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Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Verbrennungsmotor aufweisend die Zylinderkopfdichtung.
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Aus der
DE 10 2009 045 577 A1 ist es bekannt, eine Stößelstangenführung eines Verbrennungsmotors durch einen Kontakt mit der Zylinderkopfdichtung zu halten.
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Allgemein bekannt ist eine Zylinderkopfdichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Eine derartige Zylinderkopfdichtung ist beispielsweise aus der
JP 10-061771 A bekannt.
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Bei Verbrennungsmotoren gemäß dem Stand der Technik kann es aus gießtechnischen und/oder fertigungstechnischen Gründen vorkommen, dass Betriebsmittelkanäle des Motorblockes mit korrespondierenden Betriebsmittelkanälen im Zylinderkopf nicht immer sauber fluchten. Des Weiteren besteht insbesondere beim modernen Verbrennungsmotor mit hoher Leistungsdichte generell das Problem, dass innerhalb eines Betriebsmittelkanales des Motorblockes oder innerhalb eines Betriebsmittelkanales des Zylinderkopfes lokal Überhitzungen auftreten können, wenn beispielsweise diese lokalen Stellen nicht optimal mit einem Betriebsmittel, z. B. einem Kühlmedium, angeströmt oder durchströmt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine bekannte gattungsgemäße Zylinderkopfdichtung derart weiterzubilden, dass die Kühlung eines Verbrennungsmotors verbessert werden kann.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zylinderkopfdichtung anzugeben, mit der Betriebsmittelströmungen innerhalb von Betriebsmittelkanälen des Zylinderkopfes oder des Motorblockes optimierbar beeinflussbar sind.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor mit einer verbesserten Kühlung und/oder einer verbesserten Betriebsmittelführung innerhalb des Motorblockes und/oder des Zylinderkopfes zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgaben werden hinsichtlich der Zylinderkopfdichtung mit einer Zylinderkopfdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 angegeben.
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Die Aufgaben hinsichtlich des Verbrennungsmotors werden mit einem Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung besitzt zumindest eine Dichtlage, die sich in einer Dichtungsebene E erstreckt, wobei die Dichtlage zumindest eine Durchgangsöffnung für Betriebsmittel eines Verbrennungsmotors aufweist. Die Durchgangsöffnung ist zur fluidischen Verbindung von korrespondierenden Betriebsmittelkanälen eines Zylinderkopfes und eines Zylinderblockes eines Verbrennungsmotors ausgebildet. Eine solche Zylinderkopfdichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfdichtung zumindest eine Strömungsleiteinrichtung umfasst, wobei sich die Strömungsleiteinrichtung aus der Dichtungsebene E hervorstehend von der zumindest einen Dichtlage weg erstreckt und im montierten Zustand der Zylinderkopfdichtung, das heißt im bestimmungsgemäß montierten Zustand zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, ein Stück in einen Betriebsmittelkanal des Zylinderblocks und/oder in den Betriebsmittelkanal des Zylinderkopfes hineinragt und derart eingerichtet und ausgebildet ist, dass mittels der Strömungsleiteinrichtung eine Betriebsmittelströmung innerhalb des Betriebsmittelkanals des Zylinderkopfs und/oder innerhalb des Betriebsmittelkanals des Zylinderblocks umlenkbar ist.
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Die Erfindung gibt somit eine Zylinderkopfdichtung an, mittels der z. B. die Kühlung eines Verbrennungsmotors in benachbarten Motorkomponenten, z. B. im Zylinderkopf oder im Zylinderblock beeinflussbar und verbesserbar ist. Die Erfindung nutzt die Tatsache, dass Betriebsmittelkanäle im Zylinderblock oder im Zylinderkopf außerhalb von Durchgangsöffnungen, von der Zylinderkopfdichtung abgedeckt werden. In diesen Bereichen stellt die Zylinderkopfdichtung gemäß der Erfindung in Form einer Strömungsleiteinrichtung Mittel zur Verfügung, mit denen es möglich ist, Strömungen innerhalb der Betriebsmittelkanäle des Zylinderblocks und/oder des Zylinderkopfs zu beeinflussen. Solche erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtungen können ohne weiteres bei sogenannten "open deck"-Motoren eingesetzt werden, die beispielsweise über einen Kühlmittelkanal verfügen, der zur Zylinderkopfdichtung hin auch außerhalb von speziell dafür vorgesehenen Durchtrittsöffnungen offen ist. Die Erfindung kann aber auch bei sogenannten "closed deck"-Motoren eingesetzt werden, bei denen der Kühlmantel im Zylinderblock zur Zylinderkopfdichtung mit Ausnahme der Durchgangsöffnungen geschlossen ist, wenn für die Strömungsleiteinrichtung der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung entsprechende Öffnungen in einer Deckplatte des Zylinderblockes vorgesehen sind.
