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Bei
einer Zylinderkopfdichtung muß um
eine Brennraum-Durchgangsöffnung
der Dichtung herum gegen die größten, im
Motorbetrieb auftretenden Drücke
abgedichtet werden, weshalb dort ein die Brennraum-Durchgangsöffnung umschließendes ringförmiges Brennraum-Dichtelement
der Zylinderkopfdichtung vorgesehen wird, in dessen Bereich bei eingebauter
Dichtung diese zwischen den Motorbauteil-Dichtflächen von Zylinderkopf und Motorblock
am stärksten
gepreßt
wird, das heißt
den höchsten
Pressungskräften
ausgesetzt ist.
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Im
Betrieb eines Hubkolben-Verbrennungsmotors läßt sich nicht vermeiden, daß sich die
den Dichtspalt zwischen Zylinderkopf und Motorblock (gegebenenfalls
inklusive von Zylinderlaufbuchsen) begrenzenden Motorbauteil-Dichtflächen in
der Ebene des Dichtspalts relativ zueinander verschieben, zum Beispiel
dann, wenn durch den in einem Zylinder bei der Zündung auftretenden hohen Gasdruck
der Zylinderkopf und damit die Zylinderkopf-Dichtfläche sich
etwas aufwölbt
und die Pressung zwischen der Zylinderkopfdichtung einerseits und
den Motorbauteil-Dichtflächen
andererseits, wenn auch jeweils nur ganz kurzzeitig, etwas vermindert
wird; besonders groß sind
die Schiebebewegungen der beiden Motorbauteil-Dichtflächen relativ
zueinander bei Motoren mit einem Zylinderkopf aus einer Leichtmetallegierung
und einem Motorblock aus Grauguß (wegen
der unterschiedlichen Wärmedehnungen
dieser beiden Werkstoffe). Aus den beiden vorstehend geschilderten
Ursachen für
diese Schiebebewegungen der Motorbauteil-Dichtflächen folgt, daß diese
auf die Zylinderkopfdichtung einwirkenden Schiebebewegungen nicht
in allen Bereichen des Dichtspalts gleich groß sind. Läßt sich nun nicht vermeiden,
daß sich
im Motorbetrieb die Motorbauteil-Dichtflächen auch
im Bereich eines solchen Brennraum-Dichtelements relativ zueinander
verschieben, und zwar vor allem während der zyklisch auftretenden
kurzzeitigen Verminderung der auf das Brennraum-Dichtelement einwirkenden
Pressungskräfte
bei der Zündung
eines Zylinders, führen
die Schiebebewegungen der Motorbauteil-Dichtflächen, insbesondere der Zylinderkopf-Dichtfläche gegenüber dem
Brennraum-Dichtelement zu einem Reibverschleiß vor allem an der Zylinderkopf-Dichtfläche, gegebenenfalls
aber auch an der Motorblock-Dichtfläche und am Brennraum-Dichtelement,
was ein Versagen der Gasabdichtung um einen Brennraum herum zur
Folge haben kann.
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Aus
der
10 der
DE 195 12 650 A1 der Elring
Klinger GmbH geht eine im wesentlichen metallische Zylinderkopfdichtung
hervor, deren Dichtungsplatte eine einzige, sich über die
ganze Dichtungsplatte erstreckende Stahlblechlage aufweist, von
der ein eine Brennraum-Durchgangsöffnung der Zylinderkopfdichtung
umgebender Randbereich auf sich selbst zurückgefaltet wurde und so um
die Brennraum-Durchgangsöffnung
herum einen im Querschnitt U-förmigen
sogenannten Falzbördelring
bildet. Unmittelbar neben und radial außerhalb dieses Falzbördelrings
liegen auf der Stahlblechlage drei zueinander und zur Brennraum-Durchgangsöffnung konzentrische,
in sich jeweils geschlossene Drahtringe mit kreisförmigem Querschnitt
auf, deren Durchmesser etwas größer ist
als die Blechdicke der Stahlblechlage, so daß sie den Falzbördelring
etwas überragen.
