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Die
Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung mit einer mehrere Metallblechlagen
sowie wenigstens eine Brennraumöffnung
aufweisenden, eine Dichtungsebene definierenden Dichtungsplatte,
in der eine Innenlage unmittelbar zwischen zwei Funktionslagen angeordnet
ist, welche die Brennraumöffnung
umschließende, übereinander
angeordnete Abdichtsicken aufweisen, die in den Ebenen der Funktionslagen
liegende Sickenfüße sowie
Sickenkämme aufweisen,
mit welchen die Abdichtsicken der beiden Funktionslagen alle in
einer ersten, senkrecht zur Dichtungsebene verlaufenden Richtung über die Funktionslagen
vorspringen, wobei eine zwischen den Abdichtsicken liegende Ringzone
der Innenlage bei eingebauter Dichtung zwischen den Sickenfüßen der
einen Funktionslage und mindestens einem Sickenkamm der anderen
Funktionslage eingespannt ist.
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In
der Fachsprache werden als Funktionslagen solche Metalllagen einer
Flachdichtung bezeichnet, welche aus einem Federstahl bestehen und
in ihrer Höhe
federelastisch verformbare Sicken aufweisen, mit deren Hilfe um
eine abzudichtende Öffnung herum
abgedichtet wird.
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Eine
solche Zylinderkopfdichtung kann auch noch eine dritte Funktionslage
aufweisen, welche außerhalb
des von den beiden anderen Funktionslagen und der Innenlage gebildeten
Lagenpakets angeordnet ist.
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Vor
allem für
Motoren mit einer größeren Dichtspaltdynamik
(zeitliche Veränderung
der Weite oder Breite des Spalts zwischen den einander zugewandten
Dichtflächen
eines Zylinderkopfs und eines Motorblocks im Motorbetrieb) eignen
sich Zylinderkopfdichtungen der vorstehend definierten Art mit mehreren
Funktionslagen; bei diesen Zylinderkopfdichtungen wird eine sickenlose
Innenlage (üblicherweise
Trägerblech
genannt) verwendet, um eine gewünschte
Kompression des Motors (Verdichtung in den Zylindern) durch eine
entsprechende Einbaudicke der Zylinderkopfdichtung zu erreichen
(unter der Einbaudicke wird die Dicke der Dichtung im eingebauten
Zustand bei stillstehendem Motor bezeichnet).
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Da
bei Zylinderkopfdichtungen der eingangs definierten Art, bei denen
die Abdichtsicken der Funktionslagen wie üblich einen ungefähr kreisbogenförmigen Querschnitt
haben, das heißt
als sogenannte Vollsicken ausgebildet sind, eine eine Brennraumöffnung umgebende
Ringzone des Trägerblechs,
das heißt
der Innenlage, zwischen der konvexen Seite einer Abdichtsicke der
einen Funktionslage und der konkaven Seite einer Abdichtsicke der
anderen Funktionslage liegt, wird bei eingebauter Zylinderkopfdichtung
der Kamm der Abdichtsicke der einen Funktionslage annähernd linienförmig, das
heißt mit
einer großen
spezifischen Flächenpressung
(auf die Kontaktfläche
bezogene Druckkraft), gegen die erwähnte Ringzone des Trägerblechs
gepresst, was zu einer Auswölbung
des Trägerblechs
längs dieser Ringzone
führt,
da das Trägerblech über dem
Kamm der Abdichtsicke der einen Funktionslage durch die andere Funktionslage
nicht abgestützt
wird, sondern vielmehr in den konkaven Bereich der Abdichtsicke der
anderen Funktionslage eintauchen kann. Durch diese Verformung des
Trägerblechs
wird das Rückfederungspotential
der Abdichtsicke der einen Funktionslage verringert, da über wegen
der Auswölbung des
Trägerblechs
die Abdichtsicke nicht mehr mit einer für eine zuverlässige Abdichtwirkung
erforderlichen spezifischen Flächenpressung
gegen das Trägerblech
angepresst wird, wenn sich im Motorbetrieb die Weite bzw. Breite
des Dichtspalts zwischen Zylinderkopf und Motorblock zeitlich vergrößert. Die
bekannten Zylinderkopfdichtungen der eingangs definierten Art haben
also den Nachteil, dass sie eine geringere Dichtspaltdynamik zulassen,
wenn um eine Brennraumöffnung
herum zuverlässig
gegen einen Durchtritt von Brenngasen abgedichtet werden soll.
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Der
Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil des Standes
der Technik zu minimieren, ohne dass es hierfür erforderlich ist, die Anzahl
der Funktionslagen einer Zylinderkopfdichtung der eingangs definierten
Art zu erhöhen.
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Gemäß einer
ersten Lösung
der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Zylinderkopfdichtung
der eingangs definierten Art so zu gestalten, dass diejenigen Bereiche
der Ringzone der Innenlage, gegen welche bei eingebauter Zylinderkopfdichtung
mindestes ein Sickenkamm einer Funktionslage anliegt, durch Sickenfüße der anderen Funktionslage
abgestützt
ist. Dann kann sich bei einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung die Ringzone
der Innenlage unter dem Druck des Kamms der Abdichtsicke der einen
Funktionslage zumindest nicht mehr so stark in Richtung auf die
andere Funktionslage auswölben,
wie dies bei den geschilderten bekannten Zylinderkopfdichtungen
der Fall ist.
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Besonders
bevorzugt werden Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung,
bei denen die eine Funktionslage statt einer gegen die Innenlage
vorspringenden und bei eingebauter Dichtung mit ihrem Kamm gegen
die Innenlage anliegenden sogenannten Vollsicke zwei Halbsicken aufweist,
die zusammen eine Sicke mit ungefähr rechteckigem bzw. trapezförmigem Querschnitt
bilden und deren Kämme
den Sickenfüßen der
Abdichtsicke der anderen Funktionslage mindestens ungefähr gegenüberliegen
(mit Bezug auf die Innenlage), so dass diejenigen ringförmigen Bereiche
der Innenlage, gegen welche bei eingebauter Zylinderkopfdichtung
die Kämme
der beiden Halbsicken angepresst werden, durch die Sickenfüße der anderen
Abdichtsicke abgestützt
werden.