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Mit einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung ist es mit Vorteil möglich, die Strömungsleiteinrichtung derart auszubilden und anzuordnen, dass der Kühlmittelstrom in einem Zylinderkopf oder in einem Zylinderblock gezielt an eine heiße Bauteilwand des Zylinderblockes oder des Zylinderkopfes gelenkt wird und somit die Kühlung verbessert wird. Neben der Umlenkung der Betriebsmittelströmung durch die Strömungsleiteinrichtung kann die Strömungsleiteinrichtung auch so geformt bzw. positioniert sein, dass der Betriebsmittelkanal im Zylinderkopf und/oder im Zylinderblock lokal verengt wird, was zu einer lokalen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Betriebsmittels führt und dazu dienen kann, Wärme schneller und besser abzuführen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Strömungsleiteinrichtung um ein Maß d von der Zylinderkopfdichtung weg in den Betriebsmittelkanal des Zylinderkopfes und/oder des Zylinderblockes hinein, wobei das Maß d bevorzugt mindestens der Dicke D der Zylinderkopfdichtung entspricht.
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Unter der Dicke D der Zylinderkopfdichtung ist die sogenannte Einbaudicke der Zylinderkopfdichtung zu verstehen. Als Einbaudicke D ist die Dicke der Zylinderkopfdichtung am Rand des Brennraums im gepressten, das heißt im eingebauten und mit den vorschriftsmäßigen Drehmomenten der Zylinderkopfschrauben angezogenen Zustand, zu verstehen. Die Einbaudicke berechnet sich im Regelfall als Summe der nominalen Blechdicken aller beteiligten Dichtlagen und der nominalen Stopperdicke von eventuell vorhandenen Stoppern. Dieses Maß ist auf jeder technischen Zeichnung einer Zylinderkopfdichtung zu finden und ist eine charakteristische Größe für eine Zylinderkopfdichtung.
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Insbesondere wenn die Strömungsleiteinrichtung beispielsweise in einen Kühlmittelmantel des Zylinderblocks hineinragt, macht es Sinn, das Maß d derart zu wählen, dass Heißbereiche von Zylinderwandungen, beispielsweise im Bereich des Feuerbundes bevorzugt mit Kühlmedium an- und umströmbar sind. Hierbei kann es zweckmäßig sein, das Maß d beispielsweise so groß zu wählen, dass es in etwa dem Hub eines Kolbens des Verbrennungsmotors entspricht, in dem die Zylinderkopfdichtung eingesetzt werden soll.
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In besonders bevorzugter Art und Weise beträgt das Maß d etwa 1/10 bis 1/3 des Hubes der Kolben des Verbrennungsmotors, in dem die Zylinderkopfdichtung zum Einsatz kommen soll. Mit diesen Maßnahmen ist sichergestellt, dass in den insbesondere heißen Bereichen der Zylinderwandungen eine optimale Anströmung der Zylinderwandungen mit Kühlmittel erreichbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zylinderkopfdichtung mehrlagig mit zumindest einer Blocklage und zumindest einer Kopflage ausgebildet, wobei die Strömungseinrichtung als Leitblech ausgebildet ist, welches aus der Blocklage herausgebogen ist und im montierten Zustand der Zylinderkopfdichtung in den Betriebsmittelkanal des Zylinderblockes ragt oder welches aus der Kopflage heraus gebogen ist und im montierten Zustand der Zylinderkopfdichtung in den Betriebsmittelkanal des Zylinderkopfes hineinragt. Diese Art und Weise der zur Verfügungsstellung des Strömungsleitmittels ist in besonders einfacher Art und Weise realisierbar. Das Strömungsleitmittel ist aus einer Lage der Zylinderkopfdichtung selbst gebildet, sodass kein Zusatzteil notwendig ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Strömungsleiteinrichtung als separates Einzelteil ausgebildet, welches mit der Blocklage oder mit der Kopflage oder mit einer zwischen der Blocklage und der Kopflage angeordneten Mittellage verbunden, z. B. verschweißt, vernietet, verclincht oder anderweitig geeignet befestigt ist.
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Mit einer derartigen Lösung können in einfacher Art und Weise Strömungsleiteinrichtungen vorgefertigt werden und an geeigneten Stellen an der Zylinderkopfdichtung befestigt werden, ohne dass ein Stanzwerkzeug für die Zylinderkopfdichtung geändert werden muss, falls es sich als erforderlich erweist, dass an einer bestimmten Stelle eine Strömungsleiteinrichtung vorzusehen ist.
