DE102008029543A1

DE102008029543A1 - Flachdichtung

Info

Publication number: DE102008029543A1
Application number: DE102008029543A
Authority: DE
Inventors: Rainer Capellmann; Rolf Prehn; Theofilos Chatziioannidis
Original assignee: Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Current assignee: Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-06-21
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2028-06-22
Also published as: DE102008029543B4

Abstract

Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung oder Auspuffflanschdichtung, beinhaltend mindestens eine mit mindestens einer Durchgangsöffnung versehene Lage, wobei die Durchgangsöffnung mindestens einen als ringförmigen Profildraht ausgebildeten elastisch verformbaren Profilkörper mit definierter Materialdicke aufnimmt, wobei die Gesamthöhe des unverformten Profilkörpers die Dicke der Lage übersteigt, und wobei die Lage im Bereich des Profilkörpers und/oder außerhalb des Profilkörpers zumindest partiell mit einer Materialverdickung versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung oder Auspuffflanschdichtung.
Es ist bekannt bei Zylinderkopfdichtungen, die aus mehreren (metallischen) Lagen bestehen können, die, bedarfsweise unterschiedlich ausgebildeten, Lagen mit geeigneten Fügeverfahren (z. B. Clinchen, Schweißen, Nieten) miteinander zu verbinden. Mit Hilfe so genannter Stopper, das sind zusätzlich auf- bzw. eingebrachte Ringe, Lagen oder Prägungen, wird der benötigte Höhenunterschied am Brennraumrand zum Randflächenbereich der Flachdichtung eingestellt.
Der EP 0 538 628 A2 ist eine Dichtungsanordnung für Verbrennungskraftmaschinen zu entnehmen mit einem Zylinderkopf, einem Motorblock, einer Zylinderlaufbuchse, die in einer Bohrung des Motorblocks eingesetzt ist, sich an diesem abstützt, einen hohlen zylindrischen Teil, einen sich radial von dem zylindrischen Teil nach außen erstreckenden ringförmigen Dichtungskragen, eine Kolbenbohrung und eine im Wesentlichen zum Zylinderkopf weisende Kragendichtungsfläche aufweist und Dichtungsmitteln, die mit der Kragendichtungsfläche und einer entsprechenden Zylinderkopfdichtungsfläche in Eingriff stehen, um den Austritt von Verbrennungsgasen aus der Kolbenbohrung zu verhindern. Wenigstens eine der beiden Dichtungsflächen ist kegelstumpfförmig ausgebildet und erstreckt sich stetig von einem radial innen umlaufenden Bereich zu einem radial äußeren umlaufenden Bereich, wobei der radial innere Bereich weiter zu der anderen Dichtungsfläche beabstandet ist als der radial äußere Bereich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Abdichtungskonzept für Flachdichtungen zu schaffen, bei welchen Profilkörper zum Einsatz gelangen, die als Dichtelement fungieren.
Ein weiteres Ziel ist darin zu sehen, dass die Kraftverteilung nicht nur innerhalb eines Dichtungssystems, sondern auch im entfernteren Umfeld (Hinterland) der Flachdichtung, in der Regel hervorgerufen durch die Schraubenkräfte, gezielt einstellen zu können.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung oder Auspuffflanschdichtung, beinhaltend mindestens eine mit mindestens einer Durchgangsöffnung versehene Lage, wobei die Durchgangsöffnung mindestens einen als ringförmigen Profildraht ausgebildeten elastisch verformbaren Profilkörper mit definierter Materialdicke aufnimmt, wobei die Gesamthöhe des unverformten Profilkörpers die Dicke der Lage übersteigt, und wobei die Lage im Bereich des Profilkörpers und/oder außerhalb des Profilkörpers zumindest partiell mit einer Materialverdickung versehen ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Materialverdickung kann je nach Ausführungsform durch Prägen oder Aufbringen einer Beschichtung erzeugt werden. Auch kombinierte Materialverdickungen (Prägung + Beschichtung) sind denkbar, ebenso wie das Aufbringen einer Stopperbrille.
Wird die Materialverdickung durch eine Beschichtung gebildet, besteht selbige vorteilhafterweise aus einem Polymer, insbesondere einem thermoplastischen oder einem duroplastischen Material.
Von Vorteil kann sein, dass die Beschichtung Partikel und/oder Fasern beinhaltet. Hier können sowohl metallische als auch mineralische Partikel einzeln oder in Kombination vorgesehen werden, wobei die Partikel und/oder Fasern eine definierte Dicke aufweisen.
