DE19808544A1 - Zylinderkopfdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine sogenannte Metallagen-Zylinder­ kopfdichtung, deren Dichtungsplatte von mindestens drei Lagen gebildet wird, nämlich von zwei außenliegenden Metallagen (im folgenden Außenlagen genannt) und wenigstens einer zwischen diesen Außenlagen angeordneten Innenlage. Insbesondere be­ trifft die Erfindung derartige Zylinderkopfdichtungen für Nutzfahrzeugmotoren.

Die Dichtungsplatte einer solchen Zylinderkopfdichtung be­ sitzt eine oder mehrere Brennraum-Durchgangsöffnungen sowie eine oder mehrere Flüssigkeitsdurchgangsöffnungen für den Durchgang von Schmieröl und/oder Kühlwasser und ist um die Brennraum-Durchgangsöffnung herum mit einem Brenngasabdicht­ system sowie um die Flüssigkeitsdurchgangsöffnung herum mit einem Flüssigkeitsabdichtsystem versehen. Bei gängigen Metallagen-Zylinderkopfdichtungen wird das Brenngasabdicht­ system gebildet von einer die Brennraum-Durchgangsöffnung um­ schließenden Vollsicke (d. h. einer Sicke mit ungefähr U-förmigem Querschnitt) einer Innenlage der Dichtungsplatte, den diese Sicke überdeckenden, um die Brennraum-Durchgangs­ öffnung herumlaufenden Randbereichen der beiden Außenlagen der Dichtungsplatte sowie einer Brennraumeinfassung; bei letzterer handelt es sich entweder um einen im Querschnitt ungefähr C-förmigen, um die Brennraum-Durchgangsöffnung herumlaufenden Metallblechstreifen, welcher die genannten Randbereiche der Außenlagen sowie die Sicke der Innenlage übergreift, oder um einen um die Brennraum-Durchgangsöffnung herumlaufenden freien Randstreifen der einen Außenlage, wel­ cher um 180° so umgefalzt wurde, daß er den die Brennraum- Durchgangsöffnung umgebenden Randbereich der anderen Außen­ lage sowie die Sicke der Innenlage übergreift. Zur Bildung des Flüssigkeitsabdichtsystems sind bei den gängigen Metall­ lagen-Zylinderkopfdichtungen die Außenlagen mit die betref­ fende Flüssigkeitsdurchgangsöffnung umschließenden Sicken versehen, die sich einerseits (bei eingebauter Dichtung) gegen die benachbarte Dichtfläche des Zylinderkopfs bzw. Motorblocks und andererseits gegen eine Innenlage der Dich­ tungsplatte abstützen. Im Abstand von den Brennraum-Durch­ gangsöffnungen in den Außenlagen vorgesehene Sicken führen aber zu Nachteilen:

Im Motorbetrieb treten sogenannte vertikale Dichtspaltbe­ wegungen auf, d. h. die Größe des die Zylinderkopfdichtung aufnehmenden Spalts zwischen den Dichtflächen von Zylinder­ kopf und Motorblock ist im Motorbetrieb keine konstante Größe, und diese vertikalen Dichtspaltbewegungen sind um so größer, je größer der Abstand der betrachteten Stelle des Dichtspalts von den Zylinderkopfschrauben ist. Dies gilt allerdings nicht für die an die Brennraum-Durchgangsöffnungen unmittelbar angrenzenden Bereiche der Dichtungsplatte, da Metallagen-Zylinderkopfdichtungen im Bereich der Brenngasab­ dichtsysteme so dimensioniert werden, daß dort auf alle Fälle die größten spezifischen Flächenpressungen auftreten, um zu verhindern, daß in diesen Bereichen im Motorbetrieb Undich­ tigkeiten zwischen der Zylinderkopfdichtung und dem Zylinder­ kopf bzw. dem Motorblock auftreten können. Eine Sicke, welche in einer Außenlage einer Metallagen-Zylinderkopfdichtung zur Abdichtung einer Flüssigkeitsdurchgangsöffnung verwendet wird und bei montierter Dichtung (d. h. wenn diese zwischen Zylin­ derkopf und Motorblock eingespannt ist) aufgrund ihres ela­ stischen Rückfederungsvermögens flüssigkeitsdicht abdichten soll, führt jedoch dazu, daß vertikale Dichtspaltbewegungen horizontale Schiebebewegungen zwischen der Sicke und dem Zylinderkopf bzw. dem Motorblock zur Folge haben. Dies gilt auch für sogenannte Halbsicken (Sicken mit einem Querschnitt, welcher einem Z oder einem liegenden S ähnlich ist), welche bei Zylinderkopfdichtungen für moderne Motoren zur Abdichtung von Flüssigkeitsdurchgängen bevorzugt werden, da eine Halb­ sicke weniger Platz benötigt (in der Dichtungsplattenebene quer zur Längserstreckung der Sicke gemessen) als eine Voll­ sicke und in diesen Motoren zwischen den Durchgangsöffnungen häufig sehr wenig Platz zur Verfügung steht. Die Folge dieser horizontalen Schiebebewegungen sind Eingrabungen in den Dichtflächen von Zylinderkopf und Motorblock, und zwar selbst dann, wenn diese Motorbauteile nicht aus einer Leichtmetal­ legierung, sondern aus Grauguß bestehen. In diesem Zusammen­ hang muß man sich vor Augen halten, daß die den Abdichteffekt bewirkenden Kontaktbereiche zwischen den Sicken und den Dichtflächen von Motorblock und Zylinderkopf eine nahezu linienförmige Gestalt haben und in diesen Kontaktbereichen verhältnismäßig hohe spezifische Flächenpressungen bestehen, welche beim Auftreten der vorstehend beschriebenen horizon­ talen Schiebebewegungen zu Verschleißerscheinungen an den Dichtflächen von Motorblock und Zylinderkopf führen, d. h. zu den erwähnten Eingrabungen. Derartige Eingrabungen haben aber nicht nur den Nachteil zur Folge, daß Undichtigkeiten auftre­ ten können, weil sich in den genannten Kontaktbereichen im Motorbetrieb ein stationärer Zustand nicht erreichen läßt, sondern bei einem Austausch der Zylinderkopfdichtung müssen die Dichtflächen von Zylinderkopf und Motorblock auch immer bearbeitet werden, um diese Eingrabungen zu beseitigen und wieder absolut ebene Dichtflächen herzustellen.

