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Die
Erfindung betrifft eine Flachdichtung mit einer Dichtungsplatte,
welche mindestens eine federelastische Eigenschaften aufweisende
Metallblechlage aus einem Federstahlblech aufweist, die mit mindestens
einer unter Einsatzbedingungen der Flachdichtung einer dynamischen
Druckbelastung ausgesetzten und in ihrer Höhe federelastisch verformbaren
Sicke versehen ist.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand einer Zylinderkopfdichtung erläutert werden;
die Erfindung eignet sich aber auch für andere, zumindest im Wesentlichen
metallische Flachdichtungen, wie beispielsweise eine zwischen einem
Zylinderkopf und einem Auspuffkrümmer
eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors anzuordnende Flachdichtung
oder eine andere, zwischen Bauteilflächen einzuspannende Flachdichtung,
welche im Betrieb einer Belastung mit wechselnden Pressungskräften ausgesetzt
ist.
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Bei
der in Rede stehenden Sicke wird es sich im Allgemeinen um eine
Abdichtsicke handeln, mit der um eine Fluid-Durchgangsöffnung (für den Durchtritt
gasförmiger
oder flüssiger
Medien) der Dichtungsplatte herum abgedichtet wird. Die Sicke könnte aber
auch eine reine Abstützsicke
sein, die nicht der Abdichtung dient, sondern nur der örtlichen
Abstützung
einer Bauteil-Dichtfläche
(z. B. der Dichtfläche
eines Zylinderkopfs), wenn die Flachdichtung zwischen Bauteil-Dichtflächen eingespannt
ist; derartige Abstützsicken
zeigen z. B. die 1, 3, 5 und 6 des
US-Patents 5 427 389.
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Schließlich sei
noch darauf hingewiesen, dass es sich bei der Sicke um eine sogenannte
Vollsicke, aber auch um eine sogenannte Halbsicke handeln kann – eine Vollsicke
hat im Querschnitt eine ungefähr
kreisbogenförmige
Gestalt, der Querschnitt einer Halbsicke entspricht einer schrägen Stufe.
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Eine
im Betrieb einer wechselnden Druckbelastung ausgesetzte höhenelastische
Sicke ist dem Risiko ausgesetzt, dass wenn sie durch eine verhältnismäßig hohe
Pressung immer wieder zu stark abgeflacht wird, die Sicken nach
längerer
Betriebszeit durch Rissbildung zerstört wird. Deshalb ist es bei
zumindest im Wesentlichen metallischen Flachdichtungen, deren Dichtungsplatte
eine einzige Metallblechlage oder mehrere aufeinandergeschichtete
Metallblechlagen aufweist, bekannt, der Sicke einen Verformungsbegrenzer,
d. h. einen sogenannten Stopper, zuzuordnen, durch den eine übermäßige Abflachung
der Sicke beim Einbau der Flachdichtung und im Betrieb vermieden
wird. Bei einer solchen Flachdichtung, bei der durch eine höhenelastische Sicke
z. B. um eine Fluid-Durchgangsöffnung
herum abgedichtet wird, hat der Stopper z. B. die Form eines Blechrings,
der auf der mit der Sicke versehenen Metallblechlage neben der Sicke
angeordnet ist und ebenso wie die letztere die Fluid-Durchgangsöffnung umschließt, wobei
der Stopper eine Dicke aufweist, welche geringer als die Höhe der Sicke
ist, so dass letztere den Stopper um ein Maß überragt, welches gleich dem
Arbeitsbereich (sozusagen gleich der Schwingungshöhe) der
Sicke ist. Vor allem bei modernen Hubkolben-Verbrennungsmotoren
sind jedoch die Schwankungen der Breite des sogenannten Dichtspalts,
welcher von den Bauteil-Dichtflächen
von Zylinderkopf und Motorblock, zwischen denen die Zylinderkopfdichtung
einzuspannen ist, begrenzt wird, verhältnismäßig groß, so dass auch der Arbeitsbereich
einer Sicke verhältnismäßig groß sein muss,
damit die Sicke in jedem Betriebszustand ihre Funktion erfüllen kann.
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Vor
allem für
Zylinderkopfdichtungen wird von den Dichtungsherstellern für die mit
Sicken versehenen Federstahlblechlagen bislang fast ausschließlich ein
Federstahlblech aus einem austenitischen Stahl nach der europäischen Norm
EN 10088-2-1.4310 verwendet – ein
solcher Stahl enthält
neben Kohlenstoff, Silicium, Mangan und Chrom mindestens 6 % Nickel.
