Ausgehend
von einer Flachdichtung mit einer Dichtungsplatte, welche mindestens
eine Metallblechlage aufweist, die mit wenigstens einem Positionierloch
für den
Durchtritt eines stift- oder hülsenförmigen,
in einer Bohrung eines Maschinenbauteils gehaltenen Positionierelements
versehen ist, dessen Außenumfang
zum Zusammenwirken mit dem Rand des Positionierlochs zwecks Justierung
der Dichtung auf einer vom Positionierelement überragten Dichtfläche des
Maschinenbauteils vorgesehen ist, lag der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine solche Flachdichtung so zu gestalten, daß sie nach
dem Aufstecken auf das Positionierelement an diesem hinreichend
sicher gehalten wird, andererseits jedoch kein Element zum Sichern
der Flachdichtung am Positionierelement aufweist, welches im Zuge
des Einspannens der Flachdichtung zwischen Dichtflächen von Maschinenbauteilen
einen Ausweichraum in einer dieser Dichtflächen benötigt oder gar ein sattes Anlegen
der Dichtung an die Dichtflächen
behindert.
Erfindungsgemäß läßt sich
diese Aufgabe durch die Kombination folgender Merkmale lösen:
- (a) der bei im Bereich des Positionierlochs
ebener Blechlage gemessene originäre Durchmesser des Positionierlochs
ist gleich groß wie
oder geringfügig
größer als
der Durchmesser des Positionierelements;
- (b) die Blechlage ist radial außerhalb eines Abschnitts des
Positionierlochrands an einer Trennstelle derart durchgetrennt,
daß sich
zwischen dem Lochrandabschnitt und der Trennstelle ein stegartiges Segment
der Blechlage ergibt, welches an den Stegenden in die eigentliche
Blechlage übergeht,
und
- (c) das Segment ist zwischen den Stegenden aus der von der Blechlage
definierten Ebene derart herausgebogen, daß in einer Draufsicht auf die Blechlage
der Durchmesser des Positionierlochs zwischen dem Segment und einem
diesem diagonal gegenüberliegenden
Abschnitt des Lochrands kleiner als der Durchmesser des Positionierelements
ist.
Bei
einer erfindungsgemäßen Flachdichtung wird
im Zuge des Hochbiegens des an seinen Enden oder Wurzeln von der
Blechlage festgehaltenen stegartigen Segments der lichte Durchmesser
des Positionierlochs verkleinert, so daß beim Aufstecken der Dichtung
auf ein Positionierelement der Rand des Positionierlochs am Positionierelementumfang
klemmend gehalten wird, und zwar vor allem dann, wenn die mit dem
Positionierloch versehene Metallblechlage aus Federstahlblech besteht.
Andererseits wird im Zuge des Einspannens der Flachdichtung zwischen den
Dichtflächen
von Maschinenbauteilen das stegartige Segment in die Ebene der Blechlage
zurückgedrückt, ohne
daß es
dabei zu Verwerfungen oder gar zu einer Faltenbildung in der Blechlage
kommen würde.
Jede
Zylinderkopfdichtung, aber auch jede andere, im Motorenbau verwendete
Flachdichtung, wie z. b. eine Auspuffkrümmerdichtung, wird für eine ganz
bestimmte Kombination von Maschinenbauteilen konstruiert, d. h.
dem Entwickler bzw. Konstrukteur der Flachdichtung ist die Gestaltung
der Maschinenbauteile, zwischen denen die Flachdichtung später eingespannt
werden soll, von vornherein bekannt; deshalb ist es bei der Definition
der vorliegenden Erfindung zulässig,
auf Teile, wie das Positionierelement, Bezug zu nehmen, mit denen
die Flachdichtung später
im Gebrauch zusammenwirkt.