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In einer Bauausführung besitzt die Strömungsleiteinrichtung eine Haltebasis, mittels der die Strömungsleiteinrichtung in einer Ausnehmung der Zylinderkopfdichtung sitzt und im montierten Zustand mittels Federarmen, die aus einer der Dichtungslagen der Zylinderkopfdichtung gebildet sind, federnd vorgespannt gegen eine Anlagefläche des Zylinderkopfes oder gegen eine Anlagefläche des Zylinderblockes gesetzt ist. In dieser Ausführungsform gelingt es, einen besonders guten Wärmeübergang von der Anlagefläche des Zylinderkopfes oder der Anlagefläche des Zylinderblockes in die Strömungsleiteinrichtung zu bewerkstelligen.
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Zweckmäßigerweise kann die Strömungsleiteinrichtung mindestens einen Leitabschnitt aufweisen, welcher mit der Haltebasis verbunden ist und insbesondere in das strömende Betriebsmittel innerhalb des Betriebsmittelkanals des Zylinderblocks und/oder des Zylinderkopfs hineinragt. Mit dieser Art der Ausbildung der Strömungsleiteinrichtung wirkt die Strömungsleiteinrichtung zusätzlich als Wärmeübertragungseinrichtung und kann Wärme von der Anlagefläche in das Betriebsmedium übertragen.
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Hierzu ist insbesondere bevorzugt, die Strömungsleiteinrichtung im montierten Zustand der Zylinderkopfdichtung im Bereich ihrer Haltebasis in thermisch leitenden Kontakt mit dem Zylinderkopf und/oder dem Zylinderblock zu bringen, um einen guten Wärmeübergang zu gewährleisten.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, die Strömungsleiteinrichtung derart auszubilden und anzuordnen, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Betriebsmittels im Betriebsmittelkanal zumindest lokal erhöht wird. Hierdurch kann die Betriebsmittelströmung neben einer Umlenkung auch eine geänderte Strömungsgeschwindigkeit erfahren, sodass das Erreichen oder sichere Durchströmen von Totecken des Betriebsmittelkanals möglich ist.
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Es kann vorteilhaft sein, der Strömungsleiteinrichtung mehrere Strömungsleitabschnitte zuzuordnen, um beispielsweise bei besonders heißen Stellen einen guten Wärmeübergang und eine hohe Wärmeübertragung von Anlageflächen des Zylinderkopfes oder des Zylinderblockes in den Betriebsmittelkanal des jeweils anderen Bauteiles (Zylinderblock oder Zylinderkopf) zu gewährleisten.
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Es ist möglich, die Strömungsleiteinrichtung in einem ölführenden oder in einen kühlmittelführenden Betriebsmittelkanal des Zylinderkopfs oder des Zylinderblocks hineinragen zu lassen.
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Auch kann es zweckmäßig sein, die Strömungsleiteinrichtung in einem Schnitt parallel zur Dichtungsebene E einen gebogenen Verlauf zu geben, um optimal an die Strömung, die in dem Bereich in dem die Strömungsleiteinrichtung in den Betriebsmittelkanal hineinragt, angepasst zu werden.
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Weiterhin wird die Aufgabe hinsichtlich des Verbrennungsmotors dadurch gelöst, dass in einem Verbrennungsmotor eine Zylinderkopfdichtung wie vorbeschrieben eingebaut ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1: stark schematisiert eine Zylinderkopfdichtung in einer bestimmungsgemäßen Einbausituation zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf einer Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors;
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2: eine Draufsicht auf einen Zylinderblock in einer sogenannten "open-deck"-Bauart;
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3a: eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung (schematisch);
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3b: eine Draufsicht auf die Zylinderkopfdichtung gemäß
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3a (durchgezogene Linie) aufgelegt auf einen Zylinderblock gemäß 2 (gestrichelte Linie);
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4a: eine perspektivische geschnittene Detailansicht entlang der Linie A-A aus 3b betreffend die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
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4b: eine perspektivische geschnittene Ansicht auf die Ausführungsform der Zylinderkopfdichtung gemäß 4a in einem Einbauzustand;
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5a: eine perspektivische geschnittene Detailansicht entlang der Linie A-A aus 3b betreffend eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
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5b: eine perspektivische geschnittene Ansicht auf die Ausführungsform der Zylinderkopfdichtung gemäß 5a in einem Einbauzustand;
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6a: eine perspektivische geschnittene Detailansicht entlang der Linie A-A aus 3b betreffend eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
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6b: eine perspektivische geschnittene Ansicht auf die Ausführungsform der Zylinderkopfdichtung gemäß 6a in einem Einbauzustand;
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7a: eine perspektivische geschnittene Detailansicht entlang der Linie A-A aus 3b betreffend eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
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7b: eine perspektivische geschnittene Ansicht auf die Ausführungsform der Zylinderkopfdichtung gemäß 7a in einem Einbauzustand;
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8a: eine perspektivische geschnittene Detailansicht entlang der Linie A-A aus 3b betreffend eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
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8b: eine perspektivische geschnittene Ansicht auf die Ausführungsform der Zylinderkopfdichtung gemäß 8a in einem Einbauzustand.
