DE19548403A1 - Metalldichtungen mit erhöhter Dichtigkeit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Metalldichtungen, die auf einfache Art auf dem abzudichtenden Gegenstand exakt positioniert, fixiert und gegen Verrutschen gesichert wer­ den können, sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Dichtungen.

Um eine optimale Dichtigkeit zu erzielen, müssen Dichtungen auf dem abzudichtenden Gegenstand exakt positioniert wer­ den. Verschiebungen der Dichtung aus der optimalen Lage führen dazu, daß sich die Dichtigkeit verringert. Insbeson­ dere besteht die Gefahr, daß sich trotz anfänglich exakter Positionierung die Dichtung im Verlauf der abschließenden Montage verschiebt, so daß die maximale Dichtungswirkung nicht erreicht wird.

Im Falle von Zylinderkopfdichtungen besitzt die angespro­ chene Problematik auch ökologische Bedeutung, nämlich im Hinblick auf die Reduzierung des Schadstoffausstoßes in Kraftfahrzeugen. Verbesserungen können hier beispielsweise durch Reduzierung des Zylinderkopfdichtungsdurchmesser und der damit einhergehenden Toleranzen und durch exakte Fixie­ rung der Dichtung auf dem Kurbelgehäuse erzielt werden.

Aufgabe der Erfindung war es daher, Dichtungen zur Verfügung zu stellen, die in ihrer Lage exakt auf den abzudichtenden Gegenstand abgestimmt und in dieser Lage fixiert werden können, um so ein Verrutschen der Dichtung, beispielsweise beim nachfolgenden Einbau, im wesentlichen zu verhindern.

Diese Aufgabe wird durch die Metalldichtungen gemäß An­ spruch 1 gelöst, die gemäß dem Verfahren nach Anspruch 7 hergestellt werden können. Weitere Ausführungsformen erge­ ben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäßen Dichtungen zeichnen sich dadurch aus, daß sie wenigstens einen Kragen aufweisen, der über die Un­ terseite der Dichtung herausragt und, wenn die Dichtung auf dem abzudichtenden Gegenstand ausgerichtet worden ist, in eine entsprechende Befestigungsbohrung im abzudichtenden Gegenstand eingepaßt werden kann. Vorzugsweise besitzt die Dichtung mehr als einen Kragen und insbesondere so viele Kragen, wie nötig sind, um ein Verrutschen der Dichtung nach der exakten Positionierung auf dem abzudichtenden Ge­ genstand zu verhindern. Nach der optimalen Ausrichtung der Dichtung auf dem abzudichtenden Gegenstand greifen die Kra­ gen in die entsprechenden Befestigungsbohrungen des abzu­ dichtenden Gegenstandes ein und verhindern so, daß die Dichtung auf dem Gegenstand verschoben werden kann. Ein un­ beabsichtigtes Verschieben der Dichtung aus der optimalen Lage, beispielsweise während des weiteren Einbaus der Dich­ tung, wird damit vermieden.

Als Befestigungslöcher im abzudichtenden Gegenstand können sowohl Bohrungen dienen, die speziell für die Aufnahme der Kragen angebracht wurden, als auch Bohrungen, die zusätz­ lich einem anderen Zweck dienen, beispielsweise Schrau­ benlöcher.

Die erfindungsgemäßen Dichtungen können sowohl ein- als auch mehrlagige Dichtungen sein. Bei den einlagigen Dich­ tungen wird der Kragen durch Umfalzen aus dem Dichtungs­ blech erzeugt, während bei einer Mehrlagendichtung grund­ sätzlich jede der Metallplatten umgefalzt werden kann, solange der gebildete Kragen über die Unterseite der Dich­ tung weit genug vorsteht, um in die entsprechende Befesti­ gungsbohrung eingreifen zu können.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtungen geht man zweckmäßig so vor, daß man zunächst eine Vorform er­ zeugt, die neben den üblichen Bohrungen und Abdichtungs­ einrichtungen wenigstens eine Öffnung enthält, deren Lage im wesentlichen der Lage der entsprechenden Befestigungs­ öffnung im abzudichtenden Gegenstand entspricht. Der Durch­ messer der Paßöffnung ist dabei geringer als der Durchmes­ ser der zugehörigen Befestigungsbohrung. Diese Dichtungs­ vorform wird so auf dem abzudichtenden Gegenstand posi­ tioniert, daß eine optimale Dichtigkeit erzielt werden kann. Die Paßöffnungen kommen dabei im wesentlichen über den entsprechenden Befestigungsbohrungen zu liegen. Die über die Öffnungen der Befestigungsbohrungen überstehen­ den Teile werden nun bei unveränderter Lage der Dichtung in das Innere der Befestigungsbohrungen umgefalzt, wodurch die Dichtung in der gewünschten Lage fixiert wird. Das Um­ falzen kann beispielsweise mit Hilfe eines Stempels passen­ der Größe erfolgen.