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Die
radialen Abstände
der Kämme
der beiden Halbsicken der einen Funktionslage vom Zentrum der zugeordneten
Brennraumöffnung
müssen nicht
exakt gleich den radialen Abständen
der beiden Sickenfüße der anderen
Funktionslage von diesem Zentrum sein, das heißt die Kämme der beiden Halbsicken der
einen Funktionslage müssen
den Sickenfüßen der
anderen Funktionslage nicht exakt gegenüberliegen; schon ein Abstand
der Kämme
der beiden Halbsicken voneinander in der Größenordnung von 50% des Abstands
der beiden Sickenfüße voneinander
führt zu
einer markanten Vergrößerung des Rückfederungspotenzials
der von den beiden Halbsicken gebildeten Rechteck- oder Trapezsicke,
bevorzugt werden jedoch Ausführungsformen,
bei denen der Abstand der Kämme
der beiden Halbsicken voneinander ungefähr 80% bis ungefähr 100%
des Abstands der beiden Sickenfüße voneinander
beträgt, und
optimal wird die gestellte Aufgabe gelöst, wenn der Abstand der Kämme der
beiden Halbsicken voneinander mindestens ungefähr gleich dem Abstand der beiden
Sickenfüße voneinander
ist und auch die radialen Abstände
der Kämme
der beiden Halbsicken vom Zentrum der zugeordneten Brennraumöffnung mindestens
ungefähr
gleich den radialen Abständen
der beiden Sickenfüße von diesem
Zentrum sind. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass die Innenlage
eine gewisse Biegesteifigkeit aufweist, so dass sich bei eingebauter,
das heißt
gepresster Zylinderkopfdichtung nur eine minimale Durchbiegung der
Innenlage aufgrund der gegen sie angepressten Kämme der beiden Halbsicken ergibt, wenn
diese Kämme
den Sickenfüßen der
anderen Funktionslage nicht exakt gegenüberliegen, sondern gegenüber den
Sickenfüßen etwas
in Richtung auf die Mitte zwischen den beiden Sickenfüßen versetzt sind.
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Ein ähnlicher
Effekt wie mit zwei Halbsicken lässt
sich mit deutlich unterschiedlich breiten Vollsicken in den beiden
der Innenlage benachbarten Funktionslagen erreichen, weshalb sich
alternative Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
dadurch auszeichnen, dass eine erste der beiden Funktionslagen eine
Vollsicke aufweist, deren Kamm bei eingebauter Zylinderkopfdichtung
gegen die Ringzone der Innenlage anliegt, dass die zweite Funktionslage
gleichfalls eine Vollsicke aufweist, deren Kamm in einer Draufsicht
auf die Zylinderkopfdichtung dem Kamm der Vollsicke der ersten Funktionslage
mindestens ungefähr
gegenüberliegt
(bezüglich
der Innenlage) und deren Sickenfüße bei eingebauter
Zylinderkopfdichtung gegen die Ringzone der Innenlage anliegen,
und dass die Breite der Vollsicke der zweiten Funktionslage nur
ein Bruchteil der Breite der Vollsicke der ersten Funktionslage
ist. Bei einer solchen Zylinderkopfdichtung liegt der Kamm der Vollsicke
der ersten Funktionslage aufgrund der großen Sickenbreite bei gepresster Dichtung
längs eines
ring- und bandförmigen
Bereichs und nicht nahezu linienförmig gegen die Innenlage an,
und dieser Bereich wird durch die Sickenfüße der Vollsicke der zweiten
Funktionslage gut abgestützt,
da diese Sickenfüße wegen
der deutlich geringeren Breite der Vollsicke der zweiten Funktionslage in
geringem Abstand voneinander angeordnet sind. Bevorzugt werden Ausführungsformen,
bei denen die Breite der Vollsicke der ersten Funktionslage mindestens
doppelt so groß und
vorzugsweise annähernd
dreimal so groß ist
wie die Breite der Vollsicke der zweiten Funktionslage (dabei wird
unter der Breite einer Vollsicke der Abstand der beiden Sickenfüße dieser
Sicke voneinander verstanden).
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Um
einer großen
Dichtspaltdynamik Rechnung zu tragen, kann es sich empfehlen, eine
erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung
mit einer dritten Funktionslage zu versehen. Eine solche Zylinderkopfdichtung
zeichnet sich dann dadurch aus, dass die Dichtungsplatte eine dritte
Funktionslage mit einer Vollsicke oder zwei Halbsicken aufweist,
welche die Brennraumöffnung
umschließt
bzw. umschließen und
deren Kamm bzw. Kämme
entgegengesetzt zu der vorstehend definierten ersten Richtung über die dritte
Funktionslage vorspringt bzw. vorspringen, wobei die Sicken der
drei Funktionslagen ungefähr
spiegelsymmetrisch zu einer mit der Brennraumöffnung koaxialen Kreiszylinderfläche ausgebildet
sind und die dritte Funktionslage außerhalb des von den beiden
anderen Funktionslagen und der Innenlage gebildeten Lagenpakets
angeordnet ist.
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Nach
einem zweiten Lösungsweg
für die
gestellte Aufgabe wird eine Zylinderkopfdichtung der eingangs erwähnten Art
erfindungsgemäß so gestaltet,
dass die Innenlage im Bereich ihrer Ringzone eine einer Durchbiegung
der Innenlage entgegenwirkende größere Steifigkeit als in an
die Ringzone angrenzenden Bereichen der Innenlage aufweist.
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Für die Erzielung
einer größeren Steifigkeit werden
erfindungsgemäß die folgenden,
zu bevorzugenden Maßnahmen
vorgeschlagen:
Gemäß einer
ersten Alternative weist die Innenlage im Bereich ihrer Ringzone
eine deren Biegesteifigkeit erhöhende
Querschnittsverformung auf. Eine solche Querschnittsverformung lässt sich
besonders einfach verwirklichen, indem die Innenlage einem Prägevorgang
unterworfen wird.
