DE19601324A1 - Zylinderkopfdichtung - Google Patents

Description

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

Aus dem JP-GM Hei 4-16026 ist eine Zylinderkopfdichtung dieser Art bekannt, bei der ein Deckblech zusammen mit einem Bördelblech über­ einander angeordnet vorgesehen sind, wobei das Bördelblech entlang des Brennraumdurchgangs in Richtung auf das Deckblech umgebördelt ist, wäh­ rend das Deckblech mit einer zum Bördelblech gerichteten, mit Abstand um den Brennraumdurchgang angeordneten umlaufenden Sicke versehen ist. Der umgebördelte Bereich des Bördelblechs befindet sich innerhalb des Sicken­ bereichs, so daß ein vollständiges Plattdrücken der Sicke verhindert wird, so daß die Federeigenschaften der Sicke erhalten bleiben, um so Ermüdungsbrüchen entgegenzuwirken. Allerdings sind hierbei die beiden Bleche nur an verschiedenen Stellen außerhalb des Dichtungsbereichs etwa durch Nieten oder Schweißpunkte verbunden. Dies führt bei einem dünnen Bördelblech zu Verformungen und Faltenbildung sowie Rissen im Verlauf des wiederholten Betriebs der Brennkraftmaschine, in die die Zylinder­ kopfdichtung eingebaut wird, insbesondere wenn Zylinderkopf und Zylin­ derblock aus unterschiedlichen Materialien wie Aluminium und Gußeisen bestehen, die sich beim Erwärmen und Abkühlen während der Betriebsphasen der Brennkraftmaschine unterschiedlich ausdehnen bzw. kontrahieren. Hierdurch kann sich das Bördelblech in die Brennkammer erstrecken oder im umgebördelten Bereich reißen. Wenn das Bördelblech dagegen dick ist, wird der umgebördelte Bereich im Umbiegungsbereich nicht vollkommen platt oder der umgebördelte Bereich dehnt sich etwas nach beiden Seiten hin gegen die Dichtungsflächen aus. Es ist schwierig, ein Plattdrücken selbst infolge der Spannkräfte in der Nähe der Spannbolzen zu erzielen, wobei der umgebördelte Bereich einer erheblichen Belastung durch Flä­ chenpressung ausgesetzt wird. Hierdurch kann sich eine Eingrabung erge­ ben, die die Dichtigkeit beeinträchtigten kann, während dann, wenn tat­ sächlich unter großer Krafteinwirkung ein Plattdrücken stattfindet, der Biegebereich brechen kann.

Ferner ist aus der JP-OS Hei 5-61503 eine Zylinderkopfdichtung bekannt, bei der ein gesicktes Deckblech und ein Bördelblech aufeinan­ derliegend angeordnet sind, wobei das Bördelblech um das Deckblech bis etwa zur Sicke, die sich vom Bördelblech weg erstreckt, umgebördelt ist, so daß der umgebördelte Abschnitt einen Sickenschutz bildet, während so­ wohl im verdickten Bereich am Brennraumdurchgang als auch an der Sicke eine um den Brennraumdurchgang umlaufende Dichtungslinie ausgebildet wird. Bei dieser Zylinderkopfdichtung ergeben sich entsprechende Proble­ me, zumal der umgebördelte Abschnitt in direktem Kontakt mit einer der Dichtflächen von Zylinderkopf und Zylinderblock gelangt, d. h. daß das dünnere Bördelblech verformt werden kann und sich in die Brennkammer hinein erstrecken kann, wobei im umgebördelten Abschnitt Risse auftreten können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zylinderkopfdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der Verformungen unter­ drückt werden können, so daß sich eine lange Lebensdauer bei sicherer und zufriedenstellender Abdichtung ergibt.

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

Auf diese Weise können neben der Tatsache, daß Ermüdungsbrüche aufgrund der beim Betrieb des Verbrennungsmotors auftretenden Vibratio­ nen vermieden werden, Verformungen unterdrückt werden, so daß eine zu­ friedenstellende Abdichtung während einer langen Dauer sichergestellt werden kann.