Die Erfindung soll nun am Beispiel von Zylinderkopfdichtun­ gen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Das Nachfolgende gilt für andere Typen von Dichtun­ gen entsprechend.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 schematisch eine auf ein Kurbelgehäuse angeord­ nete erfindungsgemäße Dichtung im Querschnitt;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Zylin­ derkopfdichtung;

Fig. 3 eine Teilansicht einer auf einem Kurbelgehäuse angeordneten Vorform einer erfindungsgemäßen Dichtung im Querschnitt;

Fig. 4 schematisch den Umfalzvorgang bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Dichtung; und

Fig. 5 eine mit einer Spannhülse auf einem Kurbelgehäuse befestigte erfindungsgemäße Dichtung im Quer­ schnitt.

Fig. 6 eine Weiterbildung der in Fig. 5 gezeigten Aus­ führungsform.

Genauer zeigt Fig. 1 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 2, der durch die beiden Paßöffnungen 1 geht. Die Zylinderkopfdichtung gemäß Fig. 2 enthält weiterhin Zylin­ deröffnungen 2 und Schraubenlöcher 3.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Dichtung auf einem Kur­ belgehäuse 4 angeordnet und auf diesem fixiert. Das exakte Ausrichten der Dichtung, so daß eine optimale Dichtigkeit erreicht wird, kann beispielsweise mit Hilfe von Konen 5 erfolgen, die durch die Zylinderöffnungen 2 in die Zylin­ derbohrungen 6 geschoben werden. Auf diese Weise kommen die Zylinderöffnungen exakt über den Zylinderbohrungen zu lie­ gen, und in den im Betrieb besonders beanspruchten Berei­ chen der Dichtung wird so eine optimale Ausrichtung der Dichtung erreicht. Die Dichtung wird in dieser Lage durch Kragen 7 fixiert, die in die Befestigungsbohrungen 8 des Kurbelgehäuses eingreifen.

Fig. 3 und 4 zeigen schematisch ein bevorzugtes Verfah­ ren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtungen. Die gezeigte Dichtung ist eine dreilagige Dichtung mit einem oberen und unteren Dichtungsblech 9 und 10 und einem zwi­ schen diesen angeordneten Falzblech 11. Das Falzblech 11 kann, je nach Anforderung, ganz oder teilweise mit einer elastomeren Schicht überzogen oder unbeschichtet sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf analoge Weise auch für einlagige Dichtungen und Dichtungen mit einer anderen Anzahl von Dichtungsplatten anwendbar.

Zunächst wird, wie vorstehend beschrieben, die Dichtung, beispielsweise mit Hilfe von Konen, auf dem Kurbelgehäuse 4 über den Zylinderbohrungen 6 zentriert (nicht abgebildet). Dabei kommen die Zylinderöffnungen 2 der Dichtung auf den Zylinderbohrungen 6 zu liegen, während sich die Paßöffnun­ gen 1 im wesentlichen über den jeweiligen Befestigungsboh­ rungen 8 befinden. Eine exakt mittige Ausrichtung der Paß­ öffnungen über den Befestigungsbohrungen ist, im Gegensatz zur exakten Ausrichtung der Zylinderöffnungen, nicht erfor­ derlich. Je nach Lage der Paßöffnungen relativ zur Befesti­ gungsöffnung kann der gebildete Kragen also eine unter­ schiedliche Höhe erhalten, was seine Funktion aber in keiner Weise beeinträchtigt.

Im gezeigten Fall wird der Kragen aus dem Falzblech 11 ge­ bildet, wozu die Paßöffnung im Falzblech einen geringeren Durchmesser besitzt als die Befestigungsbohrung. Die Paß­ öffnungen in den Dichtungsblechen 9 und 10 besitzen im we­ sentlichen den gleichen Durchmesser wie die Befestigungs­ bohrung. Nach der Ausrichtung der Dichtung auf dem Kurbel­ gehäuse wird der überstehende Bereich des Falzbleches in die Befestigungsbohrung umgefalzt. Zweckmäßig wird hierzu ein Stempel geeigneter Größe verwendet, der den überstehen­ den Rand des Falzblechs in die Befestigungsbohrung hinein­ drückt (Fig. 4).