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1 zeigt eine typische und bestimmungsgemäße Einbausituation einer Zylinderkopfdichtung 1 in einer Hubkolbenmaschine, z. B. einem Verbrennungsmotor 2. Der Verbrennungsmotor 2 besitzt einen Zylinderblock 3 und einen Zylinderkopf 4. Im bestimmungsgemäß montierten Zustand sitzt die Zylinderkopfdichtung 1 zwischen dem Zylinderblock 3 und dem Zylinderkopf 4. Die Zylinderkopfdichtung 1 bildet dabei eine Dichtungsebene E.
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2 zeigt eine Draufsicht auf einen Zylinderblock 3. Der Zylinderblock 3 besitzt eine Dichtungsfläche 5. Weiterhin weist der Zylinderblock 3 im Ausführungsbeispiel gemäß 2 insgesamt drei Zylinderbohrungen 6 auf, in denen Kolben in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der 2 translatorisch verschieblich sitzen. Die Zylinderbohrungen 6 sind von einer Zylinderwandung 7 begrenzt. Der Zylinderblock 3 weist in der Ausführungsform gemäß 2 einen zur Dichtungsebene E bzw. zur Dichtungsfläche 5 hin offenen Betriebsmittelkanal 8 auf. Der Betriebsmittelkanal 8 ist ein Kühlmittelkanal für ein Kühlmedium, z. B. Kühlwasser.
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Weiterhin besitzt der Zylinderblock 3 eine Vielzahl von Befestigungsöffnungen 9, in die beispielsweise Zylinderkopfschrauben eindrehbar sind, sodass der Zylinderkopf 4 unter Zwischenlage der Zylinderkopfdichtung 1 mit dem Zylinderblock 3 verbunden werden kann.
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Weiterhin besitzt der Zylinderblock 3 mindestens einen weiteren Betriebsmittelkanal 10, der z. B. ein Druckölkanal ist. Über den Betriebsmittelkanal 10 ist unter Druck strömendes Schmiermittel, z. B. Motoröl, aus dem Zylinderblock 3 über geeignete Durchgangsöffnungen der Zylinderkopfdichtung 1 in den Zylinderkopf 4 leitbar. Weiterhin kann der Zylinderblock 3 Rücklaufkanäle 11 besitzen, durch die Öl aus dem Zylinderkopf 4 in den Zylinderblock 3 zurückfließen kann. Der Betriebsmittelkanal 8 ist mit einem Kühlmedium, z. B. Kühlwasser, gefüllt und wird von diesem entlang der Pfeilrichtungen 12a, z. B. längs durchströmt. Ein Kühlmittelzufluss und ein Kühlmittelabfluss sind in der Darstellung gemäß 2 nicht sichtbar. Aufgrund von gießtechnisch oder konstruktiv nicht vermeidbaren geometrischen Randbedingungen kann es dazu kommen, dass der Kühlmittelstrom 12 an bestimmten Stellen verlangsamt wird oder gestört ist. Eine solche Stelle ist schematisch und beispielhaft mit dem Pfeil 13 in Form einer Verwirbelung dargestellt. An solchen Stellen, an denen Verwirbelungen oder Strömungsstörungen auftreten können, kann es lokal zu Überhitzungen und zu einer verschlechterten Kühlung von heißen Bauteilen oder Bereichen des Zylinderblockes 3 und/oder des Zylinderkopfes 4 kommen. In solchen Bereichen wird somit Wärme durch das Kühlmittel nicht mehr ausreichend oder zumindest schlechter als notwendig abgeführt, was zu einer lokalen Überhitzung des Zylinderkopfes 4 und/oder des Zylinderblockes 3 an entsprechenden Stellen führen kann. Dies kann so weit gehen, dass Dampfblasen entstehen, die eine Kühlung stark vermindern oder gar verhindern, was zu unerwünschten Schäden am Zylinderblock 3, am Zylinderkopf 4 oder an der Zylinderkopfdichtung 1 führen kann. Derartige Schäden können z. B. Kavitationsschäden an der Zylinderkopfdichtung 1 und/oder an Motorbauteilen sein.