Endabschnitte der Deckbleche am Rand des Brennraumdurchgangs stehen entlang des gesamten Randes gleichmäßig in Kontakt mit dem umge­ bördelten Abschnitt eines Bördelblechs mit Ausnahme eines randseitigen Endabschnitts des umgebördelten Abschnitts des Bördelblechs. Hieraus re­ sultiert, daß eine ausreichende und ferner recht gleichmäßige Flächen­ pressung sichergestellt werden kann und daher eine positionelle Ver­ schiebung zwischen den Deckblechen und dem Bördelblech ebenso wie ein Verbiegen des gebördelten Abschnitts des Bördelblechs und ein Erzeugen von Falten od. dgl. verhindert wird. Weiter stützt sich die Kante jedes Deckblechs, die den Brennkammerdurchgang definiert, gegen den Startbe­ reich des Endbereichs des gebördelten Abschnitts des Bördelblechs ab, so daß der Endbereich mit größerer Dicke als der doppelten Stärke des Bör­ delblechs als Stopper dient, wodurch verläßlich eine positionelle Ver­ schiebung zwischen Deckblech(en) und Bördelblech verhindert wird.

Insbesondere wird hierbei der gerundete Kantenbereich der den Brennraumdurchgang definierenden Kante des Deckblechs mit dem Endbereich in engen Eingriff gebracht, wodurch das Bördelblech noch stabiler gehal­ ten werden kann.

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. 1A zeigt ausschnittweise im Querschnitt eine Ausführungs­ form einer metallischen Zylinderkopfdichtung.

Fig. 1B zeigt im Querschnitt die Zylinderkopfdichtung von Fig. 1A im eingespannten Zustand.

Fig. 2 ist eine Detailansicht von Fig. 1A.

Fig. 3A und 3B zeigen ausschnittweise im Querschnitt eine wei­ tere Ausführungsform einer metallischen Zylinderkopfdichtung uneinge­ spannt und eingespannt.

Fig. 4 bis 6 zeigen ausschnittweise im Querschnitt zusätzliche Ausführungsformen von metallischen Zylinderkopfdichtungen.

Fig. 7A und 7B zeigen ausschnittweise im Querschnitt zwei wei­ tere Ausführungsformen einer metallischen Zylinderkopfdichtung.

Fig. 8A und 8B zeigen in Draufsicht ein Beilageblechstück und dessen Anordnung in einer Zylinderkopfdichtung.

Fig. 9 zeigt zeigt ausschnittweise eine Draufsicht auf eine Zylinderkopfdichtung nach einer der Ausführungsformen der Fig. 1 bis 8B.

Die in den Fig. 1A und 9 dargestellte metallische Zylinder­ kopfdichtung 10 umfaßt zwei elastische Deckbleche 11 und 12 etwa aus rostfreiem Stahl od. dgl., zwischen denen ein Bördelblech 13 angeordnet ist, das dünner als die Deckbleche 11, 12 ist. Die Deckbleche 11, 12 und das Bördelblech 13 sind durch Punktschweißen oder Nieten an verschiede­ nen Stellen in Abschnitten 10a, die sich außerhalb des Stoßbereichs von Zylinderkopf und Zylinderblock befinden, miteinander verbunden. Die Deckbleche 11, 12 können mit einer Oberflächenbeschichtung zur Kompensa­ tion der Rauhheit der angrenzenden Flächen von Zylinderkopf und Zylin­ derblock, d. h. zur Mikroabdichtung, versehen sein.

Mehrere Brennraumdurchgänge 14 entsprechend den Zylinderboh­ rungen (Verbrennungskammern) des Zylinderblocks sind vorgesehen ebenso wie Schraubenlöcher 15 für den Zylinderblock und den Zylinderkopf ver­ spannende Schrauben, Öldurchtritte 16 für Schmieröl und Wasserdurchtrit­ te 17 für Kühlwasser. Diese Öffnungen 14-17 kommunizieren mit entspre­ chenden Kammern bzw. Kanälen, wenn die Zylinderkopfdichtung eingesetzt ist.

Gemäß Fig. 1A sind beide Deckbleche 11, 12 benachbart zum je­ weiligen Brennraumdurchgang 14 und konzentrisch hierzu mit einer bogen­ förmigen Sicke 11a bzw. 12a versehen, wobei die Sicken 11a, 12a mit ih­ ren konvexen Seiten unter Zwischenschaltung des Bördelblechs 13 einander zugewandt sind. Im dargestellten Fall sind die Sicken 11a, 12a im glei­ chen Abstand zum Brennraumdurchgang 14 angeordnet. Ihre Radien zum Zen­ trum des Brennraumdurchgangs 14 können jedoch auch unterschiedlich sein ebenso wie ihre Breiten.