Zu Unebenheiten, nämlich zu Eindrücken in den Dichtflächen von Zylinderkopf und Motorblock, welche bei einem Austausch der Zylinderkopfdichtung durch eine Bearbeitung der Dicht­ flächen beseitigt werden müssen, führen aber auch die im Querschnitt C-förmigen Brennraumeinfassungen der vorstehend beschriebenen bekannten Metallagen-Zylinderkopfdichtungen, da, wie bereits erwähnt, die spezifischen Flächenpressungen um die Brennraum-Durchgangsöffnungen der Zylinderkopfdich­ tungen herum besonders hoch sind.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Metallagen- Zylinderkopfdichtung zu schaffen, mit der es gelingt, die­ jenigen Probleme zu vermindern oder gar zu beseitigen, welche bei Verwendung der vorstehend beschriebenen bekannten Zylin­ derkopfdichtungen durch Veränderungen der Dichtflächen von Motorblock und Zylinderkopf verursacht werden, und zwar gege­ benenfalls auch bei solchen Motoren, bei denen der Motorblock mit Laufbüchsen versehen ist, deren obere Stirnflächen Be­ standteile der Dichtfläche des Motorblocks bilden.

Die Erfindung geht aus von einer Zylinderkopfdichtung mit einer mehrere aufeinandergeschichtete Metallagen aufweisenden Dichtungsplatte, welche mindestens eine Brennraum-Durchgangs­ öffnung sowie mindestens eine Flüssigkeitsdurchgangsöffnung besitzt und um die Brennraum-Durchgangsöffnung herum mit einem Brenngasabdichtsystem sowie um die Flüssigkeitsdurch­ gangsöffnung herum mit einem Flüssigkeitsabdichtsystem ver­ sehen ist, wobei zwei außenliegende Metallagen (Außenlagen) der Dichtungsplatte mindestens eine innere Metallage (Innenlage) zwischen sich einschließen, welche eine die Flüs­ sigkeitsdurchgangsöffnung umschließende Sicke aufweist, die sich bei eingebauter Dichtung gegen zwei benachbarte Metal­ lagen abstützt.

Eine solche Zylinderkopfdichtung wird zur Lösung der gestell­ ten Aufgabe erfindungsgemäß so gestaltet, daß

• (a) die Innenlage eine solche Federstahlblechlage ist, daß ihre Sicke bei eingebauter Dichtung zumindest überwiegend im elastischen Bereich beansprucht wird und so vertikale Dichtspaltbewegungen im wesentli­ chen durch ihre Rückfederungseigenschaften kompen­ sieren kann;
• (b) die Sicke eine einen in sich geschlossenen Ring bil­ dende Halbsicke mit einem einer Stufe ähnlichen oder ungefähr Z-förmigen Querschnitt (bzw. einem einem liegenden S ähnlichen Querschnitt) ist, und
• (c) die Außenlagen über die gesamten beiden Hauptober­ flächen der Dichtungsplatte als glatte und ebene Blechlagen ausgebildet sind und diese Hauptober­ flächen bilden.