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Gemäß einer
anderen Alternative weist die Innenlage eine ihre Ringzone überdeckende
und mit dieser vollflächig
verbundene ringförmige
dünne Auflage
aus einem Werkstoff hoher Zugfestigkeit auf. Dabei wird unter einer
dünnen
Auflage eine solche verstanden, deren Dicke höchstens gleich der Dicke der
Innenlage ist, vorzugsweise aber nur einen Bruchteil der Dicke der
Innenlage beträgt.
Eine solche Auflage kann z. B. aufgeklebt, aufgeschweißt oder
aufgesintert sein.
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Gemäß einer
weiteren Alternative weist die Innenlage eine ihre Ringzone bildende
Einlage höherer
Biegsteifigkeit und/oder mit einem höheren Elastizitätsmodul
auf. Eine solche Einlage kann die Gestalt eines flachen Kreisringes
haben, der an seinem Außen-
und seinem Innenumfang mit entsprechend gestalteten Teilen der Innenlage
stoffschlüssig
verbunden ist, insbesondere durch Schweißen.
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Auch
bei einer gemäß dem zweiten
Lösungsweg
gestalteten erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
kann eine dritte Funktionslage vorgesehen sein, wie sie vorstehend
bereits beschrieben wurde.
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In
einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
bilden die zwei oder drei Funktionslagen zusammen mit der Innenlage
ein Lagenpaket, dessen bei eingebauter Zylinderkopfdichtung dem
Zylinderkopf bzw. dem Motorblock zugewandte Seite jeweils von einer
Funktionslage gebildet wird. Es wird nun empfohlen, diese beiden
Funktionslagen so zu gestalten, dass ihre Abdichtsicken in Richtung
auf das Innere des Lagenpakets vorspringen, so dass die Sickenfüße der Abdichtsicken
dieser beiden Funktionslagen den Dichtflächen des Zylinderkopfs und
des Motorblocks zugewandt sind. Hierdurch lässt sich das Risiko von Eingrabungen
oder eines erhöhten Reibverschleißes in bzw.
an diesen Dichtflächen
minimieren, und zwar im Vergleich zu Zylinderkopfdichtungen, bei
denen die Kämme
der Abdichtsicken der äußeren Funktionslagen
des Lagenpakets den Dichtflächen
von Zylinderkopf und Motorblock zugewandt sind.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten zeichnerischen
Darstellungen bevorzugter Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
in den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische und vereinfachte Draufsicht auf einen Teil einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
für einen
Mehrzylindermotor;
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2 einen
Schnitt nach der Linie A-A in 1, jedoch
durch eine bekannte Zylinderkopfdichtung im nicht gepressten Zustand;
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3 gleichfalls
einen Schnitt nach der Linie A-A in 1, der eine
erste bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung im
gepressten Zustand darstellt, und
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4 bis 10 der 3 entsprechende Darstellungen
weiterer vorteilhafter Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, jedoch
im ungepressten Zustand.
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Die 1 zeigt
einen Teil einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung 10 für einen
Mehrzylindermotor, welche von einer Dichtungsplatte 12 mit mehreren
Brennraumöffnungen 14 gebildet
wird. Bei einer dieser Brennraumöffnungen 14 wurde
deren Zentrum bzw. Achse mit 14a bezeichnet. Wie sich aus
dem Folgenden noch ergeben wird, ist die Dichtungsplatte 12 aus
mehreren aufeinander geschichteten Metallblechlagen zusammengesetzt,
von denen ein Teil mit in 1 mit 16 bezeichneten
Abdichtsicken versehen ist, welche die Brennraumöffnungen 14 umschließen und
zur Achse 14a der jeweiligen Brennraumöffnung konzentrisch verlaufen.
In 1 wurden die Abdichtsicken 16 nur gestrichelt
angedeutet, weil eine gemäß 1 obere
Lage der Dichtungsplatte 12 eine glatte Decklage ohne Abdichtsicken
sein kann.
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Der
in 2 im Schnitt dargestellte Teil einer bekannten
Zylinderkopfdichtung hat vier übereinander
angeordnete Metallblechlagen, nämlich
drei Funktionslagen und eine Innenlage, welche im Folgenden als
Trägerblech
bezeichnet werden wird, nämlich
eine erste, eine zweite und eine dritte Funktionslage 20 bzw. 22 bzw. 24 und
ein Trägerblech 26, welches
zwischen den beiden Funktionslagen 20 und 22 angeordnet
ist. In 2 soll sich rechts von den in 2 gezeigten
Teilen der vier Lagen eine Brennraumöffnung 14 befinden.
Jede der drei Funktionslagen 20, 22 und 24 hat
eine als sogenannte Vollsicke ausgebildete Abdichtsicke 20a bzw. 22a bzw. 24a, deren
jede einen Sickenkamm 20a' bzw. 22a' bzw. 24a' und zwei Sickenfüße 20a'' bzw. 22a'' bzw. 24a'' aufweist. Die Sickenfüße liegen
jeweils in der Ebene der betreffenden Funktionslage, die Sicken 20a und 22a springen
in einer ersten Richtung, nämlich
gemäß 2 nach
oben, über
die Funktionslage 20 bzw. die Funktionslage 22 vor,
und die Sicke 24a springt entgegengesetzt zu dieser ersten
Richtung, nämlich
gemäß 2 nach
unten, über
die Funktionslage 24 vor. Ferner liegen die Abdichtsicken 20a, 22a und 24a so übereinander,
dass alle Sickenkämme 20a', 22a' und 24a' auf einer Kreiszylinderfläche 27 liegen,
welche zur Achse 14a der Brennraumöffnung 14 konzentrisch
verläuft;
außerdem
sind bei dieser bekannten Zylinderkopfdichtung alle Abdichtsicken 20a, 22a und 24a gleich
breit (unter der Sickenbreite ist der Abstand der Sickenfüße der betreffenden
Sicke zu verstehen, welcher bezüglich
der Achse 14a in radialer Richtung gemessen wird), so dass
alle gemäß 2 rechten
Sickenfüße 20a'', 22a'' und 24a'' ebenso auf einer Kreiszylinderfläche liegen
wie die gemäß 2 linken
Sickenfüße auf einer
anderen Kreiszylinderfläche
liegen, wobei auch diese beiden Kreiszylinderflächen konzentrisch zur Brennraumöffnungsachse 14a verlaufen.
