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Die
Erfindung betrifft eine Flachdichtung mit mindestens einer metallischen
Lage in der mindestens zwei Durchgangsöffnungen ausgebildet sind, wobei
um die Durchgangsöffnungen
herum jeweils mindestens eine Sicke angeordnet ist.
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Zur
Erhöhung
und Absicherung der Dichtwirkung einer solchen metallischen Flachdichtung über einen
längeren
Zeitraum ist es üblich,
um die verschiedenen Durchgangsöffnungen
durch entsprechende Prägung
mindestens einer der Lagen einer solchen Flachdichtung eine Sicke,
die diese Durchgangsöffnung
in der Regel vollständig
umschließt, auszubilden.
Es ist ebenso möglich, Öffnungen
für gleichartige
Medien innerhalb einer Sicke zusammenzufassen.
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Vor
allem bei Zylinderkopfdichtungen aber auch bei Krümmerdichtungen
sind insbesondere die die Durchgangsöffnungen umgebenden Sicken durch
ständigen
Druck- und Temperaturwechsel sehr stark beansprucht.
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Sie
können
ihre Funktion jedoch nur solange erfüllen, wie ein gewisses Maß an Elastizität im Sickenbereich
erhalten bleibt, was in der Regel ohne zusätzliche Hilfsmittel, mit denen
eine vollständige plastische
Verformung verhindert wird, nicht eingehalten werden kann. Hierfür werden üblicherweise Verformungsbegrenzer
für die
Sicken – zumindest
für die
Brenngasdurchgangsöffnungen,
teilweise auch an anderen Öffnungen – eingesetzt.
Solche Verformungsbegrenzer sind in den verschiedensten Ausführungen
bekannt und werden üblicherweise
auch als Stopper bezeichnet. So können Verformungsbegrenzer durch
Umfalzen einer metallischen Lage, durch Verstauchen, durch einen
separaten metallischen Ring, durch ein sogenanntes Hardcoating oder auch
wie in der WO 01/96768 A1 offenbart, durch Einbringung einer Wellenform
realisiert werden. Ebenso ist ein mäanderförmiger Stopper, wie in der
EP 1 298 364 A2 offenbart,
möglich.
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In
allen Fällen
ist es demnach im Stand der Technik so, dass zur vollständigen Abdichtung,
zumindest um die Brenngasdurchgangsöffnung herum, eine bestimmte
ausgewählte
Kombination von Sicke und zugehörigem
Stopper angewandt werden muss. Im Regelfall ist dabei der Stopper öffnungsseitig
ausgebildet und die Sicke schließt sich daran an der der Durchgangsöffnung abgewandten
Seite an. Allerdings sind auch umgekehrte Anordnungen möglich. In
jedem Fall ergibt sich durch die spezifische Sicken-Stopper-Kombination
ein gewisser Raumbedarf, da die Sicke immer zum Stopper beabstandet sein
muss.
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In
jüngster
Zeit gibt es nun verstärkt
Motorenentwicklungen, bei denen sehr enge Zylinderabstände realisiert
werden, so dass es in vielen Fällen schwierig
ist, im Stegbereich noch genügend
Raum für
eine Si cken-Stopper-Kombination zu finden. Andererseits wird aber
auch bei diesen Motorkonstruktionen eine hohe dauerhafte Dichtwirkung
gefordert, so dass nicht auf einen Stopper verzichtet werden kann.
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Ausgehend
hiervon ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine metallische
Flachdichtung zur Verfügung
zu stellen, bei der im Stegbereich – im allgemeinen ein enger
Bereich zwischen zwei Durchgangsöffnungen,
insbesondere der enge Durchgangsbereich zwischen zwei Brenngasdurchgangsöffnungen – eine möglichst
Platz sparende Konstruktion bestehend aus Stopper und Sicke erreicht
wird.
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Die
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.
Die Unteransprüche
zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
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Erfindungsgemäß wird somit
vorgeschlagen, dass die die benachbarten Durchgangsöffnungen umgebenden
Sicken im Stegbereich so zusammenführt sind, dass im Stegbereich
zwischen den zu beiden Durchgangsöffnungen gehörenden Sickenschenkeln
mindestens eine wellen- oder mäanderförmige Profilierung
ausgebildet ist, die einen Stopper bildet. Unter dem Begriff Sicke
werden im folgenden, wie im Stand der Technik üblich, Voll- und Halbsicken verstanden.