Bei einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung erfolgt um eine Flüssigkeitsdurchgangsöffnung herum die flüssigkeits­ dichte Abdichtung nicht zwischen der Sicke des Flüssigkeits­ abdichtsystems und der Dichtfläche des Zylinderkopfs bzw. Motorblocks, sondern zwischen dieser Sicke und der benachbar­ ten Metallage der Zylinderkopfdichtung, und an dieser Stelle treten im Motorbetrieb auch die vorstehend beschriebenen horizontalen Schiebebewegungen auf, so daß diese nicht zu einer Beeinträchtigung der Qualität der Dichtfläche von Zylinderkopf bzw. Motorblock führen können Ferner führt die die Sicke überdeckende Metallage dazu, daß der von der Sicke bewirkte und in ihrem Bereich auftretende "peak" der spezifi­ schen Flächenpressung an der Grenzfläche zwischen Zylinder­ kopfdichtung und Dichtungsfläche des Zylinderkopfs bzw. Motorblocks etwas "eingeebnet" und infolgedessen das Risiko vermindert wird, daß sich im Motorbetrieb in dieser Dicht­ fläche Eindrücke ergeben. Auch ist die Oberflächenrauhigkeit derjenigen Metallage, gegen die sich die Sicke abstützt, im allgemeinen wesentlich geringer als die Oberflächenrauhigkeit der Dichtfläche von Zylinderkopf bzw. Motorblock, so daß die Sicke durch die unvermeidbaren horizontalen Schiebebewegungen weit weniger beansprucht wird als bei den geschilderten be­ kannten Metallagen-Zylinderkopfdichtungen und infolgedessen weniger der Gefahr von Dauerbrüchen ausgesetzt ist. Da die Außenlagen der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung glatt und eben sind, und zwar auch um die Brennraum-Durchgangsöff­ nungen herum, wird auch an diesen Stellen die Gefahr zumin­ dest minimiert, wenn nicht gar beseitigt, daß das Brenngasab­ dichtsystem zu schädlichen Eindrücken in den Dichtflächen von Zylinderkopf und Motorblock führt. Da mit Sicken versehene Metallagen die Verwendung bestimmter Werkstoffe für diese Metallagen bedingen, bei erfindungsgemäßen Zylinderkopfdich­ tungen die mit Sicken versehenen Metallagen jedoch im Innern der Dichtungsplatte liegen, ermöglicht die Erfindung zwischen den beiden Hauptoberflächen der Dichtung auch eine optimale Werkstoffpaarung unabhängig von den Werkstoffen des Zylinder­ kopfs und des Motorblocks.

Häufig ist es erforderlich, die beiden Hauptoberflächen einer Metallagen-Zylinderkopfdichtung mit einer Beschichtung zu versehen, durch die die Mikroabdichtung zwischen der Zylin­ derkopfdichtung und den Dichtflächen von Motorblock und Zylinderkopf verbessert wird - da es sich bei diesen beiden Motorbauteilen (und auch bei Laufbüchsen) um Gußteile han­ delt, lassen sich Poren oder gar Lunker in diesen Dicht­ flächen nicht völlig und mit absoluter Sicherheit vermeiden, und an diesen Fehlstellen der Dichtflächen läßt sich häufig eine Abdichtung nur mit derartigen Beschichtungen herbei­ führen. Da es nun die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung erlaubt, für ihre Außenlagen völlig glatte Bleche zu verwen­ den, kann für die Außenlagen Bandmaterial verwendet werden, welches sich einfach und daher billig vollflächig mit einer Beschichtung versehen läßt, z. B. durch Aufwalzen einer dünnen Schicht aus elastomerem Material.

Im Motorbetrieb oder während der Lagerung von Metallagen- Zylinderkopfdichtungen an den beiden Hauptoberflächen der Dichtungsplatte auftretende Korrosionserscheinungen lassen sich durch die erwähnte Walzenbeschichtung einfach und beson­ ders billig vermeiden - eine vollflächige Walzenbeschichtung ist viel billiger als eine partielle Beschichtung z. B. im Siebdruckverfahren oder eine vollflächige Beschichtung durch Aufsprühen oder Aufgießen des Beschichtungsmaterials, so wie dies bei mit Sicken versehenen Außenlagen erforderlich ist.

Schließlich ermöglichen es die glatten Außenlagen erfindungs­ gemäßer Zylinderkopfdichtungen, für diese Außenlagen im Ver­ gleich zu Federstahl billige Werkstoffe zu verwenden.

