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Die
Erfindung betrifft eine Metalldichtung zur Abdichtung eines Abstands
zwischen einander gegenüberliegenden
Befestigungsflächen
in einem Mehrzylindermotor und umfaßt ein Paar von Wulstplatten,
an denen entlang der Umfänge
von Löchern Wülste gebildet
sind, sowie eine Zwischenplatte, die zwischen den zwei Wulstplatten
angeordnet ist.
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Herkömmliche
Strukturelemente eines Motors, wie etwa ein Aluminiumzylinderkopf
und ein Zylinderblock, haben ein geringes Gewicht, jedoch eine geringe
Festigkeit, so daß die
Neigung besteht, daß die
relative Verlagerung der zwei Elemente bei Betrieb des Motors zunimmt.
Demzufolge wird eine Metalldichtung zur Abdichtung eines Abstands
zwischen den gegenüberliegenden
Oberflächen
der zwei Strukturelemente durch elastische Metallplatten gebildet,
die in der Nähe
der Umfänge
der Zylinderbohrungen (Brennkammern) und Wasser- und Ölpassagen
entsprechenden Durchgangslöchern
Wülste
aufweisen.
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Die
bekannten Metalldichtungen umfassen ein Paar Wulstplatten aus elastischem
Metall, an denen Wülste
ausgebildet sind, und eine zwischen den Wulstplatten angeordnete
Zwischenplatte. Wenn die Metalldichtung zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen eines
Zylinderkopfs und eines Zylinderblocks gehalten wird und in einem
vollständig
verknickten Zustand festgezogen und zusammengedrückt ist, werden die Wulstplatten
und die Zwischenplatte an den Wülsten
unter Kraft gegeneinander gedrückt,
und diejenigen Abschnitte von diesen, die sich in der Nähe der Wülste zwischen
den gegenüberliegenden
Oberflächen
befinden, werden durch eine zwischen den Wülsten an den zwei Wulstplatten auftretende
Reaktion verdrückt
und verformt. Hierdurch kann die Metalldichtung ihre Funktion erfüllen, nämlich verhindern,
daß durch
die Löcher
hindurchtretendes Fluid zwischen den gegenüberliegenden Flächen austritt.
Die Zwischenplatte ist mit Kompensationsabschnitten versehen, die
eine Anschlagfunktion haben, um die Verformung der zwei Wulstplatten zu
begrenzen, sowie eine Ausgleichsfunktion, um Unregelmäßigkeiten
des Abstands zwischen den gegenüberliegenden
Oberflächen
zu kompensieren. Diese Funktionen werden erfüllt, wenn die Metalldichtung
zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock festgezogen wird.
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Eine
Metalldichtung dieses Typs ist in der
JP 62-155374 A beschrieben,
in der Dichtringe an der Zwischenplatte vorgesehen sind. Die
JP 64-65367 A zeigt
eine geschichtete Metalldichtung, die an der Zwischenplatte mit
Stufenabschnitten und Dichtringen versehen ist. Die
JP 63-293363 A offenbart
eine geschichtete Metalldichtung, in der durch Einsetzen eines Abstandshalters
zwischen den geschichteten Zwischenplatten Stufenabschnitte gebildet
sind. Die
JP 04-66457
U offenbart eine Metalldichtung, in der eine von geschichteten
Metallzwischenplatten Stufenabschnitte und die andere mit Knickabschnitten versehene
Stufenabschnitte aufweist.
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In
diesen Metalldichtungen sind die Stufenabschnitte der Zwischenplatte
durch Blechbearbeitung hergestellt, jedoch ist es technisch schwierig, die
Stufenabschnitte durch Blechbearbeitung auf eine gewünschte Höhe zu formen
oder diese um die Löcher
herum mit einer vollständig
gleichmäßigen Höhe zu versehen.
Wenn eine Dichtringe aufweisende Metalldichtung, die zwischen einem
Zylinderblock und einem Zylinderkopf in einem vollständig verknickten
Zustand festgezogen und zusammengedrückt ist, in dem Motor über längere Zeit
betrieben wird, nehmen die dichtringbildenden Stufenabschnitte und
Knickabschnitte eine Biegebelastung auf, die in einem Restspannungszustand
wiederholt auf diese wirkt, so daß bei diesen Dicht ringen häufig Brüche und
Dauerermüdungserscheinungen
auftreten.
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Im
Falle einer Metalldichtung mit Zwischenplatten, die zwei oder mehrere
geschichtete Metallplatten oder geschichtete Metallplatten mit einem
dazwischen angeordneten Abstandshalter aufweisen, liegt einer der
Gründe
für die
oben genannten Probleme in der Formung der Wulstplatten durch die
zwei Metallplatten, und es besteht die Neigung, daß zwischen
den geschichteten Metallplatten Abstände auftreten, so daß Fluid,
wie etwa durch die Löcher
der Metalldichtung hindurchströmende
Verbrennungsgase leicht durch die Abstände zu der Außenseite
mit der Metalldichtung austreten. Es wurde vorgeschlagen, die Abstände zwischen
den geschichteten Metallplatten aufzufüllen, indem man die Metallplatten mit
Gummi oder einem Harz beschichtet, mit dem Zweck, das Austreten
von Fluid zu verhindern. Jedoch nimmt die Klemmkraft der Bolzen,
durch die der Zylinderkopf an einem Zylinderblock befestigt ist,
allmählich
ab, wenn die Gummi- oder Harzschicht altert, und die Dichtleistung
der Dichtung sinkt. Falls an der Zwischenplatte Dichtringe gebildet
sind, kann ein Biegeprozeß,
zu denen es hochentwickelte Techniken gibt, deswegen nicht verwendet
werden, weil man das Auftreten von Brüchen sowie ein Abnehmen der
Dichtleistung verhindern muß,
und weil die Höhe der
Stufenabschnitte und die Dicke der Platten nicht unabhängig voneinander
festgelegt werden können. Verwendet
man eine solche Dichtung für
einen Motor, sind ein Kompressionsverhältnis und eine Gesamtdicke
der Dichtung begrenzt. Wegen dieses technischen Hintergrunds ist
das Festlegen der Dicke der Zwischenplatte ebenso beschränkt. Wenn
die Anzahl der zu schichtenden Metalldichtungen und jener zusätzlicher
Teile zunimmt, steigt der Aufwand für Konstruktion, Herstellung
und Qualitätskontrolle,
so daß die
Gesamtkosten zunehmen.