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Bei
der Firma ElringKlinger AG wurde nun überraschenderweise festgestellt,
dass sich bei sonst gleichen Abmessungen der Arbeitsbereich einer
Sicke ohne Verminderung der Dauerhaltbarkeit der Sicke dadurch vergrößern lässt, dass
für das
Federstahlblech ein ähnlicher
Stahl verwendet wird, welcher etwas weniger Nickel, aber etwas mehr
Mangan als der Stahl nach der europäischen Norm EN 10088-2-1.4310
enthält, nämlich ein
austenitischer Stahl nach der europäischen Norm EN 10088-2-1.4372.
Erfindungsgemäß besteht also
bei einer Flachdichtung der eingangs erwähnten Art das Federstahlblech
aus einem austenitischen Stahl nach der europäischen Norm EN 10088-2-1.4372.
Dadurch lässt
sich bei sonst gleichen Abmessungen z. B. bei einer Zylinderkopfdichtung
der Arbeitsbereich einer Abdichtsicke um größenordnungsmäßig 1 bis
2 μm vergrößern, ein
Wert, welcher zwar klein erscheint, angesichts der Größe der zeitlichen
Schwankungen der Dichtspaltbreite jedoch nicht unerheblich ist.
Ferner lässt
sich durch die Erfindung die Dauerhaltbarkeit einer Sicke verbessern,
und zwar im Vergleich zu einer Sicke mit gleich großem Arbeitsbereich.
Durch die vorliegende Erfindung lässt sich also nicht nur die
Dauerhaltbarkeit und/oder der Arbeitsbereich einer höhenelastischen Sicke
vergrößern, sondern
es lassen sich auch die für
eine Flachdichtung der eingangs erwähnten Art erforderlichen Materialkosten
senken, da Nickel ein verhältnismäßig teures
Legierungselement ist, dessen Anteil gegenüber einem Stahlblech nach der
europäischen
Norm EN 10088-2-1.4310 geringer ist – Mangan ist deutlich billiger
als Nickel, so dass trotz eines höheren Mangananteils des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahlblechs
die Herstellkosten einer Flachdichtung durch Anwendung der vorliegenden
Erfindung verringert werden können.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Flachdichtung
wird für
die mit der mindestens einen Sicke versehene Stahlblechlage ein
derart kaltgewalztes Stahlblech verwendet, dass seine Zugfestigkeit
ungefähr
der Festigkeitsklasse C1300 entspricht; insbesondere soll die Zugfestigkeit
zwischen 1350 und 1500 N/mm2 liegen, die
Streckgrenze mindestens 1050 N/mm2 betragen
und die durch Norm definierte Dehnung A80 5 bis 22 %.
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Im
Hinblick auf ihre Eigenschaften besonders bevorzugt werden erfindungsgemäße Flachdichtungen, bei
denen der Stahl die folgende chemische Zusammensetzung aufweist:
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Im
Folgenden werden noch weitere Merkmale der Erfindung erörtert, und
zwar anhand der beigefügten
Zeichnung, welche einen Schnitt durch einen Teil einer Metallblechlage
einer erfindungsgemäßen Flachdichtung
zeigt.
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Die
Zeichnung zeigt einen Teil einer Metallblechlage 10, aus
der eine nur teilweise dargestellte, insbesondere kreisrunde Öffnung 12 ausgestanzt
wurde, bei der es sich z. B. um eine Brennraum-Durchgangsöffnung einer
Zylinderkopfdichtung handeln kann. In die Metallblechlage 10 ist
eine als Vollsicke gestaltete Abdichtsicke 14 eingeprägt, und
zwar im Abstand vom Rand 12a der Öffnung 12, und zwischen
dem Öffnungsrand 12a und
der Sicke 14 ist auf die Metallblechlage 10 ein
Blechring aufgelegt und an der Metallblechlage 10 z. B.
durch Punktschweißen
befestigt, welcher die Öffnung 12 gleichfalls
kreisringförmig
umschließt
und einen Stopper 16 bildet, den die Sicke 14 um
das Maß A überragt,
das dem Arbeitsbereich der Sicke 14 entspricht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
hat der Stahl der Metallblechlage 10 die folgende chemische Zusammensetzung
(wobei nur die wesentlichen Legierungsbestandteile angegeben werden):
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