DE19513360C1 - Metallische Zylinderkopfdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Zylinderkopfdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der EP 0 306 766 A2 bzw. der EP 0 230804 A2 ist eine der­ artige metallische Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine be­ kannt, bei der ein Trägerblech zusammen mit mindestens einem gesickten Deckblech als Funktionsblech vorgesehen ist. Da sich der Dichtspalt zwischen Zylinderkopf und -block einer Brennkraftmaschine im Betrieb in Abhängigkeit vom Arbeitstakt des jeweils betrachteten Zylinders ändert, ist die Dichtung ständigen Pressungsänderungen unterworfen und muß zur Aufrechterhaltung einer einwandfreien Abdichtung dauerhafte Federungsei­ genschaften aufweisen.

Die Abdichtung wird hierbei durch eine Überhöhung der Zylin­ derkopfdichtung entlang des Brennraums und durch eine dahinter liegende Sicke vorgenommen. Letztere wirkt als Federelement und folgt den infolge des Zünddrucks auftretenden vertikalen Relativbewegungen des Zylinderkopfs gegenüber dem Zylinderblock. Einerseits darf bei maximal belasteter Sicke keine unzulässig große Verformung auftreten, andererseits darf die Entlastung nicht vollständig sondern nur soweit erfolgen, daß eine Min­ destverformung beim höchsten auftretenden Brennraumdruck die erforderli­ che Abdichtung sicherstellt. Zwischen diesen beiden Eckpunkten der Ver­ formung liegt der Arbeitsbereich der Sicke.

Um die Funktion der Sicke sicherzustellen, darf die Sicke also weder beim Einbau der Dichtung noch im Betriebszustand vollständig ver­ formt werden. Eine unzulässig große Verformung der Sicke vertikal zur Dichtungsebene wird bei den bekannten Dichtungen durch einen Verfor­ mungsbegrenzer gleichbleibender Stärke verhindert, der zugleich zur Überhöhung der Dichtung entlang des Brennraums dient.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Abdichtung derartiger Zy­ linderkopfdichtungen bei neueren, gewichtssparend ausgelegten und lei­ stungsstarken Motoren nicht immer ausreichend ist. Dies liegt offenbar an den unterschiedlichen Steifigkeiten der Motorbauteile, durch die sich im eingebauten Zustand der Dichtung hinsichtlich der Sicke eine unter­ schiedliche Kraftverteilung entlang des Brennraumumfangs ergibt. Im Schraubenbereich, wo der Zylinderkopf mit dem Zylinderblock verschraubt ist, treten hohe Verspannungskräfte auf, so daß die Sicke dort bei Zünd­ druck nur geringfügig aus ihrer vom Verformungsbegrenzer festgelegten Position der maximal zulässigen Verformung herausfedern kann. Dagegen kann die Sicke im Zwischenschraubenbereich, wo niedrigere Verspannungs­ kräfte herrschen, aus einem vergleichsweise niedrigeren Verformungsgrad heraus weiter ausfedern.

Hierdurch und infolge der geringen Auflagefläche der gesickten Funktionslage (Deckblech) auf dem Verformungsbegrenzer kommt es zu Ver­ tiefungen oder Eingrabungen des Bereichs des Verformungsbegrenzers in den Zylinderkopf. Hierdurch werden aber die Eckpunkte des Arbeitsbe­ reichs der Sicke verändert, so daß die maximal zulässige Verformung der Sicke überschritten werden kann. Dies kann zum Bruch im Sickenbereich führen.

Werden für Zylinderkopf und -block Materialien mit unter­ schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt (etwa ein Grauguß­ block mit einem Leichtmetallkopf), wird die Sicke noch zusätzlich in Richtung der Dichtungsebene beansprucht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine metallische Zylinderkopf­ dichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der die maximal zulässige Verformung der Sicke auch bei längerem Betrieb nicht überschritten wird.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Durch einen in variabler Weise höhen- und/oder breitenprofilierten Verformungsbe­ grenzer unter Berücksichtigung der Bauteilsteifigkeiten wird hinsicht­ lich der Sicke eine über den Brennraumumfang gleichmäßigere Kraftver­ teilung erreicht, indem die Eckpunkte des Sickenarbeitsbereichs den vor­ gegebenen Betriebspunkten angepaßt werden. Da hierdurch die konstruktiv vorgegebenen Auslegungspunkte verlassen werden, ist zur Anpassung der Eckpunkte des Sickenarbeitsbereichs eine entsprechende Vertiefung und/ oder Erhöhung des Trägerblechs im Sickenaufstandsbereich vorgesehen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch und ausschnittweise eine Draufsicht auf eine Zylinderkopfdichtung.