Für die vorstehend aufgeführte Kombination von Merkmalen der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung gibt der Stand der Technik kein Vorbild:

Aus der US-PS 4 759 556 ist zwar eine Metallagen-Zylinder­ kopfdichtung bekannt geworden (siehe dort die Fig. 4 und 5), bei der das Flüssigkeitsabdichtsystem um eine Öldurch­ gangsöffnung H_o herum gebildet wird von in diesem Bereich glatten und ebenen Außenlagen sowie einem Sickensystem 23, 24 einer Innenlage, jedoch läßt die Darstellung des eine Brenn­ raum-Durchgangsöffnung H_c umgebenden Bereichs dieser Zylin­ derkopfdichtung in Fig. 4 der US-PS 4 759 556 erkennen, daß im Bereich des Brenngasabdichtsystems die beiden Hauptober­ flächen der Dichtungsplatte nicht glatt und eben sind, so daß sich diesem Stand der Technik das Grundprinzip der vorliegen­ den Erfindung nicht entnehmen läßt, nämlich die Außenlagen über die gesamten beiden Hauptoberflächen der Dichtungsplatte als glatte und ebene Blechlagen auszubilden und so auch um die Brennraum-Durchgangsöffnungen herum Stufen oder andere Unebenheiten in den beiden Hauptoberflächen der Dichtungs­ platte zu vermeiden. Außerdem sind bei dieser bekannten Zylinderkopfdichtung die Sicken der Innenlage als sogenannte Vollsicken ausgebildet, welche sich bezüglich der vorstehend erläuterten, auf horizontale Schiebebewegungen zurückzufüh­ renden Problematik mit Halbsicken nicht vergleichen lassen: Halbsicken, welche aus Gründen des vorstehend erörterten Platzbedarfs den Vollsicken vorzuziehen sind, stützen sich beidseitig über einen jeweils einzigen, quasi linienförmigen Kontaktbereich gegen die benachbarte Metallage ab, so daß bei eingebauter Dichtung in beiden Kontaktbereichen ungefähr die­ selbe spezifische Flächenpressung gegeben ist, während sich eine Vollsicke auf der einen Seite über einen und auf der anderen Seite über zwei quasi linienförmige Kontaktbereiche gegen die benachbarten Metallagen abstützt mit der Folge, daß längs dieser Kontaktbereiche auf der einen Seite die spezifi­ sche Flächenpressung nur halb so groß ist wie auf der anderen Seite.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die vor­ liegende Erfindung nicht auf Ausführungsformen beschränkt ist, bei denen eine Innenlage zur Bildung eines Flüssigkeits­ abdichtsystems nur eine einzige, die Flüssigkeitsdurchgangs­ öffnung umschließende Halbsicke aufweist; diese Innenlage könnte beispielsweise auch zwei bezüglich der Flüssigkeits­ durchgangsöffnung konzentrische Halbsicken besitzen, für die insgesamt natürlich gleichfalls weniger Platz benötigt wird als für zwei Vollsicken. Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich auch, daß zwei nebeneinander und parallel zuein­ ander verlaufende Halbsicken mit bezüglich einer zwischen diesen Halbsicken verlaufenden Mittellinie spiegelsymmetri­ scher Querschnittsgestaltung nicht mit einer Vollsicke gleichgesetzt werden dürfen, da zwei solche Halbsicken beiderseits der Innenlage zu je zwei quasi linienförmigen Kontaktbereichen führen, eine Vollsicke jedoch auf der einen Seite nur zu einem einzigen quasi linienförmigen Kontaktbe­ reich.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung stützt sich die Sicke einer Innenlage gegen die beiden Außenlagen ab oder - bei Verwendung zweier mit Sicken versehener Innenlagen - stützen sich die Sicken einerseits gegen eine benachbarte Außenlage und andererseits gegen eine benachbarte Innenlage ab. Grundsätzlich wäre es aber natürlich auch denkbar, zwischen einer Außenlage und einer mit einer Sicke versehenen Innenlage eine weitere Blechlage vorzusehen.

Gegebenenfalls kann es zweckmäßig sein, die Außenlagen an ihren Innenseiten mit einer Beschichtung zu versehen, insbe­ sondere mit einer aufgewalzten vollflächigen Beschichtung, um an dieser Stelle bestimmte Oberflächeneigenschaften zu erzie­ len.

Aus Kostengründen, wie sich aus dem Folgenden noch ergeben wird aber auch aus Fertigungsgründen, kann es vorteilhaft sein, für mindestens eine der beiden Außenlagen einen Werk­ stoff zu verwenden, welcher eine geringere Härte aufweist als die mit der Sicke versehene Innenlage. So kann es sich insbe­ sondere empfehlen, für wenigstens eine der Außenlagen ein verhältnismäßig weiches Kaltbandblech oder ein Blech aus einem austenitsicheren rostfreien Stahl zu verwenden, vor allem dann, wenn die betreffende Außenlage tiefziehfähig sein soll.