Wenn
vorstehend davon die Rede war, daß der originäre Durchmesser
des Positionierlochs geringfügig
größer als
der Durchmesser des Positionierelements sein kann, so bedeutet dies
natürlich, daß der originäre Positionierlochdurchmesser
nur um so viel größer sein
darf, daß – in einer
Draufsicht auf die Blechlage – der
lichte Durchmesser des Positionierlochs nach dem Herausbiegen des
stegartigen Segments aus der Ebene der Blechlage kleiner als der
Positionierelementdurchmesser ist. Da das stegartige Segment an
den beiden Stegenden in die eigentliche Blechlage übergeht,
d. h. kein freies Stegende hat, führt das Herausbiegen des Segments aus
der Ebene der Blechlage zu einer Verkürzung des dem Lochzentrum zugewandten
Längsrands
des stegartigen Segments (natürlich
in einer Draufsicht auf die Metallblechlage) und damit zu einer
Verkleinerung des lichten Lochdurchmessers, ein Vorgang, der im
Zuge des Einspannens der Flachdichtung wieder rückgängig gemacht wird, so daß eine erfindungsgemäße Flachdichtung
im eingebauten Zustand das Positionierelement wieder freigegeben
hat.
Zur
Sicherung einer Schraube an einer metallischen und insbesondere
einlagigen Flachdichtung ist es aus der DE-199 32 727-C1 der ElringKlinger
AG schon bekannt, den lichten Durchmesser eines in einer Draufsicht
auf die Flachdichtung betrachteten Schraubenlochs in der Metallblechlage
dadurch zu verkleinern, daß mindestens
ein einen Abschnitt des Schraubenlochrandes bildender Blechlagenbereich
derart aus der Ebene der Blechlage herausgebogen wird, daß – senkrecht
zur Blechlagenebene gesehen – mindestens
ein Lochrandab schnitt von einem diesem gegenüberliegenden Lochrandabschnitt einen
Abstand aufweist, welcher kleiner als der Außendurchmesser des Schraubenschafts,
jedoch mindestens gleich dem Kerndurchmesser des Schraubengewindes
ist, wobei der Schraubenlochrand so gestaltet ist, daß er bei
flachgepreßter
Blechlage den das Schraubenloch durchgreifenden Gewindeschaft freigibt.
Bei dieser bekannten Konstruktion soll das Schraubenloch so gestaltet
sein, daß der
Schraubenlochrand klemmungsfrei in das Schraubengewinde eingreift,
was genau das Gegenteil dessen ist, was mit der vorliegenden Erfindung
bewirkt wird, gemäß welcher
der Positionierlochrand am Umfang des Positionierelements eine Klemmwirkung
entfalten soll.
Da
der Positionierlochdurchmesser um so kleiner wird, je mehr das stegartige
Segment aus der Blechlagenebene herausgebogen wird und eine Vergrößerung des
Positionierlochs stattfindet, wenn das stegartige Segment sich der
Blechlagenebene annähert,
empfiehlt es sich, die erfindungsgemäße Flachdichtung so zu gestalten,
daß das
stegartige Segment von derjenigen Seite der Blechlage absteht, welche
bei montierter Dichtung dem mit dem Positionierelement versehenen
Maschinenbauteil zugewandt ist, obwohl die grundsätzliche
Funktion der erfindungsgemäßen Flachdichtung
auch dann gewährleistet
ist, wenn das Blechlagen-Segment über die andere Blechlagenseite übersteht.
Bei einer Dichtung mit der empfohlenen Ausbiegerichtung des stegartigen
Blechlagen-Segments
treten jedoch zwei Vorteile auf: Wenn die Blechlage aus einem Federstahlblech
besteht und das stegartige Blechlagen-Segment somit Eigenschaften ähnlich einer Blattfeder
hat, läßt sich
die Dichtung leichter auf das stift- oder hülsenartige Positionierelement
aufschieben, weil die Reibung zwischen dem Blechlagen-Segment und
dem Positionierelement zur Folge hat, daß das Segment etwas in Richtung
auf die Blechlagenebene federnd zurück verformt und dadurch der
lichte Durchmesser des Positionierlochs vergrößert wird; wird hingegen versucht,
die Flachdichtung vom Positionierelement abzuziehen, tritt genau
der umgekehrte Effekt ein, d. h. infolge der Reibung hat das stegartige
Blechlagen-Segment die Tendenz, noch weiter aus der Blechlagenebene
herausgebogen zu werden, was eine Verkleinerung des Lochdurchmessers
zur Folge hätte,
d. h. es tritt Selbsthemmung ein. Wenn im Zuge der Montage der Flachdichtung
diese jedoch zwischen den Maschinenbauteilen eingespannt wird, läßt sich
das stegartige Segment ohne weiteres in die Blechlagenebene zurückbiegen.
