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Die
Erfindung betrifft eine Flachdichtung mit einer Dichtungsplatte,
in der mindestens eine Fluid-Durchgangsöffnung vorgesehen
ist und die mindestens eine Stahlblechlage aufweist, welche mit
wenigstens einem die Fluid-Durchgangsöffnung umschließenden
Dichtelement versehen ist, wobei eine nicht von einem Federstahlblech
gebildete Stahlblechlage der Dichtungsplatte in einem im Inneren oder
an einem äußeren Rand der Dichtungsplatte liegenden
Randbereich der Stahlblechlage einen auf einen Auflagebereich dieser
Stahlblechlage umgefalteten, einen Falz bildenden Randstreifen aufweist
und in diesem Randbereich dessen Gesamtdicke aus der Blechdicke
des Falzes und der Blechdicke des Auflagebereichs kleiner ist als
die zweifache originäre Blechdicke der Stahlblechlage in
der Nachbarschaft des den Falz beinhaltenden Randbereichs.
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Bei
dieser Flachdichtung handelt es sich insbesondere um eine ein- oder
mehrlagige, im Wesentlichen metallische Zylinderkopfdichtung, es
kann sich aber auch um Flachdichtungen anderer Art handeln, z. B.
um eine Dichtung im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, vor allem
um eine sogenannte Abgaskrümmer-Dichtung zwischen einem
Zylinderkopf und einem Abgaskrümmer. Bei der Fluid-Durchgangsöffnung
handelt es sich also insbesondere um eine Brenngasöffnung,
vorzugsweise um eine Brennraumöffnung einer Zylinderkopfdichtung,
grundsätzlich kann es sich aber auch um eine Durchgangsöffnung
für Flüssigkeiten, wie Kühlmittel oder
Motoröl, handeln. Schließlich sei noch darauf
hingewiesen, dass natürlich jedes Stahlblech gewisse Rückfederungseigenschaften
hat, jedoch soll es sich bei der mit dem Falz versehenen Stahlblechlage
der von der Erfindung betroffenen Flachdichtung um eine Stahlblechlage
aus einem verhältnismäßig gut umzuformenden
Stahlblech handeln – der Umformbarkeit von Stahlblechen,
welche in der Fachsprache als Federstahlbleche bezeichnet werden,
sind hingegen enge Grenzen gesetzt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zylinderkopfdichtung erörtert,
obwohl, wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, die Erfindung auch
bei anderen Flachdichtungen Anwendung finden kann.
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Einlagige
Stahlblech-Zylinderkopfdichtungen, deren Dichtungsplatte im Wesentlichen
aus einer nicht von einem Federstahlblech gebildeten Stahlblechlage
besteht, sind bekannt. Bei einer solchen Zylinderkopfdichtung ist
um die Brennraumöffnungen herum jeweils ein Randstreifen
der Blechlage unter Bildung eines die betreffende Brennraumöffnung
umschließenden Falzes umgefaltet, um so für jede
Brennraumöffnung ein diese umschließendes Dichtelement
zu bilden, in dessen Bereich die gesamte Materialdicke der Dichtungsplatte
gleich dem Zweifachen der originären Blechdicke ist. Bei
zwischen einem Motorblock und einem Zylinderkopf eingebauter Zylinderkopfdichtung
werden dann die von den Zylinderkopfschrauben aufgebrachten Einspannkräfte
um die abzudichtenden Brennraumöffnungen herum auf die
genannten Dichtelemente konzentriert. Da im Motorbetrieb die Weite
bzw. Breite des durch die Zylinderkopfdichtung abzudichtenden Dichtspalts
zwischen Motorblock und Zylinderkopf jedoch zeitlich, aber auch
um die Brennraumöffnungen herum örtlich variiert
und die der Abdichtung um die Brennraumöffnungen herum
dienenden Dichtelemente in Richtung senkrecht zur Dichtungsplatte
keine nennenswerten elastischen Eigenschaften aufweisen, sind dem
Abdichtvermögen einer solchen Zylinderkopfdichtung Grenzen
gesetzt.
