DE2120841A1 - Flachdichtung, insbesondere zur Abdichtung von Zylinderköpfen an Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

• Flachdichtung, insbesondere zur Abdichtung von Zylinderköpfen an Verbrennungskraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Flachdichtung zwischen zwei gegeneinander verspannten Bauteilen mit Durchgangskanälen für flüssige und/oder gasförmige Medien, Befestigungsschrauben und dgl., insbesondere zur Abdichtung von Zylinderköpfen an Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus mehreren aufeinanderliegenden Blechlagen und - zumindest an abzudichtenden Durchgängen - metallischen Einfassungen. Es ist dem Fachmann bekannt, daß die gegeneinander verspannten Flächen von Zylinderblock und -kopf eines Hubkolbenmotors während des Motorbetriebes nicht vollkommen unbeweglich bleiben, sondern vielmehr langsam ablaufende geringfügige seitliche Relativbewegungen zueinander ausführen. Dies ist in verstärktem Umfang der Fall, wenn Zylinderblock und -kopf aus Material unterschiedlicher Wärmeausdehnung, beispielsweise der Zylinderblock aus Grauguß und der Zylinderkopf aus einer Leichtmetall-Legierung, bestehen. Diese Relativbewegungen haben ihre Ursache hauptsächlich in unterschiedlichen Temperaturen des Zylinderblockes und des Zylinderkopfes und Temperaturdifferenzen innerhalb dieser Bauteilen Die beschriebenen Relativbewegungen können bei zwischen den beiden Bauteilen eingespannten Dichtungen der eingangs genannten Art zu einer allmählichen Verschiebung der einzelnen Blechlagen zueinander führen, für die sich in der Fachwelt die Bezeichnungen 11Nähmaschinen-oder Pilgerschritt-EffektU ausgeprägt haben. Es liegt auf der Hand, daß durch diesen unerwünschten Effekt Veränderungen an den Dicht tungen stattfinden, die mit einem raschen Nachlassen der Dichtfunktion verbunden sind.
• Eine Verschiebung der einzelnen Blechlagen gegeneinander- konnte bereits mit gutem Erfolg durch Sandstrahlen der Oberflächen der Blechlagen verhindert werden. Dadurch wird eine gewisse scharfzackige Oberflächenrauhigkeit erzielt, die unter der Wirkung der Einspannkräfte zu einer Verklammerung aufeinanderliegender Blechlagenoberflächen führt. Diese an sich für den beabsichtigten Zweck sehr vorteilhafte Methode der Oberflächenbehandlung ist indessen siit einem schwerwiegenden Nachteil verbunden. Das Sandstrahlen führt nämlich zu einer wesentlichen Vergrößerung der Oberfläche der einzelnen Blechlagen, was sich in einer stark erhöhten Korrosionsanfälligkeit der Dichtung äußert. Die Korrosion der Dichtungsteile ist bei den hier in erster Linie infrage kommenden Einbaustellen an Kraftfahrzeugmotoren eine Folge des von außen her an die Dichtstelle zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf herangetragenen Spritzwassers, welcher Effekt noch durch den Ventilator verstärkt wird0 Naturgemäß bewirkt das im Winterbetrieb übliche Streusalz eine verstärkte Korrosion.
• Es ist bereits versucht worden, die Korrosion durch Behandlung der Dichtung steile mit üblichen Korrosionsschutzmitteln herabzumindern. Durch diese Maßnahme konnte jedoch die Lebensdauer der Dichtungen nur- ungenügend verlängert werden.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der keine -terschåebung der einzelnen Blechlagen relativ zueinander stattfinden kann und die gleichzeitig weitgehend korrosionsbeständig ist. Zur Lösung des Problems zeichnet sich die Erfindung ihrem Grundgedanken nach dadurch aus, daß die Blechlagen mit einem korrosionsschiltzenden Material überzogen und zusätzlich sandgestrahlt sind.
• Es ist an sich zu vermuten, daß durch das anschließende Sandstrahlen der Korrosionsschutzbelag wieder entfernt wird. Dies ist auch zum Teil der Fall. Versuche haben jedoch gezeigt, aß sich einerseits auch auf der mit Korrosionsschutzbelag überzogenen Oberfläche die für eine wirksame Verklammerung der Blechlagen erforderliche Rauhigkeit bildet. Andererseits bleibt trotz Sandstrahlung noch so viel von dem Korrosionsschutzbelag auf der Oberfläche haften, daß eine wesentliche Steigerung der Korrosionsbeständigkeit erzielt werden kann.
• Als Korrosionsschutzbelag eignet sich erfindungsgemäß besonders gut ein Zinküberzug, der vergleichsweise dünn sein muß und daher vorzugsweise galvanisch aufzubringen ist.
• Nach einem weiteren Merkmal ist die Erfindung in vorteilhafter Weiterbildung ihres Grundgedankens dadurch gekennzeichnet, daß nur diejenigen Partien der Blechlagen sandgestrahlt sind, welche eine Stdtzfunktion ausüben. Diesem Gedanken liegt die Erkenntnis zugrunde, daß nur an den Stellen, an denen eine genügend starke Pressung stattfindet, eine Verschiebung der Blechlagen wirksam verhindert werden kann.
• Andererseits wird dadurch der Vorteil erreicht, daß an-den übrigen, nicht sandgestrahlten Partien der Korrosionsschutzüberzug unverletzt erhalten bleibt und somit eine optimale Korrosionsbeständigkeit gewährleistet ist.
• Darüber hinaus ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, daß es grundsätzlich sehr schwierig ist, Bleche von weniger als 2 mm Stärke sandzustrahlen, ohne erhebliche Verzwge dieser Teile in Kauf nehmen zu müssen. Das erfindungsgemäße partielle Sandstrahlen bringt also den wesentlichen Vorteil, daß die Blechlagen, die ja zum Teil Dicken von weniger als 0,5 mm aufweisen, sich weit weniger verziehen.
• Unerläßlich ist es, die den Brennraum umgebenden Partien der Bleche 12gen zu sandstrahlen, weil dort die größte Pressung stattfindet.