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Eine
herkömmliche
Metalldichtung erfordert grundlegend zwei Zwischenplatten, um die
Funktion zu erhalten, die Verformung der Wülste an den zwei Wulstplatten
im Bereich um die Umfänge der
Brennkammerlöcher
herum zu begrenzen, d.h. die Funktion, ein vollständiges Zusammendrücken zu
verhindern, und um Kompensationsabschnitte zu erhalten, welche die
Funktion haben, Unregelmäßigkeiten
der gegenüberliegenden
Flächen
der Strukturelemente während
des Festziehens der Dichtung auszugleichen. Die Kompensationsabschnitte
werden unter Verwendung zusätzlicher
Elemente gebildet, wie etwa Abstandshalter, oder durch Formung von Knickabschnitten
an vorbestimmten Bereichen der Metallplatten, welche die Zwischenplatten
darstellen. In den Kompensationsabschnitten ergeben sich daher Belastungsprobleme
und Dichtprobleme und ferner nimmt die Anzahl der Herstellungsschritte
zu und der Aufwand für
Qualitätskontrolle
steigt, so daß die Kosten
unvermeidlich zunehmen.
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Aus
der prioritätsälteren,
aber nachveröffentlichten
EP 0725241 A1 geht
eine Metalldichtung hervor, von der sich die Metalldichtung gemäß Patentanspruch
1 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass dort die Hilfswülste in
der ersten Wulstplatte ausgebildet sind.
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Aus
der
EP 0306766 A2 ist
eine Metalldichtung bekannt, die Wulstplatten und eine Zwischenplatte
aufweist. Jedoch sind die Dicken von Wulst- und Zwischenplatte und
auch die Höhen
beider Stufenabschnitte in beiden Fällen etwa gleich.
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Sowohl
aus
EP 0306766 A2 als
auch aus
EP 0721077
A2 gehen Metalldichtungen mit zwei Wulstplatten und einer
Zwischenplatte hervor, deren Zwischenplatte eine größere Dicke
als die Wulstplatten aufweist.
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Der
Anmelder der vorliegenden Erfindung hat eine Metalldichtung entwickelt,
die in
13 gezeigt ist und an der Zwischenplatte
verbesserte Kompensationsabschnitte aufweist (siehe
JP 08-100859 A ). Bei dieser
Metalldichtung umfasst eine zwischen Wulstplatten
51,
52 angeordnete
Zwischenplatte
60 eine Metallplatte, deren Dicke größer als
jene der Wulstplatten
51,
52 ist. Sie ist in denjenigen
Bereichen, die sich näher
den Löchern
als die Wülste
53,
54 der
Wulstplaten
51,
52 befinden, mit Stufenabschnitten
63 versehen,
die zu der Wulstplatte
51 verlaufen und eine geringere
Höhe als
die Wülste
53 haben.
In denjenigen Bereichen, die sich näher an den Löchern als
die Stufenabschnitte
63 befinden, ist sie mit Stufenabschnitten
64 versehen,
die zu der anderen Wulstplatte
52 verlaufen und deren Höhe nicht geringer
als jene der Stufenabschnitte
63 ist und geringer als die
Summe der Höhe
der Stufenabschnitte
63 und jener der Wülste
54. Die Ringabschnitte
zwischen den zwei Typen von Stufenabschnitten bilden Anschläge, d.h.
Kompensationsabschnitte
65 für die Wulstplatte
51.
Die Ringabschnitte, die sich näher
an den Löchern
55 als
die Stufenabschnitte
64 befinden, bilden Kompensationsabschnitte
66 für die Wulstplatte
52.
Die Metalldichtung kann die Kompensationsabschnitte
65,
66 enthalten,
deren Dicken willkürlich innerhalb
eines zulässigen
Bereichs festgelegt sind, und zwar ohne Verwendung zusätzlicher
Elemente oder Bildung von Knickabschnitten. Dies ermöglicht gut
ausgeglichene Oberflächendrücke, ermöglicht eine
Minderung der Belastungsschwankung der Wulstplatten
51,
52 und
der auf die Kompensationsabschnitte
65,
66 wirkenden
Biegebelastungen, verhindert den Bruch der Wülste
53,
54 und
Kompensationsabschnitte
65,
66 und eine abnehmende
Dichtwirkung, zeigt eine stabile Dichtwirkung, wobei die an der
Zwischenplatte
60 gebildeten Kompensationsabschnitte
65,
66 eine
Dichtwirkung zum Schutz der Wülste
53,
54 zeigen,
und verhindert ein vollständiges
Zusammendrücken
der Wülste
53,
54 zu
deren Schutz. Ferner sind diese Kompensationsabschnitte
65,
66 entlang
der Umfänge
der Brennkammerlöcher
50 und
der Brenngaslöcher
unterschiedlich geformt, oder sie verlaufen mit Unterbrechungen.
Die Kompensationsabschnitte sind bezüglich der Positionen der Bolzen
zwischen den Löchern
55 optimal
geformt.