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Hinzu
kommt, dass, wie bereits erwähnt, bei einer solchen Zylinderkopfdichtung
die Dicke der Dichtelemente gleich dem Zweifachen der originären Blechdicke
ist; von den Motorkonstrukteuren wird jedoch nicht selten eine kleinere
sogenannte Einbaudicke der Zylinderkopfdichtung (maximale Dicke
der Dichtung im eingebauten, gepressten Zustand) gefordert, weil
die Dicke der die Brennraumöffnungen umschließenden
Dichtelemente einen Einfluss z. B. auf die Kompression in den Zylindern
des Motors hat.
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In
den meisten Fällen wird die Dichtungsplatte einer Zylinderkopfdichtung
jedoch von mehreren Stahlblechlagen gebildet, insbesondere von mindestens
einer sogenannten Funktionslage aus einem Federstahlblech mit die
Brennraumöffnungen umschließenden Abdichtsicken
und einer nicht von einem Federstahlblech gebildeten Stahlblechlage
(Stopperlage), an welcher den Abdichtsicken zugeordnete, die Höhenverformung
der letzteren begrenzende sogenannte Stopper vorgesehen sind, die
meist die Gestalt von die Brennraumöffnungen gleichfalls
umschließenden ringförmigen Verdickungen der Stopperlage
aufweisen; dabei werden die Stopper häufig dadurch gebildet,
dass ein die betreffende Brennraumöffnung umgebender Randstreifen
der Stahlblechlage unter Bildung eines Falzes umgefaltet wird.
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Eine
solche Zylinderkopfdichtung der eingangs erwähnten Art
ergibt sich aus der
DE-199
39 276-A , und zwar aus deren
2 in Verbindung
mit
5A. Für die Stopperlage
dieser bekannten Zylinderkopfdichtung soll nach Sp.
15,
Zeilen 35 bis 37, ein 0,35 mm dickes rostfreies Stahlblech des Typs SUS
304 verwendet werden (dabei handelt es sich nicht um einen Federstahl),
dessen Dicke in die Brennraumöffnungen umschließenden
ringförmigen Randbereichen der Stahlblechlage um etwas
mehr als 1/3 reduziert wird, ehe die Stahlblechlage um jede Brennraumöffnung
herum zur Bildung eines Falzes und damit eines Stoppers umgefaltet
wird.
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Wenn
bei der Herstellung einer Zylinderkopfdichtung in einer Stahlblechlage
um eine Brennraumöffnung herum ein einen Falz beinhaltender
verdickter Bereich (z. B. zur Bildung eines Dichtelements oder eines
Stoppers) erzeugt werden soll, muss so vorgegangen werden, dass
zunächst der später den Falz bildende ringförmige
Randstreifen der Stahlblechlage hochgestellt, d. h. um ca. 90° abgebogen wird,
worauf mit einem Presswerkzeug dieser hochgestellte Randstreifen
um weitere 90° umgebogen und auf einen Auflagebereich der
Stahlblechlage heruntergepresst wird. Bei der vorstehend beschriebenen
bekannten Zylinderkopfdichtung gemäß
5A der
DE-199 39 276-A erfordert die Herstellung
jedoch noch ein weiteres Werkzeug, mit dem in der noch ebenen Stahlblechlage
in dem später den Falz bildenden Randstreifen und dem später
den Auflagebereich für den Falz bildenden Ringbereich die
originäre Blechdicke der Stahlblechlage reduziert wird.
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Da
vor allem bei den Zulieferern der Automobilindustrie der Kostendruck
immer größer geworden ist, lag der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung der eingangs definierten Art
anzugeben, deren mit dem Falz versehene Stahlblechlage sich einfacherer
und damit kostengünstiger herstellen lässt als
die vorstehend beschriebene, sich aus der
DE-199 39 276-A ergebende
Stopperlage.
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Diese
Aufgabe lässt sich erfindungsgemäß durch
eine Flachdichtung der eingangs definierten Art lösen,
welche sich dadurch auszeichnet, dass der den umgefalteten Falz
beinhaltende Randbereich ein durch gemeinsames Prägen des
Auflagebereichs und des auf letzterem aufliegenden Falzes in seiner Gesamtdicke
reduzierter Bereich ist, in welchem sowohl der Falz als auch der
Auflagebereich im Sinne einer Reduzierung der originären
Blechdicke plastisch verformt sind.