Deshalb treten, wenn diese Zylinderkopfdichtung eingebaut ist, die
größten spezifischen
Flächenpressungen
zwischen den Motorbauteil-Dichtflächen und der Zylinderkopfdichtung
im Bereich dieser Drahtringe auf, die dazu dienen sollen, die geschilderten
Schiebebewegungen der Motorbauteil-Dichtflächen relativ zueinander aufzufangen,
da beim Auftreten solcher Schiebebewegungen, die in der Größenordnung
von einigen Zehntel Millimeter liegen, die Drahtringe auf der einen
Motorbauteil-Dichtfläche abrollen
können
und so eine Gleitreibung zwischen der Zylinderkopfdichtung und der
den Drahtringen benachbarten Motorbauteil-Dichtfläche vermieden werden
soll – auf
der den Drahtringen gegenüberliegenden
Seite der Zylinderkopfdichtung wird, wenn diese eingebaut ist, die
die Drahtringe tragende Stahlblechlage gegen die andere Motorbauteil-Dichtfläche angepreßt, und
die Erfinder dieser bekannten Konstruktion gingen davon aus, daß sich dort
im Motorbetrieb ein Reibverschleiß vermeiden läßt, wenn sich
die gegen die Drahtringe angepreßte Motorbauteil-Dichtfläche ungehemmt
relativ zur Zylinderkopfdichtung und zur anderen Motorbauteil-Dichtfläche verschieben
läßt. Aus
folgenden Gründen
ist diese bekannte Zylinderkopfdichtung jedoch nicht in jeder Hinsicht
befriedigend: Die Drahtringe, deren kreisrunder Querschnitt aufgrund
der gegebenen Abmessungsverhältnisse
einen verhältnismäßig kleinen Krümmungsradius
hat, führen
zu einer verhältnismäßig hohen
spezifischen Flächenpressung
zwischen den Drahtringen und der gegen diese angepreßten Motorbauteil-Dichtfläche, weshalb
die Drahtringe im Motorbetrieb zu plastischen Verformungen dieser Motorbauteil-Dichtfläche führen können; ferner
handelt es sich bei den Drahtringen um lose auf der eigentlichen
Zylinderkopfdichtung aufliegende Teile, was das Handling der Zylinderkopfdichtung
zum Zwecke des Versands und beim Einbau in den Motor erschwert,
und schließlich
muß durch
eine besondere Gestaltung der Zylinderkopfdichtung verhindert werden,
daß sich
die Drahtringe im Motorbetrieb gegenüber der sie tragenden Stahlblechlage
in unerwünschter
Weise verlagern, weshalb für
die Drahtringe in bezüglich
der Brennraum-Durchgangsöffnung radialer
Richtung Anschläge
vorgesehen wurden, nämlich
einerseits in Form des die Brennraum-Durchgangsöffnung unmittelbar umgebenden Falzbördelrings
und andererseits durch einen radial außerhalb der Drahtringe vorgesehenen
Kranz von Zungen, welche aus der Stahlblechlage herausgebogen und
auf die letztere zurückgebogen
wurden. Schließlich
sei noch darauf hingewiesen, daß durch eine
im Hinblick auf eine stets angestrebte Kostenreduzierung wünschenswerte
Verringerung der Zahl der Drahtringe das vorstehend geschilderte
Problem (plastische Verformung der gegen die Drahtringe angepreßten Motorbauteil-Dichtfläche) noch
verschärft werden
würde,
und zwar infolge einer Erhöhung
der spezifischen Flächenpressung
zwischen dem verbleibenden Drahtring bzw. den verbleibenden Drahtringen
und der dagegen angepreßten
Motorbauteil-Dichtfläche.
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Die
Erfindung betrifft nun eine Zylinderkopfdichtung mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1, welche sich aus der
DE 195 12 650 A1 ergeben,
und der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine solche Zylinderkopfdichtung
so zu verbessern, daß dadurch
trotz eines einfacheren Aufbaus die Nachteile der bekannten Zylinderkopfdichtung zumindest
minimiert werden.
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Diese
Aufgabe läßt sich
erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 lösen.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
sind in folgendem zu sehen: Zum einen bedarf es nicht mehrerer Drahtringe,
sondern es genügt
im einfachsten Fall ein einziges Brennraum-Dichtelement. Da die
Motorbauteil- Dichtflächen und
das Brennraum-Dichtelement nicht als absolut starr angesehen werden
dürfen,
sondern auch im Motorbetrieb, wenn auch nur verhältnismäßig geringfügig, elastisch verformbar sind,
ergeben sich breitere Kontaktzonen zwischen den Motorbauteil-Dichtflächen und
dem Brennraum-Dichtelement und damit geringere spezifische Flächenpressungen, so
daß das
Risiko, daß das
Brennraum-Dichtelement im Motorbetrieb zu dauerhaften plastischen
Verformungen an einer Motorbauteil-Dichtfläche führt, zumindest verringert wird.