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Der
Anmelder der vorliegenden Erfindung entwickelte dann eine Metalldichtung,
welche die Dichteigenschaften im Bereich um die Durchgangslöcher herum
verbessern kann, Belastungsschwankungen der Wulstplatten reduzieren
kann, Bruch der Wülste
und Abnehmen der Dichtwirkung verhindern kann, die eine stabile
Dichtwirkung zeigt und mit geringen Kosten herstellbar ist, ohne
daß zusätzliche Elemente
erforderlich wären
und ohne Abschnitte zu formen, die hohen Belastungszuständen widerstehen
können,
wie etwa Knickabschnitte, durch Ausarbeitung der relativen Konstruktion
der Zwischenplatte und der Wulstplatte mit dem Ziel, welches auch
mit der oben beschriebenen, zuvor entwickelten Metalldichtung erreicht
werden sollte.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben beschriebenen
Probleme zu lösen.
Es soll eine Metalldichtung angegeben werden, welche ein Paar von
Wulstplatten umfaßt,
an denen Wülste
gebildet sind, sowie eine Zwischenplatte, die zwischen den Wulstplatten
angeordnet ist und als Regulierplatte dient, wobei die Zwischenplatte
an zwei Teilen mit Stufenabschnitten versehen ist, die an einer
ersten Wulstplatte abgestützt
sind, und wobei eine zweite Wulstplatte mit Hilfswülsten versehen
ist. Hierdurch reduziert die Dichtung Belastungsschwankungen der Wulstplatten,
verhindert Bruch der Wülste
und Austreten von Fluid, wie etwa Verbrennungsgasen aus den Abständen zwischen
den die Löcher
umgebenden Abschnitten der Wulstplatten und der Zwischenplatte,
sichert eine stabile Dichtwirkung und ermöglicht die Herstellung der
Metalldichtung mit hoher Dauerhaftigkeit bei reduzierten Kosten.
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Zur
Lösung
der Probleme wird eine erfindungsgemäße Metalldichtung gemäß Anspruch
1 angegeben.
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Die
Zwischenplatte ist bevorzugt aus einem Metall hergestellt, das weicher
als jenes der Wulstplatten ist.
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Die
Hilfswülste
umfassen bevorzugt Halbwülste,
die um die Löcher
herum verlaufen und diagonal, d.h. als gerades Ende der zweiten
Wulstplatte am Lochrandbereich zur Zwischenplatte hin, gebogen sind.
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Im
anderen Fall umfassen bevorzugt die Hilfswülste Halbwülste, die zu den Löchern hin
verlaufen, stufenartig gebogen sind und entlang der Umfänge der
Löcher
mit flachen Abschnitten versehen sind. Die Höhe der Hilfswülste beträgt im wesentlichen
eine Hälfte
jener der Wülste
an der zweiten Wulstplatte.
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Die
Höhen der
ersten und zweiten Stufenabschnitte an der Zwischenplatte sind bevorzugt
in ersten Bereichen zwischen den Löchern und zweiten Bereichen,
die von den Positionen zwischen den Löchern um 90° versetzt sind, größer, und
in dritten Bereichen, die sich auf halbem Wege zwischen den ersten
und zweiten Bereichen befinden, kleiner, wobei die Höhen dieser
Stufenabschnitte sich in Übergangsbereichen
zwischen den ersten und dritten Bereichen sowie Übergangsbereichen zwischen
den dritten und zweiten Bereichen ändern, um glatt gekrümmte Oberflächenabschnitte
zu bilden.
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Die
ersten Stufenabschnitte der Zwischenplatte sind bevorzugt in Bereichen
zwischen den Löchern
voneinander getrennt. Die Wülste
an den ersten und zweiten Wulstplatten sind bevorzugt in Bereichen
zwischen den Löchern
voneinander getrennt oder treffen zur Bildung eines Einzelwulsts
zusammen.
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In
dieser Metalldichtung ist bevorzugt die erste Wulstplatte so angeordnet,
daß sie
zu einem Zylinderkopf weist, wohingegen die zweite Wulstplatte so
angeordnet ist, daß sie
zu einem Zylinderblock weist.
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Weil
die zweite Wulstplatte in dieser Metalldichtung mit Hilfswülsten versehen
ist, nimmt der Oberflächendruck
in den Bereichen der Hilfswülste zu,
und es wird verhindert, daß heiße Gase
nicht nur in die Abstände
um die Wülste
an der zweiten Wulstplatte, sondern auch um die Wülste in
der ersten Wulstplatte eintreten, um die Wülste zu schützen. Ferner können Flügelteile
der zweiten Stufenabschnitte der Zwischenplatte, die gerne ermüden und die
um die Löcher
herum verlaufen, verstärkt
werden.
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Die
Hilfswülste
an der zweiten Wulstplatte können
ohne Größenbegrenzung
der Wülste
geformt werden. Weil die an der zweiten Wulstplatte gebildeten Hilfswülste Halbwülste aufweisen,
ist die Begrenzung der Wulstabmessungen durch die Hilfswülste geringer.
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Wenn
diese Metalldichtung zwischen einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock
gehalten wird und durch Klemmbolzen festgezogen ist, werden die zwischen
den gegenüberliegenden
Flächen
der zwei Strukturelemente gehaltenen Wulstplatten allmählich näher an die
Zwischenplatte und schließlich
in Kontakt mit der Zwischenplatte gebracht, wobei die Wülste unter
Druck gebogen werden, wobei die Wulstplatten durch die Festziehkraft
zusammengedrückt
werden. Währenddessen
gleichen die ersten und zweiten Stufenabschnitte der Zwischenplatte
die Unregelmäßigkeiten
der Abstände
zwischen der Zwischenplatte und den Wulstplatten aus und verhindern
ein vollständiges
Zusammendrücken
der Wülste.
Dies mindert die Belastungsschwankung der Wülste, mindert das Eintreten
von heißem
Gas in die Abstände um
die Wülste
der zu schützenden
Wulstplatten, und die Wülste
werden geschützt.
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Demzufolge
ist der Verlagerungsbetrag der Wülste
begrenzt, wenn die Wulstplatten mit den Anschlägen in Eingriff treten, welche
entsprechende Stufenabschnitte beider Oberflächen der Zwischenplatte aufweisen,
so daß die
Wülste
nicht bis in den vollständig
zusammengedrückten
Zustand verformt werden, in dem die Wülste vollständig zusammengedrückt sind.