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Bei
der Herstellung einer erfindungsgemäßen Flachdichtung
kann mit dem für das Umbiegen und Herunterpressen des zunächst
nur hochgestellten Randstreifens ohnehin erforderlichen Presswerkzeug
auch gleich die Gesamtdicke des den Falz beinhaltenden Randbereichs,
d. h. die Dicke des Falzes und die Dicke des Auflagebereichs, durch
Prägen (Fließpressen) reduziert werden, so dass
sich im Vergleich zur Herstellung der Stopperlage gemäß
5A der
DE-199 39 276-A ein Verfahrensschritt und
ein Werkzeug einsparen lassen. Außerdem führt die
Erfindung noch zu einem weiteren Vorteil: Wenn bei der Herstellung
der Stopperlage gemäß
5A der
DE-199 39 276-A die
Dicke der noch ebenen Stahlblechlage im Bereich des späteren
Falzes und des späteren Auflagebereichs durch Prägen
(Fließpressen) reduziert wird, wird in diesen Bereichen
der Stahl beim Fließpressen kaltverfestigt, was nicht nur das
Umfalten des später den Falz bildenden Randstreifens erschwert,
sondern auch noch zu dem Risiko führt, dass das Blech an
der Biegestelle Risse bekommt, wodurch die Dichtung von vorne herein
unbrauchbar oder im Betrieb früher oder später
zerstört wird.
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Hingegen
führt bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen
Flachdichtung die mit dem gemeinsamen Prägen des Falzes
und des Auflagebereichs einhergehende Kaltverfestigung des Stahls
zu einer durchaus erwünschten größeren
Druckfestigkeit des den umgefalteten Falz beinhaltenden Randbereichs,
d. h. des Dichtelements, Stoppers oder dergleichen.
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Es
sei noch darauf hingewiesen, dass eine erfindungsgemäße
Flachdichtung in dem den umgefalteten Falz beinhaltenden Randbereich
ein anderes Gefügebild zeigt als der Stopper gemäß
5A der
DE-199 39 276-A (in einem Schliffbild an einem Schnitt
durch den den Falz beinhaltenden Randbereich längs einer
senkrecht zur Dichtungsplatte sowie zur Längsrichtung des
Randbereichs verlaufenden Ebene).
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Von
besonderer Bedeutung ist die Erfindung für solche Flachdichtungen,
bei denen die mit dem Falz versehene Stahlblechlage eine originäre
Blechdicke von mehr als 0,15 mm hat, weil bei solchen Flachdichtungen
die Forderung nach einer begrenzten Einbaudicke viel häufiger
gestellt wird als bei Flachdichtungen mit einer dünneren,
umzufaltenden Stahlblechlage.
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Vorstehend
wurde die Erfindung im Zusammenhang mit einem einer Fluid-Durchgangsöffnung zugeordneten
Dichtelement und einem Stopper erörtert.
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Die
Erfindung betrifft aber auch eine unter einer Abdichtsicke einer
Funktionslage liegende Verdickung einer Stahlblechlage und sogenannte
Abstützelemente, bei denen es sich nicht um Dichtelemente oder
um Durchgangsöffnungen zugeordnete Stopper handelt: Insbesondere
bei Zylinderkopfdichtungen hat es sich als zweckmäßig
erwiesen, die Dichtungsplatte mit Abstützelementen zu versehen,
welche in bestimmten Bereichen der Zylinderkopfdichtung einen Teil
der Einspannkräfte aufnehmen, die auf die eingebaute und
eingespannte Zylinderkopfdichtung einwirken, so z. B. an den Schmalseitenrändern
einer Zylinderkopfdichtung für einen Mehrzylindermotor und/oder
in der Nachbarschaft von Schraubenlöchern der Dichtungsplatte
für den Durchgang von Zylinderschrauben. Die in der vorstehenden
Definition der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe ”Randbereich” und ”Randstreifen” dürfen
also nicht so einengend interpretiert werden, als ob es sich bei dem ”Rand” nur
um einen im Inneren der Stahlblechlage liegenden Rand handeln könnte,
vielmehr kann es sich auch um einen Außenrand der Stahlblechlage handeln.