Schließlich
kann sich bei einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung das Brennraum-Dichtelement
auf beiden Motorbauteil-Dichtflächen
abwälzen,
wenn sich diese relativ zueinander verschieben (parallel zu der
von der Zylinderkopfdichtung definierten Dichtungsebene), so daß an keiner
der beiden Motorbauteil-Dichtflächen ein
nennenswerter Reibverschleiß entstehen
kann. Dadurch, daß das
Brennraum-Dichtelement mittels stegartiger Halteelemente in der
erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
gehalten ist, können
nicht nur die in bezüglich
der Brennraum-Durchgangsöffnung radialer
Richtung wirksamen Anschläge
der bekannten Zylinderkopfdichtung für deren auf ihre Stahlblechlage
lose aufgelegte Drahtringe entfallen, sondern die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung läßt sich
zum Zwecke des Versands und beim Einbau in den Motor auch einfacher
handhaben.
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Zu
der Definition der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
gemäß Anspruch
1 ist noch folgendes zu bemerken: Die Motorbauteil-Dichtflächen müssen nicht
ausschließlich
vom Zylinderkopf und Motorblock gebildet werden, sondern gegebenenfalls auch
eine Dichtfläche
eines anderen Motorbauteils, wie eines Kettenkastenteils oder einer
Zylinderlaufbuchse umfassen. Unter dem Dichtelementabschnitt ist
ein Segment, d. h. ein Längenabschnitt,
des Brennraum-Dichtelements zu verstehen. Unter dem Merkmal, daß das Brennraum-Dichtelement
an beiden Hauptoberflächen
der Zylinderkopfdichtung freiliegt, ist zu verstehen, daß das Brennraum-Dichtelement
an der Ober- und der Unterseite der Zylinderkopfdichtung nicht von
irgendeinem Element der Zylinderkopfdichtung abgedeckt ist. Die
Bezugnahme auf den Krümmungsradius
der konvexen Oberflächen
des Brennraum-Dichtelements ist nicht so zu verstehen, daß die Krümmungen
der beiden konvexen Oberflächen
unbedingt gleich sein müssen,
obwohl gleiche Oberflächenprofile
zu bevorzugen sind, und das Querschnittsprofil einer solchen konvexen Oberfläche muß auch nicht
ein Kreisbogen sein, da es sich auch um eine andere konvexe Abwälzkurve handeln
kann, z. B. um einen Teil einer Ellipse (durch die verwendete Definition
soll lediglich zum Ausdruck gebracht werden, daß der Querschnitt des Brennraum-Dichtelements
kein Kreis, sondern so gestaltet ist, daß bei vorgegebener Dicke des
Brennraum-Dichtelements – senkrecht
zur Dichtungsebene gemessen – die
Profile der beiden konvexen Oberflächen einen flacheren Verlauf
aufweisen als bei einem kreisförmigen
Querschnitt des Brennraum-Dichtelements). Schließlich sei bezüglich der
Flexibilität
der Halteelemente noch bemerkt, daß diese nur insoweit flexibel
sein müssen,
daß sie
die geschilderten Abwälzbewegungen
der Brennraum-Dichtelemente zulassen und zumindest nicht nennenswert
behindern.
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Brennräume umschließende, ringförmige metallische
Elemente mit balligern Querschnittsprofil sind bei metallischen
Zylinderkopfdichtungen an sich bekannt:
Die
DE 30 23 782 C2 offenbart
eine Konstruktion, bei der die Zylinderkopfdichtung ausschließlich aus
einem Stahldichtungsring besteht, der in Ringnuten eines Zylinderkopfs
und einer Zylinderlaufbuchse gehalten wird. Auf seinen einander
gegenüberliegenden,
dem Zylinderkopf bzw. der Zylinderlaufbuchse zugewandten Seiten
hat der Stahldichtungsring ein balliges Querschnittsprofil, wodurch
eine gewisse Schwenkbewegung des Zylinderkopfs bei Durchbiegung
des letzteren ermöglicht
werden soll, ohne daß dies
zu Störungen
führt.
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Ferner
ergeben sich aus der
DE
195 20 695 C1 sowie der
US 64 99 743 B2 im wesentlichen metallische,
mehrlagige Zylinderkopfdichtungen mit zwei äußeren Deckblechen, welche als
Brennraum-Dichtelemente Sicken aufweisen, sowie einem inneren Trägerblech
mit einem Stopper für
jede Brennraum-Durchgangsöffnung
der Zylinderkopfdichtung, welcher integraler Bestandteil des Trägerblechs
ist, an die betreffende Brennraum-Durchgangsöffnung unmittelbar angrenzt
und, wie üblich, dem
Schutz der Deckblech-Sicken vor einer übermäßigen Abflachung dient; dieser
Stopper hat zwar an seinen beiden den äußeren Deckblechen zugekehrten
Seiten jeweils ein balliges Querschnittsprofil, er kann jedoch schon
aufgrund der Dicke des Trägerblechs
niemals abschnittsweise um die Stopperlängsmittelachse gekippt werden.