Die Elastizität
der Wülste
und die Funktion, die Unregelmäßigkeiten
der gegenüberliegenden Flächen des
Zylinderkopfs und des Zylinderblocks auszugleichen, bleiben erhalten.
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Weil
die Höhe
der die Anschläge
darstellenden Stufenabschnitte der Zwischenplatte bezüglich der
Hauptflächenabschnitte
derselben Platte kleiner als jene der Wülste an den Wulstplatten ist,
ist die Festigkeit der Anschläge
hoch, obwohl sie Stufenabschnitte aufweisen. Daher geht die Funktion
der Anschläge nicht
verloren, auch wenn sie durch die Festziehkraft der Dichtung gegebenenfalls
verformt werden.
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In
dieser Metalldichtung sind die Stufenabschnitte an zwei Teilen einer
Zwischenplatte geformt, welche die Wülste an den zwei Wulstplatten
berühren,
und die durch diese Stufenabschnitte gebildeten Anschläge verhindern
ein vollständiges
Zusammendrücken
der Wülste
an einer gegenüberliegenden Wulstplatte,
wobei die Zwischenplatte auch mit Kompensationsabschnitten versehen
ist, welche die Funktion haben, Unregelmäßigkeiten der gegenüberliegenden
Befestigungsflächen
auszugleichen, sowie die Dichtfunktion zum Schutz der Wülste.
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Die
an der Zwischenplatte gebildeten Stufenabschnitte gleichen in ausreichendem
Maße die
Abstände
zwischen der Zwischenplatte und den Wulstplatten aus, wenn die Wülste vollständig zusammengedrückt werden,
wodurch die Dichteigenschaften der Dichtung verbessert werden können.
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In
dieser Metalldichtung ist die an der Seite eines Zylinderblocks
angeordnete Wulstplatte mit Hilfswülsten versehen, die entlang
der Umfänge
der Löcher
gebildet sind und zu den Anschlägen
an der Zwischenplatte verlaufen. Hierdurch können die an den Umfängen der
Löcher
angeordneten Flügelteile der
zweiten Stufenabschnitte der Zwischenplatte verstärkt werden,
um deren Ermüdung
zu verhindern, um die Fähigkeit
der Dichtung, die Abstände
zwischen der Zwischenplatte und den Wulstplatten abzudichten, zu
verbessern und ferner die Dauerhaftigkeit der Dichtung zu verbessern.
Weil ferner die Hilfswülste
Halbwülste
aufweisen, kann die Begrenzung der Wülste minimiert werden.
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Diese
Metalldichtung umfaßt
die Wulstplatten und die dazwischen angeordnete Zwischenplatte. Eine
Dicke t1 der Zwischenplatte beträgt grundlegend mindestens
das Doppelte jener t2 der Wulstplatten (t1/t2 ≥ 2) und normalerweise
das etwa 2- bis 4-fache der
Dicke t2 (t1/t2 ≥ 2 – 4). Die
ersten und zweiten Stufenabschnitte, die von unterschiedlichen Teilen
der Zwi schenplatte in unterschiedliche Richtungen gebogen sind,
sind entlang der Umfänge
der Wülste
gebildet, wobei ihre Höhen
geringer als jene der Wülste sind,
wodurch die ersten und zweiten Anschläge bezüglich der Wulstplatten gebildet
werden. Demzufolge läßt sich
verhindern, daß die
Wülste
zu stark zusammengedrückt
werden, und läßt sich
ferner das Auftreten von Dauerermüdungserscheinungen und Brüchen in
den Wülsten
vermeiden. Die Anschläge verhindern,
daß Verbrennungsgase
in die Abstände in
den wulstseitigen Abschnitten eintreten, schützen die Wülste gegen Korrosion durch
heiße
Gase und verhindern eine Funktionsminderung der Wülste.
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Wie
oben beschrieben, ist diese Metalldichtung nur durch ein Paar von
Wulstplatten und nur eine Zwischenplatte gebildet, so daß die Anzahl
von Teilen und die Herstellungsschritte reduziert werden können. Weil
diese Metalldichtung eine einfache Form hat, die sie durch einen
Biegeprozeß und
einen Wulstformungsprozeß erhält, können die
Herstellungskosten in starkem Maße reduziert werden und die
Genauigkeit der Bearbeitung der Einzelteile verbessert werden. Der
akkumulierte Fehler kann reduziert werden, und die Höhe der Anschläge kann
leicht gesteuert werden. Aufgrund der Minderung der Anzahl der Abstände zwischen
den Metallagen kann die Dichteigenschaft der Dichtung verbessert
werden und kann ein Produkt mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden.
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Die
Anschläge
an der Zwischenplatte können
bei montierter Dichtung an der zylinderkopfseitigen Oberfläche oder
der zylinderblockseitigen Oberfläche
oder beiden Oberflächen
vorgesehen sein. Die Höhe
der Anschläge
kann an der Zwischenplatte gleichmäßig sein. In einigen Fällen kann
die Höhe
in verschiedenen Bereichen um die Umfänge der Löcher unterschiedlich festgelegt
sein, oder entsprechend der geschätzten Verformung der Befestigungsflächen zwischen
dem Zylinderkopf und dem Auslaßkrümmer oder
der geschätzten
Verformung durch Wärme
und Explosion bei Betrieb des Motors.
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In
dieser Metalldichtung werden keine zusätzlichen Elemente, wie etwa
Abstandshalter, verwendet, um an der Zwischenplatte Anschläge zu bilden,
noch ist die Herstellung solcher Elemente erforderlich. Es ist nicht
erforderlich, irgendwelche Teile mit und an der Zwischenplatte zu
kombinieren und dort zu befestigen, so daß die Herstellungskosten reduziert
werden können.
