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Die
Erfindung betrifft eine zwischen Dichtflächen von Motorbauteilen (Motorblock,
ein oder mehrere Zylinderköpfe
sowie gegebenenfalls Kettenkastenteile) einzuspannende Zylinderkopfdichtung
mit einer Dichtungsplatte, welche wenigstens eine sich mindestens
im wesentlichen über
die ganze Dichtungsplatte erstreckende Metallblechlage aufweist, die
mindestens eine Brennraumöffnung,
mindestens eine diese umschließende
Brennraum-Abdichtsicke und – bezüglich der
Brennraumöffnung – radial
außerhalb
der Brennraum-Abdichtsicke mehrere, der Brennraumöffnung zugeordnete
Schraubenlöcher
für den
Durchtritt von Zylinderkopfschrauben sowie mindestens eine Fluidöffnung für den Durchtritt
von Öl und/oder
Kühlmittel
aufweist, wobei in einer Metallblechlage mindestens eine Fluidabdichtsicke
ausgebildet und die Dichtungsplatte mit einem der Brennraum-Abdichtsicke
zugeordneten Verformungsbegrenzer (üblicherweise Stopper genannt)
zur Begrenzung der Abflachung der Brennraum-Abdichtsicke (beim Einbau
der Zylinderkopfdichtung und im Motorbetrieb) versehen ist, so daß bei eingebauter,
gepreßter
Zylinderkopfdichtung bezüglich
der Pressungskräfte
der Verformungsbegrenzer im Kraft-Hauptschluß und die Brennraum-Abdichtsicke im
Kraft-Nebenschluß liegt.
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Bei
einer einlagigen solchen Zylinderkopfdichtung sind Brennraum-Abdichtsicke
und Fluidabdichtsicke in ein und derselben Lage ausgebildet, und
an dieser ist auch der Verformungsbegrenzer angeordnet. Bei mehrlagigen
Zylinderkopfdichtungen der vorstehend definierten Art können Brennraum-Abdichtsicke
und Fluidabdichtsicke in derselben Metallblechlage oder in verschiedenen Metallblechlagen
ausgebildet sein, und Analoges gilt für den Verformungsbegrenzer,
welcher an der mit der Brennraum-Abdichtsicke versehenen oder einer
anderen Metallblechlage angeordnet sein kann. Bei dem der Brennraum-Abdichtsicke zugeordneten
Verformungsbegrenzer kann es sich um eine dieser Sicke benachbarte,
durch einen Umformungsprozeß gewonnene
Verdickung einer Metallblechlage, beispielsweise aber auch um einen
auf eine Metallblechlage aufgelegten Blechring, einen ringförmigen, druckfesten
Materialauftrag auf einer Metallblechlage oder um einen an die Brennraumöffnung angrenzenden
Ringbereich einer Metallblechlage handeln, der durch Umfalzen eines
Randbereichs dieser Metallblechlage erzeugt wurde. Alle diese Ausführungsformen
sind aus dem Stand der Technik bekannt, und nur beispielhaft wird
auf die US-Patentschriften 4 721 315, 4 836 562, 5 713 580 und 6
180 167 verwiesen. Schließlich
sei noch erwähnt,
daß es
auch schon bekannt ist, zum Schutz einer Brennraum-Abdichtsicke vor
einer übermäßigen Abflachung
vor und hinter der Sicke (von der Brennraumöffnung aus gesehen) einen Verformungsbegrenzer
vorzusehen.
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Vorsorglich
sei auch noch erwähnt,
was bei Zylinderkopfdichtungen der in Rede stehenden Art unter den
Begriffen "Hauptschluß" und "Nebenschluß" zu verstehen ist:
Bei solchen Zylinderkopfdichtungen werden die den Brennraum-Abdichtsicken zugeordneten
Verformungsbegrenzer, üblicherweise
Stopper genannt, in ihrer wirksamen Höhe so dimensioniert und angeordnet,
daß die
Stopper nach dem Anziehen der Zylinderkopfschrauben und im Motorbetrieb
stets Pressungskräften,
d. h. senkrecht zur Ebene der Dichtungsplatte der Zylinderkopfdichtung
verlaufenden Druckkräften,
ausgesetzt sind und die den Stoppern zugeordneten Brennraum-Abdichtsicken
zwar etwas abgeflacht, d. h. gegenüber ihrer Höhe im ungepreßten Zustand
etwas niederer sind, jedoch mit ihren Kämmen immer noch federelastisch gegen
diesen Kämmen
benachbarte Flächen
anliegen, seien es nun Motorbauteil-Dichtflächen oder eine benachbarte
Metallblechlage der Zylinderkopfdichtung. Deshalb verläuft bei
einer eingebauten Zylinderkopfdichtung (auch im Motorbetrieb) der überwiegende
Anteil der auf ein Abdichtsystem aus Stopper und Brennraum-Abdichtsicke
einwirkenden Pressungskräfte über den
verformungssteifen Stopper und nur ein kleinerer Teil dieser Pressungskräfte über die
Brennraum-Abdichtsicke. Deshalb spricht man davon, daß der Stopper
im Hauptschluß und
die Sicke im Nebenschluß liegt.
Bei einer Zylinderkopfdichtung, bei der einer Brennraum-Abdichtsicke kein Stopper
zugeordnet ist, liegt die Sicke dann im Hauptschluß.
