DE19721063A1 - Metalldichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Metalldichtung, die zum Einbau zwischen gegenüberliegende Flächen von Teilen eines Mehrzylindermotors und zur Abdichtung eines Zwischenraums zwischen den Teilen ausgebildet ist.

Bisher wurde eine Metalldichtung dazu verwendet, einen Zwischenraum zwischen gegenüberliegenden Flächen eines Zylinderkopfs und eines Zylinderblocks eines Motors abzudichten. Es wurden verschiedene Arten von Metalldichtungen entwickelt. Ein in jüngerer Zeit verwendeter Motor hat Forderungen nach einer höheren Ausgangsleistung und einem gerin­ geren Gewicht gestellt. Mit der Absicht, diese Anforderungen zu erfüllen, besteht die Tendenz, den Zylinderkopf und den Zylinderblock aus einem Aluminiummaterial mit einer geringeren spezifischen Dichte herzustellen anstatt aus herkömmlicherweise verwendetem Stahl und Gußeisen mit einer größeren spezifischen Dichte. Da ein Aluminiumkonstruktions­ element eines Motors ein geringeres Gewicht, aber auch eine geringere Steifigkeit besitzt, wird die relative Verlagerung des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks während des Motorbetriebs leicht größer.

Die Metalldichtung ist in der Nähe des Umfangs von Zylinderbohrungen und Durchgangslöchern für Wasser und Öl mit Rippen oder Sicken versehen, die ringförmige Abschnitte elastischen Kontakts bezüglich der gegenüberliegenden Flächen des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks bilden, wenn die Metalldichtung durch Anziehen von Bolzen, welche mit dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock in Eingriff stehen, fixiert wird, wodurch der Zwischenraum zwischen den gegenüberliegenden Flächen des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks abgedichtet wird. Im Fall einer Zylinderkopf-Metalldichtung werden auf sie wiederholte Belastungen, d. h. mechanische Belastungen und thermische Belastungen, ausgeübt, da der Zwischenraum zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock wäh­ rend eines Verbrennungszyklus des Motors wiederholt größer und kleiner wird. Die Beanspruchungen aufgrund schwankender Belastung durch den Motor treten in hohem Maße in denjenigen Abschnitten des Zylinder­ blocks und des Zylinderkopfs auf, die die geringste Steifigkeit besitzen. Als Folge treten eine dauerhafte Ermüdung und Risse in den auf einer Rippengrundplatte ausgebildeten Rippen oder Sicken auf, was eine Verschlechterung der Dichtfähigkeit der Metalldichtung bewirkt.

Eine herkömmliche Zylinderkopf-Metalldichtung ist in der japanischen offengelegten Patentschrift Nr. 61506/1996 offenbart. Sie ist dadurch gebildet, daß in der folgenden Reihenfolge übereinander angeordnet sind: eine Rippengrundplatte, welche eine elastische Metallplatte umfaßt, die mit längs des Umfangs von Öffnungen verlaufenden Rippen oder Sicken versehen ist, eine Regulierplatte, welche eine elastische Metallplatte umfaßt, die mit entlang des Umfangs von Öffnungen verlaufenden Rippen oder Sicken versehen ist, sowie eine mit Löchern versehene Dichtplatte. Bei dieser Dichtung wird ein Innenumfangsrand einer Öff­ nung der Regulierplatte fest durch die Dichtplatte gehalten. Die zwischen Öffnungen verlaufenden Rippen auf der Rippengrundplatte umfassen Vollrippen; die gleichen Rippen, die um die anderen Abschnitte der Öffnungen herum verlaufen, umfassen Halbrippen. Die Rippen auf der Regulierplatte umfassen Vollrippen in bezug auf diejenigen Abschnitte von ihnen, die um den gesamten Umfang der Öffnungen herum ver­ laufen. Die Abschnitte der Rippen auf der Rippengrundplatte, die zwi­ schen den Öffnungen verlaufen, überlagern sich mit den entsprechenden Abschnitten der Rippen auf der Regulierplatte.

Bei einer Metalldichtung dienen die geeignete Konzentrierung des Flä­ chendrucks, d. h. des Drucks von Fläche zu Fläche, auf die Bereiche um die Öffnungen und die Gewährleistung eines Zustands für den durch­ schnittlichen Druck von Fläche zu Fläche, bei dem ein erforderlicher Flächedruck um die Wasserlöcher und die Öllöcher herum gewährleistet ist, zur Verbesserung der Dichtfähigkeit der Dichtung; sie sind er­ wünscht, um den Druck von Fläche zu Fläche gleichmäßig zu verteilen.

Bei einer herkömmlichen Metalldichtung ist jedoch der Druck von Fläche zu Fläche in übermäßiger Weise auf die Dichtbereiche konzentriert, wobei ein erforderlicher oder nötiger Druck von Fläche zu Fläche um die Was­ serlöcher und Öllöcher herum nicht gewährleistet werden kann. Es wird daher schwierig, einen Zustand eines durchschnittlichen Drucks von Fläche zu Fläche zu gewährleisten, so daß auch kein hervorragender Abdichtungszustand erhalten werden kann. Wenn der Druck von Fläche zu Fläche auf die Rippenabschnitte der Metalldichtung konzentriert ist, verschlechtert sich die Gleichmäßigkeit des Drucks von Fläche zu Fläche, wobei die Dichtfähigkeit der Dichtung abnimmt.