Die
Trennstelle zwischen dem stegartigen Segment und dem benachbarten
Bereich der Blechlage kann eine durch Stanzen, Laserschneiden oder dergleichen
erzeugte fensterartige Öffnung
sein, bevorzugt werden jedoch Ausführungsformen, bei denen die
Trennstelle ein einfacher Stanzschnitt ist, weil dann räumlich beengte
Verhältnisse,
wie sie bei Zylinderkopfdichtungen häufig vorliegen, der Anwendung
der vorliegenden Erfindung nicht entgegenstehen. Außerdem läßt sich
dann, wie sich aus der späteren
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen noch ergeben wird, gleichzeitig mit der Herstellung
der Trennstelle mit demselben Stanzstempel das stegartige Blechlagen-Segment
auch aus der Blechlagenebene herausbiegen.
In
der Regel wird man kreiszylindrische Positionierelemente verwenden,
so daß das
Positionierloch im Normalfall kreisförmig sein wird; es versteht sich
jedoch von selbst, daß dies
nicht der Fall sein muß,
und zwar auch nicht beim Zusammenwirken mit einem kreiszylindrischen
Positionierelement, da sich sowohl der Positioniereffekt als auch
der durch die Erfindung angestrebte Klemmeffekt auch mit anderen
Lochformen herbeiführen
läßt.
Bei
Flachdichtungen mit einer mehrlagigen Dichtungsplatte, welche eine äußere Blechlage
aufweist, die sich an derjenigen Seite der Dichtung befindet, die
bei montierter Dichtung von dem mit dem Positionierelement versehenen
Maschinenbauteil abgewandt ist, empfiehlt es sich, diese äußere Blechlage
mit dem erfindungsgemäßen stegartigen
Segment zu versehen; wenn man im Zuge der Montage einer solchen
Dichtung, nachdem diese auf das Positionierelement aufgesteckt und
auf das besagte Maschinenbauteil aufgelegt wurde, diese äußere Blechlage
niederdrückt,
verklemmt sich diese dank ihres stegartigen Segments am Positionierelement und
verhindert ein "Auffächern" der mehrlagigen Dichtung,
wenn, wie dies normalerweise der Fall ist, das Positionierelement
fest an dem besagten Maschinenbauteil angebracht ist.
Üblicherweise
versieht man Flachdichtungen, vor allem Zylinderkopfdichtungen,
mit zwei Positionierlöchern;
in diesem Fall empfiehlt es sich, für jedes Positionierloch (mindestens)
ein erfindungsgemäßes stegartiges
Segment vorzusehen, das auf derjenigen Seite dieses Positionierlochs
liegt, welche von dem jeweils anderen Positionierloch abgewandt ist.
Diese Maßnahme
hat folgenden Hintergrund: Wie bereits erwähnt, führt die Herstellung von Sicken
in der Metallblechlage zu Verwerfungen und damit bei einer Federstahlblechlage
zu einer Neigung der letzteren, ihre Gestalt sprungartig, aber federnd
zu ändern.
Läßt man die
Flachdichtung nach dem Aufstecken auf die Positionierelemente (wobei
die Dichtungsplatte beim Anpressen gegen das Maschinenbauteil eben
wurde) los, so führen
diese Verwerfungen zu einer Verkürzung
der Distanz zwischen den beiden Positionierlöchern und damit zu einer besonders
guten "Verkeilung" der Blechlage an
den Positionierelementen, und zwar eben auch dann, wenn für jedes
Positionierloch nur ein einziges stegartiges Segment vorgesehen
ist.
