DE2646832A1

DE2646832A1 - Flachdichtung, insbesondere zylinderkopfdichtung

Info

Publication number: DE2646832A1
Application number: DE19762646832
Authority: DE
Inventors: Willi Ing Grad Schwenkel
Original assignee: LECHLER ELRING DICHTUNGSWERKE; Elring Dichtungswerke GmbH
Current assignee: LECHLER ELRING DICHTUNGSWERKE; Elring Dichtungswerke GmbH
Priority date: 1976-10-16
Filing date: 1976-10-16
Publication date: 1978-04-20
Also published as: DE2646832C3; ES231387U; FR2367960B3; ES231387Y; FR2367960A1; DE2646832B2

Description

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29. Sept. 1976

Firma

elring Dichtungswerke KG

7I17 Dettingen

Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung, mit mindestens einer Weichstofflage, vorzugsweise mit zwei äußeren Weichstofflagen, zwischen die mindestens eine Metallblecheinlage eingebettet ist, wobei wenigstens eine als Dichtungsfläche dienende Weichstofflagenoberfläche ein Raster kleiner, vorzugsweise eingeprägter Vertiefungen aufweist, zwischen denen sich ein Netz von zusammenhängenden Stegen erstreckt.

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Für Motoren, bei denen die Zylinderkopfdichtung nicht allzuhoch beansprucht wird, werden schon Flachdichtungen der eingangs erwähnten Art verwendet, die dadurch hergestellt werden, dass man mit einem flachen Prägewerkzeug oder einer Prägewalze kleinste, fast schon punktförmige Vertiefungen, die die Gestalt einer vierseitigen Pyramide haben, in die nach aussen gekehrten Oberflächen der Weichstofflagen einprägt, um die effektive Auflagefläche der Flachdichtung an den abzudichtenden Flächen zu verringern und dadurch bei vorgegebenen Einspannkräften die spezifische Flächenpressung an den effektiven Auflageflächen der Dichtung zu erhöhen. Man vergrössert also die verfügbare Dichtpressung, gleichzeitig wird aber der Verformungswiderstand der Flachdichtung in Normalrichtung herabgesetzt, so dass sich deren Weichstofflagen noch besser der Oberflächenstruktur der abzudichtenden Flächen anpassen können.

Für hochbelastete Flachdichtungen haben sich die erwähnten bekannten Hassnahmen jedoch als ungeeignet erwiesen, vor allem bei einer hohen dynamischen Beanspruchung ausgesetzten Zylinderkopf dichtungen. Gerade bei den letzteren kommt es entscheidend auf die Dauerstandfestigkeit an, die eine ausreichende

in Nornialrichtung Erhöhung des Verformungswiderstands der Flachdichtung/erfordert und im allgemeinen durch eine sich möglichst gleichmäßig über die ganze Dichtungsfläche erstreckende Verdichtung des Materials der Weichstofflagen erreicht wird. Deshalb hatte man es bisher für notwendig erachtet, dort, wo eine hohe Dauerstandfestigkeit trotz hoher und vor allein dynamischer Beanspruchungen gefordert wurde, Flachdichtungen mit überall gleichmäßig verdichteter, glatter Oberfläche einzusetzen und dabei in Kauf zu

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nehmen, dass verhültnismässig hohe Einspannkräfte erforderlich sind, um trotz den erhöhten Verformungsv/iderstands der Flachdichtung in Normalrichtung die erforderliche geometrische Anpassung der Oberflächen der Klachdichfcung an die Bearbeitungsstruktur der Gegendichtflächen zu erreichen.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine Flachdiohtung zu schaffen, die sich trotz hoher Dauerstandfestigkeit, welche vor allem bei dynamischen Beanspruchungen der Dichtung von ausschlaggebender Bedeutung ist, bei vorgegebenen Einspannkräften dennoch besser an die Oberflächenstruktur der abzudichtenden Flächen anpasst als die bisher bekanntgewordenen hochbelastbaren PLachdichtungen mit großer Dauerstandfestigkeit. Ausgehend von einer PLachdichtung der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vertiefungen auf ihrem Grund durch zur Ebene der Flachdichtung zumindest nahezu parallele Flächen begrenzt sind, deren Gesamtfläche mindestens ungefähr gleich groß ist wie die Gesamtfläche von zur Ebene der Flachdichtung ungefähr parallelen Flächen der Stegkämme. Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung der Oberflächen der Flachdichtung sind die miteinander verbundenen, schmalen Stege verhältnismäßig verformungsweich, d.h. wegen der geringen effektiven Auflagefläche der Flachdichtung beim Beginn des Einspannens weist die Flachdichtung im Bereich dieser Stege einen wesentlich geringeren Verformungswiderstand in Normalrichtung auf als die überall gleichmäßig verdichteten, bekannten Flachdichtungen, jedoch gewährLeisten die zwischen den Stegen liegenden, verdichteten und ebenen Flächenbereiche, die den