Außerdem
wird der Stopper von den beiden äußeren Deckblechen überdeckt.
Bei dieser bekannten Zylinderkopfdichtung liegen also die Kuppen
der konvexen Oberflächen
eines jeden Stoppers auch im Motorbetrieb stets exakt übereinander
(in einer Draufsicht auf die Zylinderkopfdichtung).
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Wegen
der hohen, um eine Brennraum-Durchgangsöffnung herum für eine zuverlässige Gasabdichtung
erforderlichen Pressungskräfte und
der deshalb zu fordernden Druckfestigkeit des Brennraum-Dichtelements
empfiehlt es sich, den Querschnitt des das letztere bildenden Dichtungsstrangs
so zu gestalten, daß er
ungefähr
einem Rechteck mit ballig ausgebildeten Längsseiten entspricht.
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Damit
sich im Motorbetrieb das Brennraum-Dichtelement auf den Motorbauteil-Dichtflächen stets
abwälzt
und keine Gleitreibung auftritt, werden Ausführungsformen bevorzugt, bei
denen die Dicke und die Druckfestigkeit des Brennraum-Dichtelements
sowie dessen Werkstoff so auf die vorgegebenen Werkstoffe der Motorbauteil-Dichtflächen und das
für jeden
Motor stets vorgegebene Anzugsdrehmoment der Zylinderkopfschrauben
abgestimmt sind, daß bei
den im Motorbetrieb auftretenden Verschiebungen der Motorbauteil-Dichtflächen relativ zueinander
sich das Brennraum-Dichtelement auf den Motorbauteil-Dichtflächen nur
abwälzt
und nicht gleitet. In diesem Zusammenhang muß man sich vor Augen halten,
daß jede
Zylinderkopfdichtung immer für
einen ganz bestimmtem Motor konstruiert wird, so daß dem Dichtungskonstrukteur
die Werkstoffe der Motorbauteil-Dichtflächen und das bei der Montage des
Motors anzuwendende Anzugsdrehmoment der Zylinderkopfschrauben vorgegeben
sind.
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Wie
sich bereits aus dem vorstehenden ergibt, bleibt im Motorbetrieb
die Breite des durch die Zylinderkopfdichtung abzudichtenden Dichtspalts zwischen
den Dichtflächen
von Zylinderkopf und Motorblock (das heißt der Abstand dieser beiden
Dichtflächen
voneinander) nicht überall
absolut konstant, und zwar vor allem wegen der Aufwölbung der
Zylinderkopf-Dichtfläche
beim Zünden
eines Zylinders. Dennoch ist anzustreben, daß dieser Dichtspalt durch die
Kippbewegungen des Brennraum-Dichtelements nicht aufgeweitet wird,
weshalb empfohlen wird, die konvexen Oberflächen des Brennraum- Dichtelements so
zu gestalten, daß der
Abstand von parallel zur Dichtungsebene verlaufenden Tangentialebenen
an diese Oberflächen
voneinander beim Kippen der letzteren um die Dichtungsstrang-Längsmittelachse,
das heißt
im Zuge der Abwälzbewegungen
des Brennraum-Dichtelements auf den Motorbauteil-Dichtflächen, zumindest
im wesentlichen konstant bleibt.
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Da
bei eingebauter Zylinderkopfdichtung die Einspannkräfte durch
die Zylinderkopfschrauben aufgebracht werden, sind die auf die Flächeneinheit bezogenen
spezifischen Flächenpressungen
in der Nachbarschaft der Zylinderkopfschrauben und damit der Schraubenlöcher der
Zylinderkopfdichtung am größten; da
infolgedessen die geschilderten Schiebebewegungen in der Nachbarschaft
dieser Schraubenlöcher
am kleinsten sind, ist es vorteilhaft, die Halteelemente an solchen
Stellen des Brennraum-Dichtelements anzubringen, die jeweils einem der
Schraubenlöcher
am nächsten
liegen, das heißt jedes
Halteelement ist auf jeweils eines der Schraubenlöcher ausgerichtet.
Bei einer solchen Konstruktion behindern die Halteelemente die geschilderten Abrollbewegungen
am wenigsten.