Wenn eine Metalldichtung, die eine Rippengrundplatte mit von einer Außenfläche der Rippengrundplatte vorstehenden Rippen aufweist, zwischen einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock eingespannt wird, stehen die vorstehenden Flächen der Rippen in unmittelbarem Kontakt mit dem Zylinderkopf oder dem Zylinderblock, wobei nur diejenigen Bereiche, mit denen die vorstehenden Flächen der Rippen in Kontakt stehen, einen hohen linearen Druck von Fläche zu Fläche erzeugen. Folglich treten Eindrückungen und Brüche an und in dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf auf, mit denen die vorstehenden Flächen der Rippen in Kontakt stehen. Zudem verschlechtert sich das Dichtverhalten.

Der Erfindung liegt demnach das technische Problem zugrunde, eine Metalldichtung mit einem Schichtaufbau aus einer Rippengrundplatte, einer Zwischenplatte und einer dünnen Platte bereitzustellen, die alle von elastischen Metallplatten gebildet sind, welche mit Rippen oder Sicken versehen sind, die entlang des Umfangs von Öffnungen oder Durch­ bohrungen verlaufen, wobei an der Rippengrundplatte Vollrippen und an der Zwischenplatte Anschlagrippen ausgebildet sind, wobei die Anschlag­ rippen die volle Komprimierung der Vollrippen und den Eintritt eines Gases in zwischen den Rippen gebildete Zwischenräume verhindern und dadurch die Korrosion der Rippen verhindern, wobei umgeschlagene Abschnitte die Unregelmäßigkeit der Bereiche der Platten um die Öff­ nungen herum kompensieren, um so eine dauerhafte Ermüdung der Anschlagrippen und den Eintritt eines Gases in durch die Anschlagrippen begrenzte Zwischenräume zu verhindern und die Haltbarkeit der Rippen und der Anschlagrippen zu verbessern.

Zur Lösung dieser Problemstellung schlägt die Erfindung eine Metall­ dichtung vor mit einer Rippengrundplatte, einer auf der Rippengrundplatte angeordneten Zwischenplatte und einer auf der Zwischenplatte angeord­ neten dünnen Platte mit einer Dicke, die kleiner als die Dicke der Rippen­ grundplatte ist, wobei die Rippengrundplatte, die Zwischenplatte und die dünne Platte von elastischen Metallplatten gebildet sind, die mit parallel angeordneten Öffnungen versehen sind, welche jeweils unter gegen­ seitiger Überdeckung zueinander ausgerichtet sind, wobei die Rippen­ grundplatte mit Vollrippen versehen ist, welche um den gesamten Um­ fang der Öffnungen herum verlaufen, wobei die Zwischenplatte in ihren näher als die Vollrippen an den Öffnungen liegenden Bereichen mit Anschlagrippen versehen ist, welche entlang des Umfangs der Öffnungen verlaufen, wobei die Anschlagrippen mit einer Höhe ausgebildet sind, die kleiner als die der Vollrippen ist, wobei die dünne Platte in ihren entlang des Umfangs der Öffnungen der Zwischenplatte verlaufenden Bereichen umgeschlagen ist, so daß sie umgefaltete Abschnitte bildet, die zwischen der Rippengrundplatte und der Zwischenplatte angeordnet sind.

Die dünne Platte kann mit Vollrippen versehen sein, welche in Vertiefun­ gen der Anschlagrippen an der Zwischenplatte eingesetzt sind. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können diejenigen Abschnitte der dünnen Platte, die solchen Vertiefungen der Anschlagrippen an der Zwischen­ platte gegenüberliegen, mit flachen Oberflächen ausgebildet sein.

Die Vollrippen an der Rippengrundplatte und die Anschlagrippen an der Zwischenplatte können bei der Metalldichtung in partiellem Kontakt miteinander stehen.

Die umgeschlagenen Abschnitte der dünnen Platte stehen mit den Anschlagrippen an der Zwischenplatte vorzugsweise nicht in Kontakt, so daß Zwischenräume zwischen den Endflächen der umgeschlagenen Abschnitte und inneren Grenzen der Anschlagrippen gebildet sind.

Die Höhe der Anschlagrippen an der Zwischenplatte ist vorzugsweise im wesentlichen gleich oder etwas größer als die Höhe der umgeschlagenen Abschnitte der dünnen Platte. Wenn die Höhe der Anschlagrippen viel größer als die der umgeschlagenen Abschnitte ist, tritt eine Konzentration des Flächendrucks in diesen Bereichen auf, was die Gleichmäßigkeit des Flächendrucks verschlechtert. Bei der erfindungsgemäßen Metalldichtung tritt daher bei den Anschlagrippen keine Konzentration des Flächendrucks auf. Aufgrund der Zusammenwirkung der Anschlagrippen und der umge­ schlagenen Abschnitte ist die Gleichmäßigkeit des Flächendrucks verbes­ sert. Dies ermöglicht eine verbesserte Dichtfunktion der Dichtung.

Die Dicke der Zwischenplatte ist vorzugsweise größer als die der Rippen­ grundplatte. Das Verhältnis der Dicke der Zwischenplatte zu der der Rippengrundplatte beträgt beispielsweise 2 bis 4.