Die drei Funktionslagen 20, 22 und 24 bestehen
aus Federstahlblechen, während
das Trägerblech 26 aus
einem Blech ohne Federeigenschaften bestehen kann. Wie bei metallischen
Flachdichtungen mit in ihrer Höhe
federelastisch verformbaren Sicken üblich, werden auch bei der
in 2 dargestellten bekannten Zylinderkopfdichtung
die Abdichtsicken 20a, 22a und 24a vor übermäßigen Abflachungen
beim Einbau der Dichtung und im Motorbetrieb durch Verformungsbegrenzungsmittel
geschützt;
diese bestehen im zeichnerisch dargestellten Fall aus einem sogenannten
Stopper 28 in Form eines aufgeschweißten Blechrings, sowie aus
Abkröpfungen 30 und 32 des Trägerblechs 26 und
der zweiten Funktionslage 22, welche ebenso wie der Stopper 28 kreisförmig um
die Brennraumöffnungsachse 14a herum
verlaufen. In Folge der Abkröpfungen 30 und 32 lassen
sich alle drei Abdichtsicken 20a, 22a und 24a in
bekannter Weise mit Hilfe des einzigen Stoppers 28 vor übermäßigen Abflachungen
schützen,
wobei in diesem Zusammenhang noch bemerkt werden soll, dass bei der
hier zeichnerisch dargestellten Ausführungsform einer bekannten
Zylinderkopfdichtung alle drei Abdichtsicken dieselbe Höhe aufweisen,
solange die Zylinderkopfdichtung noch nicht eingebaut, das heißt gepresst
ist.
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Im
eingebauten Zustand und im Motorbetrieb, das heißt wenn die in 2 dargestellte
bekannte Zylinderkopfdichtung zwischen den Dichtflächen eines
Zylinderkopfs und eines Motorblocks eingespannt ist, wird der Kamm 20a' der Abdichtsicke 20a gegen
das Trägerblech 26 gepresst
und werden die Kämme 22a' und 24a' der Abdichtsicken 22a und 24a gegeneinander
angepresst. Da mittels einer Zylinderkopfdichtung um eine Brennraumöffnung herum
gegen die höchsten
Mediendrücke,
nämlich
gegen die Brenngasdrücke,
abgedichtet werden muss, werden die Sickenkämme mit großen spezifischen Flächenpressungen
gegeneinander bzw. gegen das Trägerblech 26 angepresst.
Dies hat eine Verformung einer Ringzone 26a des Trägerblechs 26 zur Folge,
nämlich
eine Auswölbung
dieser Ringzone gemäß 2 nach
oben, so wie dies in 2 gestrichelt angedeutet wurde,
und zwar deshalb, weil bei dieser bekannten Zylinderkopfdichtung
einerseits der Kamm 20a' der
Abdichtsicke 20a der ersten Funktionslage 20 gegen
einen mittleren Bereich der Ringzone 26a angepresst wird,
andererseits diese Ringzone nur im Bereich ihres radial inneren
und ihres radial äußeren Randes
von oben durch die Sickenfüße 22a'' der Abdichtsicke 22a der
zweiten Funktionslage 22 abgestützt wird, so dass sich die
Ringzone 26a in den konkaven Bereich der Abdichtsicke 22a hinein auswölben kann.
Diese Auswölbung
hat wiederum zur Folge, dass bei eingebauter Zylinderkopfdichtung ein
Teil der Höhe
der Abdichtsicke 20a der ersten Funktionslage 20 für eine Kompensation
der Dichtspaltdynamik verloren geht – unter Dichtspaltdynamik soll
die zeitliche Veränderung
der Höhe
bzw. Breite des durch die Zylinderkopfdichtung abzudichtenden Dichtspalts
zwischen den Dichtflächen
von Zylinderkopf und Motorblock verstanden werden –, weshalb
in zeitlichen Perioden, in denen der Dichtspalt während des
Motorbetriebs seine größte Weite
oder Breite hat, die spezifische Flächenpressung, mit welcher der
Kamm 20a' der
Abdichtsicke 20a der ersten Funktionslage 20 gegen
das Trägerblech 26 angepresst
wird, für
eine zuverlässige
Abdichtung gegen einen Übertritt
von Brenngasen nicht mehr ausreichend sein kann.
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Die 3 zeigt
nun eine erste bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
in einer der 2 entsprechenden Schnittdarstellung,
und in 3 wurden, soweit möglich, dieselben Bezugszeichen
wie in 2 verwendet, jedoch unter Erhöhung um die Zahl 100.