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Bei
modernen, ein- oder mehrlagigen, zumindest im wesentlichen metallischen
Zylinderkopfdichtungen wird nicht nur um die Brennraumöffnungen
herum mit Abdichtsicken abgedichtet, sondern diese Zylinderkopfdichtungen
weisen auch Fluidabdichtsicken auf, die der Abdichtung von Schmieröl- und Kühlmittelführenden
Räumen
dienen. Alle diese Abdichtsicken können die Form einer sogenannten Vollsicke
oder einer sogenannten Halbsicke haben – eine Vollsicke hat im Querschnitt
ungefähr
die Gestalt eines Kreisbogens oder eines umgekehrten U, während eine
Halbsicke im Querschnitt ungefähr
die Gestalt einer Stufe hat, bei der die zu beiden Seiten der Sicke
befindlichen ebenen und parallel zueinander sowie zur Dichtungsplattenebene
verlaufenden Bereiche der Metallblechlage durch einen schräg zu diesen
beiden Bereichen verlaufenden Steg miteinander verbunden sind.
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Im
Motorbetrieb muß durch
eine Zylinderkopfdichtung um die Brennräume herum gegen die höchsten Mediendrücke abgedichtet
werden, nämlich
gegen die hohen Brenngasdrücke.
Ferner muß man
sich vor Augen halten, daß insbesondere
der Zylinderkopf, und zwar vor allem der Zylinderkopf eines Mehrzylindermotors,
nicht als absolut starres Bauteil betrachtet werden kann und im
Motorbetrieb dynamisch auf Biegung beansprucht wird, nämlich durch
die hohen, im Brennraum bzw. in den Brennräumen auftretenden Verbrennungsgasdrücke, durch die
der von den Motorbauteil-Dichtflächen
begrenzte und durch die Zylinderkopfdichtung abzudichtende Dichtspalt
bereichsweise rhythmisch aufgeweitet wird. Da dabei die Zylinderkopf-Dichtfläche bereichsweise
im Rhythmus der Zündungen
eine Aufwölbung (weg
vom Motorblock) erfährt,
hat diese dynamische Beanspruchung des Zylinderkopfs auf Biegung
nicht nur zur Folge, daß die
Abdichtsicken hinsichtlich ihrer Höhe dynamisch belastet werden,
sondern daß relative
Schiebebewegungen (parallel zur Dichtspaltebene bzw. der Ebene der
Dichtungsplatte der Zylinderkopfdichtung) zwischen der Zylinderkopf-Dichtfläche und
der Zylinderkopfdichtung auftreten, was vor allem dort zu einem
Reibverschleiß an
der Zylinderkopf-Dichtfläche
und an der Zylinderkopfdichtung führen kann, wo hohe spezifische
Flächenpressungen
zwischen dem Zylinderkopf und der Zylinderkopfdichtung auftreten,
nämlich
in den Bereichen der Abdichtsicken. Außerdem werden die Abdichtsicken im
Motorbetrieb nicht nur hinsichtlich der Sickenhöhe dynamisch belastet, sondern
die geschilderten Schiebebewegungen führen auch zu Querbeanspruchungen
der Abdichtsicken, und übermäßige solche dynamischen
Sickenverformungen können
zu einer Rißbildung
und damit zu einer Zerstörung
von Abdichtsicken, d. h. zu einer Reduzierung der sogenannten Standzeit
der Abdichtsicken, führen.
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Der
Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, bei einer Zylinderkopfdichtung
der eingangs erwähnten
Art das Risiko zu vermindern, daß im Motorbetrieb Beschädigungen
an der Zylinderkopfdichtung und/oder an denjenigen Motorbauteil-Dichtflächen auftreten,
zwischen denen die Zylinderkopfdichtung eingespannt ist.
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Nach
dem Grundkonzept der vorliegenden Erfindung läßt sich diese Aufgabe dadurch
lösen, daß die Zylinderkopfdichtung
für alle
Abdichtsicken (und nicht nur für
die Brennraum-Abdichtsicke bzw. -sicken) mit solchen Verformungsbegrenzern
versehen wird, daß bei
eingebauter Zylinderkopfdichtung alle Abdichtsicken im Nebenschluß liegen
und die Verformungsbegrenzer so dimensioniert sind, daß die in
ihren Bereichen auftretenden spezifischen Flächenpressungen nicht zu dauerhaften
Verformungen der Motorbauteil-Dichtflächen führen, insbesondere nicht zu
druckbedingten plastischen Verformungen der Dichtfläche des
heutzutage meist aus einer Leichtmetallegierung bestehenden Zylinderkopfs. Konstruktiv
läßt sich
dieses Grundprinzip bei einer Zylinderkopfdichtung der eingangs
erwähnten
Art dadurch verwirklichen, daß die
Zylinderkopfdichtung mindestens für die der Fluidabdichtsicke
benachbarten Schraubenlöcher
für jedes
dieser Schraubenlöcher
in dessen unmittelbarer Nachbarschaft mindestens ein druckfestes
Abstützelement
(das dann für die
benachbarte Fluidabdichtsicke auch als Verformungsbegrenzer wirkt)
zur Aufnahme der von den Zylinderkopfschrauben auszuübenden Schraubendruckkräfte hat, wobei
diese Abstützelemente
so ausgebildet und angeordnet sind, daß bei gepreßter Zylinderkopfdichtung bezüglich der
Pressungskräfte die
Abstützelemente
im Hauptschluß und
die Fluidabdichtsicke im Nebenschluß liegen und die der Einleitung
der Schraubendruckkräfte
in die Abstützelemente
dienenden Flächen
der Abstützelemente
so groß bemessen
sind, daß durch
die Schraubendruckkräfte
verursachte plastische Verformungen der Abstützelemente sowie der den Schraubenlöchern benachbarten
Bereiche der Motorbauteil-Dichtflächen vermieden
werden.