Im Sinne dieser Anmeldung umfasst der Begriff auch eine im folgenden
definierte Stegsicke. Eine Vollsicke weist dabei einen ersten Sickenschenkel,
ein Sickendach und einen zweiten Sickenschenkel auf; sie muss nicht
notwendigerweise symmetrisch sein. Eine Halbsicke dagegen weist
nur einen Sickenschenkel auf und führt immer zu einem Höhenversatz.
Eine Stegsicke im Sinne dieser Erfindung wird dann im Stegbereich
gebildet, wenn die beiden Vollsicken der benachbarten Durch gangsöffnungen
derart in den Stegbereich zwischen zwei Durchgangsöffnungen
geleitet werden, dass die beiden der Durchgangsöffnung abgewandten Sickenschenkel
der beiden Sicken außerhalb
des Stegbereichs ineinander übergehen,
ohne in den Stegbereich einzutreten, während die beiden der Durchgangsöffnung zugewandten
Sickenschenkel der beiden Sicken innerhalb des Stegbereichs derartig
verlaufen, dass sich zwischen ihnen im Stegbereich ein Sickendach
bildet. Die Stegsicke weist im Stegbereich somit zwei Sickenschenkel
auf.
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Kernpunkt
der Erfindung ist somit, dass im Stegbereich der Stopper zwischen
den mindestens 2 Sickenschenkeln eingebettet ist und die Anzahl
der Berge und Täler – im folgenden
jeweils auch als Erhebungen bezeichnet – der den Stopper bildenden wellen-
oder mäanderförmigen Profilierung
im Stegbereich kleiner ist als die Summe der Erhebungen der zu den
vom jeweiligen Stegbereich getrennten beiden Durchgangsöffnungen
gehörigen
wellen- oder mäanderförmigen Profilierungen
außerhalb
des Stegbereichs. Die Zählung
erfolgt dabei überwiegend radial
von der Durchgangsöffnung
aus. Durch diese Konstruktion ist es nun möglich, dass auch im Stegbereich,
wenn dieser aufgrund der Öffnungsabstände sehr
klein ist, noch eine Sicken-Stopper-Kombination realisiert werden
kann. Vorteilhaft ist weiterhin, dass eine Herstellung einer derartigen
Sicken-Stopper-Kombination sehr kostengünstig ist, da bei der Ausprägung der
Sicke der Stopper gleichzeitig mit hergestellt werden kann.
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Bei
der Erfindung ist es dabei bevorzugt, wenn auch außerhalb
des Stegbereichs die Verformung der die Durchgangsöffnung ungebenden
Sicke (Vollsicke oder Halbsicke) mittels einer benachbarten, nicht
an die Durchgangsöffnung
angrenzenden, wellen- oder mäanderförmigen Profilierung
begrenzt wird. In diesem Fall kann dann die Sicken-Stopper-Kombination
dadurch erreicht werden, dass die wellen- oder mäanderförmige Profilierungen benachbarter
Durchgangsöffnungen
im Stegbereich zwischen den die Durchgangsöffnung umgebenden Sicken (Stegsicken,
Halbsicken oder Vollsicken) zusammengeführt werden und zu jeder Durchgangsöffnung hin
von mindestens einem Sickenschenkel benachbart sind. Es ist dabei
ausreichend, dass jeweils nur derjenige Teil insbesondere der wellenförmigen Profilierung
jeder Durchgangsöffnung
im Stegbereich zusammengeführt
wird, der zur Bildung einer ausreichenden Stopperwirkung zwischen
den mindestens zwei Sickenschenkeln benötigt wird. Neben einer solchen
partiellen Zusammenführung
beider Profilierungen, bei der ein Teil der jeweiligen Profilierungen
in beliebiger Weise vor dem Stegbereich endet, ist es auch möglich, dass
eine wellen- oder mäanderförmige Profilierung
so mit der wellen- oder mäanderförmigen Profilierung
der jeweils anderen Durchgangsöffnung
zusammengeführt
wird, dass eine Profilierung komplett ausläuft.