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Die Problematik von gestörten Betriebsmittelströmungen ist am Beispiel eines Zylinderblockes 3 in 2 erläutert worden. Selbstverständlich können derartige Probleme auch im Zylinderkopf 4 auftreten.
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Zur Lösung derartiger Problemstellungen weist eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung 1, die in 3a beispielhaft in einer Draufsicht dargestellt ist, zumindest eine Strömungsleiteinrichtung 20 auf, welche sich von der Zylinderkopfdichtung 1 weg erstreckt und ein Stück in einen Betriebsmittelkanal 8 oder 10, z. B. einen Kühlmittelkanal des Zylinderblocks 3 und/oder des Zylinderkopfs 4 hineinragt.
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Im gezeigten Beispiel gemäß 3a weist die Zylinderkopfdichtung 1 zwei derartige Strömungsleiteinrichtungen 20 auf. Selbstverständlich ist es möglich, auch mehrere derartige Strömungsleiteinrichtungen 20, insbesondere mehr als zwei derartiger Strömungsleiteinrichtungen 20, vorzusehen. Die Zeichenebene der 3a ist im gezeigten Beispiel die Dichtungsebene E. Die Zylinderkopfdichtung 1 weist korrespondierend zu den Zylinderbohrungen 6 des Zylinderblockes 3 Zylinderöffnungen 106 auf. Korrespondierend zu den Befestigungsöffnungen 9 des Zylinderblockes 3 weist die Zylinderkopfdichtung 1 Durchgangsöffnungen 109 auf, durch die beispielsweise Zylinderkopfschrauben steckbar sind. Die Zylinderkopfdichtung 1 weist zudem mindestens eine, bevorzugt mehrere Durchgangsöffnungen 108 auf, durch die ein Betriebsmittel, z. B. ein Kühlmittel vom Kühlmittelkanal 8 durch die Zylinderkopfdichtung 1 hindurch in den Zylinderkopf 4 überströmen kann.
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Entsprechende Durchgangsöffnungen für andere Betriebsmittel, beispielsweise Schmiermittel, können ebenfalls vorhanden sein. Beispielhaft seien hierfür Druckölöffnungen 110 und Ölrücklauföffnungen 111 genannt.
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Die Zylinderkopfdichtung 1 ist in den nachfolgend aufgeführten beispielhaften Ausführungsformen als mehrlagige Zylinderkopfdichtung mit einer dem Zylinderkopf 4 zugewandten Kopflage 50 (erste Dichtungslage) und einer dem Zylinderblock 3 zugewandten Blocklage 51 (zweite Dichtungslage) ausgebildet. Derartige mehrlagige Zylinderkopfdichtungen können weitere Dichtungslagen, beispielsweise Mittellagen (nicht gezeigt) oder zumindest eine Stopperlage 52, besitzen. Die Erfindung ist weiterhin nicht auf mehrlagige Zylinderkopfdichtungen beschränkt. Sie kann auch auf einlagige Zylinderkopfdichtungen angewendet werden.
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3b zeigt in durchgezogenen Linien die Zylinderkopfdichtung 1 gemäß 3a, welche auf die Dichtungsfläche 5 des Zylinderblocks 3 aufgelegt ist. Der Zylinderblock 3 ist dabei größten Teils von der Zylinderkopfdichtung 1 verdeckt und deswegen überwiegend in gestrichelten Linien gezeichnet.
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Die Strömungsleiteinrichtung 20 ist schematisch und vereinfacht als Lasche ausgebildet, welche sich senkrecht zur Zeichenebene der 3b in den Kühlmittelkanal 8 des Zylinderblockes 3 hinein erstreckt. Anhand der Pfeile 12a ist in der 3b schematisch angedeutet, dass die Strömungsleiteinrichtung 20 die Kühlmittelströmung 12 ablenkt und an eine an die heiße Zylinderwandung 7 des Zylinderblockes 3 anschmiegend umlenkt. Dies ist in 3b beispielhaft an einer Stelle dargestellt. Selbstverständlich ist es möglich, mittels einer Mehrzahl von Strömungsleiteinrichtungen 20 die Kühlmittelströmung 12 (Pfeile 12a) auch an anderen gegebenenfalls erforderlichen Stellen vorzusehen, um diese Strömung umzuleiten oder abzulenken.