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Durch
die erfindungsgemäße Gestaltung
einer Zylinderkopfdichtung wird nicht nur die gestellte Aufgabe
gelöst,
insbesondere die Standzeit der Fluidabdichtsicke bzw. -sicken erhöht, sondern
es lassen sich auch mehrere Nachteile der vorstehend geschilderten
bekannten Zylinderkopfdichtungen der eingangs erwähnten Art
vermeiden oder zumindest in ihren Auswirkungen minimieren:
Bei
den geschilderten bekannten Zylinderkopfdichtungen der eingangs
erwähnten
Art, bei denen sich auf der z. B. dem Zylinderkopf zugewandten Seite der
Dichtung (ausgehend von einer Brennraumöffnung) hinter der Brennraum-Abdichtsicke ein
ebener, sich bei nicht gepreßter
Zylinderkopfdichtung parallel zu der Ebene der Dichtungsplatte erstreckender
Bereich der mit der Brennraum-Abdichtsicke versehenen Metallblechlage
befindet, in dem ein Schraubenloch angeordnet ist, liegt dieser
Bereich der Metallblechlage bei eingebauter Zylinderkopfdichtung
zumindest nahezu über
seine ganze Fläche
gegen die Zylinderkopf-Dichtfläche
an, wenn die Brennraum-Abdichtsicke als Vollsicke ausgebildet ist
und in Richtung auf die Motorblock-Dichtfläche vorspringt; da dann beim
Anziehen der Zylinderkopfschrauben durch den Zylinderkopf auf diesen
ebenen Bereich der Metallblechlage überall Pressungskräfte ausgeübt werden,
und da der Zylinderkopf nicht als absolut starres Bauteil betrachtet
werden kann, weicht bei einer solchen bekannten Zylinderkopfdichtung
dieser ebene Bereich der Metallblechlage in Richtung auf den Motorblock
aus und kann den Zylinderkopf nicht nennenswert abstützen, woraus
in diesem Bereich eine Bauteilverformung des Zylinderkopfs resultiert. Eine
solche bereichsweise Bauteilverformung des Zylinderkopfs tritt aber
auch bei solchen vorstehend beschriebenen bekannten Zylinderkopfdichtungen der
eingangs erwähnten
Art auf, bei denen die Brennraum-Abdichtsicke als eine solche Halbsicke
ausgebildet ist, daß ein
hinter der Halbsicke liegender ebener Bereich der mit der Brennraum-Abdichtsicke
versehenen Metallblechlage bei eingebauter Zylinderkopfdichtung
von der Motorblock-Dichtfläche
einen Abstand aufweist, denn bei einer solchen Zylinderkopfdichtung
wird dann der Zylinderkopf hinter der Brennraum-Abdichtsicke gleichfalls
nicht abgestützt.
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Die
vorstehend beschriebenen, im Motorbetrieb auftretenden dynamischen
Belastungen der Motorbauteile und der Zylinderkopfdichtung können auch
dazu führen,
daß an
den geschilderten bekannten Zylinderkopfdichtungen eine Art Pumpeffekt
auftritt, aufgrund dessen Kühlmittel
und/oder Schmieröl die
von einer Fluidabdichtsicke (die als Voll- oder Halbsicke ausgebildet
sein kann) gebildete Dichtlinie überwindet
und z. B. an die Peripherie der Zylinderkopfdichtung gelangt. Werden
allen Schraubenlöchern
oder zumindest den meisten Schraubenlöchern erfindungsgemäß Abstützelemente
zugeordnet, läßt sich
ein solcher Pumpeffekt vermeiden oder zumindest minimieren, da im
Vergleich zu den vorstehend geschilderten bekannten Zylinderkopfdichtungen
durch die Erfindung für
eine bessere Abstützung insbesondere
des Zylinderkopfs im Bereich der Zylinderkopfschrauben gesorgt wird
und im Motorbetrieb die Bewegungen der Motorbauteil-Dichtflächen und der
Zylinderkopfdichtung (auch relativ zueinander) und damit auch Reibverschleißerscheinungen
vermindert werden.
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Auch
lassen sich durch eine entsprechende Wahl der wirksamen Höhe der Abstützelemente
die vor allem auf die Fluidabdichtsicken einwirkenden Pressungskräfte gezielt
einstellen, und schließlich führt die
Erfindung noch dazu, daß nicht
nur die Bauteilverformung des Zylinderkopfs vermindert wird, sondern
auch die im Bereich der Brennraumwände (Zylinderrohre) des Motorblocks
auftretenden Verzüge
reduziert werden.