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Die
durch die wechselnden Gasdrücke
in den Zylindern und unterschiedliche Wärmedehnungen von Zylinderkopf
und Motorblock verursachten Schiebebewegungen der Motorbauteil-Dichtflächen relativ
zueinander sind auch im Hinblick auf die bereichsweise unterschiedlichen
spezifischen Flächenpressungen
zwischen den Motorbauteil-Dichtflächen und der Zylinderkopfdichtung
nicht überall
gleich groß (da
Zylinderkopf und Motorblock nicht als absolut starre Bauteile betrachtet
werden können,
nehmen die von den Zylinderkopfschrauben aufgebrachten Einspannkräfte mit
wachsendem Abstand von den Zylinderkopfschrauben ab, und die zur
Aufwölbung
der Zylinderkopf-Dichtfläche
führenden
Gasdrücke
treten nur in den Zylindern des Motors auf); deshalb zeichnet sich
eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung dadurch
aus, daß zur
Berücksichtigung
bereichsweise unterschiedlicher Verschiebungen der Motorbauteil-Dichtflächen gegeneinander
der das Brennraum-Dichtelement bildende Dichtungsstrang um seine
Längsachse
tordierbar ist (natürlich
elastisch), damit einander benachbarte Abschnitte bzw. Segmente
des Dichtungsstrangs unterschiedlich große Kipp- bzw. Abrollbewegungen durchführen können und
eine Gleitreibung zwischen den Motorbauteil-Dichtflächen und
dem Brennraum-Dichtelement vermieden wird sowie Dauerbrüche im Brennraum-Dichtelement
nicht auftreten können.
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Bei
den heutzutage bevorzugten, zumindest im wesentlichen metallischen
Zylinderkopfdichtungen besitzt deren Dichtungsplatte eine oder mehrere übereinander
liegende Stahlblechlagen, weshalb sich eine besonders vorteilhafte
Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
dadurch auszeichnet, daß das
Brennraum-Dichtelement mit der bzw. einer der Stahlblechlagen einstückig und
integraler Bestandteil der letzteren ist. Beispielsweise könnte bei
einer dreilagigen erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
das Brennraum-Dichtelement Bestandteil der mittleren Lage sein,
während
die beiden Decklagen Öffnungen
aufweisen, die gleich oder geringfügig größer sind als der Außendurchmesser
des Brennraum-Dichtelements, dessen Dicke so groß ist, daß es bei eingebauter und gepreßter Zylinderkopfdichtung
gegen die Dichtflächen
von Zylinderkopf und Motorblock angepreßt wird. Die beiden äußeren Stahlblechlagen könnten dann
noch mit in ihrer Höhe
federelastisch verformbaren Abdichtsicken versehen sein, welche – in einer
Draufsicht auf die Zylinderkopfdichtung – das Brennraum-Dichtelement
umschließen,
um so radial außerhalb
des letzteren um jede Brennraum-Durchgangsöffnung herum weitere Abdichtzonen
zu schaffen. Grundsätzlich
könnten
die erwähnten
Halteelemente am Brennraum-Dichtelement und/oder an der das letztere
haltenden Stahlblechlage zum Beispiel durch Punktschweißen befestigt
sein; bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform, bei der die Stahlblechlage
am Außenumfang
des Brennraum-Dichtelements zwischen den Halteelementen insbesondere durch
Stanzen erzeugte schlitzförmige Öffnungen aufweist,
so daß die Halteelemente
nahtlos in die Stahlblechlage und das Brennraum-Dichtelement übergehen.
In diesem Fall kann das Brennraum-Dichtelement durch Umformen der
Stahlblechlage aus dieser selbst erzeugt werden, zum Beispiel durch
Stauchen und Prägen,
bevorzugt aber dadurch, daß das
Brennraum-Dichtelement von einem die Brennraum-Durchgangsöffnung umgebenden, auf
sich selbst zurückgefalteten
Randbereich der Stahlblechlage gebildet wird.
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Die
Erfindung eignet sich in besonderer Weise für Zylinderkopfdichtungen, deren
Dichtungsplatte nur eine sich mindestens im wesentlichen über die ganze
Dichtungsplatte erstreckende Stahlblechlage aufweist, die dann in
bekannter Weise ein- oder beidseitig vollflächig oder partiell mit einer
vorzugsweise elastomeren Beschichtung versehen sein kann, die zum
Beispiel der sogenannten Mikroabdichtung dient, das heißt der Kompensation
von Oberflächenrauhigkeiten
der Dichtflächen
von Zylinderkopf und Motorblock.