Die Rippen an der Rippengrundplatte können einander in den Bereichen zwischen benachbarten Öffnungen treffen. Die Rippengrundplatte kann auf der Seite eines Zylinderkopfs angeordnet sein, die dünne Platte auf der Seite des Zylinderblocks. Dementsprechend stellt sich ein gut ausge­ wogener Flächendruck ein, der zwischen dem Zylinderblock und der dünnen Platte auftritt und der zwischen dem Zylinderkopf und der Rip­ pengrundplatte auftritt, wobei entlang des Umfangs der Öffnungen ein hervorragendes Dichtvermögen gegeben ist.

Das Verhältnis der Dicke der Rippengrundplatte zu der der Zwischen­ platte und die Höhe der umgeschlagenen Abschnitte der dünnen Platte und der Anschlagrippen an der Zwischenplatte können optimal eingestellt werden, so daß die Gleichmäßigkeit des Flächendrucks ebenso wie das Dichtvermögen verbessert werden können. Da das Dichtvermögen der Dichtung durch die Anschlagrippen und die umgeschlagenen Abschnitte verbessert wird, wird es möglich, den Eintritt eines heißen und unter hohem Druck stehenden Gases in durch die Vollrippen an der Rippen­ grundplatte begrenzte Zwischenräume und das Entstehen von Korrosion an den Rippen zu verhindern, das Dichtvermögen der Vollrippen für eine lange Zeitdauer sicherzustellen und die Haltbarkeit der Dichtung zu verbessern.

Die dauerhafte Ermüdung der Vollrippen wird dadurch verhindert, daß durch die Anschlagrippen ihre volle Komprimierung vermieden wird. Darüber hinaus kompensieren die umgeschlagenen Abschnitte der dün­ nen Platte, die die Randabschnitte der Öffnungen der Zwischenplatte halten, die Unregelmäßigkeit der Bereiche dieser Platte um die Öffnungen herum und verhindern die dauerhafte Ermüdung der Vollrippen und der Anschlagrippen sowie den Eintritt eines heißen und unter hohem Druck stehenden Gases in die durch die Anschlagrippen begrenzten Zwischen­ räume, wodurch ein ausgewogener Flächendruck erreicht und seine Konzentration vermieden wird und eine ideale Flächendruckverteilung erhalten wird.

Die vorstehenden Flächen der Rippen werden in Kontakt mit der Rippen­ grundplatte und der Zwischenplatte und nicht mit einem Zylinderkopf oder einem Zylinderblock gebracht, so daß das Auftreten von Eindrückun­ gen und Brüchen an dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock verhindert werden kann. Da die umgeschlagenen Abschnitte und die Anschlagrippen das Eindringen eines Gases in die durch die Rippen begrenzten Zwischen­ räume verhindern, wird die Korrosion der Vollrippen und der Anschlagrip­ pen verhindert. Dies ermöglicht eine ordnungsgemäße Funktion der Rippen für alle Zeiten, die Gewährleistung einer exzellenten Gleichmäßig­ keit des Flächendrucks, selbst wenn die Dichtung über einen langen Zeitraum hinweg benutzt wird, und die Verbesserung der Haltbarkeit der Dichtung.

Da die Metalldichtung wie vorstehend beschrieben ausgeführt ist, wird der von den Vollrippen an der Rippengrundplatte erzeugte Flächendruck auf einen Zylinderkopf und über die Zwischenplatte und die dünne Platte auf einen Zylinderblock aufgebracht. So kann ein stabiler Flächendruck sichergestellt werden. Der aufgrund der Anschlagrippen an der Zwischen­ platte und der umgeschlagenen Abschnitte der dünnen Platte auftretende Flächendruck wird über die Rippengrundplatte auf den Zylinderkopf übertragen, wodurch ein stabiles und sehr gutes Gleichgewicht des Flächendrucks sichergestellt werden kann. Die umgeschlagenen Ab­ schnitte der dünnen Platte und die Anschlagrippen an der Zwischenplatte bilden Kompensationsabschnitte für die Dichtfunktion und die Anschlag­ funktion hinsichtlich der Vollrippen an der Rippengrundplatte, wodurch es möglich wird, die Vollrippen zu schützen, indem ihre volle Komprimierung verhindert wird, und das Auftreten einer dauerhaften Ermüdung und von Rissen in den Vollrippen zu verhindern.

Die Vollrippen, die Anschlagrippen und die umgeschlagenen Abschnitte bilden bei der Metalldichtung eine Dreifachdichtlinie, was das Dichtver­ mögen der Dichtung verbessert. Die umgeschlagenen Abschnitte und die Anschlagrippen verhindern eine übermäßige Komprimierung der Voll­ rippen an der Rippengrundplatte. Das Auftreten einer dauerhaften Ermü­ dung und von Rissen in den Vollrippen an der Rippengrundplatte, die einer übermäßigen Komprimierung der Vollrippen zuzuschreiben sind, kann verhindert werden. Darüber hinaus wird der Eintritt eines Gases in die durch die Vollrippen an der Rippengrundplatte begrenzten Zwischen­ räume verhindert, was es möglich macht, die Korrosion dieser Rippen durch Gas zu unterbinden. Die von den umgeschlagenen Abschnitten der dünnen Platte gebildeten Kompensationsabschnitte können die Dicht­ funktion, die Flächendruckregulierfunktion und die Anschlagfunktion zur Vermeidung einer vollen Komprimierung der Vollrippen erfüllen. Wenn die umgeschlagenen Abschnitte niedriger als die Anschlagrippen ausgeführt sind, können sie die Anschlagfunktion zur Verhinderung einer vollen Komprimierung der Anschlagrippen erfüllen.