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Zum
Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ist noch zu bemerken, daß vorteilhafterweise für jedes
Schraubenloch in dessen unmittelbarer Nachbarschaft ein erfindungsgemäßes Abstützelement
vorgesehen wird. Da bei modernen Motoren um jeden Brennraum herum
vier Zylinderkopfschrauben vorgesehen sind, wobei häufig (wenn
nämlich
nicht für
jeden Zylinder ein separater Zylinderkopf vorhanden ist) zwei Zylinderkopfschrauben,
welche in der Nachbarschaft der beiden Enden eines zwischen zwei
einander benachbarten Brennräumen
verlaufenden Stegbereichs liegen, diesen beiden Brennräumen zugeordnet
sind, weist ein solcher Motor eine Anzahl z von Zylinderkopfschrauben
auf, für
die bei einer Anzahl n von Brennräumen gilt z = 2 · n + 2. Eine
erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung
für einen
solchen Motor hat dann also z Schraubenlöcher und vorzugsweise z erfindungsgemäße Abstützelemente,
wobei die Schraubenlöcher
in radialem Abstand von den Brennraum-Abdichtsicken (und radial außerhalb
dieser Sicken) und insbesondere in gleichen Umfangswinkelabständen voneinander
angeordnet sind. Vor allem bei einem Motor, wie er vorstehend geschildert
wurde, führt
die Erfindung zu einer besonders guten Verteilung der Pressungskräfte um die
Brennraumöffnungen
herum sowie in den Bereichen der Fluidabdichtsicken, und außerdem zu
einer ganz erheblichen Verminderung der Bauteilverformung insbesondere
des Zylinderkopfs sowie der im Bereich der Brennraumwände des
Motorblocks auftretenden Verzüge.
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Aus
dem US-Patent 5 232 229 ergibt sich eine mehrlagige metallische
Flachdichtung, die bei den zeichnerisch dargestellten Ausführungsformen als
Auspuffkrümmerdichtung
gestaltet ist, aber auch als Zylinderkopfdichtung ausgebildet sein
kann. Nach dem Grundkonzept dieser bekannten Flachdichtung soll
diese so gestaltet sein, daß die
verschiedenen, aufeinander angeordneten Metallblechlagen weitgehendst
im Abstand voneinander gehalten werden und nur in kleinen Flächenbereichen
gegeneinander anliegen, um den Wärmeübergang
zwischen den die Flachdichtung zwischen sich aufnehmenden Motorbauteilen
zu minimieren. Dies wird dadurch erreicht, daß mindestens eine der Metallblechlagen
mit einem Muster von Distanzhaltern aus geprägten napfartigen Vertiefungen
bzw. Erhebungen oder sickenartigen Wellen versehen ist; außerdem sind
bei den in den 6 und 8 des
US-Patents 5 232 229 dargestellten Ausführungsformen um die für die Montage-
bzw. Spannschrauben vorgesehenen Schraubenlöcher herum ringscheibenförmige Distanzhalter
vorgesehen, welche zwischen den äußeren Metallblechlagen
der Flachdichtung liegen und so diese Außenlagen auch bei montierter,
gepreßter Flachdichtung
im Abstand voneinander halten. Im Hinblick auf das Grundprinzip
der im US-Patent
5 232 229 beschriebenen Erfindung, nämlich diejenigen Flächenbereiche,
in denen die Metallblechlagen in Kontakt miteinander stehen, zu
minimieren, wird der unbeeinflußte
Leser des US-Patents 5 232 229 es für selbstverständlich halten,
daß die
für die
Schraubenlöcher
vorgesehenen Distanzhalter möglichst
klein zu bemessen sind, was zur Folge hat, daß in den Schraubenlochbereichen
die spezifischen, d. h. auf die Flächeneinheit bezogenen Flächenpressungen zwischen
der Flachdichtung und den Motorbauteil-Dichtflächen sehr groß sind.
Dies steht aber im Gegensatz zum Grundprinzip der vorliegenden Erfindung,
wonach die der Einleitung der Schraubendruckkräfte in die Abstützelemente
dienenden Flächen
der Abstützelemente
so groß bemessen
sein sollen, daß durch
die Schraubendruckkräfte
verursachte plastische Verformungen der den Schraubenlöchern benachbarten
Bereiche der Motorbauteil-Dichtflächen vermieden werden. Daß das Grundkonzept
der sich aus dem US-Patent 5 232 229 ergebenden Flachdichtungen
ein völlig
anderes als dasjenige der Zylinderkopfdichtung nach der vorliegenden Erfindung
ist, ergibt sich auch daraus, daß die bekannten Flachdichtungen
für die
um die Brenngasöffnungen
herum abdichtenden Brenngas-Abdichtsicken keine Verformungsbegrenzer
(Stopper) aufweisen, ebenso wenig wie Fluidabdichtsicken oder Fluidabdichtsicken
benachbarte Abstützelemente,
wie sie bei einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
vorgesehen sind, um zu bewirken, daß bei eingebauter Zylinderkopfdichtung
die Fluidabdichtsicken im Nebenschluß liegen.
