DE19534962A1

DE19534962A1 - Zylinderkopfdichtung

Info

Publication number: DE19534962A1
Application number: DE19534962A
Authority: DE
Inventors: Alfred Weiss; Wilfried Erb
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: DE19534962C2; US5727791A

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Ein- bzw. Mehrlagen-Zylinderkopfdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Bereich von an den Motorblock angeflanschten Bau teilen, die in Richtung des Zylinderkopfes und des Motorblockes mit der Zylinderkopfdichtung abgedichtet werden müssen, beispielsweise am Gehäuse des Ventil steuerungsantriebes, treten mit der Verwendung von ein- oder mehrlagigen Metalldichtungen, durch deren geringe Verformbarkeit Dichtprobleme auf, die durch Höhenunterschiede an dem Spalt der angeflanschten Bauteile hervorgerufen werden. Diese Höhenunterschie de werden nicht mehr ohne weiteres durch das Dicht material ausgeglichen und es kann beispielsweise zum unerwünschten Austritt von Öl bzw. Kühlwasser in Mo torbereiche kommen, die dort Beschädigungen oder ne gative Einflüsse hervorrufen. Besonders kritisch sind Bereiche, in denen auch ein Teil des Dichtspaltes in vertikaler Richtung abzudichten ist.

Aus der DE 43 37 758 C1 ist eine Zylinderkopfdichtung bekannt, bei der im Bereich des abzudichtenden Spal tes von der unteren Dichtfläche ausgehende Öffnungen vorhanden sind, in die ein bzw. mehrere T-förmige Elastomerkörper eingebracht und dort formschlüssig festgehalten sind, die über die Unterseite der Zylin derkopfdichtung im nichtmontierten Zustand hervorste hen. Durch dieses Hervorstehen, soll eine sichere Abdichtung im zusammengebauten Zustand allein durch die Elastizität der Elastomerkörper und dem vom Zy linderkopf ausgeübten Druck gesichert werden.

Elastomere unterliegen jedoch während des Betriebs zeitraumes, auch unter Berücksichtigung der Tempera turen, denen sie ausgesetzt sind, einer gewissen Al terung, so daß die Elastizität und damit das Dicht vermögen über einen längeren Betriebszeitraum zumin dest teilweise verloren gehen kann. Außerdem müssen gegenüber Ölen oder Kühlmittelzusätzen resistente Elastomere eingesetzt werden. Die Verwendung solcher Elastomerkörper setzt außerdem voraus, daß dieser an die Form, die durch den Dichtspalt vorgegeben wird in gewissen Grenzen angepaßt ist, so daß überall eine ausreichende flächige Abdichtung erreicht wird. Be sonders problematisch wird dies, wenn der Dichtspalt bzw. dessen Oberkante geometrische Inkontinuitäten aufweist.

Des weiteren ist eine Metall-Flachdichtung aus der DE 44 26 792 A1 bekannt, bei der ein plastisch verform bares Dichtungsmaterial in Taschen stirnseitig mit diesem beschichtet ist. Dabei liegt das plastisch verformbare Dichtungsmaterial in der Tasche zur Au ßenseite weisend offen, was insbesondere beim Trans port und der Lagerung Probleme mit sich bringt. Dabei soll insbesondere Silikon, das im eigentlichen Sinn nicht plastisch verformbar ist, verwendet werden. In gestapelter Form kann es dazu kommen, daß die Dich tungsmasse bereits vorzeitig aus der Tasche heraus gedrückt wird bzw. entweichen kann oder Dichtungen ankleben. Um dieses zu verhindern ist eine temporär aufbringbare Abdeckung vorzusehen, für die bei der Herstellung ein zusätzlicher Arbeitsgang und bei der Montage das Entfernen erforderlich ist. Eine Anpas sung an verschiedene Dichtspaltformen ist nicht vor gesehen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine metallische Zylinderkopfdichtung dahingehend zu verbessern, daß auch kritische Dichtspalte, im Bereich von am Motor block angeflanschten zusätzlichen Bauteilen, sicher über einen längeren Zeitraum abgedichtet werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1, für die Vor richtung und der Patentansprüche 11 und 12 für das Verfahren, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung er geben sich mit der Verwendung der in den untergeord neten Ansprüchen enthaltenen Merkmale.