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Wenn
eine oder beide der Motorbauteil-Dichtflächen eine örtlich unterschiedliche Steifigkeit
aufweist bzw. aufweisen, wozu Hohlräume in den Motorbauteilen führen können, ist
es empfehlenswert, das Brennraum-Dichtelement so zu gestalten, daß sich seine
Dicke und/oder seine Breite und/oder seine Härte längs des Umfangs des Brennraum-Dichtelements
in Abhängigkeit
von der örtlich unterschiedlichen
Steifigkeit der Motorbauteil-Dichtflächen ändert, um so zu gewährleisten,
daß das Brennraum-Dichtelement überall stets
reibungsschlüssig
an die Motorbauteil-Dichtflächen
angekoppelt ist, d. h. daß sich
das Brennraum-Dichtelement überall
auf den Motorbauteil-Dichtflächen
zumindest im wesentlichen nur abwälzt und nicht gleitet. Da dem
Konstrukteur einer Zylinderkopfdichtung der Motor, in den die Dichtung
eingebaut werden soll, stets vorgegeben ist, läßt sich das hierfür erforderliche
Profil des Brennraum-Dichtelements
durch eine FEM-Berechnung (Finite Elemente Methode) ermitteln.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der beigefügten zeichnerischen
Darstellung sowie der nachfolgenden Beschreibung einer besonders
vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
in der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf einen Abschnitt der Zylinderkopfdichtung;
-
2 einen
Bereich dieser Zylinderkopfdichtung in einem isometrischen Schnitt
entsprechend der Linie 2-2 in 1, und
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3A bis 3C schematische
Schnitte durch einen Bereich eines Brennraum-Dichtelements der Zylinderkopfdichtung
im eingebauten Zustand, sowie durch dem Brennraum-Dichtelement benachbarte
Bereiche eines Zylinderkopfs und eines Motorblocks, zwischen denen
das Brennraum-Dichtelement eingespannt ist, wobei die 3A das
Brennraum-Dichtelement in seiner Normallage zeigt, die 3B und 3C den
in 3A schematisch dargestellten Abschnitt des Brennraum-Dichtelements, jedoch
nachdem dieser aufgrund von Schiebebewegungen der beiden Motorbauteil-Dichtflächen relativ zueinander
in zwei verschiedene Positionen gekippt wurde.
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Die
in 1 dargestellte Zylinderkopfdichtung soll zumindest
im wesentlichen aus einer einzigen, einstückigen Metallblechlage 102 bestehen,
die eine Dichtungsplatte 100 bildet, in der mehrere Brennraumöffnungen 10, 12,
Schraubenlöcher 14, 16 für Zylinderkopfschrauben,
Wasserlöcher 18 sowie
mehrere Öllöcher 20 ausgebildet
sind – die
dargestellte Zylinderkopfdichtung ist für einen Mehrzylinder-Reihenmotor
vorgesehen, die Erfindung läßt sich aber
auch auf eine Zylinderkopfdichtung für einen Einzylindermotor anwenden
oder auf sogenannte Einzeldichtungen für einen Mehrzylindermotor,
bei dem für
jeden Zylinder ein separater Zylinderkopf und eine separate Zylinderkopfdichtung
vorgesehen sind.
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Gemäß den 1 und 2 wird
jedes der Schraubenlöcher 14, 16 von
einer kreisringförmigen Sicke 22 umschlossen,
bei der es sich um eine in die aus Federstahlblech bestehende eigentliche
Metallblechlage 102 eingeprägte höhenelastische Vollsicke handelt.
Außerdem
ist in die Metallblechlage 102 eine gleichfalls höhenelastische,
das heißt
in ihrer Höhe
elastisch verformbare Wasserabdichtsicke 24 eingeprägt, bei
der es sich gleichfalls um eine Vollsicke handelt, die in der Nähe der Peripherie
der Dichtungsplatte um letztere umläuft, in der Draufsicht auf die
Zylinderkopfdichtung ein in sich geschlossenes, ungefähr ovales
Gebilde sein und alle Brennraumöffnungen,
Schraubenlöcher,
Wasserlöcher
und Öllöcher umschließen soll.