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Für eine zuverlässige Brenngas-Abdichtung um
die Brennraumöffnung
bzw. die Brennraumöffnungen
einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
herum ist es empfehlenswert, daß die
für die Verformungsbegrenzung
einer Brennraum-Abdichtsicke
wirksame Höhe
des dieser zugeordneten Verformungsbegrenzers mindestens gleich
groß ist
wie die für
die Aufnahme der Schraubendruckkräfte wirksame Höhe der den
Schraubenlöchern
zugeordneten Abstützelemente,
denn dann können
die letzteren nicht dazu führen,
daß im
Motorbetrieb der um eine Brennraumöffnung herum vorgesehene Verformungsbegrenzer
nicht mehr gepreßt
wird. Da, wie bereits erwähnt,
zur Abdichtung gegen die hohen Brenngasdrücke die höchsten spezifischen Flächenpressungen
um die Brennraumöffnungen
herum erwünscht
sind, ist bei bevorzugten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung die
Höhe des
einer Brennraumöffnung
zugeordneten Verformungsbegrenzers sogar größer als die Höhe der Abstützelemente
für die
dem Verformungsbegrenzer benachbarten Schraubenlöcher.
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Aus
dem Stand der Technik ergeben sich die unterschiedlichsten Ausführungsformen
der Brennraum-Abdichtsicken zugeordneten Verformungsbegrenzer oder
Stopper, und alle diese Ausführungsformen
eignen sich auch für
die erfindungsgemäßen, Schraubenlöchern zugeordneten
Abstützelemente; nicht
besonders empfehlenswert ist allerdings eine Ausführungsform,
bei der ein eine Öffnung
umgebender Randbereich einer Metallblechlage umgefaltet ist und
so auf der Metallblechlage aufliegt, denn bei den üblicherweise
kleinen Durchmessern von Schraubenlöchern ist es kaum möglich, einen
solchen Randbereich mit größerer Breite
auf die Metallblechlage zurückzufalten,
ohne daß eine
Rißbildung
auftritt. Bei bevorzugten Ausführungsformen
erfindungsgemäßer Zylinderkopfdichtungen
haben deshalb die Abstützelemente
eine oder mehrere der folgenden Ausführungsformen: eine als separates
Teil hergestellte Ringscheibe, eine zu einer Vergrößerung der
Lagendicke führende
druckfeste Prägung
in einer Metallblechlage der Dichtungsplatte und ein druckfester Materialauftrag
auf eine Metallblechlage der Dichtungsplatte oder eine Kombination
mehrerer solcher Ausführungsformen.
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Weil
es bei erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtungen
die den Fluidabdichtsicken benachbarten Abstützelemente ermögliche,
durch eine entsprechende Bemessung ihrer Höhe bzw. Dicke die auf die Fluidabdichtsicken
einwirkenden Pressungskräfte
einzustellen, empfiehlt sich die Erfindung besonders für Zylinderkopfdichtungen,
bei denen die mit der Brennraum-Abdichtsicke versehene Metallblechlage
radial außerhalb
der Brennraum-Abdichtsicke einen ebenen, zur Ebene der Dichtungsplatte
parallelen Lagenbereich aufweist, in dem mindestens eines der Schraubenlöcher angeordnet
ist, denn das diesem Schraubenloch zugeordnete Abstützelement läßt sich
so ausbilden und anordnen, daß bei
eingebauter Zylinderkopfdichtung die auf diesen Lagenbereich einwirkende
Pressung im wesentlichen auf den Bereich des Abstützelements
konzentriert ist.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den beigefügten
Ansprüchen
und/oder aus den in den beigefügten
Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen sowie deren nachfolgender
Beschreibung; in den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf einen Abschnitt einer Zylinderkopfdichtung, in welcher
die erfindungsgemäßen Abstützelemente
nicht dargestellt sind, da anhand der 1 nur die
Gattung von Zylinderkopfdichtungen erläutert werden soll, für welche
die Erfindung vorgesehen ist;
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2 einen
schematischen Schnitt durch Teile eines Motorblocks und eines Zylinderkopfs
sowie einer zwischen diesen angeordneten ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung,
und
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3 eine
der 2 entsprechende Darstellung mit einer zweiten
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung.
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Die 1 zeigt
einen Teil einer Zylinderkopfdichtung für einen Mehrzylindermotor;
eine Dichtungsplatte 100 dieser Zylinderkopfdichtung kann einlagig
sein oder mehrere übereinander
angeordnete Metallblechlagen aufweisen. Die Dichtungsplatte 100 hat
mehrere Brennraumöffnungen,
von denen in 1 nur zwei, nämlich die
Brennraumöffnungen 10 und 12 dargestellt
sind, mehrere Schraubenlöcher 14 und 16,
eine Vielzahl von sogenannten Wasserlöchern 18 für den Durchtritt
einer Kühlflüssigkeit,
sowie mehrere sogenannte Öllöcher für den Durchtritt von
Schmieröl,
von denen in 1 nur das Ölloch 20 dargestellt
wurde – die
Wasser- und Öllöcher bilden Fluidöffnungen
im Sinne der vorstehenden Erfindungsdefinition.
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In
eine oder mehrere Metallblechlagen der Dichtungsplatte 100 ist
um jede Brennraumöffnung 10, 12 herum
eine Brennraum-Abdichtsicke 30 eingeprägt, welche die Form einer Vollsicke
oder einer Halbsicke haben kann und die zugehörige Brennraumöffnung als
geschlossener Ring umgibt. In der mit der Brennraum-Abdichtsicke
versehenen Metallblechlage oder einer anderen, der letzteren benachbarten
Metallblechlage weist die Zylinderkopfdichtung einen Stopper (Verformungsbegrenzer) 32 auf, der
bei der dargestellten Zylinderkopfdichtung radial innerhalb der
Brennraum-Abdichtsicke verläuft,
aber auch radial außerhalb
der Brennraum-Abdichtsicke vorgesehen sein könnte und der die betreffende Brennraumöffnung 10 bzw. 12 gleichfalls
kreisringförmig
umschließt.
