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Die
Erfindung betrifft eine Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung
oder Auspuffflanschdichtung.
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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.
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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.
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Durch
die
DE 38 79 825 T2 ist
eine Dichtungsanordnung bekannt geworden, bestehend aus einem dehnbaren
Hauptdichtungskörper
mit oberen und unteren Hauptflächen
zur Anordnung zwischen dem Kopf und dem Block einer inneren Brennkraftmaschine
und zur Bildung einer Mehrzahl von Öffnungen, einschließlich mindestens
einer Verbrennungsöffnung,
Flüssigkeitsöffnung und
Bolzenlöchern
sowie einem Feuerring, bestehend aus einem Kreisring, der in jeder
Verbrennungsöffnung
positioniert und angeordnet ist, wobei der Feuerring vom radialen
Querschnitt aus einem kreisringförmigen
Balken, einem kreisringförmigen
Wulst, der von dem Balken in einer ersten senkrechten Richtung vorsteht,
und kreisringförmigen
Stützfüßen besteht,
die von dem Balken in der entgegengesetzten senkrechten Richtung
vorstehen.
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Durch
die
DE 198 08 362
A1 ist eine Flachdichtung bekannt geworden, mit einer oder
mehreren Dichtungslagen und wenigstens einer Durchgangsöffnung,
die von wenigstens einer Sicke umgeben ist sowie einem Stopper,
der im Bereich der Randes der Durchgangsöffnung angeordnet ist und ein
vollständiges
Abflachen der wenigstens einen Sicke im Einbauzustand der Dichtung
verhindert. Der Stopper umfasst einen Ring, der hergestellt ist
durch Abtrennen eines Teilstücks
aus einem Ausgangsmaterial größerer Länge und
Formen des Teilstücks
zu einem Ring. Das Ausgangsmaterial für den Ring ist im Wesentlichen
draht- oder bandförmig
ausgebildet, wobei das Ausgangsmaterial einen im Wesentlichen rechteckigen,
trapezförmigen,
runden, ovalen, tonnen-, kissen-, spiral-, V- oder U-förmigen Querschnitt
aufweist.
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In
der
DE 6807031 U ist
ein metallischer Schutzring beschrieben, mit ringförmig umlaufenden, einseitigen
oder beidseitigen spitzwinkligen Dichtkanten zum formschlüssigen Einfügen in abzudichtende
Durchgänge
von Flachdichtungen, wobei die Dichtkanten in radialer Richtung
so angeordnet sind, dass durch ihre Belastung in axialer Richtung
eine Verformung des Dichtkantenprofils durch ein Biegemoment auftreten
kann.
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Die
WO 2004/076893 A1 beschreibt
eine Zylinderkopfflachdichtung mit mindestens einer metallischen
Lage, in der mindestens eine Zylinderdurchgangsöffnung und mindestens eine
weitere Durchgangsöffnung
vorgesehen ist, wobei ein erster Verformungsbegrenzer zumindest
bereichsweise um jeweils mindestens eine Zylinderdurchgangsöffnung herum
und auf der der Zylinderdurchgangsöffnung abgewandten Seite des
ersten Verformungsbegrenzers eine durchgehend um die Zylinderdurchgangsöffnung herum
laufende Sicke zu Dichtungszwecken ausgebildet ist.
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Weiterhin
ist auf der dem ersten Verformungsbegrenzer abgewandten Seite der
Sicke im Bereich der Umfangskante und/oder der mindestens einen
weiteren Durchgangsöffnung
ein zweiter Verformungsbegrenzer vorgesehen, der in Form einer wellen-
oder trapezförmigen
Profilierung ausgebildet ist.
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Schließlich beschreibt
die
DE 198 29 058
A1 eine Flachdichtung mit mindestens einem Dichtungsdurchbruch
und mindestens einer metallischen Lage, auf welcher zumindest bereichsweise
eine linienförmige
und/oder flächige Überhöhung in
Form einer Beschichtung aufgebracht ist. Die Beschichtung enthält mindestens
einen Duroplasten und mindestens einen metallischen Füllstoff.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Abdichtungskonzept
für Flachdichtungen
zu schaffen, bei welchen spezifische Profilkörper zum Einsatz gelangen,
die als Dichtelemente fungieren.
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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 eingestellt werden kann.
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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,
der mittlere Bereich des Profilkörpers
den Bereich der größten Materialdicke
bildet, die zu den – Biegebereiche
bildenden – Enden
hin abnimmt, und wobei die Lage im Bereich des Profilkörpers und/oder außerhalb
des Profilkörpers
zumindest partiell mit einer Materialverdickung versehen ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen Unteransprüchen zu
entnehmen.
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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.
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Wird
die Materialverdickung durch eine Beschichtung gebildet, besteht
selbige vorteilhafterweise aus einem Polymer, insbesondere einem
thermoplastischen oder einem duroplastischen Material.
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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.
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Die
Beschichtung kann, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, durch
Siebdrucken auf dem entsprechenden Bereich der Lage aufgebracht werden.
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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.
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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 hin abnimmt. Durch diese
Maßnahme
werden ein mittlerer Kernbereich und äußere elastisch verformbare
Bereiche gebildet.
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Der
Profilkörper
kann entweder mit der Lage zumindest partiell verbunden sein oder
aber radial beweglich innerhalb der Durchgangsöffnung positioniert werden.
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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.
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Durch
diese Maßnahme
kann eine optimale Kraftverteilung innerhalb der gesamten Flachdichtung
realisiert werden, durch welche das Dichtverhalten positiv beeinflusst
wird.
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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.
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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).
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Der
Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung dargestellt und wird wie
folgt beschrieben. Es zeigen:
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1 angedeutete
Zylinderkopfdichtung mit einseitig geprägter Lage als Materialverdickung;
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2 angedeutete
Zylinderkopfdichtung mit zweiseitig geprägter Lage als Materialverdickung;
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3 angedeutete
Zylinderkopfdichtung mit polymerer Beschichtung der Lage als Materialverdickung;
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4 Ausschnittsvergrößerung gemäß 3;
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5 Draufsicht
auf eine als Flachdichtung ausgebildete Zylinderkopfdichtung mit
Materialverdickungen an ausgewählten
Bereichen;
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6 Schnitt
gemäß Linie
A-A der 5.
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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 b der Lage 1 mit einer Materialverdickung versehen.
In 1 wird die Materialverdickung gebildet durch einen
einseitigen Prägebereich 7.
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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.
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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 oder 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.
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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).
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In
Analogie zu den 1 und 2 kann die Beschichtung 8, 8' sowohl einseitig
als auch beidseitig vorgesehen werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.