Ein erfindungsgemäßes Abstützelement kann
aber auch dadurch gebildet werden, dass in der Stahlblechlage z.
B. durch Stanzen oder Laserschneiden ein zungen- oder lappenartiger
Bereich gebildet und dieser dann umgefaltet wird – dieser
Bereich und der ihm zugeordnete Auflagebereich der Stahlblechlage
bilden dann zusammen einen im Inneren der Stahlblechlage liegenden
verdickten Randbereich im Sinne der vorliegenden Erfindung, dessen Dicke
anschließend durch Prägen vermindert wird. Durch
mehrere solche verdickte Randbereiche, die in Abständen
voneinander angeordnet sind, kann dann auch eine stopperartige Abstützung
gebildet werden, welche im Abstand von einer Fluid-Durchgangsöffnung
angeordnet ist.
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Da
bei einer erfindungsgemäßen Flachdichtung der
durch den Falz verdickte Randbereich Bestandteil einer nicht von
einem Federstahlblech gebildeten Stahlblechlage ist, es sich bei
mit höhenelastischen Abdichtsicken versehenen Funktionslagen von
Flachdichtungen jedoch um Federstahlblechlagen handelt, zeichnet
sich eine erfindungsgemäße Flachdichtung mit mindestens
einer höhenelastischen Abdichtsicke dadurch aus, dass die
Dichtungsplatte wenigstens eine mit mindestens einem Dichtelement
in Form einer höhenelastischen Sicke versehene, eine Funktionslage
bildende Stahlblechlage aus einem Federstahlblech aufweist und dass der
den Falz beinhaltende Randbereich einen der Sicke zugeordneten und
dieser benachbarten Verformungsbegrenzer zur Begrenzung der Abflachung
der Sicke bei eingebauter Flachdichtung oder einen die Sicke abstützenden
Bereich bildet. Die mit dem Falz versehene Stahlblechlage kann aber
auch zwischen mehreren Funktionslagen angeordnet sein; soll dann ein
durch einen Falz verdickter Randbereich einen Stopper oder eine
Abstützung für Sicken zweier benachbarter Funktionslagen
bilden, der bezüglich beider Funktionslagen in gleicher
Weise wirksam ist, empfiehlt es sich, die mit dem Falz versehene
Stahlblechlage neben dem freien Rand des Falzes so abzukröpfen,
dass ihr vom Falz und dem Auflagebereich gebildeter Randbereich
in der Nachbarschaft des letzteren auf jeder Seite dieser Stahlblechlage gleich
weit über die letztere übersteht.
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Wie
sich aus dem Vorstehenden ergibt, betrifft die Erfindung auch ein
Verfahren zur Herstellung einer Flachdichtung der eingangs definierten
Art, welches sich dadurch auszeichnet, dass zur Herstellung der
den Falz beinhaltenden Stahlblechlage ein Stahlblech mit einer originären
Blechdicke von insbesondere mehr als 0,15 mm verwendet wird und
der den Falz bildende Randstreifen auf den Auflagebereich umgefaltet
wird und dann der Falz und der Auflagebereich gleichzeitig und gemeinsam
durch Prägen so plastisch verformt werden, dass die gesamte Materialdicke
des von dem Falz und dem Auflagebereich gebildeten Randbereichs
der Stahlblechlage kleiner ist als die zweifache originäre
Blechdicke.