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Alternativ
ist es aber auch möglich,
dass die wellen- oder
mäanderförmige Profilierung
zumindest außerhalb
des Stegbereichs auf der der Durchgangsöffnung zugewandten Seite der
Sicke verläuft.
In diesem Fall bricht die wellen- oder mäanderförmige Profilierung des Stegbereichs
außerhalb
des Stegbereichs in einer Ausführungsform
komplett ab. Im Stegbereich wird eine wellen- oder mäanderförmige Profilierung
zwischen den Schenkeln der Sicke ausgebildet. Allerdings ist bei
einem Stopper mit einer großen
Anzahl Erhebungen außerhalb
des Stegbereichs auch eine Ausführungsform
möglich,
bei der zusätzlich
zur Profilierung zwischen den Sickenschenkeln im Stegbereich eine
stark reduzierte Anzahl von Erhebungen auch im Stegbereich an der
der Durchgangsöffnung
zugewandten Seite der Sicke weitergeführt wird.
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Bei
der erfindungsgemäßen Flachdichtung ist
es weiterhin bevorzugt, wenn die die Durchgangsöffnung umgebende Sicke außerhalb
des Stegbereichs eine Vollsicke ist und die wellen- oder mäanderförmige Profilierung
im Stegbereich zwischen den Schenkeln der sich bildenden Stegsicke
ausgebildet ist. Alternativ kann die Sicke auch eine Halbsicke sein
und die wellen- bzw.
mäanderförmige Profilierung
ist dann im Stegbereich zwischen den Sickenschenkeln der beiden
Halbsicken angeordnet. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Profilierung
im Stegbereich beidseitig von den beiden Sickenschenkeln einer Vollsicke
flankiert wird. Hierfür
ist allerdings mehr Platz notwendig als für die vorgenannten Lösungen.
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Die
einzelnen Erhebungen der Profilierung (Wellen- oder Mäanderform) können durch
Abflachen der Erhebungen auch Trapezform aufweisen. Weitere Variationsmöglichkeiten,
mit denen ein Einfluss auf das elastische/plastische Verhalten der
Sicken genommen werden kann, ergeben sich insbesondere bei der wellenförmigen Profilierung,
wenn die Profilhöhe
(Amplitude) und/oder die Abstände
der Wellenberge innerhalb der Profilierung variiert werden. Bei der
mäanderförmigen Profilierung
können
daneben auch die Tiefen, Breiten und Radien der Bögen variieren.
Auch kann eine Profilierung bereichsweise plastisch verformt werden,
so dass sich insbesondere an den Flanken der Profilierung Materialverjüngungen
bilden. Selbstverständlich
sind umlaufend um eine Durchgangsöffnung sich verändernde
Ausgestaltungen in mindestens einem der oben genannten Parameter
ebenso möglich
wie eine unterschiedliche Ausgestaltung allgemein oder hinsichtlich
mindestens eines dieser Parameter an verschiedenen Durchgangsöffnungen.
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Die
Erfindung umfasst neben der Abdichtung von Brenngasdurchgangsöffnungen
insbesondere bei Zylinderkopfdichtungen und Krümmerdichtungen auch Ausführungsformen,
bei denen die vorstehend für
den Stegbereich beschriebene Sicken-Stopper-Kombination auf andere
Bereiche einer metallischen Flachdichtung angewandt wird, bei denen
unter Vorgabe eines geringen Platzangebots eine hohe Dichtfunktion
benötigt
wird. Dies kann z.B. bei Zylinderkopfdichtungen im oftmals engen Übergangsbereich
der eigentlichen Kurbelgehäuseabdichtung
zur Abdichtung eines angeflanschten Bauteils (z.B. Ketten- oder
Räderkasten)
der Fall sein. Die erfindungsgemäße Sicken-Stopper-Kombination
kann hier zur effektiven Abdichtung des Kurbelgehäusebereichs zum
Ketten- bzw. Räderkastenbereich
hin eingesetzt werden.