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Grund der Vertiefungen bilden, die gewünschte Druck-Dauerstandfestigkeit der Flachdichtung. Die Erfindung erfüllt also überraschenderweise die scheinbar grundsätzlich im Widerspruch zueinanderstehenden Anforderungen einer hohen Druckstandfestigkeit und einer günstigen Verformbarkeit und führt deshaLb zu einem sprunghaften technischen Fortschritt auf dem Gebiet hochbelastbarer Flachdichtungen. Noch ausgeprägter werden die Vorteile der Erfindung, wenn das Material der Weichstofflage am Grund der Vertiefungen eine höhere Dichte aufweist als im Kammbereich der Stege, was sich durch eine entsprechende Verfahrensführung beim Einprägen der Vertiefungen erreichen läßt.

Die Verformungscharakteristik einer erfirnlungsgemässen Flachdichtung wird mas»gebend bestimmt durch das Verhältnis dar Gesamtfläche der zur Kbene der Flachdichtung ungefähr paraLLelen ütegflächen zu der Gesamtfläche der die Vertiefungen unten begrenzenden Flächen, so dass dem Fachmann ein Paramter an die fland gegeben ist, durch dessen Wahl er die Qualität und geometrische Gestalt der abzudichtenden Flächen berücksichtigen kann. Eine feine Rasterteilung ermöglicht es, praktisch die Druck-Dauerstandfestigkeit bekannter hochbelastbarer Nachdichtungen zu erreichen, wenn die Gesamtfläche der den Grund der Vertiefungen bildenden Flächen wesentlich und vorzugsweise um ein Vielfaches grosser ist als die Gesamtfläche der zur Ebene der Flachdichtung parallelen Flächen der Stegkämme, und als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die iJtegkämnie ein spitzwinkliges Profil aufweisen.

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Die Oberfläche der Weichstofflage bzw. der Weichstofflagen kann bereits bei deren Herstellung profiliert werden; insbesondere bei Metallblecheinlagen aufweisenden Flachdichtungen kann es aber vorteilhafter sein, wenn die Vertiefungen erzeugt werden, nachdem die Weichstofflagen mit der Metallblecheinlage verbunden worden sind, weil dadurch das gesamte, komplexe Gebilde verdichtet wird.

Die Rasterteiluncj ist zweckmässigei'weise so fein, dass sich an der in der Draufsicht schmälsten Stelle der Flachdichtung an deren Oberfläche noch mindestens drei, allseits von Stegen umgebene Vertiefungen befinden, beispielsweise also zwischen den verschiedenen Durchgängen einer Zylinderkopfdichtung. Besonders empfehlenswert ist eine Rasterteilung zwischen 0,5 und 3,0 mm.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten zeichner!sehen Darstellung zweier bevorzugter husf ülu ungsf ormen der erfindungsgemässen I'lachdichtung; es zeigen;

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung am Beispiel einer Ausführung mit Metallbleche J nlage;

I'ig. 2 einen /umschnitt aus dieser Zylinderkopfdichtung in vergrösserter, perspektivischer Darstellung;

I'ig. 3 einen Schnitt durch den in Fig.. 2 gezeigten Teil der Zylinderkopfdichtung und

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Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform.

Die Fig. 1 zeigt eine Zylinderkopfdichtung 10 für einen Vierzylindermotor mit Durchgängen 12 für die Verbrennungsräume,

und 15 bzw.Schmieröl Durchgängen 14/für das Kühlwasser/sowie Durchgängen 16 fur die Zylinderkopfschrauben. Das Raster aus erfindungsgemässen Vertiefungen und Stegen ist durch eine entsprechende Punktierung angedeutet worden.