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Wenn
bei einer erfindungsgemäßen Flachdichtung der
den Falz beinhaltende Randbereich ein innerer Randbereich der Stahlblechlage
ist und eine Fluid-Durchgangsöffnung umschließt,
wird das erfindungsgemäße Verfahren in besonderer
Weise so gestaltet, dass es die Änderung der Größe
bzw. Gestalt der Durchgangsöffnung im Zuge des Prägens
des den Falz beinhaltenden Randbereichs berücksichtigt. Hierzu
wird erfindungsgemäß so vorgegangen, dass beim
Umfalten des den Falz bildenden Randstreifens in der Stahlblechlage
eine Öffnung gebildet wird (durch entsprechende Positionierung
der Biegestelle), welche größer als die zu erzeugende
Fluid-Durchgangsöffnung ist, und dass durch das Prägen
diese Öffnung so verkleinert wird, dass sich die Fluid-Durchgangsöffnung
in ihrer endgültigen, gewünschten Gestalt ergibt.
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Da
bei der Herstellung der mit dem Falz versehenen Stahlblechlage einer
erfindungsgemäßen Flachdichtung der durch den
Falz verdickte Randbereich ohnehin durch Prägen (Fließpressen)
plastisch verformt wird, ermöglicht es die Erfindung in
besonders einfacher Weise, den durch den Falz verdickten Randbereich
beim Prägen auch noch mit einem Höhenprofil (bzw.
Dickenprofil) zu versehen, so dass die Dicke des den Falz beinhaltenden
Randbereichs in dessen endgültiger Gestalt längs
des Randbereichs in vorgegebener Weise variiert (aufgrund eines
entsprechend gestalteten Prägewerkzeugs).
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Insbesondere
bei eine Brenngas-Durchgangsöffnung umschließenden
Dichtelementen und Stoppern von Zylinderkopfdichtungen und Abgaskrümmerdichtungen
ist ein solches Höhen- bzw. Dickenprofil von Vorteil, um
die Pressung des Dichtelements bzw. Stoppers bei eingebauter Flachdichtung längs
des Umfangs der Brenngas-Durchgangsöffnung zu vergleichmäßigen – da
die Maschinenbauteile, zwischen denen die Flachdichtung eingespannt wird,
insbesondere ein Zylinderkopf, nicht als absolut starre Bauteile
betrachtet werden können, variieren ohne besondere Maßnahmen
die durch Montageschrauben, wie Zylinderkopfschrauben, aufgebrachten
und auf die eingebaute Flachdichtung einwirkenden Einspannkräfte
längs des Dichtelements bzw. Stoppers, und durch ein entsprechendes
Höhen- bzw. Dickenprofil lassen sich diese Einspannkräfte längs
des Dichtelements bzw. Stoppers vergleichmäßigen.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den beigefügten Ansprüchen sowie der nachfolgenden
Beschreibung und der beigefügten zeichnerischen Darstellung
bevorzugter Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen
Flachdichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens;
in der Zeichnung zeigen:
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1 eine
stark vereinfachte Draufsicht auf einen Teil einer ein- oder mehrlagigen
und als Zylinderkopfdichtung gestalteten erfindungsgemäßen Flachdichtung;
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2 einen
Schnitt längs der Linie A-A aus 1, jedoch
nur durch diejenige Stahlblechlage der Dichtungsplatte der Flachdichtung,
welche mit einem erfindungsgemäß dünner
zu prägenden, einen Falz beinhaltenden Randbereich versehen
ist, jedoch ehe die Dicke dieses verdickten Randbereichs durch Prägen
vermindert wurde;
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3 die
in 2 dargestellte Stahlblechlage, jedoch nachdem
die Dicke des verdickten Randbereichs durch Prägen vermindert
wurde, wobei aber zusätzlich die wesentlichen Teile eines
für das Prägen verwendbaren Presswerkzeugs dargestellt
wurden;
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4 wiederum
einen Schnitt nach der Linie A-A aus 1, wobei
jedoch alle Lagen einer ersten Ausführungsform einer dreilagigen
erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung dargestellt
wurden, und zwar mit der erfindungsgemäß verformten,
einen geprägten verdickten Randbereich enthaltenden Stahlblechlage
in ihrer endgültigen Gestalt;
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5 einen
der 4 entsprechenden Schnitt durch eine zweite Ausführungsform
einer dreilagigen erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung,
bei welcher jedoch der erfindungsgemäß hergestellte
und gestaltete verdickte Randbereich der mittleren Lage keinen Stopper,
sondern ein Abstützelement bildet, und
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6 eine
Ansicht eines in 1 mit B bezeichneten Umfangsbereichs
eines erfindungsgemäßen verdickten Randbereichs
in Richtung des Pfeils C aus 1 gesehen.