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Die
erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung gemäß 3 unterscheidet
sich von der bekannten Zylinderkopfdichtung gemäß 2 in Folgendem:
Abgesehen
davon, dass ein Stopper 128 am Trägerblech 126 angebracht
ist und über
beide Seiten dieses Trägerblechs übersteht,
weshalb es nur einer einzigen Abkröpfung, nämlich einer Abkröpfung 132 einer
zweiten Funktionslage 122 bedarf, um mit dem einzigen Stopper 128 alle
Abdichtsicken der Zylinderkopfdichtung gemäß 3 vor einer übermäßigen Abflachung
zu schützen,
unterscheidet sich die in 3 dargestellte
erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung
von der bekannten Zylinderkopfdichtung gemäß 2 darin,
dass die erste Funktionslage 120 statt einer üblichen
Vollsicke mit ungefähr
kreisbogenförmigem
Querschnitt zwei sogenannte Halbsicken 120A und 120B aufweist,
welche die Brennraumöffnung 14 jeweils
kreisringförmig
umschließen und
zwischen sich in der ersten Funktionslage 120 ein Plateau 120C bilden,
welches als die Brennraumöffnung 14 gleichfalls
kreisringförmig
umschließender
ebener Bereich der Funktionslage 120 bei eingebauter Zylinderkopfdichtung
flächig
gegen das Trägerblech 126 anliegt
und dessen Ringzone 126a erfindungsgemäß vollflächig abstützt. Die beiden Halbsicken 120A und 120B haben
jeweils einen Sickenkamm 120A und einen Sickenfuß 120A'', wobei bei der in 3 dargestellten
besonders vorteilhaften Ausführungsform
die Sickenkämme 120A' ziemlich genau
unter den Sickenfüßen 122a'' der Abdichtsicke 122a der
zweiten Funktionslage 122 liegen. Dies bringt den Vorteil
mit sich, dass diejenigen Bereiche des Trägerblechs 126, auf
die bei eingebauter Zylinderkopfdichtung durch die erste Funktionslage 120 die
größten Pressungskräfte ausgeübt werden,
nämlich
diejenigen Bereiche des Trägerblechs 126,
gegen welche die Sickenkämme 120A' anliegen, unmittelbar
durch die Sickenfüße 122a'' der Abdichtsicke 122a der
zweiten Funktionslage 122 abgestützt werden, weshalb, wenn die
erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung
gemäß 3 zwischen
einem Motorblock und einem Zylinderkopf eingespannt ist, die Ringzone 126a des
Trägerblechs 126,
welche zwischen den Sickenfüßen 122a'' liegt, durch die erste Funktionslage 120 nicht
gemäß 3 nach
oben ausgewölbt
wird, mit der Folge, dass das Rückfederungspotenzial
der von den beiden Halbsicken 120A und 120B gebildeten
sogenannten Trapezsicke durch den Einbau der Zylinderkopfdichtung
und die dabei auf die Zylinderkopfdichtung einwirkenden Pressungskräfte nicht
so gemindert wird, wie dies bei der bekannten Zylinderkopfdichtung
gemäß 2 der
Fall ist.
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Da
das Trägerblech 126 nicht
völlig
verformungsweich ist, wird dieser erfindungsgemäße Effekt nicht oder zumindest
nicht nennenswert verkleinert, wenn der Abstand der beiden Sickenkämme 120A' der beiden
Halbsicken 120A voneinander etwas kleiner ist als der Abstand
der beiden Sickenfüße 122a'' der als übliche Vollsicke gestalteten
Abdichtsicke 122a der zweiten Funktionslage 122 voneinander,
so dass dann bezüglich
des Trägerblechs 126 die
Sickenkämme 120A' den Sickenfüßen 122a'' nicht mehr genau gegenüberliegen.
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Im Übrigen wirken
die Vollsicken 122a und 124a der zweiten und der
dritten Funktionslage 122 bzw. 124 der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
gemäß 3 in
derselben Weise zusammen, wie dies bei den Abdichtsicken 22a und 24a der
bekannten Zylinderkopfdichtung gemäß 2 der Fall ist.
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Ein
weiteres vorteilhaftes Merkmal der in 3 dargestellten
Ausführungsform
der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch die Aufteilung der
Abdichtsicke der ersten Funktionslage 120 in zwei Halbsicken 120A und 120B die
Abdichtsicke der ersten Funktionslage 120 nicht mehr oder
minder nur linienförmig
gegen das Trägerblech 126 anliegt
und angepresst wird, sondern über
eine verhältnismäßig große Ringfläche, welche
von der Oberseite des Plateaus 120C gebildet wird.
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Da
die in den 4 und 5 dargestellten Abwandlungen
der Ausführungsform
gemäß 3 nicht
grundsätzlicher
Natur sind, werden im Folgenden die Ausführungsformen gemäß den 4 und 5 nur
insoweit beschrieben werden, als diese von der Ausführungsform
gemäß 3 abweichen, und
soweit möglich
werden in den 4 und 5 dieselben
Bezugszeichen wie in 3 verwendet, jedoch unter Erhöhung um
die Zahl 100 bzw. 200.
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Bei
der Zylinderkopfdichtung gemäß 4 ist
die Verformungsbegrenzungsvorrichtung für den Schutz der Abdichtsicken
vor übermäßigen Abflachungen
in derselben Weise gestaltet wie bei der bekannten Zylinderkopfdichtung
gemäß 2,
so dass es diesbezüglich
keiner Beschreibung der 4 bedarf.
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Der
wesentliche Unterschied zwischen den erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtungen
gemäß 3 und
gemäß 4 besteht
nur darin, dass bei der Zylinderkopfdichtung gemäß 4 alle drei Funktionslagen 220, 222 und 224 mit
Trapezsicken 220a, 222a und 224a versehen
sind, welche jeweils von zwei Halbsicken und einem dazwischen liegenden
Plateau gebildet werden, so wie dies bei der Dichtung gemäß 3 bei
der Funktionslage 120 mit den beiden Halbsicken 120A und 120B sowie
dem Plateau 120C der Fall ist.
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Die
Sicken der beiden Funktionslagen 220 und 222 sind
so gestaltet und angeordnet, dass die Sickenkämme der beiden Halbsicken der
Trapezsicke 220a zumindest ungefähr unter den beiden Sickenfüßen der
Trapezsicke 222a der Funktionslage 222 liegen,
das heißt
die beiden erwähnten
Sickenkämme
und die beiden erwähnten
Sickenfüße liegen sich
bezüglich
des Trägerblechs 226 exakt
oder wenigstens ungefähr
gegenüber.
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Die 4 zeigt
auch noch Teile eines Zylinderkopfs CH und eines Zylinderblocks
CB, zwischen denen die Zylinderkopfdichtung eingespannt wird, wenn
nicht dargestellte Zylinderkopfschrauben angezogen werden, mit welchen
der Zylinderkopf am Zylinderblock befestigt wird – die 4 zeigt
die Zylinderkopfdichtung jedoch noch im ungepressten Zustand.