Auf diese Weise entsteht ein Kragen 7, der in die Befesti­ gungsbohrung eingreift und so die Dichtung in der gewünsch­ ten Lage auf dem Kurbelgehäuse fixiert. Bevorzugt umfaßt eine erfindungsgemäße Dichtung wenigstens zwei in Befesti­ gungsöffnungen eingreifende Kragen, um ein Verschieben der Dichtung sicher auszuschließen.

Die Kragen können im Falle mehrlagiger Dichtungen grund­ sätzlich aus jedem der Dichtungsbleche gebildet werden. Die Paßöffnung des Bleches, aus dem der Kragen gefalzt werden soll, ist in jedem Fall von geringerem Durchmesser als der Durchmesser der zugehörigen Befestigungsbohrung. Der über die Befestigungsbohrung vorstehende Rand muß zudem groß ge­ nug sein, damit der nach dem Umfalzen gebildete Kragen in hinreichendem Maße in die Befestigungsbohrung eingreifen kann, um die Dichtung auf dem Kurbelgehäuse zu fixieren. Die Paßöffnungen der übrigen Dichtungsbleche sind zweck­ mäßig wenigstens so groß wie die Befestigungsbohrung.

Bei einlagigen Dichtungen werden die Kragen aus dem Dich­ tungsblech selbst gebildet.

Der abschließende Einbau der erfindungsgemäßen, auf dem Kurbelgehäuse fixierten Dichtung kann auf übliche Weise erfolgen, beispielsweise durch Aufschrauben des Zylinder­ kopfes. Es ist z. B. möglich, daß einige der Schraubenlö­ cher gleichzeitig die Funktion von Befestigungsbohrungen übernehmen. Vorzugsweise umfaßt die erfindungsgemäße Dich­ tung jedoch neben den Schraubenlöchern gesonderte Paßöff­ nungen, durch die, wie in Fig. 5 gezeigt, geschlitzte Spannhülsen 13 in die Befestigungsbohrungen eingeschlagen werden. Der Durchmesser der Befestigungsbohrungen ist in diesem Fall etwas größer als der Durchmesser der Spann­ hülse und wird so gewählt, daß die Spannhülse in dem Be­ reich, in dem der Kragen in die Befestigungsbohrung eingreift, einen festen Halt hat.

Fig. 6 zeigt eine Weiterbildung der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform. Die Weiterbildung besteht darin, daß die Befestigungsbohrungen 8 im oberen, der Dichtung benach­ barten Bereich einen größeren Durchmesser besitzen als über die restliche Länge der Befestigungsbohrung.

Die Befestigungsbohrungen 8 weisen also in ihrem oberen Ab­ schnitt eine Ringnut 14 auf. Die Breite dieser Ringnut ent­ spricht vorteilhaft im wesentlichen der Dicke des Blechs, das in die Befestigungsbohrung 8 hinein umgefalzt werden soll. Die Höhe der Ringnut ist wenigstens so groß, daß der umgefalzte Blechabschnitt in der Ringnut 14 Platz findet. Vorzugsweise ist die Ringnut gerade so groß, daß sie vom umgefalzten Kragen im wesentlichen ausgefüllt wird. Die in Fig. 6 wiedergegebene Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Spannhülse 13 sowohl am Kragen 7 als auch an Befesti­ gungsbohrung 8 anliegt und so in der Bohrung einen besseren Sitz hat.

Besonders bevorzugt steht die Spannhülse über die Oberseite der erfindungsgemäßen Dichtung vor und dient über eine ent­ sprechende Bohrung im Zylinderkopf gleichzeitig zu dessen Fixierung auf der Dichtung. Die Befestigung der Dichtung mit Hilfe von Spannhülsen führt also nicht nur zu einer ausgezeichneten Befestigung der Dichtung auf dem Kurbel­ gehäuse, sondern auch zu einer gleichzeitigen Positio­ nierung und Fixierung des Zylinderkopfes.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Dichtungen auf dem abzudichtenden Gegenstand in optimaler Position zu fixieren und bei der nachfolgenden Bearbeitung gegen Verrutschen zu sichern. Auf diese Weise kann in den besonders beanspruch­ ten Bereichen eine für die jeweilige Dichtung optimale Dichtigkeit erreicht werden. Im Falle von Zylinderkopfdich­ tungen führt dies zu reduzierten Schadstoffvolumina.

Diese Aufgabe kann weiterhin dadurch gelöst werden, daß die Zylinderkopfdichtung nach ihrer Fixierung auf dem Kurbel­ gehäuse im Bereich der Zylinderbohrungen an die vorgefunde­ nen Gegebenheiten angepaßt wird.

