DE19548574A1 - Metallische Flachdichtung - Google Patents
Metallische FlachdichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP-A-0 230 804 ist eine Zylinderkopfdichtung bekannt,
die im einfachsten Fall aus einem Funktionsblech bestehen kann, das mit
einer Öffnung entsprechend der Brennkammeröffnung einer Brennkraftma
schine versehen ist, wobei mit Abstand um diese Öffnung herum eine fe
dernd zusammendrückbare Sicke verläuft, die zur Abdichtung des Spalts
zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock dient. Hierbei wird die Sicke
durch einen sich entlang der Öffnung erstreckenden, an dem Funktions
blech befestigten Ring gegen Flachdrücken geschützt. Im allgemeinen
reicht eine derartige Dichtung für den vorgesehenen Anwendungsfall je
doch nicht aus, vielmehr sind hierzu mehrlagige Dichtungen mit zwei
Funktionslagen üblich. Trotzdem ist die Wegamplitude, der Sicken ohne
wesentliche Beeinträchtigung ihrer Lebensdauer ausgesetzt werden können,
relativ gering, zumal die Steifigkeit und Festigkeit der Funktionslagen
sehr hoch sein muß.
Aus der DE-A-23 51 552 ist ferner eine Flachdichtung aus einem
Blechteil für relativ gering beanspruchte Dichtstellen bekannt, wobei
das Blechteil mit einer um eine Öffnung umlaufenden, federnd zusammen
drückbaren Doppelsicke zwecks Abdichtung versehen ist, wobei zur Mikro
abdichtung das Blechteil beidseitig mit einer PTFE-Beschichtung versehen
ist. Hierdurch ergibt sich aber nur auf jeder Seite eine Dichtungslinie,
während die Problematik von Sicken bleibt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine metallische Flachdichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einlagig sein kann
und trotzdem eine gute Abdichtung bei verbesserter elastischer Dicht
spaltdynamik sicherstellt sowie insbesondere als Zylinderkopfdichtung
geeignet ist.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 gelöst.
Die Verwendung von Abdichtungsabschnitten, die derart ausge
bildet sind, daß sie aus zwei durch einen Versatzringabschnitt getrenn
te, konzentrische, parallel versetzte Ringabschnitte gebildet werden,
von denen der radial äußere Ringabschnitt in der Ebene des Funktions
blechs liegt, während der radial innere Ringabschnitt um die jeweilige
Öffnung herum verlaufend gegenüber der Ebene des Funktionsblechs ver
setzt ist, führt dazu, daß die Vorteile der plastischen und elastischen
Bauarten von Dichtungen vereinigt werden. Hierdurch wird die zulässige
Dichtspaltdynamik verbessert, d. h. die zulässige Wegamplitude ver
größert, während geringere Bauteilsteifigkeiten und -festigkeiten erfor
derlich sind. Der benötigte Bauraum ist gering. Außerdem ergeben sich
weitere Vorteile beim Einsatz als Zylinderkopfdichtungen in Buchsenmoto
ren aufgrund der Krafteinleitung.
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 in Draufsicht ausschnittweise eine Ausführungs
form einer Zylinderkopfdichtung.
Fig. 2 zeigt vergrößert einen Schnitt längs der Linie II-II
von Fig. 1.
Fig. 3a bis 3c zeigen das Einspannen der Zylinderkopfdichtung
von Fig. 1 im Bereich des Schnittes von Fig. 2.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt entsprechend der Linie III-III von
Fig. 1 für eine weitere Ausführungsform.
Fig. 5 zeigt in Draufsicht eine Ausführungsform einer weiteren
Flachdichtung.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Zylinderkopfdichtung umfaßt
ein Funktionsblech 1, das mit mehreren, aneinandergereihten Öffnungen 2
entsprechend den Brennkammern einer Brennkraftmaschine versehen ist. Zu
sätzliche Schraubenlöcher 3 und Öffnungen 4 zum Hindurchleiten von Öl
oder Kühlwasser sind vorgesehen. Das Funktionsblech 1 besteht insbeson
dere aus einem temperaturstabilen, hochfesten Stahl, etwa Edel- oder Fe
derstahl.