Schließlich
sind in die Metallblechlage 102 höhenelastische Abdichtsicken 26 eingeprägt, die
der Abdichtung der Öllöcher 20 dienen, letztere
jeweils geschlossen umgeben und gleichfalls als Vollsicken ausgebildet
sein sollen. Alle Sicken 22, 24 und 26 stehen
bei der dargestellten Ausführungsform über eine
und dieselbe Hauptoberfläche
der Dichtungsplatte 100 vor, das heißt ihre konvexen Seiten sind
dem Betrachter der 1 zugewandt. Es sei aber erwähnt, daß es sich
bei diesen Sicken nicht um Vollsicken handeln muß, vielmehr könnte es
sich auch um sogenannte Halbsicken handeln, wobei die von einer
solchen Halbsicke 22 bzw. 26 gebildete Stufe,
ausgehend vom zugehörigen
Loch 14 bzw. 16 bzw. 20, im Sickenbereich
in Richtung auf den Betrachter der 1 vorspringt
und sich die von der Wasserabdichtsicke 24 gebildete Stufe,
ausgehend vom Rand der Dichtungsplatte 100, in Richtung
auf den Betrachter der 1 erhebt.
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Um
jede der Brennraumöffnungen 10, 12 herum
ist die Dichtungsplatte 100 mit einem kreisringförmigen Brennraum-Dichtelement 30 versehen,
das bei der dargestellten Ausführungsform
von einem die jeweilige Brennraumöffnung umschließenden kreisringförmigen Bereich
der Stahlblechlage 102 gebildet wird, der auf sich selbst
zurückgefaltet
wurde und einen Falzbördelring
bildet; dieser besteht, wie die 2 erkennen
läßt, aus
einem Basisbereich 30a und einem Rückfaltbereich 30b.
Der Basisbereich 30a geht über vier als schmale Stege
ausgebildete Halteelemente 32 in die eigentliche Stahlblechlage 102 nahtlos über, und
zwischen den Halteelementen 32 erstrecken sich um das Brennraum-Dichtelement 30 herum
kreisbogenförmige
Schlitze 34, welche aus der Stahlblechlage 102 ausgestanzt
wurden. Wie die 1 erkennen läßt, ist jedes der Halteelemente 32 einem
der Schraubenlöcher 14, 16 benachbart
und auf dessen Zentrum zu ausgerichtet. Die Breite und die Länge der
Halteelemente 32 sind unter Berücksichtigung der Blechstärke und
der federelastischen Eigenschaften der Stahlblechlage 102 so
zu bemessen, daß sich
eine ausreichende Flexibilität
der Halteelemente 32 ergibt und diese Halteelemente die noch
zu beschreibenden Kippbewegungen des Brennraum-Dichtelements 30 zumindest
nicht nennenswert behindern.
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Wie
die 2 erkennen läßt, weist
das Brennraum-Dichtelement 30 eine obere und eine untere
konvexe Oberfläche 30c bzw. 30d auf,
wobei der Sinn dieser konvexen Oberflächen im Zusammenhang mit den 3A bis 3C noch
zu erörtern sein
wird. Diese Profilierung des Brennraum-Dichtelements 30 wird
vorzugsweise durch einen Prägevorgang
erzielt, wobei das Prägen
nach dem Zurückfalten
des Rückfaltbereichs 30b durchgeführt werden sollte.
Längs seines
Umfangs kann das Brennraum-Dichtelement 30 auch noch mit
einem Höhen- und/oder
Breiten- und/oder Härteprofil
versehen sein, um z.B. örtlich
unterschiedliche Steifigkeiten der Motorbauteile zu berücksichtigen.
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Damit
das Brennraum-Dichtelement 30 bezüglich der Mittelebene der eigentlichen
Stahlblechlage 102 ausgemittelt ist und nicht unterschiedlich weit über die
beiden Hauptoberflächen
der eigentlichen Stahlblechlage 102 übersteht, ist es empfehlenswert,
das für
den Prägevorgang
verwendete Prägewerkzeug
so auszubilden, daß im
Zuge des Prägevorgangs
die stegartigen Halteelemente 32 leicht S-förmig (in
einem Längsschnitt
durch das betreffende Halteelement) gebogen werden.
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Die 3A bis 3C zeigen
einen schematischen Querschnitt durch ein Brennraum-Dichtelement 30,
das durch einen kreisringförmigen
metallischen Dichtungsstrang 40 gebildet wird, dessen Längsmittelachse
mit 42 bezeichnet wurde. Bei dem Dichtungsstrang 40 muß es sich
also nicht um einen auf sich selbst zurückgefalteten kreisringförmigen Bereich
eines Metallblechs handeln, sondern er könnte auch von einem zum Beispiel
durch einen Stanzvorgang gewonnenen metallischen Ring gebildet werden,
der zunächst
einen Querschnitt in Form eines liegenden Rechtecks aufweist und
dann durch Umformen in einem Prägewerkzeug
mit den konvexen Oberflächen 30c und 30d versehen
wurde.
