebildet ist, wobei die Verbundschicht (2) durch Aufbringen von Verbundmaterialien, die einen Kautschuk und ein Fasermaterial enthalten, gebildet ist und folgendes aufweist: – eine ringförmige Nut (m), die durch Pressen des entsprechenden Bereichs um eine Zylinderbohrung der Verbundschicht (2) herum gebildet ist, und – einen Wulst (6), der von der Oberfläche der Verbundschicht (2) vorspringt und durch Einbringen des Kautschukmaterials (30) in die ringförmige Nut (m) gebildet ist.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, wobei die ringförmige Nut (m) ein Paar von konkaven Schultern (om) entlang ihrem Rand an beiden Seiten der Nut (m) hat.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 2, wobei die konkaven Schultern (om) gebildet sind durch Pressen des entsprechenden Bereichs der ringförmigen Nut (m) mit einem Preßwerkzeug zum Formen von Nuten, wenn die Verbundschicht (2) durch Pressen geformt wird.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 2, wobei die konkaven Schultern (om) durch Pressen des entsprechenden Bereichs der ringförmigen Nut (m) mit einem Formwerkzeug gebildet sind, bevor der Wulst (6) durch Einbringen des Kautschukmaterials (30) in die ringförmige Nut (m) in einem Spritzgießvorgang geformt wird.
Zylinderkopfdichtung zum Abdichten zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf, die folgendes aufweist: – eine Verbundgrundplatte (f), die eine Kernmaterialplatte (3) und eine Verbundschicht (2) aufweist, die auf der vorderen und der hinteren Oberfläche der Kernmaterialplatte gebildet ist, wobei die Verbundschicht (2) durch Aufbringen von Verbundmaterialien, die einen Kautschuk und ein Fasermaterial enthalten, gebildet ist und folgendes aufweist: – eine ringförmige Nut (m), die durch Entfernen des entsprechenden Bereichs um eine Zylinderbohrung der Verbundschicht (2) herum gebildet ist, und – einen Wulst (6), der von der Oberfläche der Verbundschicht (2) vorspringt und durch Einbringen des Kautschukmaterials (30) in die ringförmige Nut (m) gebildet ist.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 5, wobei die ringförmige Nut (m) auf solche Weise gebildet ist, daß ein Teil der Kernmetallplatte (3) ausgehend von dem Bodenbereich der Nut (m) freigelegt ist.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 5, wobei die ringförmige Nut (m) ein Paar von konkaven Schultern (om) entlang ihrem Rand an beiden Seiten der Nut (m) hat.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 7, wobei die konkaven Schultern (om) geformt sind durch Pressen des entsprechenden Bereichs der ringförmigen Nut (m) mit einem Formwerkzeug, bevor der Wulst (6) durch Einbringen des Kautschukmaterials (30) in die ringförmige Nut (m) in einem Spritzgießvorgang geformt wird.
Zylinderkopfdichtung zum Abdichten zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf, die folgendes aufweist: eine Verbundgrundplatte (f), die eine Kernmaterialplatte (3) und eine Verbundschicht (2) aufweist, die auf der vorderen und der hinteren Oberfläche der Kernmaterialplatte gebildet ist, wobei die Verbundschicht (2) durch Aufbringen von Verbundmaterialien, die einen Kautschuk und ein Fasermaterial enthalten, gebildet ist, wobei ein ringförmiger Wulst (6) mit Chevron-Querschnitt um den Randbereich einer Bohrung der Verbundschicht (2) herum gebildet ist und wobei der ringförmige Wulst (6) gebildet ist durch Erhöhen des entsprechenden Bereichs der Verbundschicht (2) und dadurch, daß das obere Ende von der Oberfläche der Verbundschicht (2) vorspringt, und wobei die beiden Einfassungen des ringförmigen Wulstes (6) als zwei Nuten (13) auf solche Weise geformt sind, daß die Einfassungen an der unteren Oberfläche der Verbundschicht (2) liegen.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 9, wobei die Verbundgrundplatte (f) eine Verbundschicht (2) an der vorderen und der hinteren Oberfläche der Kernmaterialplatte (3) hat und die Verbundschicht (2) durch Beschichten mit dem Verbundmaterial gebildet ist, und wobei der ringförmige Wulst (6) an der vorderen und der hinteren Oberfläche der Verbundschicht geformt ist.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Dichte der Verbundschicht (2) an dem ringförmigen Wulst (6) höher als die Dichte von anderen Bereichen der Verbundschicht (2) ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die ringförmigen Wulste (6) konzentrisch um den Außenrand der Zylinderbohrung der Zylinderkopfdichtung (1) herum geformt sind.