• A1B zweckmäßig hat es sich dabei erwiesen, wenn der sandgestrahlte Bereich der Blechlagen jeweils einen Rand von etwa 4 mm Breite um die Brennraumbohrung herum bildet. Er soll so breit sein, daß er über die Breite der Einfassungsflanken reicht. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, und fällt durchaus noch in den Bereich der Er findung, die Umgebung von weiteren Dicht funktionen ausübenden Zonen und auch der Schraubendurchgangslöcher ebenfalls zu sandstrahlen0 Um eine günstige Verklammerung der aneinander liegenden sandgestrahlten Partien bei größtmöglicher Schonung der Bleche zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Korngröße so zu wählen, daß Rauhtiefen von etwa 8 - 20 zm entstehen.
• Sofern die Gesamtoberfläche der Blechlagen nach dem Uberziehen mit korrosionsschützendem Material, beispielsweise Zink, gesandstrahlt werden soll, empfiehlt sich ein Verfahren, das sich durch besondere Virt-schaftlichkeit auszeichnet und welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Überziehen mit korrosionsschützendem Material und anschließende Sandstrahlen bereits am - vorzugsweise bandförmigen - Ausgangsmaterial für die Blechlagen - vor dem Ausstanzen derselben - erfolgt.
• Sollen nur besondere Partien, beispielsweise die Umgebung der Brennraumöffnung, durch Sandstrahlen behandelt werden, so ist dagegen ein Verfahren vorzuziehen, welches sich dadurch auszeichnet, daß das Uberziehen mit korrogionsschützende Material am - vorzugsweise bandförmigen - Ausgangsmaterial für die Blechlagen und das anschließende Sandstrahlen nach dem Ausstanzen der einzelnen Blechlagen erfolgt.
• Es ist dabei aus Gründen einer wirtschaftlichen Fertigung zweckmäßig, wenn die einzelnen Blechlagen im Durchlaufverfahren sandgestrahlt werden, wobei sie durch eine Vorrichtung jeweils ausgerichtet und durch eine Maske abgedeckt werden, welche die sandzustrahlenden Partien freiläßt. Das Verfahren läßt sich besonders rationell durch führen, wenn die Maske - vorzugsweise automatisch - schwenkbar ist.
• Da es sich aufs Gründen der Wirtschaftlichkeit kaum vermeiden läßt, daß die Oberfläche der Maske ebenfalls sandgestrahlt wird, empfiehlt es sich, diese mit einem vorzugsweise elastischen Schutzüberzug zu versehen.
• Zur Veranschaulichung der Erfindung dienen Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt und in der nachstehenden Beschreibung erläutert sind. Es zeigt: Fig0 1 einen (teilweisen) Längsschnitt durch einen Zylinder eines Hubkolbenmotors, Fig0 2 in vergrößert er Darstellung die mit II bezeichnete Einzelheit aus Fig. 1, Fig. 3 in vergrößerter Darstellung die mit III bezeichnete Einzelheit in Fig. 1 und Fig. 4 eine Mehrlagen-Flachdichtung für einen Dieselmotor, wie sie nach Fig. 1 - 3 Verwendung findet, in Draufsicht.
• Nach der Zeichnung (Fig. 1 - 3) ist mit 10 der Zylinderblock und mit 11 der Zylinderkopf eines Dieselmotors bezeichnet. Eine der Befestigungsschrauben zur Verspannung von Zylinderkopf und - block ist in Fig. 1 angedeutet und mit 12 beziffert. In die Bohrung des Zylinderblockes 10 ist eine Zylinderbüchse 13 eingepaßt, die sich axial mit einem Bund 14 am Zylinderblock 10 abstützt. Zwischen Zylinderblock 10 und Zylinderbüchse 13 ist ein elastischer Dichtring 15 eingeklemmt.
• Ein Kühlwasserraum ist mit 16 bezeichnet, in dem das Kühlwasser unmittelbar an die Außenwand 17 der Zylinderbüchse 13 herangelangt. Es handelt sich somit in diesem Fall um eine sogenannte nasse Zylinderbüchse 13. Wie aus Fig. 1 und 3 ersichtlichX ist zwischen Zylinderblock 10 und Zylinderkopf 11 eine aus drei'Blechlagen 18, 19, 20 bestehende Flachdichtuns 21 angeordnet, die in Draufsicht auch aus Fig. 4 erkennbar ist. Die beiden äußeren als Decklagen bezeichneten Blechlagen 18, 20 sind eben ausgebildet, wohingegen die Zentrallage 19 im Bereich der Befestigungsschrauben 12 Sicken 29 aufweist. Da - wie Fig. 1 und 2 zeigen - die Zylinderbüchse 13 gegenüber dem Zylinderblock 10 einen Absatz 22 aufweist, wodurch sich an dieser Stelle der mit 23 bezeichnete Dichtspalt zwischen Zylinderblock 10 und Zylinderkopf 11 verengt, ist die Dichtung 21 in diesem den Brennraum umgebenden Bereich der höchsten Pressung ausgesetzt. Dies kann aus der Kurve 24 in Fig. 1 entnommen werden. Wie die Kurven 25 und 26 zeigen, steht die Dichtung auch in dem die Befestigungsschraube 12 umgebenden Bereich unter vergleichsweise starker Pressung0 Der Pressungsbereich am Brennraum ist durch die Randeinfassungen 27, 28 (Fig0 l und 3) aus KTA-Stahl gegeben.
• Weitere mit Randeinfassungen versehene Stellen der Dichtung 21 sind aus Fig. 4 ersichtlich. Es sind dies Durchgangslöcher 30 - 34 für Befestigungsschraubens Öldurchgänge 35,36, Kühlwasserdurchgänge 37 - 40, sowie Durchgänge 41,42 für die beiden Ventilstößel.
• Um eine optimale Dichtwirkung zu erzielen, sind die der Abdichtung dienenden Randeinfassungen 27, 28 im Bereich des Eingriffs mit den Flächen von Zylinderblock 10 und Zylinderkopf 11 jeweils mit einer Schicht 43 bzwO 44 alls elastomerer Dichtmasse bedeckt, welche - wie Fig. 3 zeigt - die IJnebenheiten der betreffenden Flächen ausfüllt.
• Wie weiterhin aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Oberflächen der Blechlegen 18, 19, 20 durch das Sandstrahlverfahren aufgerauht, so daß eine starke Verklammerung derselben stattfindet und eine Verschiebung gegeneinander während des Motorbetriebes somit wirksam verhindert ist.
• Diese Aufrauhung ist vorzugsweise nur im Bereich der den Brennraum umgebenden Randeinfassung 27 (Fig. 4) vorzunehmen, wohingegen die übrigen Partien der-Oberflächen der Blechlagen 18, 19, 20 galvanisch verzinkt sein sollen.