Genauer gesagt, wird zunächst eine Zylinderkopfdichtungs- Vorform hergestellt, deren Zylinderöffnungen kleiner sind als der Durchmesser der zugehörigen Zylinderbohrungen. Diese Vorform wird auf das Kurbelgehäuse aufgespannt und über den Zylinderbohrungen vorzentriert. Nach bestmögli­ cher Positionierung wird die Dichtungs-Vorform auf dem Kur­ belgehäuse befestigt. Dies kann auf jede an sich bekannte Methode geschehen, beispielsweise durch Punktschweißen, Laser-Punktschweißen, Nieten, Kleben oder auf die oben ge­ schriebene Weise mit Hilfe von in Befestigungsöffnungen umgefalzten Kragen. Anschließend wird die Zylinderöffnung derart aufgeweitet, daß sie in ihrer Lage und ihrem Durch­ messer exakt an die entsprechende Zylinderbohrung angepaßt ist. Auf diese Weise können die Zylinderöffnungen optimal an den abzudichtenden Zylinderblock angepaßt werden, wo­ durch eine hohe Dichtigkeit und reduzierte Schadstoff­ volumina erzielbar sind.

Das beschriebene Verfahren eignet sich sowohl für einlagige als auch für mehrlagige Dichtungen. Es soll nachfolgend an­ hand der Abbildungen für eine mehrlagige Dichtung genauer beschrieben werden.

In den Abbildungen zeigt:

Fig. 7 schematisch einen Ausschnitt einer erfindungsge­ mäßen Dichtungs-Vorform, die auf einem Kurbelge­ häuse angeordnet ist; und

Fig. 8 die Dichtung gemäß Fig. 7 nach dem Anpassen der Zylinderöffnungen an die Zylinderbohrungen.

Fig. 7 zeigt eine Vorform der erfindungsgemäßen Zylinder­ kopfdichtung, die bereits auf einem Kurbelgehäuse ausge­ richtet ist, so daß die Zylinderöffnungen 2 über den Zylin­ derbohrungen 6 zu liegen kommen. In dieser Lage wird die Vorform auf dem Kurbelgehäuse fixiert. Anschließend wird die Zylinderöffnung der Vorform, dessen Durchmesser gerin­ ger ist als der Durchmesser der Zylinderbohrung, so aufge­ weitet, das ihre Lage und ihr Durchmesser optimal auf die Zylinderbohrung angepaßt ist.

Die auf diese Weise erhaltene Dichtung (Fig. 8) besitzt im Bereich der Zylinderbohrungen eine ausgezeichnete Dichtig­ keit und somit einen reduzierten Schadstoffausstoß.

Das Aufweiten der Zylinderöffnungen erfolgt beispielsweise mit Hilfe spanender Verfahren. Bevorzugt wird die Zylinder­ öffnung durch Honen erweitert. Das Vorgehen ist dem Fach­ mann grundsätzlich bekannt und muß daher nicht weiter er­ läutert werden.

Beim Aufweitungsvorgang ist darauf zu achten, daß keine Rückstände in die zur Abdichtung notwendigen Bereiche der Dichtung gelangen. Im Falle mehrlagiger Dichtungen kann das Eindringen von Verunreinigungen beispielsweise dadurch ver­ mindert werden, daß die mittleren Lagen der Dichtung gegen­ über den oberen und unteren Dichtungsblechen etwas zurück­ springen. Anders ausgedrückt, kann der Durchmesser der Zy­ linderöffnungen im Bereich der mittleren Lagen der Dich­ tungs-Vorform größer ausgebildet werden als der Durchmesser der Zylinderöffnungen der oberen und unteren Schichten und der Zylinderbohrung.

Fig. 7 und 8 zeigen eine dreilagige Dichtung, ohne daß die vorliegende Erfindung jedoch auf eine solche Art von Dichtungen beschränkt wäre. Diese Erfindung eignet sich vielmehr auch für einlagige Dichtungen und Dichtungen mit einer anderen Anzahl von Lagen. Weiterhin ist es möglich, eines oder mehrere der Metallbleche mit einem aufgesetzten und eingeschweißten Ring zu versehen, der die Zylinderöff­ nung umgibt. Mehrlagige Dichtungen können Distanzbleche unterschiedlicher Dicke aufweisen, die zudem an ihren Enden umgefalzt oder auf sonstige Weise verdickt sind, um so ein voll ständiges Zusammenpressen der in den benachbarten Me­ tallblechen angebrachten Sicken zu verhindern. Wie oben erwähnt, wird es in solchen Fällen bevorzugt, die Ränder der inneren Lagen gegenüber den Rändern der äußeren Lagen der Dichtung zurückzuversetzen.

Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich grundsätzlich alle Typen von Metalldichtungen auf einfache Weise optimal an die jeweiligen Gegebenheiten anpassen, und es kann eines ausgezeichnete Dichtungswirkung erreicht werden.

Claims (15)

1. Metalldichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech oder eines der Metallbleche zur Ausrichtung und Fixierung der Dichtung auf einem ab­ zudichtenden Gegenstand wenigstens einen in Richtung auf den abzudichtenden Gegenstand hin umgefalzten Kragen (7) umfaßt, dessen Lage und Abmessungen derart sind, daß er in eine entsprechende Befestigungsbohrung (8) im abzudichtenden Gegenstand einpaßbar ist.

2. Metalldichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Zylinderkopfdichtung handelt.

3. Metalldichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der umgefalzte Kragen (7) in eine Durch­ gangsöffnung, beispielsweise ein Paßloch oder ein Schraubenloch, einpaßbar ist.

4. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (7) in eine Ringnut (14) im oberen, der Dichtung benachbarten Bereich der Befestigungsbohrung (8) einpaßbar ist.

5. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (7) in ein Paßloch einpaßbar ist und dort mit Hilfe einer Spannhülse (13) auf dem abzu­ dichtenden Gegenstand fixiert wird.

6. Metalldichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (13) über die Oberseite der Dichtung hinausragt und gleichzeitig zur Positionie­ rung und Befestigung einer Abdeckung, beispielsweise eines Zylinderkopfes, dient.

7. Mehrlagen-Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech, aus dem der Kragen geformt wird, ein zwischen mindestens zwei weiteren Metallplatten (9, 10) angeordnetes Falzblech (11) ist.

8. Verfahren zur Herstellung der Metalldichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• - Herstellen einer Dichtungs-Vorform, die wenigstens eine mit einer Befestigungsbohrung (8) des abzu­ dichtenden Gegenstands korrespondierende Öffnung (1) umfaßt, deren Durchmesser geringer ist als der Durchmesser der entsprechenden Befestigungsbohrung,
• - Ausrichten der Dichtungs-Vorform auf dem abzudich­ tenden Gegenstand und
• - Umfalzen des über die Befestigungsbohrung(en) vor­ stehenden Dichtungsblechs in die Befestigungsboh­ rung(en) hinein.

9. Verfahren nach Anspruch 8 zur Herstellung einer Zylinderkopfdichtung, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• - Herstellen einer Dichtungs-Vorform, die neben Zylinder- (2), Fluid- und Schraubenöffnungen (3) wenigstens eine mit einer Befestigungsbohrung (8) des abzudichtenden Gegenstandes korrespondierende Öffnung (1) umfaßt, deren Durchmesser geringer ist als der Durchmesser der entsprechenden Befesti­ gungsbohrung,
• - Ausrichten der Dichtungs-Vorform auf dem Kurbelge­ häuse (4), so daß die Zylinderbohrungen (6) im Kur­ belgehäuse und die Zylinderöffnungen (2) in der Dichtungs-Vorform im wesentlichen übereinander lie­ gen und
• - Umfalzen des über die Befestigungsbohrung(en) vor­ stehenden Dichtungsblechs in die Befestigungsboh­ rung(en) hinein.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungs-Vorform mit einem in die Zylinder­ bohrungen eingepaßten Konus (5) auf dem Kurbelgehäuse zentriert und anschließend das Umfalzen mit Hilfe eines Stempels (12) durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsbohrungen (8) Paßlöcher und/oder Schraubenlöcher sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 zur Herstellung einer Mehrlagendichtung, die ein Falz­ blech (11) und mindestens zwei weitere Metallplatten (9, 10) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Falzblech in die Befestigungsbohrung(en) (8) hinein umgefalzt wird.

13. Verfahren zur Herstellung von Zylinderkopfdichtungen gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• - Herstellen einer Dichtungs-Vorform mit wenigstens einer Metallplatte, welche Zylinderöffnungen (2) um­ faßt, deren Durchmesser geringer ist als der Durch­ messer der zugehörigen Zylinderbohrung (6),
• - Positionierung und Fixierung der Dichtungs-Vorform auf dem Kurbelgehäuse (4) und
• - Aufweiten der Zylinderöffnungen, so daß Lage und Durchmesser im wesentlichen der Lage und dem Durch­ messer der zugehörigen Zylinderbohrung entsprechen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufweiten der Zylinderöffnungen spanend erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufweiten der Zylinderöffnungen durch Honen erfolgt.