Durch die Ausbildung der Zylinderkopfdichtung im Be reich des Spaltes, der zwischen dem eigentlichen Mo torblock und einem angeflanschten Bauteil, bei spielsweise dem Gehäuse für die Ventilsteuerung auf tritt, ist über einen langen Zeitraum gesichert, daß keine Flüssigkeiten von einer Richtung in die andere Richtung über den Dichtspalt gelangen können. Dabei ist es besonders vorteilhaft, eine plastische und pastöse Dichtmasse in zumindestens einem Reservoir unterzubringen, das mit Öffnungen verbunden ist, durch die die plastische und pastöse Dichtmasse beim Zusammenbau (aufsetzen und verspannen des Zylinder kopfes) austreten und den Dichtspalt abdichten kann. Die Menge der im Reservoir bzw. den Reservoiren ent haltenen plastischen Dichtmasse ist dabei so zu be messen, daß der gesamte Dichtspalt, insbesondere in den kritischen Bereichen, in denen zumindest teilwei se eine vertikale Abdichtung erforderlich ist, zum Bauteil und zum Zylinderkopf hin abgedichtet ist. Hierfür kann die Oberseite der Zylinderkopfdichtung im Bereich des bzw. der Reservoire erhaben ausgebil det sein, so daß beim Zusammenbau der Zylinderkopf auf diesen erhabenen Bereich bzw. die erhabenen Be reiche drückt und die plastische Dichtmasse durch die Öffnungen in den Dichtspalt gepreßt wird.

Die Öffnungen können beispielsweise als Längsnuten ausgebildet sein, die über den gesamten abzudichten den Bereich verlaufen und beispielsweise direkt oder durch Kanäle mit dem/den Reservoir(en) verbunden sind. Anstelle der Längsnut kann auch jede beliebige Form gewählt werden, die an die Form des abzudichten den Spaltes angepaßt ist (mäanderförmig, elliptisch, eiförmig u. a.m.). Die Form sollte auch dem für die Abdichtung erforderlichen Dichtmassebedarf entspre chend lokal angepaßt sein.

Sie können aber auch selbst kanalförmig ausgebildet und mit Öffnungen in regelmäßigen Abständen versehen sein, durch die die plastische Dichtmasse austreten und den Dichtspalt in ausreichender Menge ausfüllen kann. Dabei können ein oder mehrere Reservoire in regelmäßigen Abständen angeordnet sein, so daß gesi chert ist, daß eine gleichmäßige Verteilung der pla stischen Dichtmasse erreicht wird.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ein größeres zentrales Reservoir vorzusehen, das mit Dichtmasse ausgefüllt und mit mehreren Kanälen verbunden ist, durch die die plastische Dichtmasse zu den verschie denen Bereichen des Dichtspaltes gelangen kann.

Für die Dimensionierung der Öffnungen ist es günstig, eine Spaltbreite im Bereich von 0,2-3 mm vorzuse hen, durch die die plastische Dichtmasse austreten kann. Dabei kann die Tiefe der Öffnung im Bereich bis zu maximal einem Millimeter sein, was in etwa der Dicke einer Schicht einer mehrlagigen Dichtung ent spricht.

Vorteilhaft ist es, an der Öffnung zumindestens eine flexible Lippe vorzusehen, die den Austritt der Öff nung zumindest teilweise bis vollständig überdeckt und durch die bei Ausübung eines Druckes auf die er habene Stelle im Bereich des Reservoirs bzw. der Re servoire die plastische Dichtmasse durch leichte Be wegung der flexiblen Lippe austreten und in dem Mo ment, in dem der Druck auf das Reservoir verringert wird die flexible Lippe sich zurückbewegt und ein Rückfließen der plastischen Dichtmasse verhindert. Außerdem wirkt die Lippe einem unerwünschten Austritt der plastischen Dichtmasse während des Transportes und der Lagerung entgegen.

Als plastische pastöse Dichtmasse kann bevorzugt eine Polyuretan-Mischung verwendet werden, die mindestens bis zu einer Temperatur von 200°C plastisch ist. Sie sollte eine Plastizität von 100 bis 500 nach ASTM D 926 bei Raumtemperatur haben.