Fig. 2 bis 6 zeigen ausschnittweise im Schnitt längs der Linie I-I von Fig. 1 unterschiedliche Ausführungsformen einer Zylinderkopf­ dichtung.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Zylinderkopfdichtung umfaßt ein Trägerblech 1, auf dessen beiden Seiten jeweils ein Deckblech 2 an­ geordnet ist. Die Dichtung, d. h. Trägerblech 1 und Deckbleche 2, weist eine Reihe von Öffnungen 3 entsprechend den Brennräumen der zugehörigen Brennkraftmaschine sowie Schraubendurchtrittslöcher 4 für Schrauben, die zum Verspannen von Zylinderkopf und -block verwendet werden, sowie wei­ terhin Durchtrittsöffnungen 5, 6 für Kühlwasser bzw. Öl auf.

Die gewöhnlich aus Federstahl hergestellten und ansonsten pla­ nen Deckbleche 2 sind mit Sicken 7 versehen, die mit Abstand unter Be­ lassung eines geraden Blechabschnitts 8 im Randbereich der Öffnung 3 an­ geordnet und zum Trägerblech 1 gerichtet sind.

Ferner sind üblicherweise um die Durchtrittsöffnungen 5, 6 und die Schraubendurchtrittslöcher 4 herum nicht dargestellte Halbsicken in den Deckblechen vorgesehen.

Das ansonsten plane Trägerblech 1 ist im Randbereich der Öff­ nungen 3 jeweils mit einem inneren Verformungsbegrenzer 9 für die be­ nachbarte Sicke 7 versehen. Gemäß Fig. 2 ist bei diesem Ausführungsbei­ spiel der Verformungsbegrenzer 9 dadurch gebildet, daß das Trägerblech 1 benachbart zum Randbereich der jeweiligen Öffnung 3 und außerhalb des Sickenbereichs gekröpft und umgefalzt ist, wobei die Kröpfung derart vorgenommen ist, daß der Verformungsbegrenzer 9 praktisch mittig zwi­ schen den Deckblechen 2 angeordnet und somit bezüglich der Sicken 7 bei­ der Deckbleche 2 gleichwirkend ist.

Die Stärke des Verformungsbegrenzers 9 ist derart bemessen, daß die geraden Blechabschnitte 8 der Deckbleche 2 beim Einspannen der Dichtung auf diesem zur Anlage kommen, während gleichzeitig die Sicken 7 auf Pressung beansprucht werden. Der Verformungsbegrenzer 9 legt die Eckpunkte des Sickenarbeitsbereichs entsprechend den vorgegebenen Be­ triebspunkten fest, wobei zur Anpassung hiervon an vorgegebene Ausle­ gungspunkte eine Variation der Höhen- und/oder Breitenprofilierung des Verformungsbe­ grenzers 9 entlang des Umfangs der Öffnung 3 vorgesehen ist. Die Höhen­ profilierung kann durch entsprechende Bearbeitung des Verformungsbegren­ zers 9 erfolgen. Die Breitenprofilierung kann bei dieser Ausführungsform durch Anbringen eines entsprechenden Ausschnitts für die Öffnung 3 er­ folgen.

Im Bereich benachbart zu den Schraubendurchtrittslöchern 4 ist bei einer Höhenprofilierung die Höhe des Verformungsbegrenzers 9 niedri­ ger als in den Zwischenschraubenbereichen und bei einer Breitenprofilie­ rung ist im Bereich benachbart zu den Schraubendurchtrittslöchern 4 die Breite des Verformungsbegrenzers 9 geringer als in den Zwi­ schenschraubenbereichen.

Anstatt die Breite des Verformungsbegrenzers 9 unmittelbar zu variieren, kann auch der Auflagebereich der Deckbleche 2 durch einen entsprechend unrunden Ausschnitt für die Öffnung 3 variiert werden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist bei den Zylinderkopfdichtun­ gen das Trägerblech 1 im Aufstandsbereich der Sicken 7 zusätzlich zur Anpassung der Eckpunkte des Sickenarbeitsbereichs an konstruktiv vorge­ gebene Auslegungspunkte in seinem Niveau variiert. Dies kann durch ei­ ne über den Brennraumumfang unterschiedliche Vertiefung 11 (Prägung) und/oder eine Erhöhung (Auftragung) des betreffenden Trägerblechab­ schnitts geschehen. Dies ist auch bei Ausführungsformen der Fig. 3 bis 6 der Fall, auch wenn dies dort nicht dargestellt ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine zweilagige Zylinderkopfdichtung aus einem Trägerblech 1 und einem gesickten Deckblech 2, wobei das Trägerblech 1 ungekröpft ist.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird der Ver­ formungsbegrenzer 9 durch einen im Schnitt rechteckigen ringförmigen Ab­ schnitt gebildet, der mittig zwischen den Deckblechen 2 angeordnet ist.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform liegen im ein­ gespannten Zustand der Dichtung die gesickten Deckbleche 2 nicht im Hauptschluß, sondern sind aus dem Bereich hoher Pressung herausgenommen, d. h. die Aufstandskräfte des Zylinderkopfs und die Horizontalbeanspru­ chung infolge Wärmedehnungen werden hauptsächlich über den höhen- und/ oder breitenprofilierten Verformungsbegrenzer 9 abgetragen.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist der Ver­ formungsbegrenzer 9 zusätzlich durch Ausbildung einer Stufe mit einem Anschlag 10 versehen, der ebenfalls höhen- und/oder breitenprofiliert sein kann. Die Deckbleche 2 haben einen radialen Abstand bzw. Überstand gegenüber dem Anschlag 10, so daß ab einer bestimmten Höhenverformung der Sicke 7 und damit ei­ ner bestimmten Längenänderung der Deckbleche 2 diese an den Anschlag 10 anstoßen. Hierdurch geht eine weitere Einfederung der Sicke 7 nicht mehr mit einer Längenänderung der Deckbleche 2 einher, so daß zur weiteren Verformung der Sicke 7 bis zu ihrer Auflage auf dem Verformungsbegrenzer 9 ein erheblich höherer Kraftaufwand erforderlich ist. Auf diese Weise wird eine höhere Federkraft der Sicke erreicht, wobei der Maximalwert letztlich von der Auflage auf dem Verformungsbegrenzer 9 und dessen Hö­ henprofilierung abhängt.