Die Ränder der Deckbleche 11, 12, die die Brennraumdurchgänge 14 definieren, sind in der gleichen vertikal ausgerichteten Position an­ geordnet. Das Bördelblech 13 besitzt einen zum Deckblech 12 hin umgebör­ delten Abschnitt im Randbereich am jeweiligen Brennkammerdurchgang 14. Hierbei erstreckt sich der umgebördelte Abschnitt jeweils nur soweit vom Brennraumdurchgang 14 weg, daß seine Kante 13b den Bereich der Sicken 11a, 12a nicht überlappt.

Der durch das Bördeln entstehende, den Brennraumdurchgang 14 definierende Endabschnitt 13a des Bördelblechs 13 ist nicht vollständig platt, sondern erstreckt sich etwas über und unter die Ober- und Unter­ seite des umgebördelten Abschnitts des Bördelblechs 13. Dies ist unver­ meidbar bei der Herstellung der Bördelung bei Blechstärken etwa 0,3 mm, wobei zum Flachdrücken des Endabschnitts 13a, der einen im wesentli­ chen kreisförmigen Querschnitt aufweist, eine übermäßig große Kraft not­ wendig wäre. Zusätzlich könnten sich bei Anwendung einer solchen Kraft Risse und Brüche im Endabschnitt 13a ergeben.

Dementsprechend ist bei der Zylinderkopfdichtung 10 vorgese­ hen, daß die Startlinie X, wo der Endabschnitt 13a beginnt, sich etwa in der Fläche, die durch die Ränder Y der beiden Deckbleche 11, 12 am Brennraumdurchgang 14 verläuft, bzw. etwa innerhalb hiervon befindet. D.h. daß der Endabschnitt 13a sich nahezu ganz oder ganz über die senk­ recht übereinander liegenden Ränder Y der Deckbleche 11, 12 in den Be­ reich des Brennraumdurchgangs 14 erstreckt.

Zur Herstellung eines Lochs in einem Metallblech wird nahezu immer ein Stanzvorgang verwendet. Hierdurch bedingt wird die Kante an der Seite, wo der Stanzvorgang beginnt, in Richtung des Stanzfort­ schritts abgerundet, während die Kante an der anderen Seite, wo der Stanzvorgang endet, in Richtung des Stanzfortschritts verlängert. Dem­ entsprechend werden die beiden Deckbleche 11, 12, wie in Fig. 2 darge­ stellt, derart orientiert zum Bördelblech 13 angeordnet, daß die gerun­ deten Seiten 14a der Kanten am Rand des Brennraumdurchgangs 14 dem Bör­ delblech 13, d. h. den Startlinien X des Endabschnitts 13a zugewandt sind.

Wie in Fig. 1B dargestellt, ist die metallische Zylinderkopf­ dichtung 10 zwischen einem Zylinderblock 6 und einem Zylinderkopf 5 ei­ ner Brennkraftmaschine eingespannt. Durch das Einspannen wird die Zylin­ derkopfdichtung deformiert, wobei die Sicken 11a, 12a elastisch zusam­ mengedrückt werden, so daß der Spalt zwischen Zylinderkopf 5 und Zylin­ derblock 6 um die Brennkammer herum abgedichtet wird.

Während die beiden Seiten des umgebördelten Bereichs des Bör­ delblechs 13 mit den beiden Deckblechen 11, 12 im eingespannten Zustand der Dichtung in Berührung gelangen, steht der Endabschnitt 13a in Rich­ tung auf den Brennraumdurchgang 14 bezüglich des Kontaktbereichs zwi­ schen den Deckblechen 11, 12 und dem Bördelblech 13 vor, so daß der End­ abschnitt 13a weder mit der Stoßfläche des Zylinderkopfs 5 noch mit der­ jenigen des Zylinderblocks 6 in Kontakt steht. Somit befindet sich der Endabschnitt 13a in einem Raum, der zwischen den Stoßflächen des Zylin­ derblocks 6 und des Zylinderkopfes 5 und ferner durch eine innere Rand­ fläche des Brennraums, die eine Dicke entsprechend der Summe der Stärken der Deckbleche 11, 12 und des umgebördelten Abschnitts des Bördelblechs 13 besitzt, definiert wird. Dementsprechend sind die Endabschnitte der Deckbleche 11, 12 und des umgebördelten Abschnitts des Bördelblechs 13 gleichmäßig in Kontakt mit den Dichtflächen des Zylinderblocks 6 und des Zylinderkopfes 5 längs des gesamten Umfangs der inneren Randfläche des Brennraums. Desweiteren stoßen die Startlinien X des Endabschnitts 13a gegen die gerundeten Kantenseiten 14a der Deckbleche 11, 12 am Brennkam­ merdurchgang 14. Daraus ergibt sich, daß der Endabschnitt 13a des umge­ bördelten Abschnitts des Bördelblechs 13 die Funktion eines Stoppers ausübt und eine positionelle Verschiebung der Deckbleche 11, 12 zur In­ nenseite des Brennraums hin verhindert.