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In 4a ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung 1 dargestellt. Eine solche Zylinderkopfdichtung 1 weist beispielsweise eine Kopflage 50 und eine Blocklage 51 als Dichtungslagen auf. Die Strömungsleiteinrichtung 20 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 4a als abgewinkeltes Blechbauteil mit einem ersten Schenkel 53 und einem zweiten Schenkel 54 ausgebildet. Der erste Schenkel 53 ist beispielsweise mit der Blocklage 51 verbunden. Der zweite Schenkel 54 steht aus der Ebene E, insbesondere von der Blocklage 51 um ein Maß d ab und ist dazu vorgesehen, in einen Betriebsmittelkanal, insbesondere einen Kühlmittelkanal 8 (vergleiche 4b) hineinzuragen. Der zweite Schenkel 54 wirkt im eingebauten Zustand der Zylinderkopfdichtung 1 somit wie eine Leitschaufel für ein Betriebsmittel, z. B. ein Kühlfluid, welches im Betriebsmittelkanal 8, beispielsweise dem Kühlmittelkanal, fließt. Hierdurch kann wenigstens die Strömungsrichtung eines Betriebsmittels, z. B. eines Kühlmittels, beeinflusst werden. Die Befestigung der Strömungsleiteinrichtung 20, insbesondere die Befestigung des ersten Schenkels 53 an einer der Zylinderkopfdichtungslagen (Blocklage 51 oder Kopflage 50) kann mittels üblicher Befestigungsverfahren, z. B. mittels Kleben, Schweißen, Clinchen oder dergleichen, erfolgen.
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In den 5a, 5b ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung 1 dargestellt. Die Zylinderkopfdichtung 1 besitzt wie die vorbeschriebene Ausführungsform eine Kopflage 50 und eine Blocklage 51 als Dichtungslagen. In der Ausführungsform gemäß 5a ist die Strömungsleiteinrichtung 20, insbesondere der Schenkel 54 aus der Blocklage 51 herausgebogen ausgebildet und zum Hineinragen in einen Betriebsmittelkanal, z. B. den Kühlmittelkanal 8 des Zylinderblocks 3, vorgesehen. Der Schenkel erstreckt sich um das Maß d von der Zylinderkopfdichtung 1, insbesondere von der Blocklage 51 weg.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung 1 gemäß 6a und 6b besitzt die Strömungsleiteinrichtung 20 im Querschnitt etwa eine T-Form. Die Strömungsleiteinrichtung 20 ist dabei aus zwei L-förmigen Blechbauteilen zusammengesetzt, wobei erste Schenkel 53a, 53b der Strömungsleiteinrichtung 20 in einer Aussparung 55 der Kopflage 50 angeordnet sind. Die Blocklage 51 weist im Bereich der Aussparung 55 Federarme 56 auf, die mit den ersten Schenkeln 53a, 53b der Strömungsleiteinrichtung 20 zusammenwirken und diese federnd vorgespannt gegen einen Wandungsabschnitt 57 des Zylinderkopfes 4 drücken können oder im eingebauten Zustand der Zylinderkopfdichtung 1 gegen diesen Wandungsabschnitt 57 drücken. Die Schenkel 53a, 53b bilden eine Haltebasis der Strömungsleiteinrichtung 20.
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Zweite Schenkel 54a, 54b liegen flächig aneinander an und ragen mit dem Maß d in den Betriebsmittelkanal 8, insbesondere den Kühlmittelkanal 8 von der Zylinderkopfdichtung 1 weggehend hinein. In dieser Ausführungsform ist die Strömungsleiteinrichtung 20 somit als Zusammenbauteil zweier Blechbiegeteile ausgebildet, wobei die zweiten Schenkel 54a, 54b einen Leitabschnitt der Strömungsleiteinrichtung bilden, der mit der Haltebasis verbunden ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung 1 gemäß 7a, 7b ist die Strömungsleiteinrichtung 20 dreiteilig mit insgesamt drei zweiten Schenkeln 54, 54a und 54b ausgebildet. Die zweiten Schenkel 54, 54a und 54b sind gabelförmig beabstandet zueinander angeordnet und wirken als Wärmeübertragungsrippen bzw. Kühlrippen. Sie ragen mit dem Maß d in den Betriebsmittelkanal des Zylinderblocks 3 hinein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn von den ersten Schenkeln 53a, 53b Wärme vom Zylinderkopf 4 in das Kühlmittel des Kühlmittelkanals 8 eingetragen werden soll. An diesem Beispiel wird besonders deutlich, dass die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung aufweisend die Strömungsleiteinrichtung 20 zum einen zur Beeinflussung der Strömung im Betriebsmittelkanal, insbesondere im Kühlmittelkanal 8, geeignet ist. Außerdem kann die Strömungsleiteinrichtung 20 zweckmäßigerweise auch als Wärmeübertragungsglied oder Wärmeeintragungsglied von Wärme in ein in einem Betriebsmittelkanal strömenden Betriebsmedium dienen. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Schenkel 53, 53a, 53b mit einem heißen Wandungsbauteil des Zylinderkopfes 4 oder auch des Zylinderblockes 3 in innigen wärmeleitenden Kontakt gebracht werden, sodass Wärme über die Strömungsleiteinrichtung 20 und die Schenkel 54, 54a, 54b in das Kühlmedium abgegeben werden kann. Vergleichbar zum Ausführungsbeispiel gemäß den 6a, 6b sitzen die zweiten Schenkel 54a, 54b in der Aussparung 55 der Zylinderkopfdichtung 1. Die Federarme 56 drücken die Schenkel 53a, 53b im eingebauten Zustand gemäß 7a vergleichbar zum Ausführungsbeispiel gemäß der 6a und 6b gegen einen heißen Wandungsabschnitt 57 zum Beispiel des Zylinderkopfes 4.