Besonders vorteilhaft, da einfach herstellbar, sind Ausfüh­ rungsformen der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, bei denen eine Innenlage eine die Brennraum-Durchgangsöffnung um­ schließende Sicke aufweist, welche Bestandteil des Brenn­ gasabdichtsystems ist und von den beiden Außenlagen überdeckt wird, was nicht bedeutet, daß sich die Sicke unmittelbar gegen die beiden Außenlagen abstützen muß. Für das Brenn­ gasabdichtsystem empfiehlt es sich, diese Sicke als im Quer­ schnitt ungefähr U-förmige Vollsicke zu gestalten.

Zur Erzielung einer sogenannten Brennraumüberhöhung, d. h. einer besonders hohen spezifischen Flächenpressung um die Brennraum-Durchgangsöffnung herum, wird bei erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtungen mit Brenngasabdichtsystemen, welche Sicken aufweisen, die Dichtung vorteilhafterweise so gestal­ tet, daß die Summe der Materialstärken der Metallagen um eine Brennraum-Durchgangsöffnung herum im Bereich des Brenngasab­ dichtsystems größer ist als in an das letztere angrenzenden Bereichen der Dichtungsplatte. Für solche Ausführungsformen empfehlen sich zwei Konstruktionsprinzipien:

Für erste Ausführungsformen wird die Materialstärke der einen, ersten Außenlage größer gewählt als die Materialstärke der anderen, zweiten Außenlage und die Konstruktion so ge­ staltet, daß die erste Außenlage zur Bildung einer im Quer­ schnitt ungefähr C-förmigen Einfassung der Brennraum-Durch­ gangsöffnung um letztere herum um 180° so umgefalzt ist, daß ein freier Randstreifen des umgefalzten Bereichs zumindest ungefähr in der Ebene der zweiten Außenlage liegt und die zum Brenngasabdichtsystem gehörende Sicke mindestens im wesentli­ chen überdeckt.

Alternativ kann die Dichtung so gestaltet werden, daß das Brenngasabdichtsystem einen dessen Sicke mindestens im wesentlichen überdeckenden und die Brennraum-Durchgangsöff­ nung umschließenden Blechring aufweist, welcher von einer der außenliegenden Metallagen getragen wird sowie deren Innen­ seite benachbart und parallel zu dieser verläuft. Bei diesem Blechring kann es sich um einen als separates Teil durch Stanzen hergestellten Blechring handeln, vorteilhafter sind jedoch Ausführungsformen, bei denen zur Bildung des Blech­ rings die diesem zugeordnete Außenlage um die Brennraum- Durchgangsöffnung herum um 180° auf sich selbst zurückgefal­ tet ist, denn dadurch läßt sich nicht nur Material einsparen, da der beim Ausstanzen eines Blechrings entstehende Abfall vermieden wird, sondern der Blechring wird auch ohne beson­ dere Maßnahmen an der ihm benachbarten Außenlage in seiner Sollposition gehalten und er läßt sich beim Ausstanzen der Außenlage mittels eines Folgewerkzeugs in einfacher Weise erzeugen.

Bei erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtungen mit mehr als drei Metallagen muß der Blechring nicht von einer Außenlage getragen bzw. an diese angeformt sein, sondern er kann auch an einer der Innenlagen vorgesehen werden, wie sich aus den in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsformen noch ergeben wird.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der bei­ gefügten zeichnerischen Darstellung einiger besonders vor­ teilhafter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zylinder­ kopfdichtung; die Fig. 1 bis 6 zeigen schematische Quer­ schnitte durch sechs Ausführungsformen, wobei immer nur der Bereich zwischen einer Brennraum-Durchgangsöffnung und einer Flüssigkeitsdurchgangsöffnung dargestellt ist - in allen Figuren liegt die Brennraum-Durchgangsöffnung rechts und die Flüssigkeitsdurchgangsöffnung links von den gezeichneten Metallagenbereichen.

Da der Fachmann mit Metallagen-Zylinderkopfdichtungen wohl vertraut ist und derartige Zylinderkopfdichtungen auch in der Patentliteratur ausführlich beschrieben und zeichnerisch dar­ gestellt wurden (außer in der vorstehend diskutierten US-PS 4 759 556 z. B. in der DE-A-23 43 311 sowie den euro­ päischen Patentschriften 0 590 944, 0 518 665 und 0 518 664), sind die in den beigefügten Fig. 1 bis 6 gezeichneten Aus­ schnitte aus Schnitten durch erfindungsgemäße Zylinderkopf­ dichtungen für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ausreichend.

Die Fig. 1 zeigt einen Teil einer Dichtungsplatte 10 einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung mit zwei Außenlagen 12 und 14 sowie einer einzigen Innenlage 16. Eine Brennraum- Durchgangsöffnung wurde mit 18 bezeichnet, eine Flüssigkeits­ durchgangsöffnung mit 20, wobei nur die an den dargestellten Bereich der Dichtungsplatte 10 angrenzenden Bereiche dieser Durchgangsöffnungen erkennbar sind.

