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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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Eine derartige Zylinderkopfdichtung ergibt sich aus der
EP 1 357 318 A2 der ElringKlinger AG, und zwar aus deren
3, in welcher ein eine Brennraumöffnung umschließender Bereich einer Zylinderkopfdichtung dargestellt ist, deren Dichtungsplatte sechs Metallblechlagen aufweist, und zwar zwei übereinander angeordnete Gruppen aus jeweils zwei Funktionslagen und einer zwischen diesen angeordneten glatten Innenlage, wobei die jeweils auf der Außenseite der Dichtungsplatte angeordnete Funktionslage mit einer Vollsicke versehen ist, deren Sickenkamm gegen die Innenlage anliegt, während die Vollsicke der anderen Funktionslage mit ihren Sickenfüßen gegen die Innenlage anliegt, und wobei alle diese Vollsicken dieser vier Funktionslagen spiegelsymmetrisch zu einer mit der Brennraumöffnung koaxialen gedachten Kreiszylinderfläche ausgebildet sind. Ausweislich der
3 dieses Dokuments besitzen die beiden Innenlagen zumindest ungefähr die gleiche Blechdicke wie die vier Funktionslagen.
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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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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Zylinderkopfdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Zylinderkopfdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst, und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Zylinderkopfdichtung der eingangs definierten Art ergibt sich zwar auch aus der
3 der
WO 02/36996 A1 , welche einen eine Brennraumöffnung der Zylinderkopfdichtung umgebenden Bereich der Zylinderkopfdichtung darstellt, in welchem die Dichtungsplatte zwischen zwei Funktionslagen mit gleichgerichteten Vollsicken eine glatte Innenlage sowie auf einer dieser beiden Funktionslagen eine dritte Funktionslage aufweist, deren Vollsicke mit ihrem Sickenkamm gegen den Sickenkamm der Vollsicke der benachbarten Funktionslage anliegt, wobei die Vollsicken aller drei Funktionslagen spiegelsymmetrisch zu einer mit der Brennraumöffnung koaxialen gedachten Kreiszylinderfläche ausgebildet sind. Bei dieser bekannten Zylinderkopfdichtung stellt sich nicht das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem, da nach dem Grundprinzip der in der
WO 02/36996 A1 beschriebenen Erfindung die als Trägerblech dienende Innenlage eine beträchtliche Dicke haben muss und infolgedessen bei der in
3 dieses Dokuments dargestellten Zylinderkopfdichtung die Blechdicke der als Trägerblech dienenden Innenlage ein Vielfaches der Blechdicke der Funktionslagen beträgt; wäre dies nicht der Fall, hätte die Gestaltung und Anordnung der Vollsicken der beiden die Innenlage zwischen sich aufnehmenden Funktionslagen zur Folge, dass bei eingebauter und damit gepresster Zylinderkopfdichtung die Innenlage ausgebeult würde, nämlich durch den gegen die Innenlage angepressten Sickenkamm der Vollsicke der einen Funktionslage, da dieser Sickenkamm zwischen den beiden gegen die Innenlage angepressten Sickenfüßen der anderen Funktionslage liegt (in einer Draufsicht auf die Dichtungsplatte gesehen).
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Ähnliches gilt auch für die sich aus der
11 der
US 2003/0151210 A1 ergebende Zylinderkopfdichtung: Diese Zeichnungsfigur zeigt einen eine Brennraumöffnung umschließenden Dichtungsbereich mit zwei gleichgerichtete und übereinander angeordnete Vollsicken aufweisenden Funktionslagen sowie einer zwischen diesen angeordneten Innenlage, auf welcher im Bereich der beiden Vollsicken ein die Brennraumöffnung gleichfalls umschließendes ringförmiges Beilageblech befestigt ist, um die auf die eingebaute Zylinderkopfdichtung einwirkenden Pressungskräfte auf den die Brennraumöffnung umschließenden Dichtungsbereich zu konzentrieren (sh. beispielsweise den Abschnitt [0003] dieses Dokuments).
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Entsprechend dem hier beigefügten Anspruch 1 wird vorgeschlagen, eine Zylinderkopfdichtung der eingangs definierten Art so zu gestalten, dass diejenigen Bereiche der Ringzone der Innenlage, gegen welche bei eingebauter Zylinderkopfdichtung mindestens ein Sickenkamm einer Funktionslage anliegt, durch Sickenfüße der anderen Funktionslage abgestützt wird. Dann kann sich diese Ringzone der Innenlage unter dem Druck eines gegen sie angepressten Sickenkamms zumindest nicht mehr so stark auswölben, wie dies bei der sich aus der
3 der
EP 1 357 318 A2 ergebenden bekannten Zylinderkopfdichtung der Fall 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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Entsprechend dem hier beigefügten neuen Anspruch 10 wird vorgeschlagen, eine Zylinderkopfdichtung der eingangs definierten Art so zu gestalten, 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 Biegesteifigkeit 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 Anspruch 10 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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Anhand der beigefügten Zeichnungen werden im Folgenden der Stand der Technik sowie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert, wobei 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;
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4 der 3 und 5 entsprechende Darstellungen einer zweiten sowie einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, jedoch im ungepressten Zustand;
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6 eine der 3 entsprechende Darstellung einer nicht erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung im ungepressten Zustand, und
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7 eine der 3 entsprechende Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, gleichfalls 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 nach 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 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 band- als linienförmig gestaltet ist und eine verhältnismäßig große Breite hat (wiederum in bezüglich der Achse 14a radialer Richtung gemessen).
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Die zweite Funktionslage 422 ist 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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Alle Abdichtsicken 420a, 422a und 424a sind 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 Zylinderkopfdichtung sind 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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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 7 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.