Die erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtungen können in der Form hergestellt werden, daß in die jeweiligen Lage(n) entsprechend dimensionierte Ausstanzungen bei der Fertigung eingebracht werden, die die Lage und Größe der Öffnungen und der bzw. des Reservoirs vor geben. Im Anschluß daran werden bei Mehrlagendichtun gen die verschiedenen Lagen übereinandergelegt, mit einander verbunden und die plastische und pastöse Dichtmasse, beispielsweise durch lokal definiertes Einwalzen, Einspritzen, Einpressen, beispielsweise von schnurförmig ausgebildeter Dichtmasse oder mit Überdruck u. a.m., eingebracht. In einem letzten Ar beitsgang kann dann eine Decklage auf die Oberseite der Zylinderkopfdichtung aufgebracht werden, die im Bereich des Reservoirs eine Erhebung bildet und die plastische und pastöse Dichtmasse umschließt. Dabei muß die Decklage eine ausreichende Elastizität haben und bei ausgeübten Druck von oben nachgeben können, um die plastische Dichtmasse durch die Öffnungen in den Dichtspalt zu pressen. Als Decklage können neben Metallschichten auch ausreichend temperaturresistente Kunststoffe oder Lacke verwendet werden. Die Öffnun gen können mit dünnen Folien oder durch eine sich beim Beschichten der Metalldichtung im Bereich der Öffnungen ausbildenden Gießhaut des Beschichtungsma terials (ein geeignetes Polymermaterial) temporär verschlossen sein. Dabei können die verwendeten Folien bei der Montage aufreißen und die Dichtmasse durch den Riß austreten oder es können abziehbare Folien verwendet werden.

Das Einbringen der plastischen Dichtmasse kann aber auch mit Ziehnippeln oder unter Verwendung von Unter druck in die die Öffnungen und Reservoire bildenden Hohlräume erfolgen.

Bei Einlagendichtungen ist es vorteilhaft, die Öff nungen und das bzw. die Reservoire durch Einprägen einer Nut herzustellen. Nach Einprägung der Nut kann bevorzugt die plastische Dichtmasse eingebracht und im Anschluß daran die Ränder der eingeprägten Nut zusammengepreßt werden. Dabei bilden der innere Be reich der eingeprägten Nut ein langgestrecktes Reser voir und die zusammengedrückten Ränder sind in ent sprechender Größe die Öffnungen, durch die die pla stische Dichtmasse, bei auf die Zylinderkopfdichtung von oben ausgeübten Druck, austreten und den Dichtspalt abdichten kann.

Die plastische und pastöse Dichtungsmasse kann in Form einer Schnur oder auch ähnlich wie ein Dragee, also von einer dünnen Schicht allseitig umschlossen, verarbeitet werden. Dabei kann die dünne Schicht auch aus einem Gel bestehen.

Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispie len näher beschrieben werden.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines an ei nem Motorblock angeflanschten Gehäuses für den Antrieb der Ventilsteuerung;

Fig. 1a Detaildarstellung aus Fig. 1 mit dem kriti schen Bereich zwischen Motorblock und Ge häuse;

Fig. 2 eine teilweise Schnittdarstellung durch eine Mehrlagenmetall-Zylinderkopfdichtung;

Fig. 3 eine teilweise Schnittdarstellung einer Einlagenmetall-Zylinderkopfdichtung;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch eine Mehrla genmetall-Zylinderkopfdichtung in einer verbesserten Ausführungsform;

Fig. 5 eine teilweise Aufsicht auf eine Zylinderkopfdichtung mit zentra lem Reservoir und

Fig. 6 eine durch ein Reservoir und eine Öffnung vorgegebene Form, von in dieser aufgenomme ner plastischer Dichtungsmasse.

Der Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Motorblocks 8 zu entnehmen, an dem ein Gehäuse 9 für den Antrieb der Ventilsteuerung angeflanscht ist und das gemeinsam mit dem Motorblock 8, in Richtung auf den nicht dargestellten Zylinderkopf mit einer eben falls nicht dargestellten Zylinderkopfdichtung, abge dichtet werden soll. Dabei ist der für die Abdichtung besonders kritische Wandbereich in der Fig. 1a zwi schen Motorblock 8 und Gehäuse 9 im Detail darge stellt. Die nicht dargestellte Zylinderkopfdichtung zeigt auf den Dichtflächen 10, 10′ auf und der kriti sche Bereich ist der oberhalb der Frontdeckeldichtung 11 im Dichtspalt zwischen Motorblock 8 und Gehäuse 9. Nach rechts herausgezogen ist dieser Bereich in einer Schnittdarstellung wiedergegeben, aus der hervorgeht, wie eine plastische und pastöse Dichtmasse den Dicht spalt ausfüllt und seitlich umschließt.