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Zu
den in den 3 und 4 dargestellten Zylinderkopfdichtungen
ist noch zu bemerken, dass diese beide das folgende vorteilhafte
Merkmal aufweisen:
Die die beiden Hauptoberflächen der
Zylinderkopfdichtung bildenden Funktionslagen 120 und 124 bzw. 220 und 224 weisen
in Richtung auf das Innere des Lagenpakets, welches von den verschiedenen
Lagen der Dichtungsplatte gebildet wird, vorspringende Abdichtsicken
auf, so dass sich auf den beiden äußeren Hauptoberflächen der
Zylinderkopfdichtung nur Sickenfüße befinden.
Dies hat den Vorteil, dass die auf eine Abdichtsicke einwirkenden
bzw. von einer Abdichtsicke ausgeübten Pressungskräfte bei
jeder Abdichtsicke auf zwei Dichtlinien verteilt werden, längs welcher
die Abdichtsicke mit ihren Sickenfüßen gegen eine Dichtfläche des
Zylinderkopfs bzw. des Motorblocks anliegt – würden die Abdichtsicken mit
ihren Kämmen
nach außen
weisen, wären
die spezifischen Flächenpressungskräfte zwischen
den Abdichtsicken und den Dichtflächen von Zylinderkopf und Motorblock
deutlich größer, was
zu dem Risiko führen kann,
dass die Abdichtsicken im Motorbetrieb zu Eingrabungen und/oder
Reibverschleißerscheinungen an
den Dichtflächen
von Zylinderkopf und/oder Motorblock führen.
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Deshalb
weist die in 5 dargestellte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
außer
drei Funktionslagen und einem Trägerblech
noch zwei glatte sogenannte Deckbleche auf, welche die in Richtung
der Dichtflächen
von Zylinderkopf und Zylinderblock vorspringenden Abdichtsicken
einer untersten und einer obersten Funktionslage überdecken.
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Wie
die 5 zeigt, folgen in der Dichtungsplatte dieser
Zylinderkopfdichtung die nachstehend aufgeführten Lagen aufeinander (gemäß 5 von unten
nach oben): ein glattes Deckblech 340, eine erste Funktionslage 320,
ein Trägerblech 326,
eine zweite Funktionslage 322, eine dritte Funktionslage 324 und
ein weiteres glattes Deckblech 342. Die drei Funktionslagen
sind mit als Trapezsicken gestalteten Abdichtsicken 320a, 322a und 324a versehen,
wobei die Abdichtsicken 320a und 322a in dieselbe
Richtung über
ihre Funktionslagen vorspringen, während die Abdichtsicke 324a in
der entgegengesetzten Richtung über
die Funktionslage 324 vorspringt. Bei der Ausführungsform
gemäß 5 sind
die beiden Funktionslagen 322 und 324 auf voneinander
abgewandten Seiten mit Stoppern 328 versehen, weshalb die
Funktionslage 320 und das Trägerblech 326 mit gemäß 5 nach
unten weisenden Abkröpfungen 330 und 332 versehen
sind.
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Wesentlich
ist, dass die beiden Sickenkämme
der als Trapezsicke gestalteten Abdichtsicke 322a bezüglich des
Trägerblechs 326 zumindest
ungefähr
den beiden Sickenfüßen der
Abdichtsicke 320a gegenüberliegen.
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Wie
sich aus dem Vorstehenden ergibt, kann bei gemäß dem ersten Lösungsweg
gestalteten erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtungen
die zweite Funktionslage eine Vollsicke oder zwei Halbsicken aufweisen,
wobei die beiden Sickenfüße der Vollsicke
bzw. der beiden Halbsicken den Sickenkämmen der beiden Halbsicken
der ersten Funktionslage mindestens ungefähr gegenüberliegen. Ebenso kann die dritte
Funktionslage eine Vollsicke oder zwei Halbsicken aufweisen.
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Bei
gemäß dem ersten
Lösungsweg
gestalteten erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtungen, welche
eine dritte Funktionslage aufweisen, kann diese derjenigen der beiden
anderen Funktionslagen benachbart angeordnet sein, deren Sickenfüße bei eingebauter
Zylinderkopfdichtung gegen die Innenlage anliegen (siehe beispielsweise 4).
Dann bilden die dritte Funktionslage und eine der beiden anderen
Funktionslagen vorzugsweise Außenlagen
der Zylinderkopfdichtung, und bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen
bildet die dritte Funktionslage die einem Zylinderkopf zuzukehrende
Hauptoberfläche
der Zylinderkopfdichtung, vor allem dann, wenn der Zylinderkopf
aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt wurde. Alternativ kann
die dritte Funktionslage derjenigen der beiden anderen Funktionslagen
benachbart angeordnet sein, deren Sicke in Richtung auf die Innenlage
vorspringt (siehe beispielsweise 5).
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Weist
eine gemäß dem ersten
Lösungsweg gestaltete
erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung drei
Funktionslagen und eine Innenlage auf, kann es vorteilhaft sein,
zwei Außenlagen
vorzusehen, zwischen denen die drei Funktionslagen und die Innenlage
angeordnet sind und die zumindest in denjenigen Außenlagen-Bereichen
eben sind, welche die Sicken der benachbarten Funktionslagen überdecken (siehe
beispielsweise 5). Solche Ausführungsformen
empfehlen sich vor allem für
Zylinderkopfdichtungen, bei denen die Sicken der den beiden Außenlagen
benachbarten Funktionslagen in Richtung auf den Zylinderkopf bzw.
den Motorblock vorspringen.
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Die 6 zeigt
exemplarisch, wie sich der erste Lösungsweg durch eine andere
Maßnahme
als die Aufteilung einer Vollsicke in zwei Halbsicken realisieren
lässt.
Dabei zeigt die 6 eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung,
welche auch eine dritte Funktionslage aufweist, auch wenn eine solche dritte
Funktionslage zwar vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt erforderlich
ist.