Weil die Anschläge
an der Zwischenplatte gebildet sind, entstehen keine Nachteile,
die bei ungenauer Montage und Befestigungsarbeit auftreten könnten. Die
Anschläge
der Zwischenplatte enthalten keine Knickabschnitte und an den lochseitigen
Randabschnitten der Wulstplatten sind keine Knickabschnitte vorgesehen.
Daher ist es nicht erforderlich, den Schritt der Bildung von Knickabschnitten
vorzunehmen sowie Maßnahmen zu
treffen, um das Auftreten von Brüchen
in den Knickabschnitten zu verhindern, so daß die Herstellungskosten reduziert
werden können.
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In
dieser Metalldichtung kann die Höhe,
gemessen von der Oberfläche
der Zwischenplatte, der die Anschläge bildenden Kompensationsabschnitte willkürlich gemäß der jeweiligen
Höhe der
Wülste festgelegt
werden, so daß der
Flächendruckausgleich
der Wulstplatten bezüglich
der gegenüberliegenden
Befestigungsoberflächen
geändert
werden kann. Die Belastungsänderung
in den Wulstplatten und die auf die Kompensationsabschnitte wirkende Biegebelastung
kann frei entsprechend der Situation festgelegt werden, wenn beispielsweise
die Eigenschaften der Wulstplatten unterschiedlich sind. Demzufolge
läßt sich
ein Bruch der Wülste
an den Wulstplatten und Kompensationsabschnitten und eine Abnahme
der Dichtwirkung verhindern, und man erhält einen stabilen Dichteffekt.
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Falls
an beiden Oberflächen
der Zwischenplatte die ersten und zweiten Stufenabschnitte mit gleicher
Höhe relativ
zu ihren jeweils gegenüberliegenden
Wulstplatten geformt werden, wird die Höhe der ersten Kompensationsabschnitte,
die für
eine Wulstplatte vorgesehen sind, bezüglich einer flachen Oberfläche der
Zwischenplatte gleich jener der zweiten Kompensa tionsabschnitte,
die für
die andere Wulstplatte vorgesehen sind, und zwar bezüglich der anderen
flachen Oberfläche
der Zwischenplatte, und es ist zu erwarten, daß zwischen den Wirkungen der ersten
und zweiten Kompensationsabschnitte bezüglich Wulstplatten gleicher
dynamischer Eigenschaften kein Unterschied auftritt. In diesem Fall
ist der Druckzustand der zwei Wulstplatten während des Zusammendrückens der
Dichtung gut ausgeglichen. Demzufolge wirken die Belastungsänderung
in den Wulstplatten und die Biegebelastung an den Kompensationsabschnitten
der Zwischenplatte gleichmäßig und
nicht ungesteuert auf die Wulstplatten und Kompensationsabschnitte.
Dies verhindert Dauerermüdungserscheinungen,
Bruch der Wülste
an den Wulstplatten, Bruch der Kompensationsabschnitte und eine
Abnahme der Dichtwirkung und zeigt einen stabilen Dichteffekt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis
auf die beigefügten
Figuren erläutert.
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1 zeigt
eine Teildraufsicht einer ersten Ausführung der Metalldichtung;
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2 zeigt
in vergrößerter Teildraufsicht
einen Abschnitt der ersten Wulstplatte in einem Bereich zwischen
den Löchern
der Metalldichtung von 1;
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3 zeigt
in vergrößerter Teildraufsicht
einen Abschnitt der Zwischenplatte in einem Bereich zwischen Löchern der
Metalldichtung von 1;
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4 zeigt
in vergrößerte Teildraufsicht
einen Abschnitt einer zweiten Wulstplatte in einem Bereich zwischen
Löchern
der Metalldichtung von 1;
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5 zeigt
im vergrößerten Schnitt
einen zwischen den Löchern
befindlichen Bereich der Metalldichtung von 1 entlang
der Linie A-A in 1;
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6 zeigt
im vergrößerten Schnitt
einen zwischen Löchern
befindlichen Bereich der Metalldichtung von 1 entlang
der Linie B-B in 1;
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7 zeigt
im Schnitt einen Stufenabschnitt in einem Formungsschritt zur Herstellung
einer Zwischenplatte der Metalldichtung von 1;
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8 zeigt
im Schnitt einen Stufenabschnitt bei Abschluß eines Prägeprozesses in dem Formungsschritt
für die
Herstellung einer Zwischenplatte der Metalldichtung von 1;
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9 zeigt
im Schnitt erste Beispiele eines Wulstes und eines Hilfswulstes
an einer zweiten Wulstplatte in der Metalldichtung von 1;
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10 zeigt
im Schnitt zweite Beispiele eines Wulstes und eines Hilfswulstes
an einer zweiten Wulstplatte in der Metalldichtung von 1;
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11 zeigt
in Draufsicht eine dritte Ausführung
der Metalldichtung;
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12 zeigt
in Explosionsansicht Wulstplatten und eine Zwischenplatte; und
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13 zeigt
im Schnitt eine herkömmliche Metalldichtung.
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Die
Metalldichtung wird im montierten Zustand zwischen einem Zylinderkopf
und einem Zylinderblock gehalten und dichtet die Abstände zwischen deren
gegenüberliegenden
Befestigungsflächen
ab. Die Metalldichtung ist hier für einen Mehrzylindermotor ausgelegt,
wie etwa einen 4-Zylindermotor oder einen 6-Zylindermotor, entsprechend
den in einem Zylinderblock gebildeten Zylinderbohrungen. Mehrere
Zylinderbohrungslöcher,
d.h. Brennkammerlöcher sind
nebeneinander angeordnet. Die Metalldichtung hat verschiedene Sorten
von Löchern,
wie etwa Wasserlöcher
und Öllöcher und
zusätzlich
um die oben genannten Löcher
herum angeordnete Bolzenlöcher. In
den Zeichnungen, anhand derer die Erfindung nun beschrieben wird,
sind gleiche Teile oder Teile mit der gleichen Funktion mit gleichen
Bezugszeichen versehen, und deren doppelte Beschreibung ist weggelassen.