Die Außenlagen 12 und 14 sind erfindungsgemäß als glatte und ebene Blechlagen gestaltet, während es sich bei der Innenlage 16 um eine profilierte Blechlage handelt. Um die Brennraum- Durchgangsöffnung 18 herum weist diese Zylinderkopfdichtung ein Brenngasabdichtsystem 24 auf, welches die Brennraum- Durchgangsöffnung ringförmig umschließt; ein Bestandteil des Brenngasabdichtsystems 24 ist ein Blechring 26, bei dem es sich bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform um einen als separates Teil durch Ausstanzen hergestellten Blechring handeln soll, welcher die Brennraum-Durchgangsöffnung 18 gleichfalls ringförmig umschließt und an der Innenseite der Außenlage 12 in geeigneter Weise befestigt wurde, z. B. durch Punktschweißen mittels eines Lasers, wobei der Laserstrahl gemäß Fig. 1 von unten gegen den Blechring 26 gerichtet wurde.

Die Innenlage 16 hat eine die Brennraum-Durchgangsöffnung 18 umschließende, ringförmige Vollsicke 28 mit ungefähr U-förmigem Querschnitt, welche Bestandteil des Brenngasab­ dichtsystems 24 ist und vom Blechring 26 überdeckt wird. Be­ züglich der Brennraum-Durchgangsöffnung 18 radial etwas außerhalb des Blechrings 26 ist die Innenlage 16 abgekröpft - die Abkröpfung wurde mit 30 bezeichnet - , wobei die Ab­ kröpfung 30 in eine solche Richtung verläuft und die Dicke des Blechrings 26, die Höhe der Abkröpfung 30 und die Höhe der Vollsicke 28 so aufeinander abgestimmt sind, daß bei ein­ gebauter Zylinderkopfdichtung ein mit 34 bezeichneter Ober­ flächenbereich der Innenlage 16 gegen die Außenlage 12 an­ liegt, wenn sich der Kamm der Vollsicke 28 gegen die Außen­ lage 14 abstützt und der Blechring 26 zu beiden Seiten der Sicke 28 gegen die Innenlage 16 anliegt.

Die Innenlage 16 hat eine die Flüssigkeitsdurchgangsöffnung 20 ringförmig umschließende Halbsicke 38, welche Bestandteil eines die Flüssigkeitsdurchgangsöffnung 20 ringförmig um­ schließenden Flüssigkeitsabdichtsystems 40 ist. Die Quer­ schnittsform der Halbsicke 38 entspricht ungefähr einem Z, einem liegenden S oder einer abgeschrägten Stufe, und bei eingebauter Zylinderkopfdichtung stützt sich die Innenlage 16 im Bereich des Flüssigkeitsabdichtsystems 40 so an den beiden Außenlagen 12 und 14 ab, daß in quasi linienförmigen Kontakt­ bereichen 38.1 und 38.2, welche die Flüssigkeitsdurchgangs­ öffnung 20 ringförmig umfassen, verhältnismäßig hohe spezifi­ sche Flächenpressungen auftreten, welche höher sind als die spezifischen Flächenpressungen im Oberflächenbereich 34 und in dem sich an den Kontaktbereich 38.2 gemäß Fig. 1 nach links anschließenden Oberflächenbereich der Innenlage 16.

In dem in Fig. 1 dargestellten Bereich der Zylinderkopfdich­ tung erfolgt, wenn letztere zwischen Zylinderkopf und Motor­ block eingespannt ist, die Abdichtung einerseits zwischen den Hauptoberflächen 10.1 und 10.2 der Dichtungsplatte 10 und den benachbarten Dichtflächen von Zylinderkopf und Motorblock (nicht dargestellt) und andererseits im Innern der Dichtungs­ platte 10 um die Flüssigkeitsdurchgangsöffnung 20 herum zwi­ schen den Außenlagen 12 und 14 sowie den Kontaktbereichen 38.1 und 38.2 der Innenlage 16 sowie um die Brennraum-Durch­ gangsöffnung 18 herum zwischen der Kuppe der Vollsicke 28 und der Außenlage 14 bzw. zwischen dem Blechring 26 und den bei­ den "Füßen" oder "Wurzeln" (die in Fig. 1 nach oben weisen) der Vollsicke 28. Wenn der Blechring 26 mit der Außenlage 12 nicht gasdicht verbunden ist, weil diese beiden Teile nicht mittels einer durchgehenden, ringförmigen und in sich ge­ schlossenen, gasdichten Schweißnaht miteinander verbunden sind, erfolgt die Abdichtung um die Brennraum-Durchgangs­ öffnung 18 herum außerdem zwischen dem Blechring 26 und der Außenlage 12.