Selbst wenn die relative Verlagerung eines Zylinderkopfs und eines Zylinderblocks, die einen Motor bilden und aus einem Aluminiummaterial hergestellt sind, groß wird und Unregelmäßigkeiten zwischen den Eingriffs- oder Anlageflächen dieser Motorteile auftreten, entstehen keine Ein­ drückungen und Schäden an dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock, wobei die Unregelmäßigkeiten der vorgenannten Anlage- oder Eingriffs­ flächen kompensiert werden können, da bei der Metalldichtung, wenn sie zwischen den Zylinderkopf und den Zylinderblock eingebaut ist, die Vollrippen an der Rippengrundplatte zur Anlage an der Zwischenplatte kommen und die Anschlagrippen an der Zwischenplatte zur Anlage an der Rippengrundplatte kommen, wobei sich die umgeschlagenen Ab­ schnitte zwischen die Rippengrundplatte und die Zwischenplatte er­ strecken.

Die umgeschlagenen Abschnitte verhindern den Eintritt eines Verbren­ nungsgases in die durch die Vollrippen begrenzten Zwischenräume und schützen die Vollrippen vor durch das heiße Gas bedingter Korrosion. Das Auftreten einer dauerhaften Ermüdung und von Rissen in den Vollrippen und die Abnahme der Dichtfunktion der Vollrippen können so verhindert werden, wobei durch die umgeschlagenen Abschnitte, die Anschlagrip­ pen und die Vollrippen die Gleichmäßigkeit des Flächendrucks über einen langen Zeitraum hinweg zuverlässig sichergestellt werden kann. Die an der dünnen Platte ausgebildeten umgeschlagenen Abschnitte können die Dichtfunktionen hinsichtlich der Rippen erfüllen, das Dichtvermögen hinsichtlich der Rippen sicherstellen, eine gasbedingte Korrosion der Rippen verhindern, die ordnungsgemäße Funktion der Rippen zu allen Zeiten gewährleisten und die Haltbarkeit der Dichtung verbessern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine partielle Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Metalldich­ tung,

Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht auf den in Fig. 1 mit dem Bezugs­ zeichen A bezeichneten Bereich einer Rippengrundplatte,

Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf den durch das Bezugszeichen A bezeichneten Bereich zweier übereinander angeordneter Platten, nämlich einer Zwischenplatte und einer dünnen Platte,

Fig. 4 eine längs der Linie B-B in Fig. 1 genommene vergrößerte Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 eine längs der Linie C-C in Fig. 1 genommene vergrößerte Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht des mit dem Bezugszeichen D in Fig. 5 bezeichneten Bereichs der Zwischenplatte und der dünnen Platte des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 7 eine längs der Linie B-B in Fig. 1 genommene vergrößerte Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 8 eine längs der Linie C-C in Fig. 1 genommene vergrößerte Schnittansicht des zweiten Ausführungsbeispiels und

Fig. 9 eine vergrößerte Schnittansicht des mit dem Bezugszeichen E in Fig. 8 bezeichneten Bereichs der Zwischenplatte und der dünnen Platte bei dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Es werden nun Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Metall­ dichtung beschrieben. Zunächst wird ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Metalldichtung anhand der Fig. 1 bis 6 beschrie­ ben.

Die Metalldichtung wird vorzugsweise als Kopfdichtung verwendet, welche zwischen einem Zylinderkopf (nicht gezeigt) und einem Zylinder­ block (nicht gezeigt) gehalten ist, die aus Aluminium gebildet sind, und welche so eingespannt ist, daß sie einen Zwischenraum zwischen gegen­ überliegenden Flächen des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks ab­ dichtet. Die Dichtung ist von parallel angeordneten Öffnungen oder Durchbohrungen durchsetzt, deren Anzahl der Zylinderzahl eines Mehr­ zylindermotors, beispielsweise eines Vier- oder Sechszylindermotors, entspricht.

Die Metalldichtung umfaßt eine Rippengrundplatte 1, eine Zwischenplatte 2, die eine Regulier- oder Ausgleichsplatte bildet und in Schichtbauweise auf der Rippengrundplatte 1 angeordnet ist, sowie eine dünne Platte 3, welche in Schichtbauweise auf der Zwischenplatte 2 angeordnet ist und eine Dicke besitzt, die kleiner als die der Rippengrundplatte 1 ist. Die Rippengrundplatte 1, die Zwischenplatte 2 und die dünne Platte 3 sind von elastischen Metallplatten gebildet, welche von parallel angeordneten Öffnungen oder Durchbohrungen 7, 8 bzw. 9 durchsetzt sind, die jeweils einander gegenüberliegend ausgebildet sind. Die Rippengrundplatte 1, die Zwischenplatte 2 und die dünne Platte 3 sind mit Bolzenlöchern 12, Wasserlöchern 13, Öllöchern 14 und Klopflöchern 15 um die Öffnungen 7, 8, 9 versehen. Die Metalldichtung wird so zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock angeordnet, daß beispielsweise die Rippengrund­ platte 1 auf der Seite des Zylinderkopfs angeordnet ist, während die dünne Platte 3 auf der Seite des Zylinderblocks angeordnet ist.