Claims (12)

P a t e n t a n s p > r ü c h e

1. Flachdichtung zwischen zwei gegeneinander verspannten Bauteilen mit Durchgangskanälen für flüssige und/oder gasförmige Medien, Befestigungsschrauben und dgl., insbesondere zur Abdichtung von Zylinderköpfen an Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus mehreren aufeinanderliegenden B Blechlagen und - zumindest an abzudichtenden Durchgängen - metallischen Einfassungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlagen (18, 19, 20) mit einem korrosionsschützenden Material überzogen und zusätzlich in bekannter Weise sandgestrahlt sind.

2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlagen (18, 19, 20) einen Zinküberzug aufweisen.

3. Flachdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zinküberzug galvanisch aufgebracht ist.

4. Flachdichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur diejenigen Partien (27) der Blechlagen (18, 19, 20) sandgestrahlt sind, welche eine Stützfunktion ausüben.

5. Flachdichtung nach Anspruch 4 zur Abdichtung von Zylinderköpfen an Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß nur d den Brennraum umgebenden Partion (27) der Blechlagen (18,19, 20) sandgestrahlt sind.

6. Flachdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der sandgestrahlte Bereich (27) der Blechlagen jeweils einen Rand von etwa 4 mm Breite um die Brennraumbohrung herum bildet.

7. Flachdichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rauhtiefe im sandgestrahlten Bereich von etwa 8 - 20 µm

8. Verfahren zur Herstellung einer Flachdichtiing nach einem oder mehreren d.r Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Überziehen mit korrosionsschützendem Material und anschließende Sandstrahlen bereits am - vorzugsweise bandförmigen - Ausgangsmaterial für die Blechlagen - vor dem Ausstanzen derselben -erfolgt.

9. Verfahren zur Herstellung einer Flachdichtung nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Überziehen mit korrosionsschützendem Material am - vorzugsweise bandförmigen -Ausgangsmaterial für die Blechlagen und das anschließende Sandstrahlen nach dem Ausstanzen der einzelnen Blechlagen erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Blechlagen im Durchlaufverfahren sandgestrahlt werden, wobei sie durch eine Vorrichtung jeweils ausgerichtet und durch eine Maske abgedeckt werden, welche die sandzustrahlenden Partien frei läßt.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske - vörzugsweise automatisch -schwenkbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske mit einem vorzugsweise elastischen Schutzüberzug versehen ist.

L e e r s e i t e