Anhand
der beigefügten
zeichnerischen Darstellung sowie der nachfolgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
wird die Erfindung näher
erläutert.
In
der beiliegenden Zeichnung zeigen:
1 einen schematischen Schnitt
durch einen Teil eines Motorblocks und einen Teil eines Zylinderkopfs,
zwischen denen eine herkömmliche
Zylinderkopfdichtung eingespannt ist, und zwar an einer Stelle,
an der die Bauteile mittels einer Zylinderkopfschraube miteinander
verspannt sind, welche eine Paßhülse durchsetzt;
2 eine schematische Draufsicht
auf eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung,
welche entgegen der Realität
mit vier erfindungsgemäß gestalteten
Positionierlöchern
versehen ist, und zwar mit zwei Positionierlöchern einer ersten Ausführungsform
sowie mit zwei Positionierlöchern
einer zweiten Ausführungsform;
3 eine Metallblechlage einer
erfindungsgemäßen Flachdichtung
in einem erfindungsgemäß gestalteten
Bereich samt einem Teil einer Paßhülse und einem Stanzstempel
zur Erzeugung erfindungsgemäßer stegartiger
Segmente in der Blechlage im Schnitt, und
4 eine Draufsicht auf einen
Abschnitt einer Blechlage einer erfindungsgemäßen Flachdichtung, wobei dieser
Abschnitt ein Positionierloch mit einer dritten Ausführungsform
erfindungsgemäßer Segmente
enthält.
Die 1 zeigt einen Teil eines
Motorblocks 10, einen Teil eines Zylinderkopfs 12 sowie
einen Teil einer Zylinderkopfdichtung 14, welche mittels
Zylinderkopfschrauben miteinander verspannt wurden, wobei die 1 nur eine einzige dieser
Zylinderkopfschrauben 16 darstellt. Die Dichtungsplatte 14a der Zylinderkopfdichtung
ist zwischen Dichtflächen 10a und 12a von
Motorblock 10 und Zylinderkopf 12 eingespannt,
und aus Gründen
der einfachen Darstellung sei angenommen, daß die Dichtungsplatte 14a aus
einer einzigen Metallblechlage besteht, welche an der in 1 gezeigten Stelle ein Positionierloch 20 aufweist,
bei dem es sich gleichzeitig um ein Schraubenloch handelt.
Die
Zylinderkopfschraube 16 hat einen Kopf 16a, einen
gewindelosen, d. h. glatten Schraubenschaftabschnitt 16b sowie
einen Gewindeschaftabschnitt 16c. Im Motorblock 10 befindet
sich eine abgestufte Bohrung 22, im Zylinderkopf 12 eine
abgestufte Bohrung 24. In einen gewindelosen, d. h. glatten
Bohrungsabschnitt 22a der Bohrung 22 ist eine Paßhülse 26 eingepreßt, welche
das Positionierloch 20 durchgreift und passend in einen
Bohrungsabschnitt 24a der Zylinderkopfbohrung 24 eingreift.
Die abgestufte Motorblockbohrung 22 hat schließlich einen
Gewindebohrungsabschnitt 22b zum Einschrauben des Gewindeschaftabschnitts 16c der
Zylinderkopfschraube 16. Bei der in 1 dargestellten herkömmlichen Zylinderkopfdichtung 14 durchgreift
die von der Zylinderkopfschraube 16 durchsetzte Paßhülse 26 das
Positionierloch 20 mit ganz geringem, durch Herstellungstoleranzen
bedingtem Spiel, und zwar sowohl nach dem Auflegen der Zylinderkopfdichtung
auf den Motorblock 10 und vor der Montage des Zylinderkopfs 12,
als auch nach dem Anbringen des Zylinderkopfs und dem Anziehen der
Zylinderkopfschrauben.