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Die Fig. 2 und 3 lassen erkennen, dass die Zylinderkopfdichtung zwei Weichstof£ Lagen 20 und 22 aufweist, zwischen denen eine Metallblecheinlage 24 angeordnet ist. Mit Hilfe eines flachen Prägewerkzeugs oder einer Prägewalze entsprechender Gestalt wurden nun in die nach aussen gekehrten Oberflächen der Weichstofflagen 20 und 22 Vertiefungen 26 eingeprägt, zwischen denen ein Netz zusammenhängender, erhabener Stege stehengeblieben ist. Die Vertiefungen 26 v/eisen an ihrem Grund viereckige Flächen 30 auf, die zur Ebene der Flachdichtung parallel sind. Im Bereich dieser Flächen ist das Material der Weichstofflagen 20,22 am höchsten verdichtet, und vorzugs-

die Ausgangsstruktur des weise beträgt die Verdichtung - bezogen auf / Weichstoffs zwischen ungefähr 15 und 25%. Im Bereich der Flächen 30 weist die Flachdichtung also einen hohen Verformungswiderstand in Normalrichtung auf.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 besitzen die Stege 28 im Kaminbereich zur Ebene der Flachdichtung parallele Flächen 34, deren Gesamtfläche jedoch erfindungsgemäss kleiner, insbesondere wesentlich kleiner als die Gesamtfläche der Flächen 30 ist. Das die Stege 28 bildende Material der Weichstofflagen ist noch verhältnismässig wenig verdichtet, so dass die Stege 28 einen relativ geringen Verformungswiderstand in Normalrichtung der Flachdichtung besitzen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäss den Fig. 2 und 3 sind die Stege ungefähr 0,1 mm hoch, und die Kantenlänge der Flächen 30 beträgt ca. 1 nun.

Die Ausführungsform gemäss Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen gemäss den Fig. 2 und 3 dadurch, dass die Stege 28'

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ein dreieckiges, spitzwinkliges Profil aufweisen, so dass das erwähnte Flächenverhältnis zunächst - d.h. zu Beginn der Verformung der Flachdichtung beim Einbau - unendlich ist.

Man sieht nun deutlich, dass bei dem Prägen der erfindungsgemässen Vertiefungen der Weichstoff in Normalrichtung verdichtet wird, während beim Prägen der Vertiefungen mit der Gestalt vierseitiger Pyramiden bei den bekannten Flachdichtungen der eingangs erwähnten Art der Weichstoff im wesentlichen nach der Seite zu und damit in die Stege hinein verdrängt v/ird, so dass sich eine völlig andere Verformungscharakteristik ergibt wie bei der erfindungsgemässen Flachdichtung. Deshalb und vor allem wegen des im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Flächenverhältnisses besitzt die erfindungsgemäße Flachdichtung im eingebauten Zustand die hohe Druckdauerstandfestigkeit der bekannten hochbelastbaren Flachdichtungen, da die Stege bei einer erfindungsgemäßen Flachdichtung beim Einbau dank ihres geringen Verformungswiderstands zwar die Abdichtungsanpassung bewirken, aber praktisch flachgedrückt werden, während die verdichtete (Irundflache der zuvor existierenden Vertiefungen, welche den größten Teil der Oberfläche der Flachdichtung bildet, die dynamische Dauerbeanspruchung übernehmen kann.

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Claims

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Patentansprüche :

Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung, mit mindestens einer Weichstofflage, vorzugsweise mit zwei äußeren Weichstofflagen, zwischen die mindestens eine Metallblecheinlage eingebettet ist, wobei wenigstens eine als Dichtungsfläche dienende Weichstoffiagenoberflache ein Raster kleiner, vorzugsweise eingeprägter Vertiefungen aufweist, zwischen denen sich ein Metz von zusammenhängenden Stegen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (26) auf ihrem Grund durch zur Ebene der Flachdichtung (10) zumindest nahezu parallele Flächen (30) begrenzt sind, deren Gesamtfläche mindestens ungefähr gleich groß ist wie die Gesamtfläche von zur Elbene der Flachdichtung ungefähr parallelen Flächen (3'0 der Stegkämme.

2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Weichstofflage (20,22) am Grund der Vertiefungen (26) eine höhere Dichte aufweist als im Kammbereich der Stege (28).

3. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtfläche der den Grund der Vertiefungen

(26) bildenden Flächen (30) wesentlich und vorzugsweise um ein Vielfaches grosser ist als die Gesamtfläche der zur Ebene der Flachdichtung (10) parallelen Flächen (34) der Stegkämme.

k. Flachdichtung nach Anspruch 1 oder 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Stegkämme (28¹) ein spitzwinkliges Profil aufweisen.

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5. Flachdichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasterteilung zwischen 0,5 und 3,0 mm liegt.

6. Flachdichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an der in der Draufsicht schmälsten Stelle der Flachdichtung (beispielsv/eise zwischen 12 und 16) an deren Oberfläche noch mindestens drei, allseits von Stegen (28,28') umgebene Vertiefungen (30) befinden.

7· Verfahren zur Herstellung einer Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (30) erzeugt v/erden, nachdem die Weichstofflagen (20,22) mit der Metallblecheinlage (24) verbunden worden sind.

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