Die Rippengrundplatte 1 ist mit im Querschnitt konvexen Vollrippen (oder -sicken) 5 ausgeführt, welche längs des Umfangs der Öffnungen 7 verlaufen und im wesentlichen konzentrisch zu diesen sind. Die Zwi­ schenplatte 2 ist mit Anschlagrippen (oder -sicken) 6 ausgeführt, welche näher als die Vollrippen 5 an den Öffnungen 7 angeordnet sind und entlang des Umfangs der Öffnungen 8 verlaufen. Die dünne Platte 3 ist mit umgefalteten oder umgeschlagenen Abschnitten 4 versehen, die so gebogen sind, daß sie entlang der Umrandungsabschnitte 11 der parallel angeordneten Öffnungen 8 der Zwischenplatte 2 verlaufen und an diesen Umrandungsabschnitten 11 gehalten sind. Die umgeschlagenen Ab­ schnitte 4 sind dabei zwischen der Rippengrundplatte 1 und der Zwi­ schenplatte 2 angeordnet, wobei die gebogenen Begrenzungsflächen der umgeschlagenen Abschnitte 4 die Öffnungen 9 bilden.

Die Rippengrundplatte 1 ist mit einer vorbestimmten Dicke t₁ ausgeführt und mit Vollrippen 5 versehen, welche entlang des gesamten Umfangs der Öffnungen 7 ausgebildet sind, um so einen richtigen und geeigneten Flächendruck um die Zylinderbohrungen herum zu gewährleisten. Die Zwischenplatte 2 besitzt die Funktion einer Regulierplatte, um Streu­ ungen der Bearbeitungsgenauigkeit von Motoren auszugleichen und ein vorbestimmtes Komprimierungsverhältnis sicherzustellen, und kann mit verschiedenen Dicken t₂ ausgeführt sein. Diese Platte 2 ist mit Anschlag­ rippen 6 ausgeführt, die näher als die Vollrippen 5 an den Öffnungen 7 liegen, so daß sie eine Anschlagfunktion und zugleich eine Dichtfunktion hinsichtlich der Vollrippen 6 an der Rippengrundplatte 1 besitzen. Die dünne Platte 3 ist mit Dichtabschnitten ausgeführt, nämlich den umge­ schlagenen Abschnitten 4, die Kompensationsabschnitte für die Voll­ rippen 5 an der Rippengrundplatte 1 und die Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 bilden.

Die Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1 und die Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 sind so ausgebildet, daß Teile von ihnen einander berühren. Die Dicke der Zwischenplatte 2 ist größer als die der Rippen­ grundplatte 1. Die Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1 treffen einander in den Bereichen zwischen benachbarten Öffnungen 7, wo sie in jedem dieser Bereiche eine einzelne Verbindungsrippe oder -sicke 16 bilden. In einem Bereich zwischen benachbarten Öffnungen 7 bilden daher ein Paar umgeschlagener Abschnitte 4, ein Paar Anschlagrippen 6 und eine Verbindungsrippe 16 eine fünffache Dichtlinie, so daß eine wirksame Abdichtung erreicht werden kann, wenn die Bereiche zwischen den Öffnungen 7, also die Bereiche zwischen den Zylinderbohrungen, eine geringe Breite besitzen.

Die dünne Platte 3 ist mit Vollrippen oder -sicken 10 ausgeführt, und zwar so, daß diese Vollrippen 10 in Zurückversetzungen oder Vertiefun­ gen 17 der Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 passen. Die umgeschlagenen Abschnitte 4 der dünnen Platte 3 berühren die An­ schlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 nicht, weshalb Zwischenräume S zwischen den Endflächen 18 der umgeschlagenen Abschnitte 4 und den inneren Grenzen 19 der Anschlagrippen 6 gebildet sind. Die Höhe h₂ der Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 ist kleiner als die Höhe h₁ der Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1. Die Höhe h₂ der Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 ist im wesentlichen gleich der Höhe h₃ der umgeschlagenen Abschnitte 4 der dünnen Platte 3 oder etwas größer. Auf diese Weise wird das Auftreten einer Konzentration des Flächen­ drucks bzw. der Flächenpressung an den Anschlagrippen 6 verhindert (h₁ < h₂ h₃).

Der von den Vollrippen 6 an der Rippengrundplatte 1, den Anschlagrip­ pen 6 an der Zwischenplatte 2 und den umgeschlagenen Abschnitten 4 an der dünnen Platte 3 erzeugte Flächendruck bewirkt, daß in den Bereichen zwischen benachbarten Öffnungen 7 ein Flächendruck durch die umgeschlagenen Abschnitte 4, und zwar beidseitig, die Anschlagrip­ pen 6 und die ineinandergelaufenen Vollrippen 16 auftritt und in den anderen Bereichen als den zwischen benachbarten Öffnungen 7 liegen­ den Bereichen ein Flächendruck durch die inneren umgeschlagenen Abschnitte 4, die Anschlagrippen 6 und die Vollrippen 5 auftritt, so daß eine sehr gute Gleichmäßigkeit oder Ausgewogenheit des Flächendrucks sichergestellt werden kann. Die Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1 sind vor dem Gas in den Öffnungen und den Verbrennungskammern durch Zweistufen-Kompensationsbereiche geschützt, nämlich durch die umgeschlagenen Abschnitte 4 der dünnen Platte 3 und die Anschlagrip­ pen 6 an der Zwischenplatte 2. Der an den konvexen Flächen 21 der Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1 auftretende Flächendruck wird auf die Bauteile übertragen, nämlich den mit der Rippengrundplatte 1 in Kontakt stehenden Zylinderkopf und den Zylinderblock (über die Zwi­ schenplatte 2 und die dünne Platte 3). Auch der an den konvexen Flä­ chen 22 der Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 auftretende Flächendruck und der an den umgeschlagenen Abschnitten 4 der dünnen Platte 3 auftretende Flächendruck werden auf die Bauteile übertragen, nämlich den mit der Rippengrundplatte 1 in Kontakt stehenden Zylin­ derkopf (und zwar über die Rippengrundplatte 1) und den Zylinderblock.