Aufgrund dieser Anordnung wird somit keinerlei Verschiebung der Deckbleche 11, 12 und des Bördelblechs 13 stattfinden, auch wenn Zy­ linderblock 6 und Zylinderkopf 5 aus unterschiedlichen Materialien wie Gußeisen und Aluminium bestehen, selbst wenn eine thermische Ausdehnung zwischen Zylinderkopf 5 und Zylinderblock 6 infolge Temperaturänderung beim Betrieb der Verbrennungsmaschine stattfindet. Weiterhin kann so ei­ nem Bruch im Endabschnitt 13a, das Auftreten von Falten aufgrund von Verschiebungen und das Verschieben und Deformieren des umgebördelten Ab­ schnitts verhindert werden.

Bei einer derartigen Zylinderkopfdichtung kann zur Vergröße­ rung ihrer Dicke ein Beilageblech 41a oder 41b eingelegt werden, vgl. Fig. 7A und 7B.

Die in Fig. 3A dargestellte Zylinderkopfdichtung 20 besitzt nur ein Deckblech 12 und das Bördelblech 13, wobei der Endabschnitt 13a′ des umgebördelten Abschnitts des letzteren entsprechend angeordnet ist. Im eingespannten Zustand, Fig. 3B, ragt wiederum der Endabschnitt 13a′ in bezug zum Rand des Deckblechs 12 am Brennkammerdurchgang 14 in Rich­ tung der Brennkammer vor, wobei der Endabschnitt 13a′ durch Abstützung gegen die gerundete Kantenseite des Deckblechs 12 als Stopper wirkt.

Die Sicken 11a′ und 12a′ der Deckbleche 11′, 12′ können wie bei der in Fig. 4 dargestellten Zylinderkopfdichtung 30 nach außen ge­ wölbt angeordnet sein.

Ferner kann, wie bei der in Fig. 5 dargestellten Zylinderkopf­ dichtung 40, ein getrenntes, dünnes Beilageblech 41 an der Seite des Bördelblechs 13 vorgesehen sein, auf die das Bördelblech 13 umgebördelt ist. Das Beilageblech 41 ist dünner als das Bördelblech 13 und überlappt sich nicht mit dessen umgebördelten Abschnitt.

Bei den Zylinderkopfdichtungen 50a und 50b der Fig. 7A und 7B erstreckt sich ein Innenrand des Beilageblechs 41a bzw. 41b bis zur obe­ ren Startlinie X des Endabschnitts 13a des umgebördelten Abschnitts des Bördelblechs 13, so daß das Beilageblech 41a bzw. 41b den umgebördelten Abschnitt des Bördelblechs 13 bis auf den Endabschnitt 13a überdeckt. In diesem Fall sind im Schnitt gesehen die Innenkante des Beilageblechs 41a bzw. 41b, der obere Startpunkt X des Endabschnitts 13a, die Kanten Y der Deckbleche 11 und 12 am Brennkammerdurchgang 14 auf der gleichen Li­ nie senkrecht zur Oberfläche der Zylinderkopfdichtung 50a bzw. 50b ange­ ordnet.

Bei der Zylinderkopfdichtung 50a hat das Beilageblech 41a ei­ nen gekröpften Abschnitt benachbart zur Kante 13b des umgebördelten Ab­ schnitts des Bördelblechs 13, so daß eine Stufe entsprechend einer hal­ ben Bördelblechdicke im Beilageblech 41a zum oberen Deckblech 11 hin ge­ bildet wird.