Wie aus den Fig. 2 bis 6 ersichtlich, kann zusätzlich ein wei­ terer, äußerer Verformungsbegrenzer 12 für die Sicke 7 vorgesehen wer­ den, der konzentrisch zu dem Vorformungsbegrenzer 9, jedoch auf der die­ sem abgekehrten Seite der Sicke 7, d. h. auf der brennraumabgekehrten Seite der Sicke 7 angeordnet ist. Auch dieser Verformungsbegrenzer 12, der entweder an der dem zugehörigen Deckblech 2 oder insbesondere am Trägerblech beispielsweise durch Kleben oder Schweißen befestigt ist, kann ebenfalls in variabler Weise höhen- und/oder breitenprofiliert sein. Da der Verfor­ mungsbegrenzer 12 weiter außen liegt, sind die Kräfteverhältnisse nicht mit den im Bereich des inneren Verformungsbegrenzers 9 identisch, dem­ entsprechend kann die Höhen- und/oder Breitenprofilierung unterschied­ lich sein. Infolge des Zusammenwirkens beider Verformungsbegrenzer 9, 12 läßt sich erreichen, daß die Einfederung der Sicke 7 praktisch senkrecht zur Dichtungsebene erfolgt.

Claims (9)

1. Metallische Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschi­ ne, mit wenigstens einem Deckblech (2) und einem Trägerblech (1), die übereinander angeordnet sind und die mit Schraubendurchtrittslöchern (4) und mit einer Öffnung (3) oder mit mehreren nebeneinander angeordneten Öffnungen (3) ent­ sprechend den Brennkammern der Brennkraftmaschine versehen sind, wobei in dem wenigstens einen Deckblech (2) um jede Öffnung (3) herum mit Ab­ stand zu dieser unter Belassung eines geraden Blechabschnitts (8) im Öffnungsrandbereich eine zum Trägerblech (1) weisende Sicke (7) vorgese­ hen ist, für deren Schutz benachbart zu dieser um jede Öffnung (3) herum verlaufend ein innerer Verformungsbegrenzer (9) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Verformungsbegrenzer (9) entsprechend einer gleichmäßigen Kraftverteilung im Öffnungsrandbereich in Umfangsrichtung höhen- und/oder breitenveränderlich ist, und daß eine sich in Umfangsrichtung des Sickenaufstandsbereichs erstreckende, Vertiefungen (11) und/oder Erhöhungen aufweisende Profiländerung des Trägerblechs (1) vorgesehen ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der gerade Blechabschnitt (8) wenigstens teilweise bis über den inneren Verformungsbegrenzer (9) erstreckt.

3. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gerade Blechabschnitt (8) im eingespannten Zustand in bezug auf die Öff­ nung (3) hinter dem inneren Verformungsbegrenzer (9) endet (Fig. 5).

4. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trägerblech (1) zwischen zwei gesickten Deckblechen (2) angeordnet ist und der inneren Verformungsbegrenzer (9) etwa mittig zwischen beiden Deckblechen (2) angeordnet ist.

5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der innere Verformungsbegrenzer (9) als umgefalzter und gegebenenfalls gekröpfter Abschnitt des Trägerblechs (1) ausgebildet ist.

6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der innere Verformungsbegrenzer (9) im Schnitt etwa recht­ eckig ist.

7. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Verformungsbegrenzer (9) einen Anschlag (10) für das wenigstens eine Deckblech (2) aufweist.

8. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf jeder Seite des Trägerblechs (1), auf der sich ein Deckblech (2) befindet, auf der der jeweiligen Öffnung (3) abgewandten Seite der Sicke (7) ein äußerer Verformungsbegrenzer (12) für die be­ nachbarte Sicke (7) vorgesehen ist.

9. Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Verformungsbegrenzer (12) entsprechend einer gleichmäßigen Kraft­ verteilung im Öffnungsrandbereich in Umfangsrichtung höhen- und/oder breitenveränderlich ist.