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Bei
der in 1 gezeigten Zylinderkopfdichtung wird die Gesamtheit
aller Wasserlöcher 18 von einer
Abdichtsicke 24 umschlossen, welche eine Fluidabdichtsicke
im Sinne der vorstehenden Erfindungsdefinition bildet und im folgenden
als Wassersicke bezeichnet werden soll; diese verläuft rahmenförmig in
der Nähe
der Peripherie der Dichtungsplatte 100. Die Wassersicke 24 kann
als Voll- oder Halbsicke gestaltet sein. Bei eingebauter Zylinderkopfdichtung
wird ein Austritt der Kühlflüssigkeit
nach außen durch
die Wassersicke 24 und in die Brennräume hinein durch die Brennraum-Abdichtsicken 30 und
die Stopper 32 verhindert.
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Um
eine Schmieröl-Leckage
und einen Eintritt von Kühlflüssigkeit
in den Schmierölkreislauf
zu verhindern, werden auch die Öllöcher von
Abdichtsicken umschlossen, und die 1 zeigt
eine Öl-Abdichtsicke 26,
welche als in eine Metallblechlage eingeprägte Voll- oder Halbsicke ausgebildet
ist und das Ölloch 20 umschließt.
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Bei
der in 1 dargestellten Zylinderkopfdichtung befinden
sich um jede Brennraumöffnung 10, 12 herum
vier Schraubenlöcher 14 bzw. 16,
welche – von
der betreffenden Brennraumöffnung
aus gesehen – radial
außerhalb
der Brennraum-Abdichtsicken 30 und im Abstand von diesen
in ungefähr gleichen
Umfangswinkelabständen
voneinander um die Brennraumöffnungen
herum angeordnet sind – in 1 wurden
der Einfachheit halber die links von der Brennraumöffnung 12 liegenden
Schraubenlöcher weggelassen.
Alle Schraubenlöcher 14, 16 liegen also
in der Nähe
mindestens einer der Fluidabdichtsicken, d. h. der Wassersicke 24 und
der Ölsicke 26. Außerdem sei
noch einmal darauf hingewiesen, daß die für die Abdichtfunktion der Zylinderkopfdichtung erforderlichen,
auf die Brennraum-Abdichtsicken 30, die Stopper 32 und
die Fluidabdichtsicken 24, 26 (bei eingebauter
Zylinderkopfdichtung) einwirkenden Pressungskräfte ausschließlich von
den Zylinderkopfschrauben aufgebracht werden, welche sich durch
die Schraubenlöcher 14, 16 hindurcherstrecken.
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Die 2 zeigt
schematisch einen Schnitt durch Teile eines Motorblocks 40 (auch
Kurbelgehäuse
genannt), eines Zylinderkopfs 42 und einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung 44,
und zwar einen Schnitt längs
einer Ebene, welche die Achse 45a eines Brennraums 45 des
Motors enthält.
Um die Zylinderkopfdichtung deutlicher darstellen zu können, zeigt
die 2 die Teile vor dem Einführen und Anziehen der nicht
dargestellten Zylinderkopfschrauben, d. h. die Zylinderkopfdichtung 44 im
nicht gepreßten
Zustand, und außerdem
wurden die verschiedenen Lagen der Zylinderkopfdichtung mit vertikalen
Abständen
voneinander gezeichnet, obwohl sie in der Realität auch bei noch nicht gepreßter Zylinderkopfdichtung
bereichsweise gegeneinander anliegen.