Die Beschichtung kann, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, durch Siebdrucken auf dem entsprechenden Bereich der Lage aufgebracht werden.
Die Materialverdickung kann entweder an definierten Stellen entlang der die Durchgangsöffnung umgebenden Bereichen der Lage aufgebracht werden oder aber sie wird so aufgebracht, dass ein geschlossener Bereich vorgebbarer Wanddicke gebildet wird.
Von besonderem Vorteil ist, dass der Profilkörper, in radialer Richtung gesehen, mit Bereichen unterschiedlicher Materialdicke ausgebildet ist. Hier bietet sich beispielsweise die Querschnittsform einer Banane an, bei welcher etwa im mittleren Bereich der radialen Erstreckung des Profilkörpers die größte Materialdicke gegeben ist, die dann zu den Endbereichen bin abnimmt. Durch diese Maßnahme werden ein mittlerer Kernbereich und äußere elastisch verformbare Bereiche gebildet.
Der Profilkörper kann entweder mit der Lage zumindest partiell verbunden sein oder aber radial beweglich innerhalb der Durchgangsöffnung positioniert werden.
Von besonderem Vorteil ist, die Materialverdickung auch außerhalb des Profilkörpers vorzusehen. Hier ist das so genannte Hinterland der Flachdichtung angesprochen, das sich bis in die Randbereiche der Flachdichtung erstreckt. Die jeweilige Materialverdickung kann partiell oder über größere Flächenbereiche im Hinterland vorgesehen werden und kann bedarfsweise die Schraubendurchgangslöcher zumindest teilweise umschließen.
Durch diese Maßnahme kann eine optimale Kraftverteilung innerhalb der gesamten Flachdichtung realisiert werden, durch welche das Dichtverhalten positiv beeinflusst wird.
Das Ziel der kontrollierten Einstellung der Kraftverteilung, insbesondere der Aufteilung zwischen dem Profilkörper und den sich daran anschließenden Bereichen der Lage, wird z. B. durch Höhenunterschiede zwischen der Brennraumabdichtung und der Mediendichtung erreicht. Weisen die Medien und die Brennraumdichtung die gleiche Höhe auf (zusätzliche Vorraussetzung: die verwendeten Dichtungen weisen die gleiche Festigkeit und Steifigkeit auf), so kann von einer gleichen Lastverteilung ausgegangen werden. Sind die Höhen der Medien- und der Brennraumdichtung unterschiedlich, so wird anteilig eine höhere Belastung eingeleitet. Damit jedoch beispielsweise die Brennraumdichtung einen höheren Anteil der Schraubenkräfte aufnehmen kann, wird mit einem Überstand der Brennraumdichtung gearbeitet. Das bedeutet, die Brennraumdichtung muss etwas höher sein als die Mediendichtung.
Durch die erfindungsgemäße flächige oder partielle Materialverdickung an der Lage, kann der Höhenunterschied zwischen der Brennraumdichtung und der Mediendichtung präzise eingestellt werden. Auf diese Weise können sowohl benötigte als auch topographische Höhendifferenzen verwirklicht werden, um beispielsweise das Hinterland gezielt anzuheben bzw. abzusenken (beispielsweise durch die Beschichtung mit unterschiedlichen Materialien und unterschiedlichen Partikelgrößen).
Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 angedeutete Zylinderkopfdichtung mit einseitig geprägter Lage als Materialverdickung;
2 angedeutete Zylinderkopfdichtung mit zweiseitig geprägter Lage als Materialverdickung;
3 angedeutete Zylinderkopfdichtung mit polymerer Beschichtung der Lage als Materialverdickung;
4 Ausschnittsvergrößerung gemäß 3;
5 Draufsicht auf eine als Flachdichtung ausgebildete Zylinderkopfdichtung mit Materialverdickungen an ausgewählten Bereichen;
6 Schnitt gemäß Linie A-A der 5.
1 zeigt eine nur angedeutete Zylinderkopfdichtung, zumindest beinhaltend eine Lage 1, die zumindest eine Durchgangsöffnung 2 beinhaltet. Die hier als metallische Lage ausgebildete Lage 1 wirkt mit einem als Profildraht ausgebildeten ringförmigen Profilkörper 3 zusammen, der, in radialer Richtung gesehen, etwa bananenförmig ausgebildet ist. Der mittlere Bereich des Profilkörpers 3 bildet den Bereich der größten Materialdicke, die zu den – Biegebereiche bildenden – Enden 4, 5 hin abnimmt. In diesem Beispiel ist das radial äußere Ende 4 des Profilkörpers 3 formschlüssig (beispielsweise durch Verstemmen) mit dem gegenüberliegenden Bereich 6 der Lage 1 verbunden. Die Gesamthöhe des unverformten Profilkörpers 3 übersteigt die Dicke der Lage 1. Zur Erzeugung einer definierten Kraftverteilung innerhalb der Zylinderkopfdichtung, in der Regel hervorgerufen durch die Schraubenkräfte, wird ein Teilbereich a der Lage 1 mit einer Materialverdickung versehen. In 1 wird die Materialverdickung gebildet durch einen einseitigen Prägebereich 7.