Wenn die Metalldichtung im Einsatz ist, d. h. zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock eingespannt ist und sich in einem Zustand befin­ det, in dem Druck auf sie ausgeübt wird, können die umgeschlagenen Abschnitte 4 der dünnen Platte 3 die Dichtfunktion und die Anschlag­ funktion zwischen den Kontaktflächen hinsichtlich der Vollrippen 5 und der Anschlagrippen 6 erfüllen. Die Anschlagrippen 6 können die Dicht­ funktion und die Anschlagfunktion zwischen den Kontaktflächen hinsicht­ lich der Vollrippen 5 erfüllen. Wenn die Anschlagrippen 6 an der Zwi­ schenplatte 2 und die Vollrippen 10 an der dünnen Platte 3 unter Bildung einer Doppelstruktur schichtartig übereinander angeordnet werden, unterstützen die Vollrippen 10 an der dünnen Platte 3 die Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte und können ein dauerhaftes Setzen oder Nach­ geben der Anschlagrippen 6 verhindern, also eine Form der Ermüdung der Anschlagrippen 6.

Es gibt Motoren, bei denen der Zylinderkopf aus einer Aluminiumlegie­ rung und der Zylinderblock aus Gußeisen gebildet sind oder bei denen der Zylinderkopf und der Zylinderblock aus einer Aluminiumlegierung gebildet sind. Wenn auf die Oberfläche eines Aluminiummaterials ein konzen­ trierter Flächendruck ausgeübt wird, entstehen darauf und darin leicht Eindrückungen und Brüche, da die Härte des Aluminiummaterials gering ist. Wenn auf einer solchen Fläche Eindrückungen auftreten, sinkt die Dichtfähigkeit des Materials, wenn es über einen langen Zeitraum hinweg verwendet wird. Daher wird bei einem Motor, dessen Zylinderkopf aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist und dessen Zylinderblock aus Gußeisen gebildet ist, eine Metalldichtung vorzugsweise so eingebaut daß die Rippengrundplatte 1 auf der Seite des Zylinderkopfs 1 angeord­ net ist und die dünne Platte 3 auf der Seite des Zylinderblocks angeord­ net ist.

Bei der Metalldichtung sind die Rippengrundplatte 1 beispielsweise aus SUS301 (Kennzeichnung nach japanischem Industriestandard JIS) und die Zwischenplatte aus SECC (nach JIS) gebildet, wobei die dünne Platte 3 aus SUS304 (nach JIS) gebildet ist. Die Oberflächen der die Rippen­ grundplatte 1 und die dünne Platte 3 bildenden Metallplatten sind mit einer wärmebeständigen und ölbeständigen nichtmetallischen Schicht einer Dicke von beispielsweise etwa 10 bis 50 µm beschichtet, um so einen Metall-Metall-Kontakt des Zylinderkopfs bzw. des Zylinderblocks zu vermeiden und die Korrosionsbeständigkeit, die Haltbarkeit und die Festigkeit der Metalldichtung zu gewährleisten. Beispielsweise sind die Oberflächen der Rippengrundplatte 1 und der dünnen Platte 3 mit wärme­ beständigem und ölbeständigem Fluorgummi beschichtet, wobei die Oberflächen des Fluorgummi dann mit einem Acrylsilikonharz beschichtet sein können. Selbst wenn kleine Vertiefungen und Vorsprünge in und auf den Oberflächen der Rippengrundplatte 1, der Zwischenplatte 2 und der dünnen Platte 3 bei deren mechanischer Bearbeitung auftreten, über­ decken die auf den Oberflächen der Rippengrundplatte 1 und der dünnen Platte 3 ausgebildeten nichtmetallischen Schichten diese Vertiefungen und Vorsprünge und können ihre Dichtfunktion hinreichend erfüllen.