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Eine
erste Ausführung
der erfindungsgemäßen Metalldichtung
wird nun anhand der 1 bis 9 beschrieben.
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Diese
dreilagige Metalldichtung umfaßt
erste und zweite Wulstplatten 1, 2 aus elastischen
Metallplatten sowie eine Zwischenplatte 5, deren Dicke
größer als
jene der Wulstplatten 1, 2 ist und die zwischen den
zwei Wulstplatten 1, 2 angeordnet ist. Die Wulstplatten 1, 2 und
die Zwischenplatte 5 sind an gleichen Positionen mit Brennkammerlöchern 9 versehen. Verschiedene
Arten von Löchern
in diesen Platten sind grundlegend identisch. Eine Dicke t1 der Zwischenplatte 5 beträgt grundlegend
zumindest das Doppelte der Dicke t2 jeder
der Wulstplatten 1, 2 (t1/t2 ≥ 2)
und bevorzugt das etwa 2- bis 4-fache der Dicke t2 (t1/t2 ≥ 2 – 4). Die
Wulstplatten 1, 2 sind mit im Querschnitt vorstehenden
Wülsten 3, 4 versehen,
die entlang der Umfänge
der Brennkammerlöcher 9 verlaufen
und zu diesen im wesentlichen konzentrisch sind, wobei die Wülste 3, 4 die
Löcher 9 ringartig
umgeben. Die Wülste 3, 4 sind
derart geformt, daß ihre Vorsprünge an den
gleichen Stellen der Zwischenplatte 5 gegenüberliegen,
und die Wülste 3, 4 greifen an
die Oberflächen 25, 26 der
Zwischenplatte an, wenn die Platten 1, 2, 5 geschichtet
sind und fest aneinander liegen.
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Die
Zwischenplatte 5 ist an denjenigen Bereichen, die sich
näher an
den Brennkammerlöchern 9 als
die die Wülste 3, 4 berührenden
Oberflächenabschnitte 25, 26 befinden,
mit ersten Anschlägen
versehen, die erste Stufenabschnitte 6 umfassen, die zu der
einen Wulstplatte 1 verlaufen und deren Höhe E geringer
als die Höhe
H der Wülste 3 ist
und geringer als die Dicke D der Zwischenplatte (H > E, D > E). Die ersten An schläge umgeben
die Brennkammerlöcher 9 ringförmig. Die
Zwischenplatte 5 ist ferner in denjenigen Bereichen, die
sich näher
an den Brennkammerlöchern
als die Anschläge
mit den ersten Stufenabschnitten 6 befinden, mit zweiten
Anschlägen
versehen, die zweite Stufenabschnitte 7 umfassen, die zu
der Wulstplatte 2 verlaufen und deren Höhe F größer als die Höhe E der
ersten Stufenabschnitte 6 ist und kleiner als die Summe
der Höhe
E der ersten Stufenabschnitte 6 und der Höhe H der
Wülste 4 (E
+ H > F > E). Die zweiten Anschläge umgeben
die Brennkammerlöcher 9 ringförmig.
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Um
die Stufenabschnitte 6, 7 an der Zwischenplatte 5 zu
formen, werden Stufenabschnitte 16, 17 gleicher
Tiefe durch Blechbearbeitungsprozesse geformt, wie in 7 gezeigt,
derart, daß die Stufenabschnitte
in einem separaten Zustand entlang der Umfänge der Löcher 18, 18 verlaufen.
Die Metallplatte 15 wird dann einem Prägeprozeß unterzogen, um die Stufenabschnitte 6, 7 gemäß 8 zu formen,
und die sich ergebende Platte wird thermisch behandelt, um eine
Zwischenplatte 5 zu erhalten. Im Ergebnis ist die Zwischenplatte 5 mit
ersten Anschlägen
versehen, welche die ersten Stufenabschnitte 6 als Kompensationsabschnitte
für die
Wülste 3 an
der Wulstplatte 1 umfassen, und mit zweiten Anschlägen versehen,
welche die zweiten Stufenabschnitte 7 als Kompensationsabschnitte
für die
Wülste 4 an
der Wulstplatte 2 umfassen. In der im freien Zustand befindlichen
Metalldichtung, in der die Metalldichtung noch nicht festgezogen
worden ist, ist zwischen den zweiten Anschlägen der Zwischenplatte 5 und
der Wulstplatte 1 ein Abstand S gebildet.
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Die
Wulstplatte 1 ist so anzuordnen, daß sie zu einem Zylinderkopf
weist, wohingegen die zweite Wulstplatte 2 so anzuordnen
ist, daß sie
zu einem Zylinderblock weist. Die Wülste 3 an der Wulstplatte 1 treffen
in Bereichen zwischen den Löchern 9 zusammen,
um gemäß 2 einen
Einzelwulst zu bilden. Die ersten Stufenabschnitte 6 der
Zwischenplatte 5 sind gemäß 3 in Bereichen
zwischen den Löchern 9 voneinander
ge trennt. Die Wülste 4 an
der Wulstplatte 2 treffen gemäß 4 in Bereichen
zwischen den Löchern 9 unter
Bildung eines Einzelwulstes zusammen. Obwohl nicht gezeigt, können die Wülste 3, 4 an
den Wulstplatten 1, 2 auch so geformt sein, daß sie in
Bereichen zwischen den Löchern 9 voneinander
getrennt sind.
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Diese
Metalldichtung nach oben beschriebener Konstruktion ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Wulstplatte 2 mit
Hilfswülsten 8 versehen
ist, die entlang der Umfänge
der Löcher 9 geformt
sind und zu den zweiten Anschlägen
der Zwischenplatte 5 verlaufen. In der ersten Ausführung umfassen
die Hilfswülste 8 Halbwülste, die
zu den Löchern 9 verlaufen und
an Biegepunkten 11 ansteigend gebogen sind, wie in 9 gezeigt.