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Die
Dichtungsplatte der in 2 schematisch dargestellten
erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung 44 hat
drei Metallblechlagen, nämlich
zwei als sogenannte Funktionslagen wirkende, aus Federstahlblech
hergestellte Decklagen 46 und 48 und eine zwischen
diesen angeordnete Trägerblechlage 50,
die in nicht dargestellter Weise z. B. an zwei Stellen mittels Hohlniete
miteinander verbunden sind. Für
den Brennraum 45 hat die Zylinderkopfdichtung 44 eine
Brennraumöffnung 52,
welche von übereinanderliegenden,
deckungsgleichen Öffnungen
in den drei Metallblechlagen 46, 48, 50 gebildet
wird und deren Zentrum mit der Brennraumachse 45a zusammenfällt. Jede
der Decklagen 46, 48 hat für jede Brennraumöffnung 52 eine
als Vollsicke ausgebildete Brennraum-Abdichtsicke 46A bzw. 48A,
welche in Richtung auf die Trägerblechlage 50 vorspringt,
die Brennraumöffnung 52 ringförmig umschließt und in radialem
Abstand von dieser angeordnet ist. Ferner hat bei der in 2 dargestellten
Ausführungsform jede
der Decklagen 46, 48 Fluidabdichtsicken, von denen
in 2 für
jede Decklage nur zwei dargestellt sind, nämlich die Fluidabdichtsicken 46B und 46C der
Decklage 46 sowie die Fluidabdichtsicken 48B und 48C der
Decklage 48. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich
bei den Fluidabdichtsicken um sogenannte Halbsicken, obwohl diese
auch als Vollsicken gestaltet sein könnten, bei den Fluidabdichtsicken 46B und 48B könnte es
sich um Ölabdichtsicken,
bei den Fluidabdichtsicken 46C und 48C um Wasserabdichtsicken
handeln. Zwischen der Brennraum-Abdichtsicke 46A und der
Fluidabdichtsicke 46B sowie zwischen der letzteren und
der Fluidabdichtsicke 46C hat die Decklage 46 jeweils
einen ebenen, zur Ebene der Dichtungsplatte ungefähr parallelen
Lagenbereich 46D bzw. 46E, und entsprechendes
gilt für
die Decklage 48 – siehe
dort die ebenen Lagenbereiche 48D und 48E. Die 2 zeigt
außerdem,
daß die
Zylinderkopfdichtung 44 in den ebenen Lagenbereichen 46D, 48D ein
Schraubenloch 51 hat, welches von deckungsgleichen und
deckungsgleich übereinander
angeordneten Löchern
in den beiden Decklagen 46, 48 und in der Trägerblechlage 50 gebildet
und bei eingebauter Zylinderkopfdichtung von einer Zylinderkopfschraube
durchsetzt wird, für die
der Zylinderkopf 42 ein Schraubenloch 42a und der
Motorblock 40 eine Gewindebohrung 40a haben.
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Den
Brennraum-Abdichtsicken 46A, 48A ist ein Stopper 54 zugeordnet,
welcher die Gestalt eines auf der Trägerblechlage 50 vorgesehenen
kreisförmigen
Blechrings hat, der die Brennraumöffnung 52 umschließt, zur
Bildung eines verdickten Bereichs der Trägerblechlage 50 führt und
bei eingebauter, gepreßter
Zylinderkopfdichtung und im Motorbetrieb die Brennraum-Abdichtsicken 46A, 48A in üblicher
Weise vor einer übermäßigen Abflachung
schützt.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform
muß die Trägerblechlage 50 so
dünn und
damit so flexibel sein, daß bei
eingebauter, gepreßter
Zylinderkopfdichtung der vom Stopper 54 und dem unter diesem liegenden
ringförmigen
Bereich der Trägerblechlage 50 gebildete
Verformungsbegrenzer gemäß 2 etwas
nach unten ausweichen und somit die beiden Brennraum-Abdichtsicken 46A, 48A in
gleicher Weise vor einer übermäßigen Abflachung
schützen
kann – im
eingebauten Zustand, d. h. bei gepreßter Zylinderkopfdichtung 44,
sind um die Brennraumöffnung 52 herum
die Decklage 46, der Verformungsbegrenzer und die Decklage 48 auf
Block gepreßt,
d. h. sie liegen gegeneinander und gegen die Dichtflächen des
Zylinderkopfs 42 und des Motorblocks 40 an, und die
Brennraum-Abdichtsicken 46A, 48A sind in gleichem
Maße etwas
abgeflacht. Dies bedeutet, daß im eingebauten
Zustand der Zylinderkopfdichtung 44 der Stopper 54 bzw.
der Verformungsbegrenzer im Hauptschluß liegt, während die Brennraum-Abdichtsicken 46A und 48A im
Nebenschluß liegen.
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Um
das Schraubenloch 51 der Zylinderkopfdichtung 44 herum
ist in der Zylinderkopfdichtung 44 ein Abstützelement 56 vorgesehen,
welches bevorzugt die Gestalt eines kreisringförmigen Elements hat, dessen
Dicke bzw. Höhe
etwas geringer ist als diejenige des Stoppers 54. Bei hinreichender
Flexibilität
der Trägerblechlage 50 gilt
(bei eingebauter, gepreßter
Zylinderkopfdichtung) für
das Abstützelement 56 dasselbe
wie für
den Stopper 54, da durch das Anziehen der das Schraubenloch 51 durchsetzenden
Zylinderkopfschraube im Bereich des Abstützelements 56 die
beiden Decklagen 46, 48, die Trägerblechlage 50 und
das Abstützelement 56 auf Block
gepreßt
werden und dabei der das Abstützelement 56 tragende
Bereich der Trägerblechlage 50 gegenüber der
Darstellung in 2 etwas nach unten ausweicht.
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Statt
eines einzigen Abstützelements 56 könnten auch
zwei Abstützelemente,
deren Dicke in der Summe gleich der Dicke des Abstützelements 56 ist,
auf beiden Seiten der Trägerblechlage 50 oder auf
der Unterseite der Decklage 46 sowie auf der Oberseite
der Decklage 48 angeordnet sein, da es für die Erzielung
der vorstehend geschilderten Vorteile der vorliegenden Erfindung
nur darauf ankommt, daß bei
eingebauter, gepreßter
Zylinderkopfdichtung 44 deren im Bereich des Schraubenlochs 51 liegende Komponenten
auf Block gepreßt
werden, ohne daß die
beiden Decklagen 46, 48 und die Trägerblechlage 50 unmittelbar
gegeneinander anliegen.
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Durch
die erfindungsgemäße Abstützung bzw.