Durch ihren vorstehend beschriebenen Aufbau besitzt die Metalldichtung Dreifachdichtlinien mit den Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1, den Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 und den umgeschlagenen Ab­ schnitten 4 der dünnen Platte 3, wodurch eine sehr starke Dichtstruktur entsteht. Die Rippengrundplatte 1 umfaßt bei der Metalldichtung eine elastische Metallplatte einer Dicke t₁ im Bereich von beispielsweise 0,2 bis 0,3 mm und vorzugsweise um 0,20 mm. Die Zwischenplatte 2 umfaßt eine elastische Metallplatte einer Dicke t₂ im Bereich von bei­ spielsweise 0,5 bis 0,8 mm und vorzugsweise um 0,70 mm. Die dünne Platte 3 umfaßt eine elastische Metallplatte einer Dicke t₃, die kleiner als die der Rippengrundplatte 1 ist und im Bereich von beispielsweise 0,10 bis 0,15 mm liegt und vorzugsweise etwa 0,12 mm beträgt. Die Dicke t₁ der Rippengrundplatte 1 ist kleiner als die Dicke t₂ der Zwischenplatte 2. Ein Verhältnis t₂/t₁ der Dicke t₂ der Zwischenplatte 2 zur Dicke t₁ der Rippengrundplatte 1 liegt im Bereich von 1,5 bis 4 und vorzugsweise bei etwa 3,5. Demgemäß herrscht zwischen der Dicke t₁ der Rippengrund­ platte 1, der Dicke t₂ der Zwischenplatte 2 und der Dicke t₃ der dünnen Platte 3 die folgende Beziehung:

t₂ < t₁ < t₃.

Die Höhe h₁ der Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1 beträgt bei­ spielsweise etwa 0,24 mm, die Höhe h₂ der Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 beispielsweise etwa 0,14 mm. Die Höhe h₃ (die derjeni­ gen der umgeschlagenen Abschnitte 4 der dünnen Platte 3 entspricht) ist im wesentlichen gleich der Höhe h₂ der Anschlagrippen 6 oder geringfü­ gig kleiner. Die Breite T₁ der Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1, d. h. der Abstand T₁ zwischen der inneren Grenze 23 jeder Vollrippe 5 und deren äußerer Grenze 24, beträgt beispielsweise etwa 1,8 mm. Die Breite T₂ jeder Anschlagrippe 6 an der Zwischenplatte 2, d. h. der Ab­ stand T₂ zwischen der inneren Grenze 19 jeder Anschlagrippe 6 und deren äußerer Grenze 25, beträgt beispielsweise etwa 0,8 mm. Die Breite T₃ jeder Vollrippe 10 an der dünnen Platte 3 ist im wesentlichen gleich derjenigen der Anschlagrippen 6.

Bei der Metalldichtung überlappen die umgeschlagenen Abschnitte 4 und die Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 einander nicht. Zwischen den Endflächen 18 der umgeschlagenen Abschnitte 4 und den inneren Grenzen 19 der Anschlagrippen 6 sind Zwischenräume S gebildet. Wenn die Metalldichtung zwischen einen Zylinderkopf und einen Zylinderblock eingesetzt wird und in einen komprimierten Zustand versetzt wird, überdecken die umgeschlagenen Abschnitte 4 und die Anschlagrippen 6 aufgrund der in der Dichtung gebildeten Zwischenräume S einander nicht, wobei die umgeschlagenen Abschnitte 4 und die Anschlagrippen 6 ohne Übereinanderschichtung jeweilige Dichtlinien bilden können. Dies er­ möglicht es, die Dichtfunktion sicherzustellen und die Ausgewogenheit des Flächendrucks zu gewährleisten.

Die Dicke t₁ der Rippengrundplatte 1 kann einen konstanten Wert im Bereich von beispielsweise 0,2 bis 0,3 mm besitzen; wenn es die Gege­ benheiten erfordern, kann sie mit der relativen Position der Platte 1 geändert werden, d. h. unter Berücksichtigung der zylinderblockseitigen Position und der zylinderkopfseitigen Position, an denen die Platte 1 anzuordnen ist. Wenn die Dicke t₁ der Rippengrundplatte 1 und die Höhe der umgeschlagenen Abschnitte 4 der dünnen Platte 3, d. h. die Dicke t₃ der dünnen Platte 3, geändert werden, nehmen die Freiheitsgrade beim Kombinieren und Entwerfen zu. Die Höhe h₁ der an der Rippengrundplatte 1 ausgebildeten Vollrippen 5 kann in den Bereichen der zwischen benach­ barten Öffnungen 7 ausgebildeten Verbindungsrippen 11 größer sein und in den übrigen Bereichen kleiner sein. Damit die Metalldichtung an die Steifigkeit eines Zylinderkopfs angepaßt ist, wenn die Dichtung zwischen dem Zylinderkopf und einem Zylinderblock eingespannt ist, kann der an den Vollrippen 5, den Anschlagrippen 6 und den umgeschlagenen Ab­ schnitten 4 auftretende Flächendruck durch Verändern der Höhe der Vollrippen 5, der Anschlagrippen 6 und der umgeschlagenen Abschnitte 4 sowie der Dicke der Rippengrundplatte 1, der Zwischenplatte 2 und der dünnen Platte 3 auf einen geeigneten Wert eingestellt werden. Auf diese Weise kann die Gleichmäßigkeit des Flächendrucks der Metalldichtung bezüglich des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks geeignet kontrolliert werden.

Es wird nun anhand der Fig. 7, 8 und 9 ein zweites Ausführungs­ beispiel der erfindungsgemäßen Metalldichtung beschrieben. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel besitzen diejenigen Abschnitte der dünnen Platte 3, die den Vertiefungen 17 der Anschlagrippen 6 an der Zwischen­ platte 2 gegenüberliegen, flache Oberflächen 20. Die dünne Platte 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel im Gegensatz zu dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel nicht mit Vollrippen ausgeführt, so daß die dünne Platte nicht die Funktion der Vermeidung eines dauerhaften Nachgebens der Anschlagrippen 6 besitzt. Was die anderen Gesichtspunkte anbelangt, sind die Wirkungen des zweiten Ausführungsbeispiels identisch zu denen des ersten Ausführungsbeispiels.