Das Beilageblech 41b ist dagegen plan und erstreckt sich pa­ rallel zum Bödelblech 13.

Bei der Zylinderkopfdichtung 50a dienen die Ober- und Unter­ seite des Beilageblechs 41a als Stopper aufgrund der Stufe, während bei der Zylinderkopfdichtung 50b das Beilageblech 41b einfach zur Einstel­ lung der Dichtungshöhe hinzugefügt ist.

Bei der Zylinderkopfdichtung 40 von Fig. 5 oder 6 kann durch das Beilageblech 41 eine Verformung des Bördelblechs 13 in der Flächen­ pressungsrichtung aufgrund der Klemmkraft unterdrückt werden.

Bei der Zylinderkopfdichtung 40 von Fig. 6 sind die Deckbleche 11, 12 und das Bördelblech 13 relativ dick und die Krümmung der Sicken 11a, 12a relativ klein (d. h. ihre Höhe ist relativ niedrig) und die Breite des umgebördelten Abschnitts ist klein. Dieses Ausführungsbei­ spiel zeigt, daß die Zylinderkopfdichtungen entsprechend der Größe der Klemmkräfte, der Art der Brennkraftmaschinenteile, der Größe des im Zy­ linder erzeugten Gasdrucks oder dergleichen geändert werden kann.

Weiterhin kann in einer Position, wo benachbarte Brennräume sehr nahe beieinander liegen, ein im wesentlichen rechteckiges Beilage­ blechstück 18 aus einem weichen metallischen Material mit einer Form in Draufsicht, wie in Fig. 8A gezeigt, durch benachbarte umgebördelte Ab­ schnitte, wie in Fig. 8B gezeigt, gehalten werden. D.h., wenn die Steif­ heit von Zylinderblock und Zylinderkopf gering sind, wird in einer Posi­ tion, wo benachbarte Brennräume 14 nahe beieinander sind, wie in Fig. 8B gezeigt ist, die Flächenpressung klein, wenn Zylinderblock und Zylinder­ kopf durch Spannelemente wie Schrauben gegeneinander verspannt werden. Jedoch wird durch Einsatz eines Beilageblechstücks 18 an dieser Stelle mit relativ kleiner Flächenpressung eine zufriedenstellende Abdichtung erreicht.

Claims (6)

1. Metallische Zylinderkopfdichtung mit wenigstens einem Brennraumdurchgang (14) und wenigstens einem elastischen Deckblech (11, 12) mit einer in diesem ausgeformten, den jeweiligen Brennraumdurchgang (14) mit Abstand umgebenden Sicke (11a, 12a) sowie einem Bördelblech (13) mit einem auf dieses umgebördelten, sich entlang des Brennraum­ durchgangs (14) innerhalb des durch die jeweilige Sicke (11a, 12a) be­ grenzten Bereichs erstreckenden Abschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der brennraumdurchgangsseitige Umbiegungsendabschnitt (13a) des um­ gebördelten Abschnitts des Bördelblechs (13) im wesentlichen einwärts von der den Brennraumdurchgang (14) definierenden Kante des wenigstens einen Deckblechs (11, 12) befindet.

2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Bördelblech (13) auf einer Seite des Deckblechs (11, 12) angeordnet ist, von der aus der Brennraumdurchgang (14) des Deckblechs (11, 12) gestanzt ist.

3. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Endabschnitt (13a) des Bördelblechs (13) sich ent­ lang des gesamten Umfangs des Brennraumdurchgangs (14) erstreckt.

4. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen rechteckiges Beilageblech­ stück (18) durch benachbarte umgebördelte Abschnitte des Bördelblechs (13) in einer Position zwischen zwei benachbarten, nahe beieinander be­ findlichen Brennraumdurchgängen (14) gehalten ist.

5. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Beilageblech (41a, 41b) auf dem Bördel­ blech (13) auf dem umgebördelten Abschnitt aufliegend angeordnet ist, wobei die Innenkante des Beilageblechs (41a, 41b) mit dem Startbereich des Endabschnitts (13a) des Bördelblechs (13) fluchtet.

6. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Beilageblech (41a) benachbart zur Kante (13b) des umgebör­ delten Abschnitts des Bördelblechs (13) gekröpft ist, so daß das Beila­ geblech (41a) außerhalb des umgebördelten Abschnitts des Bördelblechs (13) in einem verringerten Abstand angeordnet ist.