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Die
erfindungsgemäße Sicken-Stopper-Kombination
kann in verschiedensten metallischen Materialien, insbesondere Stahlmaterialien ausgebildet
werden, wobei mit Federstahl eine besonders hohe Elastizität und dem
zufolge eine Verbesserung der Dichtwirkung über einen langen Zeitraum erreicht
werden kann. Neben Federstahl kann die Sicken-Stopper-Kombination
auch aus einem kalt verformbaren, unter Temperung aushärtenden
Stahl gebildet sein.
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Die
Flachdichtung nach der Erfindung kann dabei selbstverständlich so
ausgebildet sein, dass sie aus einer oder mehreren metallischen
Lagen besteht. Wesentlich ist jeweils, dass zumindest eine metallische Lage
die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Sicken-Stopper-Kombination
im Stegbereich aufweist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 10 näher beschrieben.
Die Figuren stellen lediglich beispielhaft einige bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung dar. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigten
Beispiele beschränkt.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße metallische
Flachdichtung in der Draufsicht.
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2 zeigt
im Schnitt die Ausbildung der erfindungsgemäßen Sicken-Stopper-Kombination
im Stegbereich.
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3 zeigt
in perspektivischer Darstellung die Bildung der Sicken-Stopper-Kombination
im Stegbereich.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Flachdichtung
in Draufsicht.
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5 zeigt
in perspektivischer Darstellung die Bildung der Sicken-Stopper-Kombination
im Stegbereich gemäß der zweiten
Ausführungsform.
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6 zeigt
im Schnitt die Ausbildung der erfindungsgemäßen Sicken-Stopper-Kombination
im Stegbereich der zweiten Ausführungsform.
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7 zeigt
eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen metallischen
Flachdichtung.
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8 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen metallischen
Flachdichtung entsprechend der Ausführungsform der 7.
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9 zeigt
eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen metallischen
Flachdichtung.
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10 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen metallischen
Flachdichtung entsprechend der Ausführungsform der 9.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße metallische
Flachdichtung 1 am Beispiel einer Zylinderkopfdichtung,
die drei Brenngasdurchgangsöffnungen 3, 4 und 5 aufweist.
Die metallische Flachdichtung ist mit weiteren Durchgangsöffnungen
für Fluide 6 und Schraubendurchgangsöffnungen 7 versehen.
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Die
Ausführungsform
nach 1 zeigt eine metallische Zylinderkopfdichtung,
die aus einer metallischen Lage 2 gebildet worden ist.
Die Erfindung umfasst aber auch alle anderen Ausführungsformen, d.h.
Ausführungsformen,
bei denen mehr als eine metallische Lage zur Bildung der metallischen
Flachdichtung verwendet wird. Wesentlich ist in allen Fällen, dass
für den
Stegbereich die erfindungsgemäße Sicken-Stopper-Kombination in mindestens
einer Lage verwendet wird.
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Die
detaillierte Ausgestaltung der Sicken-Stopper-Kombination der metallischen Flachdichtung
nach 1 ist in 2 gezeigt.
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In
der metallischen Lage 2 ist dabei im Stegbereich zwischen
den beiden Sickenschenkeln 8a und 8b die wellenförmige Profilierung 9 ausgebildet. In
der bei spielhaften Ausführungsform
nach 2 besteht die wellenförmige Profilierung 9 aus
zwei Wellenbergen- und
tälern,
die zwischen den Sickenschenkeln 8a und 8b in
eine metallische Lage 2 aus Federstahl eingebracht sind.
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3 zeigt
die gleiche metallische Zylinderkopfdichtung wie in 1 und 2 beschrieben,
jedoch nun in perspektivischer Darstellung. Daraus ist zu erkennen,
dass die Brenngasdurchtrittsöffnungen 3 und 4 von
den Sickenschenkeln 8a, 8b umgeben werden. Es
wird also eine Stegsicke gebildet. Die wellenförmige Profilierung ist so ausgeführt, dass
ein Teil der Profilierungen, gekennzeichnet mit 11, nicht bis
in den Stegbereich geführt
sind, während
ein anderer Teil der Profilierungen, gekennzeichnet mit 10, im
Stegbereich zusammengeführt
sind. Aus 3 geht hervor, dass zur Bildung
der erfindungsgemäßen Sicken-Stopper-Kombination
im Stegbereich nur die wellenförmigen
Profilierungen bis in den Stegbereich geführt werden, die für eine dauerhaft
effektive Dichtwirkung der Sicken-Stopper-Kombination benötigt werden.