Eine Metalldichtung umfaßt eine Rippengrundplatte, eine Zwischenplatte und eine dünne Platte und gewährleistet eine stabile langanhaltende Dichtfunktion unter Aufrechterhaltung eines gleichmäßig verteilten Flächendrucks. Die Metalldichtung ist mit Vollrippen an der Rippengrund­ platte, mit Anschlagrippen an der Zwischenplatte und mit umgeschlage­ nen Abschnitten, welche die Umrandungsbereiche von Öffnungen der Zwischenplatte umgreifen, sowie mit Vollrippen, welche mit den An­ schlagrippen der Zwischenplatte überlappen, an der dünnen Platte versehen. Die umgeschlagenen Abschnitte sind so ausgebildet, daß sie nicht über den Anschlagrippen liegen, wenn die Metalldichtung im praktischen Einsatz ist, d. h. wenn die umgeschlagenen Abschnitte sich in einem eingespannten Zustand befinden. Die umgeschlagenen Abschnitte und die Anschlagrippen besitzen eine Anschlagfunktion zur Verhinderung einer vollständigen Komprimierung der Vollrippen an der Rippengrund­ platte sowie eine Dichtfunktion zur Verhinderung des Eintritts von Ver­ brennungsgasen in durch die Vollrippen gebildete Freiräume. Der an den umgeschlagenen Abschnitten, den Anschlagrippen und den Vollrippen auftretende Flächendruck kann unter Bewahrung einer gleichmäßigen Verteilung des Flächendrucks geeignet kontrolliert werden.

Claims (10)

1. Metalldichtung, umfassend:

• - eine von einer elastischen Metallplatte gebildete Rippen­ grundplatte (1),
• - eine auf der Rippengrundplatte (1) angeordnete und von einer elastischen Metallplatte gebildete Zwischenplatte (2) und
• - eine auf der Zwischenplatte (2) angeordnete und von einer elastischen Metallplatte gebildete dünne Platte (3), deren Dicke kleiner als die der Rippengrundplatte (1) ist,

wobei die Rippengrundplatte (1), die Zwischenplatte (2) und die dünne Platte (3) mit parallel angeordneten Öffnungen (7, 8, 9) versehen sind, die jeweils unter gegenseitiger Überdeckung zuein­ ander ausgerichtet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rippengrundplatte (1) mit Voll­ rippen (5) versehen ist, die entlang des gesamten Umfangs der Öffnungen (7) verlaufen und mit der Zwischenplatte (2) in Kontakt stehen, daß die Zwischenplatte (2) mit Anschlagrippen (6) ver­ sehen ist, die in näher als die Vollrippen (5) an den Öffnungen (8) liegenden Bereichen der Zwischenplatte (2) ausgebildet sind und entlang des Umfangs der Öffnungen (8) mit der Rippengrundplatte (1) in Kontakt stehen, daß die Höhe der Anschlagrippen (6) kleiner als die der Vollrippen (5) ist und daß die dünne Platte (3) in Umran­ dungsbereichen (11) der Öffnungen (8) der Zwischenplatte (2) entlang des Umfangs dieser Öffnungen (8) umgebogen ist unter Bildung von umgeschlagenen Abschnitten, welche zwischen der Rippengrundplatte (1) und der Zwischenplatte (2) angeordnet sind.

2. Metalldichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Platte (3) mit Vollrippen (10) versehen ist, welche in Ver­ tiefungen (17) auf der entgegengesetzten Seite der Anschlagrippen (6) der Zwischenplatte (2) eingreifen.

3. Metalldichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Abschnitte der dünnen Platte (3), die Vertiefungen (17) auf der entgegengesetzten Seite der Anschlagrippen (6) der Zwi­ schenplatte (2) gegenüberliegen, mit flachen Oberflächen (20) ausgebildet sind.

4. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vollrippen (5) an der Rippengrundplatte (1) und die Anschlagrippen (6) an der Zwischenplatte (2) einander teilweise überlappen.

5. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die umgeschlagenen Abschnitte (4) der dünnen Platte (3) mit den Anschlagrippen (6) an der Zwischenplatte (2) nicht überlappen, sondern so verlaufen, daß zwischen Endflächen (18) der umgeschlagenen Abschnitte (4) und inneren Grenzen (19) der Anschlagrippen (6) Zwischenräume (S) gebildet sind.

6. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Höhe der Anschlagrippen (6) im wesentli­ chen gleich oder etwas größer als die Höhe der umgeschlagenen Abschnitte (4) der dünnen Platte (3) ist.

7. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dicke der Zwischenplatte (2) größer als die Dicke der Rippengrundplatte (1) ist, wobei das Verhältnis zwischen den Dicken dieser beiden Platten etwa 2 bis 4 beträgt.

8. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vollrippen (5) an der Rippengrundplatte (1) in zwischen benachbarten Öffnungen (7) der Rippengrundplatte (1) liegenden Plattenbereichen aufeinander treffen.

9. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rippengrundplatte (1) auf der Seite eines Zylinderkopfs angeordnet ist und die dünne Platte (3) auf der Seite eines Zylinderblocks angeordnet ist.