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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung 1 zeigen 8a und 8b, wobei die Strömungsleiteinrichtung 20 im Querschnitt T-förmig ausgebildet ist und einteilig z. B. als Stranggussteil ausgebildet ist. Die Strömungsleiteinrichtung 20 besitzt einen zweiten Schenkel 54 und zwei erste Schenkel 53a, 53b welche einstückig ausgebildet sind. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform gemäß 8a, 8b der Ausführungsform gemäß 6a, 6b.
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Bei der Erfindung ist von besonderem Vorteil, dass eine Zylinderkopfdichtung 1 durch das Vorsehen der Strömungsleiteinrichtung 20 in ihrem Funktionsumfang dahingehend erweitert werden kann, dass ein Kühlmittelstrom oder allgemein gesagt ein Betriebsmittelstrom in einem Betriebsmittelkanal des Zylinderkopfes oder des Zylinderblocks zumindest hinsichtlich seiner Strömungsrichtung beeinflussbar ist. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, einen Kühlmittelstrom in einem Kühlmittelkanal 8 gezielt an eine heiße Bauteilwand, z. B. des Zylinderkopfes 4 oder des Zylinderblockes 3, zu lenken. Dies kann vorteilhaft sein, beispielsweise Totwassergebiete oder Verwirbelungen des Kühlmittels, welche zu lokal ungenügender Kühlung führen können, zu vermindern oder zu vermeiden.
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Die Strömungsleiteinrichtung 20 kann dabei in besonders einfacher Art und Weise aus einer Dichtungslage, z. B. einer Kopflage 50 oder einer Blocklage 51 herausgebogen sein und aus der Dichtungsebene E in den Betriebsmittelkanal, z. B. den Kühlmittelkanal 8, hineinragen.
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In weiter Ausführungsform kann die Strömungsleiteinrichtung 20 auch als Einzelteil ausgebildet sein und mit einem Schenkel an einer blockseitigen Blocklage 51 oder einer kopfseitigen Kopflage 50 der Zylinderkopfdichtung 1 befestigt sein. Als Befestigung kommt beispielsweise das Clinchen, das Nieten, das Schweißen, das Kleben oder dergleichen infrage.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Strömungsleiteinrichtung 20 als separates Einzelbauteil ausgebildet und kann in eine geeignete Aussparung 55 der Zylinderkopfdichtung 1 eingesetzt sein. Aus einer Dichtungslage, z. B. der Kopflage oder der Blocklage 50, 51 sind Federarme 56 gebildet, mittels denen die Strömungsleiteinrichtung 20 ausgebildet als Einsatzteil gehalten werden kann.
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In zweckmäßiger Art und Weise ist die Strömungsleiteinrichtung 20, insbesondere deren von der Zylinderkopfdichtung 1 abstehender Schenkel so geformt und positioniert, dass ein Betriebsmittel in einem Betriebsmittelkanal, z. B. ein Kühlmittel in einen Kühlmittelkanal 8 hinsichtlich seiner Strömungsrichtung beeinflussbar ist. Insbesondere kann der Kühlmittelkanal 8 oder allgemein gesagt der Betriebsmittelkanal lokal verengt sein, sodass eine lokale Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des im Betriebsmittelkanal fließenden Betriebsmittels erreichbar ist. Dies kann dazu dienen, die Wärme schneller und besser abzuführen.