Um jede Öffnung 2 herum ist ein Abdichtungsabschnitt ausgebil
det, der aus zwei durch einen Versatzringabschnitt 5 getrennte, konzen
trische, parallel versetzte Ringabschnitte 6′, 6′′ gebildet wird, von de
nen der äußere Ringabschnitt 6′ in der Ebene des Funktionsblechs 1
liegt, während der innere Ringabschnitt 6′′ um die jeweilige Öffnung 2
herum verlaufend gegenüber der Ebene des Funktionsblechs 1 versetzt ist.
Hierdurch wird beim Einspannen ein Kippmoment erzeugt, so daß
der Abdichtungsabschnitt im eingespannten Zustand zylinderkopf- wie zy
linderblockseitig zur Anlage kommt. Somit ergeben sich nach beiden Sei
ten jeweils zwei um die Öffnung 2 umlaufende Dichtungslinien. Dies führt
zu einer guten Abdichtung.
Der Versatzringabschnitt 5, der im allgemeinen eine Breite von
etwa 0,3 bis ca. 1 mm aufweist, aber auch partiell größer sein kann, ist
sehr fest und steif, während die beiden Ringabschnitte 6′, 6′′ demgegen
über relativ lang und elastisch sind, so daß die Zylinderkopfdichtung
der durch die Explosionen des Brennstoff-Luft-Gemisches im Zylinder be
wirkten Relativbewegung zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock zu fol
gen vermag, ohne daß die Dichtwirkung beeinträchtigt wird.
Der Abdichtungsabschnitt kann durch Prägen hergestellt werden.
Die Versatzringbreite a des Versatzringabschnitts 5, die dem Spalt zwi
schen Prägestempel und Matrize entspricht, kann ebenso wie seine Ver
satzhöhe s, die allgemein im Bereich von wenigen Zehntel mm liegt, vari
iert werden, um gezielt über den Umfang hinweg die Pressung, die im Be
reich der Schraubenlöcher 3 höher als in den dazwischen liegenden Berei
chen sein wird, zu erhöhen oder zu erniedrigen und damit insgesamt die
Pressung zu vergleichmäßigen. Je geringer die Versatzringbreite a ist,
desto stärker ist bei der Umformung die Plastifizierung und damit infol
ge entsprechend verminderter Rückfederung im Anschluß an die Umformung
desto größer die sich dann ergebende Versatzhöhe s. Deshalb erfolgt aus
Gründen der Kosten für die Werkzeuge die Variation vorzugsweise über ei
ne Variation der Versatzringbreite a.
Aber auch die anderen Parameter wie das Material und die Dicke
d des Funktionsblechs 1, die Breite la des äußeren Ringabschnitts 6′,
die Breite li des inneren Ringabschnitts 6′′ und der enge Kantenradius R
lassen sich zur Optimierung der Pressung verwenden.
Zweckmäßigerweise können radial außen zu dem äußeren Ringab
schnitt 6′ Trennschlitze 7 (gestrichelt angedeutet) angeordnet sein, die
insbesondere benachbart zu den Schraubenlöchern 3 durch Stege 8 vonein
ander getrennt sind. Die Aufgabe der Trennschlitze 7 besteht darin, den
Bereich der Ringabschnitte 6′, 6′′ von der Restfläche des Funktionsblechs
1 zu trennen, um hier ein definiertes Verformungsverhalten zu erreichen,
das von der Restfläche des Funktionsblechs 1 unbeeinflußt ist.
Durch Entgratung, Verrundung, Abplattung od. dgl. der beim Ein
spannen der Dichtung zur Anlage gelangenden Kanten 9, 10 kann ein örtli
che Pressungsreduzierung durch Flächenvergrößerung erzielt werden. Hier
durch können unerwünschte Eingrabungen verhindert oder vermindert wer
den.
Zweckmäßigerweise wird das Funktionsblech 1 mit einer Einlauf
beschichtung etwa in Form eines Festschmierstoffs, beispielsweise Molyb
dändisulfit, Gleitlack od. dgl., in einer Stärke von etwa 40 µm oder mehr
(bis etwa 100 µm), d. h. in einer Stärke etwas größer als die Oberflä
chenrauheit der Gegenbauteile, versehen. Hierdurch können "Mikrofres
ser", die potentielle Undichtigkeitsstellen darstellen, vermieden wer
den, indem die Rauheiten ohne derartige Fresser beim Einlaufen abgear
beitet werden können. Beim Abarbeiten der Rauheiten wird der Traganteil
der Gegenflächen drastisch erhöht und schließlich ein stabiler Zustand
erreicht. Ferner führt die Beschichtung, die nur temporär wirken und
vorhanden sein muß, zu einer guten Schmierung bei hoher Pressung und
Temperatur.