2 ist in Analogie zu 1 zu sehen, wobei hier zwei Prägebereiche 7, 7' im Bereich der Lage 1 vorgesehen sind. Durch entsprechende Ausgestaltungen der Prägebereiche 7, 7' ergibt sich der Vorteil, dass Höhendifferenzen sehr genau einstellbar sind. Auf diese Weise können sowohl benötige auch als topographische Höhendifferenzen realisiert werden. Dies bedeutet, die Einstellung des Höhenunterschiedes erfolgt durch die Höhen (oder Tiefen) der Prägung 7, 7'. Die Lage 1 kann auf unterschiedlichste Arten geprägt werden. Vorstellbar sind halbkugelförmige (Dellen), rechteckige oder auch ringförmige (Sicken) Prägungen.
3 zeigt eine Variante zu den 1 und 2, wobei auch hier ein Bereich a mit einer Materialverdickung versehen ist, die in dieser Ausführungsform durch eine beidseitige Beschichtung 8, 8' definierter Materialdicke gebildet ist. Die Beschichtung 8, 8' besteht aus einem Polymer, insbesondere einem thermoplastischen oder einem duroplastischen Material. Durch Zugabe von metallischen, keramischen oder mineralischen Partikeln o der Fasern mit einer relativ engen Korngrößenverteilung bzw. Dickentoleranz, die genau der einzustellenden Höhendifferenz entspricht, können unterschiedliche Höhen sehr präzise eingestellt werden. Selbst wenn das Polymer durch Temperatureinwirkung degradieren sollte, so stellt es jedoch sicher, dass die Partikel, die die Distanzfunktion übernehmen, immer noch den Höhenunterschied gewährleisten.
Das Polymer darf nur einen bestimmten Anteil an Partikeln oder Fasern beinhalten, der von der Partikelgröße abhängig ist (je größer die Partikel, desto höher sollte auch deren Anteil sein).
In Analogie zu den 1 und 2 kann die Beschichtung 8, 8' sowohl einseitig als auch beidseitig vorgesehen werden.
4 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der 3. Erkennbar ist die Lage 1 sowie die beidseitig aufgetragenen Beschichtungen 8, 8'. Die jeweilige Beschichtung 8, 8' kann durch ein Siebdruckverfahren erzeugt werden. Dadurch, dass die Partikel oder Fasern 9, 9' dem einzustellenden Höhenunterschied entsprechen, muss lediglich gewährleistet werden, dass alle Partikel oder Fasern 9, 9' in einer Ebene liegen.
Nicht dargestellt, vom Schutzumfang jedoch mit umfasst ist, dass die jeweilige Lage in ein- oder beidseitig plattierter Form (z. B. Aluminium) vorgesehen sein kann, wobei die Materialverdickung, beispielsweise durch Prägen mindestens eines plattierten Bereichs (nur in der Plattierung) erzeugt wird.
Durch Einbringung von Materialverdickungen, entweder in der Lage oder einer plattierten Schicht, können gezielte Topographien erzeugt werden, und zwar sowohl in der Höhe als auch in der Breite.
5 zeigt als Draufsicht eine als Flachdichtung ausgebildete Zylinderkopfdichtung. Gleiche Bauteile, wie bei den 1 bis 4 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Beispiel soll die Zylinderkopfdichtung durch eine einzelne metallische Lage 1 gebildet sein, die mehrere als Brennraumdurchgangsöffnungen fungierende Durchgangsöffnungen 2 beinhaltet. Erkennbar sind die Profilkörper 3, die fest mit der Lage 1 verbunden sind. Es gelten die gleichen Bedingungen, wie sie zu den 1 bis 4 angegeben wurden. Sämtliche schraffierte Bereiche der Lage 1 sind durch Materialverdickungen 10 gebildet. Es ist erkennbar, dass nicht nur der unmittelbare Bereich um den jeweiligen Profilkörper 3 herum, sondern auch das sich bis in die Randbereiche 11 der Lage 1 erstreckende Hinterland in gezielter Weise mit den Materialverdickungen 10 versehen ist.
6 zeigt einen Schnitt gemäß Linie A-A der 5. Erkennbar ist der bananenförmig ausgebildete Profilkörper 3 sowie der Bereich b der an dieser Stelle vorhandenen Materialverdickung 10, die in diesem Beispiel durch eine beidseitige Prägung gebildet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0538628 A2 [0003]