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Es bietet sich an, die Strömungsleiteinrichtung 20, insbesondere deren in den Betriebsmittelkanal, z. B. den Kühlmittelkanal 8 hineinragenden Teil derart auszubilden, dass die Strömungsleiteinrichtung 20 als Kühlelement wirkt. Hierdurch ist es besonders vorteilhaft möglich, von heißen Bauteilwandungen, z. B. des Zylinderkopfs 4 oder des Zylinderblocks 3 Wärme in ein Kühlmittel abzuleiten. Diese Wärme wird über die Strömungsleiteinrichtung 20 in das Kühlmittel eingeleitet und von dem Kühlmittel abgeführt. In diesem Fall wirkt die Strömungsleiteinrichtung 20 auch als zumindest eine Kühlrippe. Durch das Vorsehen mehrerer Strömungsleiteinrichtungen 20 beziehungsweise mehrerer Schenkel einer Strömungsleiteinrichtung 20 kann der Wärmeübertrag in das Kühlmittel verbessert werden.
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Sofern die Strömungsleiteinrichtung 20 auch zum Zwecke der Wärmeabfuhr genutzt werden soll, empfiehlt sich eine Ausbildung der Strömungsleiteinrichtung 20 aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff, z. B. Kupfer, Aluminium oder Legierungen enthaltend Kupfer oder Aluminium.
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Sofern es die lokalen Temperaturbelastungen erlauben, kann die Strömungsleiteinrichtung 20 auch aus einem Kunststoff oder aus anderen nicht-metallischen Werkstoffen ausgebildet sein.
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Die Strömungsleiteinrichtung 20 beziehungsweise eine Zylinderkopfdichtung aufweisend eine Strömungsleiteinrichtung 20 kann auch zur Beeinflussung des Stromes an Rücklauföl z. B. vom Zylinderkopf 4 zurück in den Zylinderblock 3 verwendet werden. Ein derartiger Anwendungsfall kann beispielsweise vorliegen, wenn zwischen Ölrücklauföffnungen des Zylinderkopfs 4 und des Zylinderblocks 3 ein Versatz oder eine Stufe vorhanden ist. Ein solcher Versatz oder eine solche Stufe ist aus fertigungstechnischen Gründen nicht immer vermeidbar. Für einen solchen Fall kann eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung 1 aufweisend die Strömungsleiteinrichtung 20 mit Vorteil eingesetzt werden, um beispielsweise von einem Ölrücklaufkanal des Zylinderkopfes 4 in einen Ölrücklaufkanal des Zylinderblocks 3 überzuleiten und so einen Rückstau z. B. des Rücklauföles vermeiden helfen.
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Hinsichtlich des Maßes d ist es zweckmäßig, dass das Maß d zumindest so groß gewählt wird, dass die in den Betriebsmittelkanal 8 hinein ragenden Schenkel der Strömungsleiteinrichtung 20 in ausreichend großem Maße auf die im Betriebsmittelkanal 8 herrschende Betriebsmittelströmung Einfluss nehmen können. Beim üblichen Einsetzen in Verbrennungsmotoren erscheint es zweckmäßig, das Maß d jedenfalls größer als einige Millimeter, insbesondere größer als 3 mm zu wählen. Insbesondere ist es zweckmäßig, das Maß d so auszulegen, dass es etwa mindestens 1/10 bis 1/3 des Hubes der Kolben des Verbrennungsmotores, in dem die Zylinderkopfdichtung 1 gemäß der Erfindung zum Einsatz kommen soll, beträgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkopfdichtung
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Zylinderblock
- 4
- Zylinderkopf
- 5
- Dichtungsfläche
- 6
- Zylinderbohrungen
- 7
- Zylinderwandung
- 8
- Kühlmittelkanal
- 9
- Befestigungsöffnung
- 10
- Druckölkanal
- 11
- Rücklaufkanäle
- 12
- Kühlmittelstrom
- 12a
- Pfeil
- 13
- Pfeil
- 20
- Strömungsleiteinrichtung
- 50
- Kopflage (erste Dichtungslage)
- 51
- Blocklage (zweite Dichtungslage)
- 52
- Stopperlage
- 53, 53a, 53b
- erste Schenkel
- 54, 54a, 54b
- zweite Schenkel
- 55
- Aussparung
- 56
- Federarme
- 57
- Wandungsabschnitt
- 106
- Zylinderöffnungen
- 108, 109
- Durchgangsöffnungen
- 110
- Druckölöffnungen
- 111
- Ölrücklauföffnungen
- E
- Zylinderkopfdichtungsebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009045577 A1 [0002]
- JP 10-061771 A [0003]