Auch die bereits angesprochene Flächenvergrößerung an den
Außenkanten 9, 10 durch Entgratung und dergleichen trägt hierzu bei.
In den Fig. 3a bis 3c ist das Einspannen einer Zylinderkopf
dichtung gemäß Fig. 1 und 2 bei einer Zylinderlaufbuchsen 11 aufweisen
den Brennkraftmaschine dargestellt. Zunächst wird der innere Ringab
schnitt 6′′ von der von dem Zylinderblock 12 aufgenommenen Zylinderlauf
buchse 11 beaufschlagt, während der äußere Ringabschnitt 6′ vom Zylin
derkopf 13 beaufschlagt wird, Fig. 3a. Hierdurch wird ein Kippmoment M
um den Drehpunkt D erzeugt. Dies bewirkt das Kippen des Abdichtungsab
schnitts um den Drehpunkt D, so daß der äußere Ringabschnitt 6′ mit dem
Zylinderkopf 12 und der innere Ringabschnitt 6′′ mit dem Zylinderkopf 13
zusätzlich in Eingriff gelangen, um dementsprechend vier Dichtungslinien
auszubilden, vgl. Fig. 3b. Bei weiteren Verspannen werden die beiden
Ringabschnitte 6′, 6′′ elastisch verformt, Fig. 3c. Es bilden sich dabei
zwei äußere Anlagebereiche AZK und AZB durch elastische Biegung der
Ringabschnitte 6′, 6′′ und zwei innere Anlagebereiche IZK und IZLB her
aus, die vorrangig durch plastische Verformung gebildet werden.
Vorteilhaft greift der innere Anlagebereich IZLB am äußeren
Buchsenrand bzw. am vom Zylinderblock 12 abgestützten Buchsenbund, falls
ein solcher vorhanden ist, an, wodurch ein deutlich reduziertes Moment
auf die Zylinderlaufbuchse 11 ausgeübt wird, so daß sich deren Rißgefahr
entsprechend vermindert.
Ein über- oder -unterstand der Zylinderlaufbuchsen 11 kann
außerdem durch eine derartige Zylinderkopfdichtung gegenüber dem Zylin
derblock 12 überbrückt werden, indem la und li unterschiedlich gewählt
werden.
Durch unterschiedliche Breiten la und li wird allgemein ein
unterschiedliches elastisches Verhalten auf der Innen- und Außenseite
des Versatzringabschnitts 5 erreicht.
Wie Fig. 4 zeigt, kann die Zylinderkopfdichtung auch mehrla
gig ausgebildet sein, wobei (ein- oder) beidseitig von der Funktionsla
ge 1 ein entsprechend konturiertes Deckblech 14 angeordnet sein kann.
Letztere können dazu verwendet werden, die Stärke der Dichtung an eine
vorgeschriebene Dichtspaltbreite anzupassen, und eignen sich ferner da
zu, über entsprechende Halbsicken 15 andere Öffnungen 4 abzudichten (die
sonst beispielsweise durch anvulkanisierte Elastomerabschnitte abgedich
tet werden können). Die Deckbleche 14 wirken Eingrabungen, die beim Ein
spannen durch die beschriebene Anlageflächenvergrößerung auftreten kön
nen, entgegen.
Gegebenenfalls kann auch benachbart zur Öffnung 2 ein Überhö
hungsring 16 angeordnet werden, der an dem Funktionsblech 1 oder an dem
Deckblech 14 beispielsweise über Schweißpunkte befestigt oder durch Um
falzen des Innenrandes des Deckblechs 14 oder eines weiteren Falzblechs
(nicht dargestellt) gebildet sein kann. Dies ist vor allem bei Motoren
ohne Buchsenüberstand zweckmäßig, um eine Brennraumüberhöhung dichtungs
seitig darzustellen.
Diese Brennraumüberhöhung kann bei Einlagen- und Mehrlagen
dichtungen auch dadurch erzeugt werden, daß die Blechdicke des aus den
Ringabschnitten 6′, 6′′ und dem Versatzringabschnitt 5 gebildeten Brenn
raumring, der mit benachbarten Brennraumringen gegebenenfalls auch zu
einer Brille zusammengefaßt sein kann, dicker gewählt wird als die umge
benden Dichtungslage.