Claims

Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung oder Auspuffflanschdichtung, beinhaltend mindestens eine mit mindestens einer Durchgangsöffnung (2) versehene Lage (1), wobei die Durchgangsöffnung (2) mindestens einen als ringförmigen Profildraht ausgebildeten elastisch verformbaren Profilkörper (3) mit definierter Materialdicke aufnimmt, wobei die Gesamthöhe des unverformten Profilkörpers (3) die Dicke der Lage (1) übersteigt, und wobei die Lage (1) im Bereich des Profilkörpers (3) und/oder außerhalb des Profilkörpers (3) zumindest partiell mit einer Materialverdickung (7, 7', 8, 8') versehen ist.
Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialverdickung (7, 7') durch eine ein- oder zweiseitige Prägung der Lage (1) gebildet ist.
Flachdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialverdickung (8, 8') durch eine Beschichtung der Lage (1) gebildet ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Materialverdickung (7, 7', 8, 8') den Profilkörper (3) umschließt.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Materialverdickung (10) zumindest auch in Randbereichen (11) der Lage (1), insbesondere im Bereich von Schraubendurchgangslöchern, vorgesehen ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8, 8') aus einem Polymer besteht.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beschichtung (8, 8') Partikel (9, 9') oder Fasern eingebracht sind.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beschichtung (8, 8') metallische und/oder keramische und/oder mineralische Partikel (9, 9') oder Fasern vorgebbarer Dicke eingebracht sind.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8, 8') durch Siebdrucken auf dem entsprechenden Bereich (a) der Lage (1) aufgebracht ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialverdickung durch eine Stopperbrille erzeugt ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialverdickung zur Einstellung definierter Topographien einsetzbar ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialverdickung (7, 7', 8, 8') die Durchgangsöffnung (2) in einem definierten radialen Bereich (a) im Wesentlichen vollflächig umschließt.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper (3), in radialer Richtung gesehen, mit Bereichen unterschiedlicher Materialdicke ausgebildet ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper (3), in radialer Richtung gesehen, die Kontur einer Banane aufweist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper (3) als offener oder geschlossener Ring ausgebildet ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper (3) mit der Lage (1) zumindest partiell, insbesondere formschlüssig, verbunden ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper (3) radial beweglich innerhalb der Durchgangsöffnung (2) vorgesehen ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (1) durch ein Metall gebildet ist, das mit einer ein- oder beiseitigen Plattierung, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, versehen ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung (1) in zumindest einem der plattierten Bereiche vorgesehen ist.