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Die
in 1 teilweise dargestellte erfindungsgemäße
Zylinderkopfdichtung hat eine Dichtungsplatte 10 mit mehreren
Brennraumöffnungen 12 und Schraubenlöchern 14 für
den Durchtritt von Zylinderkopfschrauben, mit deren Hilfe die Zylinderkopfdichtung
zwischen einem Zylinderkopf und einem Motorblock eingespannt werden
kann. Weitere Elemente der Zylinderkopfdichtung, wie z. B. Durchgangsöffnungen
für Kühlwasser und Motoröl, wurden in 1 ebenso
weggelassen wie Abdichtsicken und diejenigen Elemente, welche die
Zylinderkopfdichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung aufweist.
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Bei
dieser Zylinderkopfdichtung könnte es sich um eine einlagige
metallische Flachdichtung handeln, die, wie vorstehend beschrieben,
keine Abdichtsicken aufweist, und deren Dichtungsplatte 10 im
Wesentlichen nur von einer einzigen nicht von einem Federstahlblech
gebildeten Stahlblechlage gebildet wird, welche um die Brennraumöffnungen 12 herum
Dichtelemente aufweist, die von verdickten, einen umgefalteten Falz
beinhaltenden Randbereichen der Stahlblechlage gebildet werden.
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Die 2 und 3 zeigen
einen solchen verdickten Randbereich 16 einer nicht von
einem Federstahlblech gebildeten Stahlblechlage 18, bei
der es sich um die einzige Lage der Dichtungsplatte 10, aber
auch um eine Lage einer mehrlagigen Dichtungsplatte 10 handeln
kann.
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In
den 2 und 3 wurde die originäre Blechdicke
der Stahlblechlage 18 mit ”X” bezeichnet. Gemäß den 2 und 3 rechts
des verdickten Randbereichs 16 liegt eine Brennraumöffnung 12. Der
Randbereich 16 umfasst einen die betreffende Brennraumöffnung 12 kreisringförmig
umschließenden Auflagebereich 20 der Stahlblechlage 18 und
einen auf diesen Auflagebereich umgefalteten, einen gleichfalls
kreisringförmigen Falz 22 bildenden Randstreifen
der Stahlblechlage 18, welcher, ausgehend von der zunächst
ebenen Stahlblechlage 18 zunächst um ungefähr
90° nach oben umgebogen wurde und so einen die Brennraumöffnung 12 umschließenden
Kragen bildet, worauf dieser Randstreifen zur Bildung des Falzes 22 um
weitere ca. 90° umgebogen und auf den Auflagebereich 20 umgefaltet wurde,
um so den in 2 dargestellten Falz 22 zu bilden.
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In
dem in 2 dargestellten Zustand des verdickten Randbereichs 16 ist
die Summe der Materialdicken des Auflagebereichs 20 und
des Falzes 22 noch gleich dem zweifachen der originären
Blechdicke X, d. h. die Summe der Materialdicken ist noch gleich
2·X. Außerdem geht der Auflagebereich 20 noch
eben in den angrenzenden Bereich der Stahlblechlage 18 über.
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Die 3 zeigt
den in 2 dargestellten Teil der Stahlblechlage 18 sowie
Bereiche eines Werkzeugunterteils 24 und eines Werkzeugoberteils 26 eines
Press- und Prägewerkzeugs, welches dazu verwendet werden
kann, den später den Falz 22 bildenden Randstreifen
der Stahlblechlage 18, nachdem er, wie vorstehend beschrieben,
zunächst nur kragenförmig hochgestellt wurde,
auf den Auflagebereich 20 herunterzubiegen und anschließend
(erfindungsgemäß jedoch in einem einzigen Verfahrensschritt)
die sich zunächst ergebende Dicke 2X des Randbereichs 16 durch
Prägen (Fließpressen) zu vermindern und die Stahlblechlage 18 am Übergang in
den Auflagebereich 20 mit einer in 3 gezeigten Abkröpfung 28 zu
versehen, und zwar derart, dass nach dem Präge- und Abkröpfvorgang
der verdickte Randbereich 16 eine in den 3 und 4 mit ”Y” bezeichnete
Materialdicke aufweist, welche kleiner als 2X ist, und dass der
verdickte Randbereich 16 über die beiden Hauptoberflächen
der Stahlblechlage 18 gleich weit übersteht.