Die in den Fig. 2 bis 6 dargestellten Ausführungsformen werden im folgenden nur insoweit beschrieben, als sie von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 abweichen, und in den Fig. 2 bis 6 wurden, soweit möglich, dieselben Bezugszeichen verwen­ det wie in Fig. 1, jedoch unter Hinzufügung der Buchstaben "a" bis "e".

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Ab­ kröpfung 30 der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entfallen, und an die Stelle des als separates Teil hergestellten Blechrings 26 trat ein an die Außenlage 12a angeformter Blechring 26a, der durch Umfalzen des Blechs der Außenlage 12a um die Brenn­ raum-Durchgangsöffnung 18a herum erzeugt wurde.

Den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 ist jedoch ge­ meinsam, daß erfindungsgemäß der Blechring 26 bzw. 26a auf der Innenseite der benachbarten Außenlage 12 bzw. 12a liegt, damit die Hauptoberflächen der Dichtungsplatte 10 bzw. 10a auch um die Brennraum-Durchgangsöffnung herum eben und glatt sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die die Flüssig­ keitsdurchgangsöffnung 20a umschließende Halbsicke 38a als von der Flüssigkeitsdurchgangsöffnung her betrachtet nach unten gerichtete Abkröpfung gestaltet, während bei der Aus­ führungsform nach Fig. 1 die Halbsicke 38 (im Querschnitt) schräg nach oben weist.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen im we­ sentlichen dadurch, daß zur Erzeugung einer sogenannten Brennraumüberhöhung, d. h. zur Pressungserhöhung im Bereich des Brenngasabdichtsystems, anstelle eines Blechrings Außen­ lagen unterschiedlicher Materialstärke verwendet wurden und die Außenlage größerer Materialstärke um die Brennraum-Durch­ gangsöffnung herum so umgefalzt wurde, daß sich eine im Quer­ schnitt ungefähr C-förmige Brennraumeinfassung ergibt mit einem freien Randstreifen, welcher die gewünschte Pressungs­ erhöhung bewirkt. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausfüh­ rungsform hat die Außenlage 12b eine größere Materialstärke als die Außenlage 14b und ist um die Brennraum-Durchgangs­ öffnung 18b herum unter Bildung einer Brennraumeinfassung 24b' um 180° so umgefalzt, daß sie einen freien Randstreifen 12b' bildet, welcher Bestandteil des Brennraumabdichtsystems 24b ist und die Vollsicke 28b der Innenlage 16b überdeckt. Erfindungsgemäß überlappt der freie Randstreifen 12b' die andere Außenlage 14b jedoch nicht, so daß auch die gemäß Fig. 3 untere Hauptoberfläche 10.2b der Dichtungsplatte 10b in der Nachbarschaft der Brennraum-Durchgangsöffnung 18b eben ist.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß an die Stelle der Innenlage 16 der Ausführungsform nach Fig. 1 zwei mit Sicken versehene Innenlagen 16c und 16c' treten; diese beiden Innenlagen sind vorzugsweise bezüglich einer Mittelebene der Dichtungsplatte 10c spiegelsymmetrisch ausge­ bildet und angeordnet. Insbesondere verlaufen einander ent­ sprechende Kontaktbereiche der Voll- und der Halbsicken so, daß sie in einer Draufsicht auf die Dichtungsplatte 10c deckungsgleich sind.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Ausführungsform nach Fig. 2 weitgehend ähnlich, sie weist jedoch eine Metallage mehr auf als die Ausführungsform gemäß Fig. 2, und die soge­ nannte Brennraumüberhöhung wird durch einen umgefalzten Be­ reich einer zweiten Innenlage bewirkt. Bei der in Fig. 5 dar­ gestellten Ausführungsform sind beide Außenlagen 12d und 14d glatte Blechlagen ohne umgefalzten Bereich, während eine zweite Innenlage 16d' mit einem umgefalzten Bereich einen Blechring 26d bildet, welcher Bestandteil des Brenngasab­ dichtsystems 24d ist; im übrigen ist die zweite Innenlage 16d' jedoch eine einfache, glatte und ebene Blechlage.

Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform ist bis auf eine zusätzliche Innenlage mit der in Fig. 4 gezeigten Ausfüh­ rungsform identisch; bei dieser zusätzlichen, dritten Innen­ lage handelt es sich um eine glatte, ebene Innenlage 16e'', welche sich vorzugsweise nicht in das Brenngasabdichtsystem 24e hineinerstreckt, gegen die sich jedoch-die Halbsicke 38e der Innenlage 16e abstützt.