Bei entsprechend schmalen Stegen zwischen den Brennkammern ei
ner Brennkraftmaschine können die Abdichtungsabschnitte brillenartig
vereinigt sein.
Eine derartige metallische Flachdichtung ist aber nicht nur
als Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen allgemein und insbeson
dere für solche mit Zylinderlaufbuchsen geeignet, sondern auch für alle
hoch beanspruchten Dichtstellen wie beispielsweise die Dichtstelle zwi
schen Zylinderkopf und Auslaßkrümmer oder zwischen Abgasstrang und Ab
gasturbolader. In den letztgenannten Fällen kann die Flachdichtung im
einfachsten Fall als Ring ausgebildet sein, der einen inneren und einen
äußeren Ringabschnitt 6′, 6′′ umfaßt, die in versetzten Ebenen liegen und
durch einen Versatzringabschnitt 5 miteinander verbunden sind.
Zweckmäßig wird ein derartiger Ring jedoch in eine Trägerplat
te 1′ integriert, wobei er, vorteilhafterweise benachbart zu Schrauben
löchern 3, mit der Trägerplatte 1′ über Stege 8 verbunden und ansonsten
durch Trennschlitze 7 getrennt sein kann, wie in Fig. 5 dargestellt ist.
Auch bei einer derartigen Flachdichtung kann ein Überhöhungs
ring vorgesehen werden und/oder es können die Breite des Versatzringab
schnitts 5 und/oder die übrigen in Fig. 1 angegebenen Größen variiert
werden.
Claims (12)
1. Metallische Flachdichtung umfassend mindestens einen Ring,
der einen Abdichtungsabschnitt bildet, dadurch gekennzeich
net, daß der Abdichtungsabschnitt aus einem inneren und einem äußeren
Ringabschnitt (6′, 6′′) gebildet wird, die in im wesentlichen zueinander
parallel versetzten Ebenen liegen und durch einen Versatzringabschnitt
(5) miteinander derart verbunden sind, daß beim Einspannen ein Kippmo
ment erzeugt wird, so daß der Abdichtungsabschnitt an beiden verspannten
Bauteilen (11, 12, 13) zur flächigen Anlage kommt.
2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der mindestens eine Ring in einer Trägerplatte (1, 1′) angeordnet ist.
3. Flachdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der mindestens eine Ring in der Trägerplatte (1, 1′) über Stege (8) ver
bunden ist.
4. Flachdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stege (8) benachbart zu Schraubenlöchern (3) in der Trägerplatte (1,
1′) angeordnet sind.
5. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß benachbart zum Innenrand des mindestens einen Rings
ein Überhöhungsring (16) vorgesehen ist.
6. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß wenigstens ein Deckblech (14) vorgesehen ist.
7. Flachdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Überhöhungsring (16) durch Umfalzen eines Deckblechs (14) gebildet
oder an einem Deckblech (14) befestigt ist.
8. Flachdichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich
net, daß das wenigstens eine Deckblech (14) zum Abdichten zusätzlicher
Öffnungen (4) gesickt ist.
9. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Einlaufbeschichtung, insbesondere in Form eines
Festschmierstoffs, vorgesehen ist.
10. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Außenkanten (9, 10) des inneren und äußeren
Rings (6′, 6′′), die mit den zu verspannenden Bauteilen (11, 12, 13) in
Eingriff gelangen, in ihrer Fläche vergrößert sind.
11. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Breite des Versatzringabschnitts (5) und/oder
des inneren und/oder äußeren Ringabschnitts (6′, 6′′) und/oder die Ver
satzhöhe über den Umfang variieren.
12. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß sie als Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftma
schine ein Funktionsblech (1) umfaßt, das mit einer oder mehreren Öff
nungen (2) entsprechend abzudichtenden Brennkammeröffnungen der Brenn
kraftmaschine versehen ist, wobei um jede Öffnung (2) herum verlaufend
der Abdichtungsabschnitt angeordnet ist, der aus dem radial inneren und
dem radial äußeren Ringabschnitt (6′, 6′′) gebildet wird, die in versetz
ten Ebenen mit dem äußeren Ringabschnitt (6′) in der Ebene des Funk
tionsblechs (1) liegen und durch den Versatzringabschnitt (5) miteinan
der verbunden sind.
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