Die Höhe
h der Hilfswülste 8 beträgt im wesentlichen
die Hälfte
der Höhe
H der Wülste 4 an
der Wulstplatte 2. Wenn die Metalldichtung festgezogen
wird, werden zu Anfang die Hilfswülste 8 an Randabschnitten 10 ihrer
freien Enden mit den Oberflächen
der ersten Anschläge
der Zwischenplatte 5 in Kreislinienkontakt gebracht, was
die Dichtfähigkeit
der Dichtung verbessert.
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Wenn
die Metalldichtung zwischen den gegenüberliegenden Flächen eines
Zylinderkopfs und eines Zylinderblocks liegt und durch Klemmittel
festgezogen wird, werden die Wülste 3, 4 an
den Wulstplatten 1, 2 elastisch verformt und nähern sich
allmählich
der Zwischenplatte 5 an und treten mit dieser in Eigriff.
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Die
ersten Anschläge
mit den ersten Stufenabschnitten 6 an der Zwischenplatte 5 begrenzen den
Verlagerungsbetrag der Wülste 3 an
der Wulstplatte 1, nachdem die Wülste mit der Zwischenplatte 5 in
Eingriff getreten sind, wodurch ein vollständiges Zusammendrücken der
Wülste 3 verhindert
wird, damit die Funktion der Wülste 3 nicht
verloren geht. Weil die Höhe
E der die Anschläge
bildenden ersten Stufenabschnitte 6 bezüglich der Oberfläche 25 der Zwischenplatte 5 geringer
als die Höhe
der Wülste 3 ist,
ist die Festigkeit der ersten Anschläge hoch, so daß die Funktion
der ersten Anschläge
nicht verloren geht, auch wenn die Anschläge durch die Festziehkraft
der Dichtung verformt werden. Weil die ersten Anschläge verhindern
können,
daß die
Wülste 3 vollständig zusammengedrückt werden,
läßt sich
eine ausgezeichnete Dichtfähigkeit
sicherstellen, und die Belastungsamplitude der Wulstplatte wird
gering. Daher treten in den ersten Anschlägen keine großen Biegebelastungen
und Belastungsamplituden auf, und demzufolge treten in der Wulstplatte 1 keine
Brüche
und Dauerermüdungserscheinungen
auf. Die ersten Anschläge
haben ferner die Funktion, Unregelmäßigkeiten in der gegenüberliegenden
Fläche eines
Zylinderkopfs auszugleichen, wenn die Dichtung festgezogen wird.
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Die
zweiten Anschläge,
welche die zweiten Stufenabschnitte 7 umfassen, der Zwischenplatte 5 sind
so ausgelegt, daß sie
einen Verlagerungsbetrag der Wulstplatte 2 nach dem Eingriff
der zweiten Anschläge
begrenzen und ein vollständiges
Zusammendrücken
der Wülste 4,
wodurch die Funktion der Wülste 4 nicht
verloren geht. Weil die Höhe
F der die Anschläge
dar stellenden zweiten Stufenabschnitte 7 bezüglich der
Oberfläche 26 der
Zwischenplatte 5 kleiner als die Höhe der Wülste 4 ist, ist die
Festigkeit der zweiten Anschläge
hoch, so daß die
Funktion der zweiten Anschläge
auch dann nicht verloren geht, wenn sie durch die Festziehkraft
der Dichtung verformt werden.
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Weil
die zweiten Anschläge
das vollständige Zusammendrücken der
Wülste 4 verhindern
können, sichern
sie ausgezeichnete Dichteigenschaften und wird die Belastungsamplitude
der Wulstplatte 2 gering, so daß in den zweiten Anschlägen keine
große Biegebelastung
und Belastungsamplitude auftritt. Infolgedessen treten in der Wulstplatte 2 keine
Brüche und
Dauerermüdungserscheinungen
auf. Die zweiten Anschläge
haben ferner die Funktion, Unregelmäßigkeiten in der gegenüberliegenden
Oberfläche eines
Zylinderblocks auszugleichen, wenn die Dichtung festgezogen wird.
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Die
Zwischenplatte 5 ist aus einem Metall geformt, das weicher
als das Metall der Wulstplatten 1, 2 ist. Beispielsweise
wer den die Wulstplatten 1, 2 aus SUS301 geformt,
und die als Regulierplatte 5 dienende Zwischenplatte 5 aus
SECC (Weichstahlplatte).
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Wie
in 12 gezeigt, sind die Oberflächen der die Wulstplatten 1, 2 darstellenden
elastischen Metallplatten mit wärme-
und ölbeständigem nichtmetallischem
Material beschichtet, dessen Dicke beispielsweise etwa 10 bis 50 μm beträgt, um eine
Metall-Metallberührung
bezüglich
des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks zu vermeiden, wodurch die
Korrosionsbeständigkeit,
Dauerhaftigkeit und Festigkeit der Metalldichtung gesichert ist.
Beispielsweise sind die oberen und unteren Flächen der Wulstplatten 1, 2 mit
wärme-
und ölbeständigem Fluorgummi 19 beschichtet,
und die Oberflächen
der Schichten des Fluorgummis 19 mit Acryl-Silikonharz 20.
Auch wenn in und an den Bearbeitungsflächen der Wulstplatten 1, 2 kleine
Vertiefungen und Vorsprünge
vorhanden sind, bedeckt das auf diese Flächen aufgebrachte nichtmetallische
Material die Vertiefungen und Vorsprünge, so daß die Wulstplatten die Dichtfunktion
in ausreichender Weise erfüllen.
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Eine
zweite Ausführung
der erfindungsgemäßen Metalldichtung
wird nun anhand 10 beschrieben.