In der Fig. 2 ist eine Mehrlagenmetall-Zylinderkopf dichtung 1 teilweise dargestellt, wobei die beiden untersten Lagen 1′ und 1′′, eine Öffnung 2, für den Austritt der plastischen Dichtmasse in den Dichtspalt bilden. In einer dritten Lage 1′′′, die oberhalb der 2 unteren Lagen 1′ und 1′′ angeordnet ist, ist ein größerer Bereich freigegeben, der ein Reservoir 3 für die Aufnahme der plastischen und pastösen Dichtmasse bildet. Oberhalb der oberen Lage 1′′′ und des Reser voirs 3 ist eine Decklage 5 vorhanden, die ebenfalls aus Metall oder auch aus einem anderen teilweise ela stischen Material, wie Kunststoff oder einem tempera turbständigen Lack gebildet sein kann. Die Menge der im Reservoir 3 aufgenommenen plastischen Dichtmasse ist dabei so bemessen, daß einmal eine ausreichende Abdichtung des Dichtspaltes gewährleistet ist und zum anderen eine Erhebung gebildet wird, die über die obere Ebene der Zylinderkopfdichtung hinausragt. Dies sichert, daß bei der Montage des nicht dargestellten Zylinderkopfes ein Druck auf die im Reservoir 3 auf genommene plastische Dichtmasse ausgeübt wird und eine definierte Menge der plastischen Dichtmasse durch den schmalen Austritt der Öffnung 2 in den Dichtspalt gepreßt wird und diesen ausfüllt.

Eine einlagige Metallzylinderkopfdichtung 1 ist der Fig. 3 zu entnehmen. Diese wird in der Weise herge stellt, daß einmal eine Nut mit einem Stempel in Richtung des vertikalen Pfeiles in die Zylinderkopf dichtung 1 eingepreßt und anschließend eine Kraft in Richtung der horizontalen Pfeile auf das Material der Zylinderkopfdichtung 1 ausgeübt wird, so daß das Re servoir 3 und die Öffnung 2 gebildet wird. In dieser Darstellung ist auf die plastische Dichtmasse ver zichtet worden, die aber bevorzugt vor dem Ausüben der Kraft in horizontaler Richtung in die Nut, die anschließend das Reservoir 3 bildet, eingebracht wird. Hierfür kann ein herkömmliches Einwalzen einge setzt werden. Bei der Montage von Zylinderkopfdich tung 1 und Zylinderkopf übt letzterer einen Druck auf das Reservoir 3 aus und die plastische Dichtmasse wird in der bereits beschriebenen Form aus dem Reser voir 3 durch die Öffnung 2 in den Dichtspalt gepreßt und füllt diesen abdichtend aus.

Eine vorteilhafte Ausbildung einer Mehrlagenmetall- Zylinderkopfdichtung 1 ist der Darstellung in Fig. 4 zu entnehmen. Hierbei bilden die Metallagen 1′ und 1′′′ eine Öffnung 2 und das Reservoir 3. Auf die Ab deckung, wie sie der Fig. 2 zu entnehmen ist, wurde in dieser Darstellung verzichtet. Die unterste Lage 6, 6′ der Zylinderkopfdichtung 1 ist im Bereich der Öffnung 2 geschlitzt. Dabei ist zumindest der Teil der untersten Lage 6 elastisch ausgebildet und kann sich in Richtung des Doppelpfeiles verschwenken. Wird, wie das bereits beschrieben worden ist, ein Druck auf die plastische Dichtmasse von oben ausge übt, wird diese durch die Öffnung gepreßt und der Teil der untersten Lage 6 wird dadurch nach unten verschwenkt und ein größerer Querschnitt wird freige geben. Läßt der Druck nach, beziehungsweise es wird kein Druck mehr auf die plastische Dichtmasse ausge übt, schwenkt die unterste Lage 6 wieder in die Aus gangsstellung zurück und verhindert so ein Zurück fließen der plastischen Dichtmasse, so daß das Ab dichtverhalten verbessert wird.