Aufnahme der Pressungskräfte,
welche durch die das Schraubenloch 51 durchsetzende Zylinderkopfschraube
auf die Zylinderkopfdichtung 44 aufgebracht werden, wird
nicht nur der Effekt unterstützt, daß die Brennraum-Abdichtsicken 46A, 48A im
Nebenschluß liegen,
sondern auch erreicht, daß die
Fluidabdichtsicken 46B, 48B, 46C und 48C im
Nebenschluß liegen,
da, wie bereits mehrfach erwähnt
wurde, die auf die eingebaute Zylinderkopfdichtung einwirkenden
Pressungskräfte
ausschließlich
von den Zylinderkopfschrauben aufgebracht werden.
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Wenn
die Zylinderkopfdichtung 44 auch in den ebenen Lagenbereichen 46E, 48E ein
Schraubenloch aufweist, ordnet man zweckmäßigerweise auch diesem Schraubenloch
mindestens ein erfindungsgemäßes Abstützelement
zu, um so zu erreichen, daß bei
gepreßter
Zylinderkopfdichtung alle Fluidabdichtsicken 46B, 48B, 46C, 48C gleichermaßen im Nebenschluß liegen.
In diesem Zusammenhang wird auf die Ausbildung der in 3 gezeigten und
nachfolgend beschriebenen zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
verwiesen.
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In 3 und
in der nachfolgenden Beschreibung der dort gezeigten zweiten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
werden dieselben Bezugszeichen wie in 2 verwendet,
soweit nicht eine andere Gestaltung unterschiedliche Bezugszeichen
erforderlich macht.
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Während bei
der Ausführungsform
gemäß 2 die
Brennraum-Abdichtsicken 46A, 48A als Vollsicken
und die Fluidabdichtsicken 46B, 48B, 46C, 48C als
in Richtung auf die Trägerblechlage 50 vorspringende
Halbsicken ausgebildet sind, weist die Ausführungsform gemäß 3 auch
für die
Brennraum-Abdichtsicken 46A, 48A Halbsicken auf,
und die Fluidabdichtsicken 46B, 48B, 46C, 48C sind
als in Richtung auf die Motorbauteil-Dichtflächen vorspringende Halbsicken
gestaltet. Als Folge der Sickengestaltung liegen bei der in 3 gezeigten
Zylinderkopfdichtung die ebenen Lagenbereiche 46D, 48D zwischen
den Brennraum-Abdichtsicken 46A, 48A und den den
letzteren am nächsten
liegenden Fluidabdichtsicken 46B, 48B (anders
als in 3 dargestellt) schon bei nicht gepreßter Zylinderkopfdichtung
gegen die Trägerblechlage 50 an,
während die
ebenen Lagenbereiche 46E, 48E zwischen den Fluidabdichtsicken 46B, 48B und 46C, 48C im
Abstand von der Trägerblechlage 50 verlaufen.
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Bei
der in 3 dargestellten Zylinderkopfdichtung weist die
Trägerblechlage 50 eine
Abkröpfung 50A auf,
deren Stufenhöhe
so bemessen ist, daß der
vom Stopper 54 und der Trägerblechlage 50 gebildete
Verformungsbegrenzer schon bei nicht gepreßter Zylinderkopfdichtung in
der Mitte zwischen den Decklagen 46, 48 liegt.
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Bei
der Zylinderkopfdichtung gemäß 3 sind
dem Schraubenloch 51 zwei Abstützelemente 56A, 56B zugeordnet,
welche auf den Außenseiten der
ebenen Lagenbereiche 46D, 48D befestigt sind und
als Stopper für
die Fluidabdichtsicken wirken. Die Summe der Höhen oder Dicken dieser beiden Abstützelemente
ist etwas kleiner als die Höhe
bzw. Dicke des Stoppers 54. Auch wenn dies nicht besonders
vorteilhaft ist, wäre
es grundsätzlich
möglich,
die beiden Abstützelemente 56A, 56B durch
ein einziges Abstützelement
zu ersetzen, dessen Höhe
gleich der Summe der Höhen
dieser beiden Abstützelemente ist
und welches auf der Oberseite der Decklage 46 oder auf
der Unterseite der Decklage 48 angebracht ist.
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Würde sich
bei der in 3 dargestellten Zylinderkopfdichtung
ein weiteres Schraubenloch zwischen den Fluidabdichtsicken 46B, 48B und 46C, 48C befinden,
d. h. in den ebenen Lagenbereichen 46E, 48E (und
natürlich
in der dazwischenliegenden Trägerblechlage 50),
würde man
auch diesem Schraubenloch ein Abstützelement oder mehrere Abstützelemente
zuordnen, für
das bzw. die dasjenige gilt, was vorstehend zu dem Abstützelement 56 der Zylinderkopfdichtung
gemäß 2 ausgeführt wurde.
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Für die in
den 2 und 3 dargestellten Zylinderkopfdichtungen
gilt, daß nach
dem Anziehen der Zylinderkopfschrauben, d. h. bei eingebauter Zylinderkopfdichtung,
in radialem Abstand vom Stopper 54 der Abstand zwischen
den Dichtflächen
von Zylinderkopf und Motorblock, d. h. die Weite des sogenannten
Dichtspalts, gleich ist der Summe aus den Dicken der erfindungsgemäßen Abstützelemente
sowie den Blechdicken der Decklagen 46, 48 und
der Trägerblechlage 50.