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Die
zweite Ausführung
hat die gleiche Konstruktion und Funktion wie die erste Ausführung, außer daß die Form
der Hilfswülste
anders ist. Daher sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen, und deren doppelte Beschreibung ist weggelassen. In der
zweiten Ausführung
sind die Hilfswülste 8 an
der einen Wulstplatte 2 derart geformt, daß sie entlang
der Umfangsabschnitte ihrer Löcher 9 verlaufen
und zu den zweiten Anschlägen
an der Zwischenplatte 5 vorstehen. In der zweiten Ausführung verlaufen
die Hilfswülste 8 zu
den Löchern 9 und
sind an den Biegepunkten 11 schräg ansteigend gebogen. Sie verlaufen
ferner zu den Löchern 9 und
sind an weiteren Biegepunkten 12 gebogen. Somit sind die Hilfswülste 8 an
zwei Stellen stufenartig gebogen und bilden Halbwülste mit
flachen Abschnitten 13 entlang der Umfangsabschnitte der
Löcher 9.
Eine Höhe
h der Hilfswülste 8 beträgt im wesentlichen
die Hälfte der
Höhe H
der Wülste 8 der
Wulstplatte 2. Wenn die Dichtung festgezogen wird, greifen
demzufolge die flachen Abschnitte 13 der Hilfswülste 8 an
der Wulstplatte 2 an die ersten Oberflächen der zweiten Anschläge der Zwischenplatte 5 an,
wodurch eine Beschädigung
der Zwischenplatte 5 durch die Wulstplatte 2 vermieden
wird.
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Eine
dritte Ausführung
der erfindungsgemäßen Metalldichtung
wird nun anhand 11 beschrieben.
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Die
ersten und zweiten Stufenabschnitte 6, 7 an der
Zwischenplatte 5 haben in ersten Bereichen 21 zwischen
den Löchern 9 eine
große
Höhe, haben in
Bereichen auf geraden Linien Y, welche durch die Mitten O der Löcher 9 sowie
orthogonal zu einer durch die Mitten O der Löcher verlaufenden Mittellinie X
verlaufen, d.h. in zweiten Bereichen 22, die um 90° von den
Bereichen zwischen den Löchern 9 versetzt sind,
eine große
Höhe, und
haben in anderen Bereichen als den genannten, d.h. in den dritten
Bereichen 23, eine geringe Höhe. Die Höhe dieser Stufenabschnitte 6, 7 ändert sich
in Übergangsbereichen 24 zwischen
den ersten und dritten Bereichen 21, 23 und zwischen
den dritten und zweiten Bereichen 23, 22, um glatt
gekrümmte
Oberflächenabschnitte
zu bilden. Beispielsweise beträgt
die Höhe
der an der Zwischenplatte 5 gebildeten ersten und zweiten
Stufenabschnitte 6, 7 etwa 60 μm in den Bereichen 21, 22 und
etwa 30 μm
in den Bereichen 23.
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Die
Höhe der
ersten und zweiten Stufenabschnitte 6, 7, die
in verschiedenen Bereichen unterschiedlich ist, ist groß in den
Bereichen, die von den Stellen weit entfernt sind, in denen Bolzen
zum Befestigen eines Zylinderkopfs an einem Zylinderblock festgezogen
werden, so daß die
gleichen Stufenabschnitte die Funktion die besitzen, Oberflächendrücke der
Wülste 3, 4 an
den Wulstplatten 1, 2 auszugleichen. Bei Bedarf
können
die ersten und zweiten Stufenabschnitte 6, 7 in
den Bereichen 21 zwischen den Löchern 9 eine große Höhe haben,
und in davon abweichenden anderen Bereichen eine geringe Höhe.
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In
der erfindungsgemäßen Metalldichtung werden
die ersten und zweiten Anschläge
an der Zwischenplatte fortlaufend entlang der Umfänge der
Löcher
geformt, wie dies in den oben beschriebenen Ausführungen der Fall ist. Jedoch
ist die Form der Anschläge
nicht auf jene der oben beschriebenen Ausführungen beschränkt. Bei
Bedarf können
die ersten und zweiten Anschläge
an der Zwischenplatte entlang der Umfänge der Löcher teilweise oder unterbrochen
geformt sein.
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Die
Erfindung umfaßt
ein Paar von Wulstplatten 1, 2, an denen Wülste 3, 4 gebildet
sind, und eine Zwischenplatte 5, an denen erste und zweite
Stufenabschnitte 6, 7 gebildet sind. Eine der
Wulstplatten 2 ist mit Hilfswülsten 8 versehen,
welche ein vollständiges
Zusammendrücken
der Wülste
verhindern und die Dichteigenschaften verbessern. Die Wülste 3, 4 der
ersten und zweiten Wulstplatten 1, 2 verlaufen entlang
der Umfänge
von Löchern 9.
Die Zwischenplatte 5 ist zwischen den Wulstplatten 1, 2 angeordnet.
Die Zwischenplatte 5 ist in denjenigen Bereichen, die entlang
der Umfänge
der Löcher 9 und
an der Lochinnenseite der Wülste 3, 4 verlaufen,
mit ersten Stufenabschnitten 6 versehen, die in Richtung der
ersten Wulstplatte 3 verlaufen, und zweiten Stufenabschnitten 7,
die in Richtung der zweiten Wulstplatte 2 verlaufen. Die
zweite Wulstplatte 2 ist mit Hilfswülsten 8 versehen,
die in Richtung der zweiten Stufenabschnitte 7 verlaufen.
Die Hilfswülste
können mit
der Zwischenplatte 5 in Eingriff treten, um den Oberflächendruck
zu erhöhen
und das Austreten von heißen
Gasen zu den Wülsten 3, 4 der
ersten und zweiten Wulstplatten 1, 2 zu verhindern
und um Dauerermüdungserscheinungen
von Flügelteilen
der zweiten Stufenabschnitte 7 der Zwischenplatte 5 zu verhindern.