Die 2 zeigt eine Draufsicht
auf eine Metallblechlage einer Zylinderkopfdichtung für einen Dreizylindermotor,
wobei es sich im Falle einer mehrlagigen Dichtung um die oberste,
d. h. im eingebauten Zustand um die dem Zylinderkopf zugewandte Lage
der Dichtung handeln soll. Die Metallblechlage wurde als Ganzes
mit 30 bezeichnet; sie besitzt drei Brennraumöffnungen 32 sowie
acht Schraubenlöcher,
von denen die einfachen Schraubenlöcher mit 34 bezeichnet
wurden, während
diejenigen Schraubenlöcher,
welche gleichzeitig Positionierlöcher
bilden, mit 36 bzw. 38 bezeichnet wurden – im Bereich der
Positionierlöcher 36 zeigt
die 2 eine erste Ausführungsform
der Erfindung, im Bereich der Positionierlöcher 38 hingegen eine
zweite Ausführungsform.
Für jedes
der Positionierlöcher 36 ist
die Metallblechlage 30 mit zwei kreisbogenförmigen Trennstellen 36a versehen,
die sich in einem radialen Abstand vom Lochrand befinden, welcher
mindestens der Blechstärke
der Metallblechlage 30 entspricht; bei den Trennstellen
handelt es sich um Stanzschnitte, jede der bogenförmigen Trennstellen
erstreckt sich über
einen Umfangswinkel von beispielsweise 90°, und bei der dargestellten
Ausführungsform
liegen die beiden einem Positionierloch 36 zugeordneten
Trennstellen 36a einander diagonal gegenüber. Durch
jede Trennstelle wurde ein ungefähr kreisbogenförmiges,
stegartiges Segment 36b der Metallblechlage 30 erzeugt,
auf das im Zusammenhang mit der 3 nachfolgend
noch näher
eingegangen werden wird.
Die
untere Hälfte
der 2 zeigt zwei Positionierlöcher 38,
für die
jeweils nur eine Trennstelle 38a vorgesehen ist, so daß jedem
Positionierloch 38 auch nur ein stegartiges Segment 38b zugeordnet ist.
Wie vorstehend schon beschrieben wurde, liegt jedes der Segmente 38b auf
derjenigen Seite des benachbarten Positionierlochs 38,
welche von dem jeweils anderen Positionierloch 38 abgewandt
ist.
Die 3 zeigt einen Schnitt durch
die Metallblechlage 30 entsprechend der Linie 3-3 in 2, sowie durch einen als
Ganzes mit 40 bezeichneten Stanzstempel zur gleichzeitigen
Herstellung der beiden Trennstellen 36a und damit der beiden
Segmente 36b, sowie zum Herausbiegen dieser Segmente aus
der von der Metallblechlage 30 definierten Ebene; ferner
zeigt die 3 auch noch
einen Schnitt durch einen Teil der Paßhülse 26 aus 1.
Der
Stanzstempel 40 hat zwei Stanzkanten 40a, die,
bei einer Ansicht gemäß 3 von unten, in ihrer Gestalt
den Trennstellen 36a entsprechen, sowie zwei angeschliffene,
einander diagonal gegenüberliegende
Schrägflächen 40b zum
Herausbiegen der stegartigen Segmente 36b aus der Metallblechlage 30 – die 3 läßt auch erkennen, daß jedes
der Segmente 36b in einer Seitenansicht vom Zentrum des
Positionierlochs 36 aus gesehen die Gestalt eines flachen
Bogens hat, der an seinen Enden, d. h. an den beiden Wurzeln des
betreffenden Segments 36b, nahtlos in die eigentliche Metallblechlage 30 übergeht.