In der Darstellung gemäß Fig. 5 ist der Teil der Zylinderkopfdichtung wiedergegeben, der den Bereich des angeflanschten Gehäuseteiles überdeckt, in einer Draufsicht wiedergegeben. Hierbei ist ein zentrales, relativ großvolumiges Reservoir 3 vorgesehen, das über Kanäle 7 mit den entsprechenden, in dieser Dar stellung nicht erkennbaren, Öffnung 2 verbunden ist. Dabei sind das Reservoir 3 und die Kanäle 7 so dimen sioniert, daß eine gleichmäßige Verteilung der pla stischen Dichtmasse, an den entsprechenden abzu dichtenden Dichtspalten gesichert ist. Günstig kann es auch sein, mehrere Reservoire 3 gleichmäßig ver teilt anzuordnen, um eine gleichmäßige Verteilung der plastischen Dichtmasse in den Dichtspalten zu sichern. Letztere Ausführungsform ist gegenüber der erstbeschriebenen und dargestellten dahingegen ver bessert, daß die vorhanden Toträume kleiner sind und somit die erforderliche Menge an plastischer Dicht masse verringert wird.

Die Fig. 6 gibt die durch das Reservoir 3 und die Öffnung 2 vorgebene Form der plastischen Dichtmasse, die in der metallischen Zylinderkopfdichtung 1 auf genommen ist, wieder. Dabei ist eindeutig erkennbar, daß im Bereich der Öffnung 2 durch die mit dieser gebildeten Verengung nur eine relativ geringe Menge an plastischer und pastöser Dichtmasse gepreßt werden kann, was dazu führt, daß keine Lufteinschlüsse ent halten sind und ein gleichmäßiges Ausströmen der pla stischen Dichtmasse aus der Öffnung 2 gesichert ist, und dadurch eine gleichmäßige Verteilung der plasti schen Dichtmasse im Dichtspalt erreicht wird.

Claims

1. Zylinderkopfdichtung aus metallischem Material für Verbrennungskraftmaschinen mit seitlich am Motorblock und/oder Zylinderkopf angeflanschten Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Spal tes zwischen Motorblock (8) und/oder Zylinderk opfdichtung und dem angeflanschten Bauteil(en) in der Zylinderkopfdichtung (1) mindestens eine Öffnung (2), die mit mindestens einem eine pla stische pastöse Dichtmasse aufnehmenden Reser voir (3) verbunden ist, vorhanden ist.

2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkopfdichtung (1) im Bereich des/der Reservoirs (3) erhaben ausge bildet ist.

3. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung(en) (2) im Bereich des abzudichtenden Spaltes an dessen Form und Größe angepaßt ist/sind.

4. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung(en) (2) kanalförmig ausgebildet ist/sind.

5. Zylinderkopfdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Dichtmasse eine Plastizität von 100 bis 500 nach ASTM D 926 bei Raumtemperatur hat.

6. Zylinderkopfdichtung nach mindestens einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische pastöse Dichtmasse eine bis mindestens 200°C plastische Polyuretan-Mischung ist.

7. Zylinderkopfdichtung nach mindestens einem der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung(en) (2) eine Breite von ca. 0,2-3 mm hat/haben.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung(en) (2) mit einer Folie überdeckt ist/sind.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung(en) (2) mit einer Gießhaut, die aus dem Dichtungsüberzugsmaterial besteht, überdeckt ist/sind.

10. Zylinderkopfdichtung nach mindestens einem der Ansprüche von 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der/den Öffnung(en) (2) eine flexible Lippe (4), die Öffnung(en) (2) ganz oder teil weise überdeckend, angebracht ist.

11. Zylinderkopfdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentrales Reservoir (3) über Kanäle (7) mit der/den Öffnung(en) (2) verbunden ist.

12. Verfahren zur Herstellung einer Zylinderkopf dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei metallischen Zylinderkopfdich tungen die Öffnung(en), und das/die Reservoir(e) durch Ausstanzungen in der/den Lagen gebildet werden und in die das/die Reservoir(e) bildenden Öffnungen die plastische Dichtmasse vor dem Auf bringen der abschließenden Decklage eingebracht wird.

13. Verfahren zur Herstellung einer Zylinderkopf dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Öffnung(en) und das/die Re servoir(e) durch einseitiges Eindrücken und anschließendes Zusammendrücken der Ränder der durch das Eindrücken gebildeten Nut, gebildet werden, wobei die plastische Dichtmasse vor dem Zusammendrücken in die eingedrückte Nut einge bracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge kennzeichnet, daß die plastische Dichtmasse mit tels Unterdruck in das/die Reservoir(e) einge bracht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge kennzeichnet, daß die plastische Dichtmasse in das/die Reservoir(e) eingepreßt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge kennzeichnet, daß schnurförmige plastische Dichtmasse verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge kennzeichnet, daß eine, mit einer diese allsei tig umschließenden Schutzschicht versehene pla stische Dichtmasse verwendet wird.