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Die
Zylinderkopfdichtung gemäß 6 hat eine
erste Funktionslage 420, dieser benachbart ein Trägerblech 426,
diesem benachbart eine zweite Funktionslage 422 und schließlich eine
dritte Funktionslage 424. Alle drei Funktionslagen weisen
als Abdichtsicken Vollsicken mit einem üblichen Querschnittsprofil
auf, welches ungefähr
kreisbogenförmig
ist. Eine Abdichtsicke 420a der ersten Funktionslage 420 weist
mit ihrem Sickenkamm 420a' in
Richtung auf das Trägerblech 426 und
hat eine verhältnismäßig große Breite,
worunter der bezüglich
der Achse 14a der Brennraumöffnung 14 in radialer
Richtung gemessene Abstand der beiden Sickenfüße 420a'' der
Abdichtsicke 420a zu verstehen ist. Wegen der verhältnismäßig großen Breite
der Abdichtsicke 420a liegt deren Sickenkamm 420a' bei eingebauter,
das heißt
gepresster Zylinderkopfdichtung über
einen die Achse 14a kreisringförmig umschließenden Bereich gegen
das Trägerblech 426 an,
welcher eher bandals linienförmig
gestaltet ist und eine verhältnismäßig große Breite
hat (wiederum in bezüglich
der Achse 14a radialer Richtung gemessen).
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Erfindungsgemäß ist nun
die zweite Funktionslage 422 mit einer Abdichtsicke 422a versehen, deren
Breite nur ein Bruchteil der Breite der Abdichtsicke 420a ist,
deren Sickenkamm 422a' vom
Trägerblech 426 wegweist
und deren wegen der verhältnismäßig geringen
Breite der Abdichtsicke 422a verhältnismäßig nahe beieinander liegende
Sickenfüße 422a'' eine Ringzone 426a des
Trägerblechs 426 abstützen, wenn
der Sickenkamm 420a' gegen
einen mittleren Bereich der Ringzone 426a angepresst wird.
Da das Trägerblech 426 eine
gewisse Eigensteifigkeit besitzt, verhindern die gegen die Randbereiche
der Ringzone 426a angepressten Sickenfüße 422a'',
dass das Trägerblech 426 bei
eingebauter Zylinderkopfdichtung durch die Abdichtsicke 420a nennenswert
nach oben (gemäß 6)
ausgewölbt
wird und in den von der konkaven Seite der Abdichtsicke 422a gebildeten
Hohlraum eintaucht.
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Eine
Abdichtsicke 424a der dritten Funktionslage 424 springt
in Richtung auf die zweite Funktionslage 422 vor und liegt
mit ihrem Sickenkamm gegen den Sickenkamm 422a' der Abdichtsicke 422a an,
wenn die Zylinderkopfdichtung eingebaut und gepresst ist. Die Abdichtsicke 424a kann
dieselben Abmessungen (Breite und Höhe) haben wie die Abdichtsicke 422a,
sie kann aber auch breiter und/oder höher als die Abdichtsicke 422a sein.
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Vorteilhafterweise
sind alle Abdichtsicken 420a, 422a und 424a spiegelsymmetrisch
zu einer Kreiszylinderfläche 27 gestaltet
und angeordnet, welche konzentrisch zur Achse 14a der Brennraumöffnung 14 verläuft; dann
liegen alle Kämme
der Abdichtsicken 420a, 422a und 424a übereinander. Grundsätzlich könnten die
beiden Abdichtsicken 422a und 424a in bezüglich der
Achse 14a radialer Richtung aber auch etwas gegeneinander
versetzt sein.
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Auch
bei der in 6 dargestellten erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
sind wieder Verformungsbegrenzungsmittel vorgesehen, durch die verhindert
wird, dass die Abdichtsicken beim Einbau der Zylinderkopfdichtung
und/oder im Motorbetrieb übermäßig abgeflacht
und dadurch dem Risiko von Dauerbrüchen ausgesetzt werden. Zu
diesem Zweck ist auf der ersten Funktionslage 420 ein kreisringförmiger Stopper 428 befestigt
und weisen die zweite Funktionslage 422 und das Trägerblech 426 Abkröpfungen 430 bzw. 432 auf,
um mit nur einem einzigen Stopper alle drei Abdichtsicken schützen zu können.
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Ein
wesentliches Merkmal einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, welche
nach dem in 6 exemplarisch dargestellten
Grundprinzip gestaltet ist, ist also, dass die beiden gegen das
Trägerblech 426 angepressten
Sickenfüße der einen
Funktionslage im Vergleich zur Breite der Anlagefläche des
gegen das Trägerblech
angepressten Sickenkamms der anderen Funktionslage so nahe beieinander
liegen, dass das Trägerblech
durch diesen Sickenkamm bei eingebauter Zylinderkopfdichtung und im
Motorbetrieb nicht oder zumindest nicht nennenswert ausgewölbt werden
kann.
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Erwähnt sei
noch, dass die Abdichtsicke 424a und ggf. sogar auch die
Abdichtsicke 422a jeweils von zwei Halbsicken gebildet
werden kann.
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Anhand
der in den 7 bis 10 schematisch
dargestellten erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtungen
soll nun der zweite Lösungsweg
für die
Erfindung zugrunde liegende Aufgabe erläutert werden.
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Die
in 7 schematisch dargestellte Zylinderkopfdichtung
unterscheidet sich von derjenigen gemäß 4 zunächst nur
dadurch, dass die Funktionslagen Abdichtsicken in Form üblich gestalteter Vollsicken
statt Abdichtsicken in Form von Trapezsicken aufweisen, weshalb
in 7 dieselben Bezugszeichen wie in 4 verwendet
wurden, jedoch mit einer Erhöhung
um 300.
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Bei
der Zylinderkopfdichtung gemäß 7 weist
das Trägerblech 526 im
Bereich einer Ringzone 526a eine einer Durchbiegung des
Trägerblechs 526 entgegenwirkende
größere Steifigkeit
auf als in den beiden an diese Ringzone angrenzenden Bereichen des
Trägerblechs 526.