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Während
in 3 der verdickte Randbereich 16 verhältnismäßig
realistisch im Schnitt dargestellt wurde, nämlich unter
Berücksichtigung der sich beim Fließpressen ergebenden
Materialverteilung, wurden in den im Folgenden noch zu beschreibenden 4 und 5 die
erfindungsgemäßen verdickten Randbereiche mehr
schematisch dargestellt.
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Die 4 zeigt
einen der 3 entsprechenden Schnitt (jedoch
ohne Werkzeugteile) durch eine dreilagige erfindungsgemäße
Zylinderkopfdichtung mit einer nicht von einem Federstahlblech gebildeten
Stahlblechlage 18 mit einem erfindungsgemäßen
verdickten Randbereich 16 sowie zwei sogenannten Funktionslagen 30 und 32,
zwischen welchen die Stahlblechlage 18 angeordnet ist.
Die Funktionslagen 30 und 32 bestehen aus einem
Federstahlblech und sie sind mit gegenläufig orientierten, in
Richtung auf die Stahlblechlage 18 vorspringenden, die
betreffende Brennraumöffnung 12 kreisringförmig
umschließenden höhenelastischen Abdichtsicken 34 und 36 versehen,
welche radial außerhalb des verdickten Randbereichs 16 der
Stahlblechlage 18 liegen und für die der Randbereich 16 einen
Verformungsbegrenzer (Stopper) bildet, welcher infolge der Abkröpfung 28 in
gleicher Weise für jede der beiden Sicken 34 und 36 wirkt.
Da auch bei der in 4 dargestellten Zylinderkopfdichtung der
verdickte Randbereich 16 erfindungsgemäß hergestellt
wurde, gilt auch für den Randbereich 16 dieser
Ausführungsform, dass die Summe Y der Materialdicken des
Auflagebereichs 20 und des Falzes 22 kleiner ist
als 2X, jedoch größer als die originäre
Blechdicke X der Stahlblechlage 18.
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Für
die in 5 (welche der 4 entspricht)
dargestellte weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Zylinderkopfdichtung wurden dieselben Bezugszeichen wie in 4 verwendet,
jedoch unter Hinzufügung eines Strichs, weshalb die Ausführungsform
gemäß 5 im Folgenden nur insoweit
beschrieben werden wird, als sie von der Ausführungsform
gemäß 4 abweicht.
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Bei
der Ausführungsform gemäß 5 erstreckt
sich der erfindungsgemäß hergestellte verdickte
Randbereich 16' der Stahlblechlage 18' von der
Brennraumöffnung 12' in radialer Richtung über die
Sicken 34' und 36' hinaus, mindestens aber bis
zu den der Stahlblechlage 18' zugewandten Kuppen dieser
Sicken, so dass bei dieser Ausführungsform der verdickte
Randbereich 16' keinen Verformungsbegrenzer (Stopper) für
die beiden Sicken bildet, sondern bei eingebauter Zylinderkopfdichtung
die beiden Sicken abstützt und zu einer Erhöhung
der auf die Sickenkuppen einwirkenden Pressungskräfte führt
(im Vergleich zur Ausführungsform gemäß 4).
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In
der Fachsprache liegt bei der Ausführungsform gemäß 4 der
vom verdickten Randbereich 16 gebildete Stopper im Hauptschluss
und liegen die Sicken 34 und 36 im Nebenschluss,
während bei der Ausführungsform gemäß 5 die
beiden Sicken 34' und 36' im Hauptschluss liegen.