Wie aus der 3 ohne weiteres
ersichtlich wird, werden beim Absenken des Stanzstempels 40 in
der Metallblechlage 30 zwei Einstiche bzw. Stanzschnitte
erzeugt, welche die beiden Trennstellen 36a bilden, wobei
gleichzeitig die so erzeugten Segmente 36b durch die Schrägflächen 40b etwas nach
unten gebogen werden. Der Stanzstempel 40 könnte aber
auch so gestaltet sein, daß zunächst die die
Trennstellen 36a bildenden Stanzschnitte vollständig erzeugt
werden und erst dann im Zuge eines weiteren Absenkens des Stanzstempels
das Herausbiegen der Segmente 36b aus der Metallblechlage 30 erfolgt – die beiden
Schrägflächen 40b müssen hierzu
nur gegenüber
den Stanzkanten 40a etwas (gemäß 3 nach oben) zurückgesetzt werden.
Was
die 3 nicht zeigt, ist
ein Widerlager, d. h. eine Matrize, für den Stanz-Biege-Vorgang, auf das bzw. die die
Metallblechlage 30 aufgelegt wird und in das bzw. die der
Stanzstempel 40 beim Stanz-Biege-Vorgang etwas eindringen
kann. Aufgrund der 3 und
der vorstehenden Erläuterungen
ist jedoch die Gestaltung einer solchen Matrize für jeden
Fachmann eine Selbstverständlichkeit.
In 3 ist durch einen Pfeil
A diejenige Richtung angegeben, in der die Metallblechlage 30 auf
die Paßhülse 26 aufzuschieben
ist. Ferner wurde in die 3 ein
Durchmesser D eingezeichnet, der gleich dem Durchmesser des Positionierlochs 36 ist, nachdem
die beiden Segmente 36b in die Ebene der Metallblechlage 30 zurückgebogen
wurden – dabei führen die
in 3 schraffiert dargestellten
Schnittstellen der Segmente 36b eine Bewegung gemäß 3 nach oben und (bezüglich der
strichpunktiert eingezeichneten Lochachse) radial nach außen durch.
Dieser Lochdurchmesser D ist ganz geringfügig größer als der Außendurchmesser
der kreiszylindrischen Paßhülse 26,
die an ihrem freien Ende mit einer kegelstumpfförmigen Einführschräge 26a versehen ist.
Da
die Metallblechlage 30 aus einem Federstahlblech bestehen
soll, werden beim Aufschieben der Metallblechlage 30 in
Richtung des Pfeils A auf die Paßhülse 26 die beiden
stegartigen Segmente 36b federnd etwas nach oben gedrückt und
dabei das Paßloch 36 aufgeweitet,
so daß sich
die Paßhülse in das
Positionierloch einschieben läßt; die
beiden Segmente 36b liegen dann federnd und klemmend am
Umfang der Paßhülse 26 an.
Würde man
versuchen, die Metallblechlage 30 entgegen der Richtung A
von der Paßhülse 26 abzuziehen,
hätte die
Reibung zwischen den Segmenten 36b und der Paßhülse 26 zur
Folge, daß die
Segmente gemäß 3 nach unten gezogen würden; jede
Bewegung der Segmente nach unten hat jedoch eine Verkleinerung des
in der Zeichnungsebene der 3 liegenden Durchmessers
des Paßlochs 36 und
damit eine Verstärkung
der Klemmwirkung zur Folge, so daß der Versuch des Abziehens
der Metallblechlage 30 von der Paßhülse 26 zu einer Selbsthemmung
führt.
Die 3 zeigt noch, daß das Positionierelement
für jedes
Segment mit einer Einführschräge 26a versehen
sein kann.
Die 4 zeigt noch eine dritte
Ausführungsform
der Erfindung mit einem Positonierloch 36', drei gleich langen Trennstellen 36a' und drei identischen
Segmenten 36b';
bei dieser Ausführungsform
erstreckt sich jede der Trennstellen 36a' über einen Winkel von 60 bis
70°, und
ebenso wie in der oberen Hälfte
der 2 weisen alle Trennstellen denselben
Winkelabstand voneinander auf.
Aus 3 und der obigen Beschreibung
dieser Figur ergibt sich, daß Gegenstand
der Erfindung auch ein Werkzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Segmente
betrifft.