Die größere Steifigkeit
der Ringzone 526a wurde dadurch herbeigeführt, dass sie
mit einer Querschnittsverformung 526a' versehen wurde, in deren Bereich
das Flächenträgheitsmoment
des Trägerblechs 526 größer ist
als in den angrenzenden Bereichen. Bei der dargestellten bevorzugten
Ausführungsform
hat die Querschnittsverformung 526a' die Gestalt einer in das Trägerblech 526 eingeprägten Rinne
oder Sicke, insbesondere einer Trapezsicke, welche die Brennraumöffnung 14 kreisringförmig umschließt und erfindungsgemäß in Richtung
auf die erste Funktionslage 520 vorspringt sowie einer
Abdichtsicke 520a der ersten Funktionslage gegenüberliegt,
und zwar so, dass bei eingebauter und gepresster Zylinderkopfdichtung
der Kamm der Abdichtsicke 520a gegen einen von dieser Rinne
bzw. Sicke gebildeten Kamm anliegt. Nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung liegen die Sickenfüße einer
Abdichtsicke 522a einer zweiten Funktionslage 522 außerhalb
der Querschnittsverformung 526a' (in einer Draufsicht auf die Zylinderkopfdichtung
gesehen), und zwar bezüglich
der Achse 14a der Brennraumöffnung 14 radial innerhalb
bzw. radial außerhalb
der Querschnittsverformung 526a'. Andererseits ist es vorteilhaft,
wenn die beiden Sickenfüße der Abdichtsicke 522a nur
einen verhältnismäßig kleinen
radialen Abstand von der Querschnittsverformung 526a' aufweisen (wiederum
in einer Draufsicht auf die Zylinderkopfdichtung gesehen). Alle
Abdichtsicken, ggf. aber auch die Querschnittsverformung 526a', sind vorzugsweise
spiegelsymmetrisch zu einer Kreiszylinderfläche 527 gestaltet,
welche konzentrisch zur Achse 14a verläuft.
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Eine
oder mehrere oder alle der Abdichtsicken 520a, 522a und 524a könnte bzw.
könnten
aber auch von jeweils zwei Halbsicken gebildet werden.
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Die 8 zeigt
nur einen Ausschnitt aus einem Trägerblech 626 einer
erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung,
welche abgesehen von dem in 8 gezeigten
Teil des Trägerblechs
genauso gestaltet sein kann wie die Zylinderkopfdichtung gemäß 7.
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Der
in 8 dargestellte Teil des Trägerblechs 626 umfasst
eine der Ringzone 526a der Zylinderkopfdichtung gemäß 7 entsprechende Ringzone 626a,
in deren Bereich das Trägerblech 626 statt
mit einer Querschnittsverformung entsprechend der Querschnittsverformung 526a' mit einer ringförmigen dünnen Auflage 626a' aus einem Werkstoff
hoher Zugfestigkeit versehen ist. Die Auflage 626a' ist vollflächig stoffschlüssig mit
dem Trägerblech 626 verbunden,
zum Beispiel durch Kleben oder Schweißen, und in 8 ist
beispielhaft eine Kleberschicht 626a'' dargestellt.
Durch die mit dem Trägerblech 626 verbundene
Auflage 626a' wird
die Biegesteifigkeit des Trägerblechs
im Bereich seiner Ringzone 626a erhöht, um eine Aufwölbung des
Trägerblechs
im Bereich der Ringzone 626a zu verhindern oder zu minimieren,
wenn bei eingebauter Zylinderkopfdichtung eine Abdichtsicke einer
Funktionslage von unten gegen die Auflage 626a' angepresst wird.
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Die
in den 9 und 10 schematisch dargestellten
Ausführungsformen
weiterer erfindungsgemäßer Zylinderkopfdichtungen
unterscheiden sich von der Zylinderkopfdichtung gemäß 7 nur
in der Ausbildung einer Ringzone des Trägerblechs, weshalb in den 9 und 10 dieselben Bezugszeichen
wie in 7 verwendet wurden, jedoch unter Erhöhung um 200 bzw. 300,
und die Ausführungsformen
gemäß den 9 und 10 im Folgenden
nur insoweit beschrieben werden, als diese Dichtungen von derjenigen
gemäß 7 abweichen.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 9 hat das
Trägerblech 726 im
Bereich einer Ringzone 726a des Trägerblechs, welche zwischen
Abdichtsicken 720a und 722a der ersten bzw. der
zweiten Funktionslage 720 bzw. 722 liegt, eine
Einlage 726a' in Form
eines die Brennraumöffnung 14 umschließenden flachen
Rings aus einem Werkstoff, welcher einen höheren Elastizitätsmodul
aufweist als das Material des Trägerblechs 726.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 10 tritt in
einer Ringzone 826a des Trägerblechs 826 an die Stelle
der Einlage 726a' eine
Einlage 826a' in
Form eines die Brennraumöffnung 14 umschließenden Rings,
welcher eine größere Biegesteifigkeit
aufweist als die an die Einlage 826a' angrenzenden Bereiche des Trägerblechs 826.
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Die
Einlagen 726a' und 826a' können, wenn sie
aus einem metallischen Werkstoff bestehen, zwischen radial innerhalb
und radial außerhalb
der betreffenden Einlage liegende Teilstücke des Trägerblechs 726 bzw. 826 eingeschweißt sein,
grundsätzlich
wäre es
aber auch denkbar, den Werkstoff des Trägerblechs 726 im Bereich
der Ringzone 726a so zu modifizieren, dass dort das Trägerblech
einen höheren
Elastizitätsmodul
als in angrenzenden Bereichen aufweist.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 10 könnte das
Trägerblech 826 beidseits
der späteren Ringzone 826a eingespannt,
sodann in radialer Richtung gestaucht und schließlich durch Pressformen ungefähr so gestaltet
werden, wie dies die 10 erkennen lässt, um
die Ringzone 826a durch einen Blechring größerer Dicke
zu bilden.
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Auch
bei den Zylinderkopfdichtungen gemäß den 9 und 10 könnte eine
Abdichtsicke oder könnten
mehrere oder alle Abdichtsicken von jeweils zwei Halbsicken gebildet
werden.