Wie sich aus den zeichnerisch dargestellten Ausführungsformen ergibt, ist es besonders vorteilhaft, die Halbsicken der Flüssigkeitsabdichtsysteme an denselben Innenlagen vorzusehen wie die Sicken der Brenngasabdichtsysteme, um für möglichst viele Metallagen der Dichtungsplatte glatte Bleche verwenden zu können. Grundsätzlich wäre es aber natürlich auch möglich, die Halbsicken der Flüssigkeitsabdichtsysteme an einer ande­ ren Innenlage vorzusehen als die Sicken der Brenngasabdicht­ systeme.

Claims (12)

1. Zylinderkopfdichtung mit einer mehrere aufeinanderge­ schichtete Metallagen aufweisenden Dichtungsplatte, wel­ che mindestens eine Brennraum-Durchgangsöffnung sowie mindestens eine Flüssigkeitsdurchgangsöffnung besitzt und um die Brennraum-Durchgangsöffnung herum mit einem Brenngasabdichtsystem sowie um die Flüssigkeitsdurch­ gangsöffnung herum mit einem Flüssigkeitsabdichtsystem versehen ist, wobei zwei außenliegende Metallagen (Außenlagen) der Dichtungsplatte mindestens eine innere Metallage (Innenlage) der Dichtungsplatte zwischen sich einschließen, welche eine die Flüssigkeitsdurchgangsöff­ nung umschließende Sicke aufweist, die sich bei einge­ bauter Dichtung gegen zwei benachbarte Metallagen der Dichtungsplatte abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) die Innenlage (16) eine solche Federstahlblechlage ist, daß die Sicke (38) bei eingebauter Dichtung überwiegend im elastischen Bereich beansprucht wird;
• (b) die Sicke (38) eine Halbsicke mit ungefähr Z-förmigem Querschnitt ist, und
• (c) die Außenlagen (12, 14) über die gesamten beiden Hauptoberflächen (10.1, 10.2) der Dichtungsplatte (10) als glatte und ebene Blechlagen ausgebildet sind und diese Hauptoberflächen bilden.

2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Sicke (38) der Innenlage (16) gegen wenigstens eine der beiden Außenlagen (12, 14) ab­ stützt.

3. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Außenlagen (12, 14) an mindestens einer ihrer Seiten und insbesondere an ihren die Hauptoberflächen (10.1, 10.2) der Dichtungsplatte (10) bildenden Außenseiten vollflächig mit einer Be­ schichtung versehen sind.

4. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Außenlagen (12, 14) beidseitig vollflächig mit einer Beschichtung versehen sind.

5. Zylinderkopfdichtung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens eine der beiden Außenlagen (12, 14) eine geringere Härte aufweist als die mit der Sicke (38) versehene Innenlage (16).

6. Zylinderkopfdichtung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere Metallage (16) der Dichtungsplatte (10) eine die Brennraum-Durchgangsöffnung (18) umschließende Sicke (28) aufweist, welche Bestandteil des Brenngasabdicht­ systems (24) ist und von den beiden Außenlagen (12, 14) überdeckt wird.

7. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sicke (28) des Brenngasabdichtsystems (24) eine im Querschnitt ungefähr U-förmige Vollsicke ist.

8. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Pressungserhöhung im Bereich des Brenngasabdichtsystems (24) die Summe der Material­ stärken der Metallagen (12, 26, 16, 14) der Dichtungs­ platte (10) um die Brennraum-Durchgangsöffnung (18) herum im Bereich des Brenngasabdichtsystems (24) größer ist als in an letzteres angrenzenden Bereichen der Dich­ tungsplatte (10).

9. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Materialstärke der einen, ersten Außenlage (12b) größer ist als diejenige der anderen, zweiten Außenlage (14b) und daß die erste Außenlage (12b) zur Bildung einer im Querschnitt ungefähr C-förmigen Einfassung (24b') der Brennraum-Durchgangs­ öffnung (18b) um letztere herum um 180° so umgefalzt ist, daß ein freier Randstreifen (12b') des umgefalzten Bereichs zumindest ungefähr in der Ebene der zweiten Außenlage (14b) liegt und die zum Brenngasabdichtsystem (24b) gehörende Sicke (28b) mindestens im wesentlichen überdeckt.

10. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Brenngasabdichtsystem (24) einen dessen Sicke (28) mindestens im wesentlichen überdecken­ den und die Brennraum-Durchgangsöffnung (18) um­ schließenden Blechring (26) aufweist, welcher von einer der Metallagen (12, 14) getragen wird.

11. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Blechring (26) von einer der Außen­ lagen (12, 14) getragen wird sowie deren Innenseite be­ nachbart und parallel zu dieser verläuft.

12. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Blechrings (26a) die diesem zugeordnete Metallage (12a) um die Brennraum- Durchgangsöffnung (18a) herum um 180° auf sich selbst zurückgefaltet ist.