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Das
erfindungsgemäß zum Herunterbiegen des Falzes 22 auf
den Auflagebereich 20 sowie zum Fließpressen des
Randbereichs 16 im Sinne einer Verminderung der Materialdicke
verwendete Press- und Prägewerkzeug 24, 26 kann
erfindungsgemäß so gestaltet sein, dass der Randbereich 16 in
seiner endgültigen Form ein Höhen- bzw. Dickenprofil
aufweist dergestalt, dass sich die Dicke des Randbereichs 16 längs
des Umfangs der betreffenden Brennraumöffnung 12 so ändert,
dass die bei eingebauter Zylinderkopfdichtung auf den Randbereich 16 einwirkenden
Pressungskräfte vergleichmäßigt werden.
In der eine Abwicklung des Umfangsabschnitts B (siehe 1)
des Randbereichs 16 darstellenden 6 wurde
ein solches Höhenprofil mit 40 bezeichnet. Durch
ein solches Höhenprofil kann den folgenden Umständen
Rechnung getragen werden: Da die auf die eingebaute Zylinderkopfdichtung
einwirkenden Pressungskräfte von den Zylinderkopfschrauben primär
punktuell aufgebracht werden und die Bauteile Motorblock und Zylinderkopf,
zwischen denen die Zylinderkopfdichtung eingespannt ist, nicht als
absolut starre Bauteile betrachtet werden können, nehmen
die auf einen erfindungsgemäßen verdickten Randbereich 16 einwirkenden
Pressungskräfte um die betreffende Brennraumöffnung 12 herum
in den zwischen den Schraubenlöchern 14 liegenden
Umfangsabschnitten mit wachsender Entfernung von den Schraubenlöchern
ab, wenn der verdickte Randbereich 16 überall
dieselbe Dicke aufweist; durch das in 6 dargestellte
Höhenprofil 40 lassen sich die auf den Randbereich 16 einwirkenden
Pressungskräfte jedoch längs des Randbereichs 16 vergleichmäßigen.
Durch eine Variation der Höhe bzw. Dicke des Randbereichs 16 längs
des letzteren lassen sich aber auch andere Einflüsse auf
die auf den Randbereich 16 einwirkenden Pressungskräfte
kompensieren, so z. B. örtlich unterschiedliche Bauteilsteifigkeiten
von Zylinderkopf und Motorblock, aber auch im Motorbetrieb auftretende örtlich
unterschiedliche axiale Wärmedehnungen vor allem des Motorblocks
in Richtung der Zylinderachsen bzw. der Achsen der Brennraumöffnungen 12.
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Ein
einen Falz beinhaltender Randbereich kann aber erfindungsgemäß alternativ
oder zusätzlich zu einem Höhen- bzw. Dickenprofil
entlang des Falzes, d. h. in Längsrichtung der Biegekante
zwischen Falz und Auflagebereich, in einem Schnitt quer zu dieser
Biegekante ein Höhen- bzw. Dickenprofil aufweisen, z. B.
zur Erzeugung eines balligen Randbereichs.
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Versuche
mit einem für die Herstellung einer Stahlblechlage 18 verwendeten
Stahlblech mit einer originären Blechdicke von 0,3 mm haben
gezeigt, dass sich sogenannte Falzbördel, d. h. umgefaltete Falze 22 mit
einer Breite von 2 mm gut herstellen lassen und sich die gesamte
Materialdicke des verdickten Randbereichs 16 durch Prägen
(Fließpressen) ohne Weiteres um größenordnungsmäßig
1/4 vermindern lässt, so dass bei Verwendung eines 0,3
mm dicken Blechs die endgültige Dicke des Randbereichs 16 nicht
0,6 mm, sondern nur 0,45 mm beträgt. Bei bevorzugten Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Flachdichtung ist also
die Summe der Materialdicken von Flansch und Auflagebereich um mindestens
ca. 20% kleiner als das zweifache der originären Blechdicke,
und die Breite des Falzes beträgt mindestens das fünf-
bis achtfache der originären Blechdicke der verwendeten
Stahlblechlage.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19939276
A [0007, 0008, 0009, 0011, 0011, 0013]