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In
den 3A bis 3C wurden
ein Teil eines Zylinderkopfs mit 50 und ein Teil eines
Motorblocks mit 52 bezeichnet, eine Dichtfläche des
Zylinderkopfs mit 50a und eine Dichtfläche des Motorblocks mit 52a.
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Die 3A zeigt
das Brennraum-Dichtelement 30 in seiner Normalposition
nach dem Einbau der Zylinderkopfdichtung bei kaltem, stillstehendem Motor.
Die im Motorbetrieb und im Zuge der Motorerwärmung auftretenden Schiebebewegungen
der Dichtflächen 50a, 52a wurden
in den 3B und 3C durch
gegenläufige
Pfeile angedeutet, wobei natürlich
die eine Motorbauteil-Dichtfläche auch
stationär
bleiben und sich nur die andere Motorbauteil-Dichtfläche verschieben
kann. Bei solchen Relativverschiebungen werden mindestens gewisse
Abschnitte (oder gedachte Segmente) des Brennraum-Dichtelements 30 bzw.
des Dichtungsstrangs 40 um die Dichtungsstrang-Längsmittelachse 42 gekippt,
wobei sich die konvexen Oberflächen 30c und 30d auf den
Motorbauteil-Dichtflächen 50a und 52a nur
abwälzen
und nicht auf diesen Dichtflächen
gleiten sollen. Dabei sollen die das Querschnittsprofil der konvexen
Oberflächen 30c und 30d bildenden
Abwälzkurven
so gestaltet sein, daß die
Kippbewegungen des Brennraum-Dichtelements 30 bzw. eines Segments
des Dichtungsstrangs 40 um dessen Längsmittelachse 42 nicht
zu einer Aufweitung des sogenannten Dichtspalts zwischen den Motorbauteil-Dichtflächen 50a, 52a führen, so
daß der
in 3A mit "D" bezeichnete Abstand
der beiden Motorbauteil-Dichtflächen
voneinander konstant bleibt. Bei der dargestellten Ausführungsform
soll es sich bei den erwähnten
Abrollkurven um Kreisbögen
handeln, deren Radius sehr viel größer ist als die halbe Dicke
des Dichtungsstrangs 40 (in 3A in
vertikaler Richtung gemessen).
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Die
sich aus den 3A bis 3C ergebenden
Kippbewegungen sollen durch die stegartigen Halteelemente 32 zumindest
nicht nennenswert behindert werden, das heißt diese Halteelemente sollen
hinreichend flexibel sein, um derartige Kippbewegungen zuzulassen,
ohne daß im
Motorbetrieb Dauerbrüche
in den Halteelementen 32 oder deren Übergängen in das Brennraum-Dichtelement 30 und die
eigentliche Stahlblechlage 102 auftreten.
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Liegen
in einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
einander benachbarte Brennraumöffnungen,
wie die Brennraumöffnungen 10 und 12, sehr
nahe beieinander, kann an der Stelle, an der sich die den beiden
Brennraumöffnungen
zugeordneten Brennraum-Dichtelemente 30 am nächsten kommen,
der Platz für
einen stegartigen Bereich der eigentlichen Stahlblechlage 102 und
zwei Schlitze 34 nicht ausreichen. Diese Problematik ist
von Zylinderkopfdichtungen her bekannt, bei denen unmittelbar um
die Brennraumöffnungen
herum durch kreisringförmige
Sicken der Stahlblechlage abgedichtet wird, wobei in einem solchen
Fall die Abdichtsicken zweier einander benachbarter Brennraumöffnungen
an der Engstelle zwischen diesen Brennraumöffnungen ineinander übergehen,
so daß an
der engsten Stelle nur noch ein einziger Sickenabschnitt verbleibt,
der einen geradlinigen Verlauf aufweist und von dem sich die beiden
Abdichtsicken ungefähr
V-förmig
weg erstrecken, so daß sich
in der Engstelle eine Sickenkonfiguration ergibt, welche die Form
zweier Y aufweist, die mit ihren "Füßen" ineinander übergehen. Bei
sehr nahe beieinander liegenden Brennraumöffnungen einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
können
analog die beiden benachbarten Brennraum-Dichtelemente in der Engstelle
ineinander übergehen
und gleichfalls eine "doppelte
Y-Konfiguration" bilden,
wobei dann in der Engstelle auch keine Schlitzen 34 und
gegebenenfalls auch kein schmaler Stegbereich der eigentlichen Stahlblechlage 102 vorhanden
sind.