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4 stellt
eine erfindungsgemäße metallische
Flachdichtung 1' am
Beispiel einer Zylinderkopfdichtung wiederum mit drei Brenngasdurchgangsöffnungen 3, 4 und 5 dar.
Die Ausführung
der Sicken-Stopper-Kombination
weicht von der in den 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsform
ab.
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Aus 5 wird
deutlich, dass die Brenngasdurchgangsöffnungen wie im ersten Ausführungsbeispiel
mit Vollsicken umfassend die Sickenschenkel 8a, 8b und 18 sowie
fortlaufend im Stegbereich mit Stegsicken mit Sickenschenkeln 8a und 8b abgedichtet
sind. Die Pro filierung ist wiederum wellenförmig ausgebildet. Die Profilierungen 19a, 19b sind
außerhalb
des Stegbereichs auf der den Durchgangsöffnungen zugewandten Seite
der Sicken angeordnet. Im Stegbereich brechen diese Profilierungen 19a, 19b ab;
die Verformungsbegrenzung der Sicke erfolgt im Stegbereich mittels
einer zwischen den Sickenschenkeln 8a, 8b der
Stegsicke geführten
wellenförmigen
Profilierung 10, die eine komplette Wellenperiode aufweist.
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In 6 wird
eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform gemäß 4 und 5 dargestellt.
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Die
in 7 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen metallischen
Flachdichtung 1'' entspricht
hinsichtlich des Verlaufs der Sicken und der prinzipiellen Anordnung
der als Stopper wirkenden Profilierung der in den 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsform.
Hier wurde nun allerdings eine mäanderförmige Profilierung 109 als
Stopper eingeprägt.
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8 zeigt
den Stegbereich der metallischen Flachdichtung 1'' aus 7 in perspektivischer
Ansicht. Die Vollsicke um die Durchgangsöffnungen 3 und 4 geht
unter Belassung eines außerhalb
des Stegbereichs fortlaufenden Sickenschenkels 18 im Stegbereich
in eine Stegsicke mit Sickenschenkeln 8a, 8b über. Die
mäanderförmige Profilierung 109 liegt
auf der der Brenngasdurchgangsöffnung
abgewandten Seite der Sickenschenkel 8a, 8b. Im
Stegbereich wird die zu einer Durchgangsöffnung gehörige Profilierung 111 unterbrochen,
während
die zur benachbarten Durchgangsöffnung
gehörige
Profilierung 110 auch durch den Stegbereich geführt wird.
Somit wird eine mäanderförmige Profilierung 110 durch
den Stegbereich geführt,
während
außerhalb
des Stegbereichs zwei Profilierungen 110, 111 vorhanden
sind. Die Anzahl Erhebungen der Profilierung ist im Stegbereich
reduziert.
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9 zeigt
eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen metallischen
Flachdichtung 1'''. Die Anordnung der Sicken und
der als Stopper wirkenden Profilierung entspricht der des Ausführungsbeispiels
aus 4 bis 6. Die als Stopper wirkende
Profilierung wurde wie im Ausführungsbeispiel
aus 7 und 8 mäanderförmig gestaltet.
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10 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Stegbereichs der in 9 dargestellten metallischen
Flachdichtung 1'''. Außerhalb des Stegbereichs sind
die Brenngasdurchgangsöffnungen 3 und 4 direkt
von der mäanderförmigen Profilierung 119a, 119b umgeben.
Die Profilierungen 119a und 119b enden im Übergangsbereich
zum Steg. Im Steg wird ihre Funktion von einer einzigen Profilierung 112 übernommen,
die lediglich durch den Stegbereich führt. Ein Sickenschenkel der
Vollsicke 28, mit 18 bezeichnet, führt fortlaufend
zur nächsten
Durchgangsöffnung,
während
der andere Sickenschenkel 8a zusammen mit dem Sickenschenkel 8b der
benachbarten Durchgangsöffnung 4 eine
Stegsicke bildet.