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Weichstoffflachdichtung und ihr Herstellungs-
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verfahren Die Erfindung betrifft eine Weichstoffflachdichtung, insbesondere
Zylinderkopfdichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit Durchgangsöffnungen
für die Brennräume, das Schmieröl, das Kühlmittel und die Befestigungsschrauben
sowie ihr Herstellungsverfahren.
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Weichstoffdichtungsplatten für Zylinderkopfdichtungen von Verbrennungskraftmaschinen
bestehen üblicherweise aus gegebenenfalls metallisch verstärkten Asbestfaserplatten,
aus denen die entsprechenden Durchgangsöffnungen herausgestanzt sind. Zur Erzielung
einer verbesserten Dichtpressung und eines verbesserten Schutzes gegen heiße Brenngase
und die Flüssigkeiten sind die Ränder der Durchgangsöffnungen besonders geschützt.
So werden die Brennraumbereiche vorzugsweise durch im Querschnitt U - förmig über
den Weichstoff gebogene Bleche eingefaßt, und unter den Schenkel der Bördel sind
gegebenenfalls auch Federringe oder Gummi ringe eingelegt. Ebenso können in die
Durchgangsöffnungen auch meist profilierte Ringe aus Kunststoff, Gummi oder Metall
von rechteckigem oder rundem Querschnitt eingelegt sein oder als Metall-
ringe
werden gesickte Metallblechringe eingesetzt. Zusätzlich können die Dichtflächen
entsprechend den örtlichen Dichtbedingungen durch Auflagen oder Formgebungsverfahren
an bestimmten Stellen profiliert sein oder das Asbestfaservlies kann imprägniert
sein.
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Das Einlegen von zusätzlichen Dichtungsringen in die Durchgangsöffnungen
von Dichtungsplatten erfordert eine besondere Befestigungsmaßnahme. Auflagen, insbesondere
im Randbereich der Durchgangsöffnungen, führen darüberhinaus zu partiellen Erhöhungen
des Verformungswiderstandes der Dichtung, wodurch schließlich auch ungleiche Verformungen
in den abzudichtenden Flanschflächen, zum Beispiel im Zylinderkopf, hervorgerufen
werden.
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Während einerseits Asbest aufgrund seiner guten Temperaturbeständigkeit,
Wärmeisolierung und seiner Eigenschaft, ein gut komprimierbares Asbestfaservlies
zu ergeben, der ideale Werkstoff für die Herstellung von Zylinderkopfdichtungen
ist, ist jedoch Asbeststaub stark gesundheitsgefährdend, so daß zu erwarten ist,
daß die Verwendung von Asbest in der Zunkunft stark eingeschränkt werden muß oder
sogar verboten wird. Es sind daher auch schon asbestfreie Weichstoffzyl inderkopfdichtungen
aus Vliesen von anderen, meist synthetischen oder organischen Fasern vorgeschlagen
worden. Es ist jedoch problematisch, den Vliesen gleichzeitig die bei Zylinderkopfdichtungen
erforderliche gute Temperaturbeständigkeit und gute Komprimierbarkeit unter Druckeinwirkung
zu geben. Ferner werden auch als Weichstoffflachdichtungen, zum Beispiel für das
Anflanschen zweier Rohre, Flachdichtungen aus Gummi - oder Kunststoffplatten eingesetzt.
In diesen
Fällen ist allerdings insbesondere die thermische Belastung
nicht besonders hoch, so daß relativ einfache und preiswerte Werkstoffe verwendet
werden können. Für die Herstellung von Zylinderkopfdichtungen müßten dann aber spezielle
und relativ teure Kunststoffe oder Elastomere eingesetzt werden. Zusätzlich müßte
ihre Herstellung nach einem der aus der Kunststoff - oder Kautschuktechnologie bekannten,
relativ aufwendigen Formgebungsverfahren erfolgen, das heißt jede Dichtung müßte
in einem geschlossenen Vulkanisierformwerkzeug hergestellt werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst asbestfreie
Weichstoffflachdichtung, und zwar vorzugsweise eine Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen,
zu schaffen, welche eine den unterschiedlichen Abdichtbedingungen der Gas - und
Flüssigkeitsdurchgänge individuell angepaßte, gute Temperaturbeständigkeit und Komprimierbarkeit
besitzt. Das Verfahren ihrer Herstellung soll zugleich einfach und kostensparend
sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Auswahl und Anordnung von
einzelnen, an sich bekannten ringförmigen Funktionselementen gelöst, welche im Bereich
der Durchgangsöffnungen vorgesehen und den spezifischen Dichtbedingungen entsprechend
ausgewählt sind, und durch Verbinden der Funktionselemente mittels einer aus Kunststoff
oder Kautschuk bestehenden Trägerplatte im Restflächenbereich.
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Bei den erfinderischen Oberlegungen wurde davon ausgegangen, daß Flachdichtungen
praktisch nur im Bereich ihrer Durchgangsöffnungen eine Dichtfunktion zu erbringen
brauchen,
insbesondere dann, wenn die Dichtungsränder den jeweiligen
unterschiedlichen Beanspruchungsarten individuell gewachsen sind. Dies läßt sich
bei herkömmlichen, aus einer Dichtplatte aus homogenem Werkstoff bestehenden Dichtungen
nur nahezu realisieren, wenn entsprechende Ein -, Auf - oder Beilagen im Bereich
der Dichtungsränder vorgesehen werden. Erfindungsgemäß werden nunmehr für jede Durchgangsart
spezifische, ringförmige Funktionselemente eingesetzt und mittels einer Trägerplatte
im sogenannten Restflächenbereich zu einer Einbaueinheit verbunden. Die Restflächenbereiche
sind dagegen kaum Belastungen ausgesetzt und haben lediglich die Aufgabe, die in
die Bereiche der Durchgangsöffnungen eingelegten Funktionselemente, insbesondere
bei Transport, Lagerung und Montage, zu fixieren. Während des motorischen Betriebes
dagegen sind die Funktionselemente durch die Dichtpressung so weit positioniert,
daß ein Verrutschen weitgehend ausgeschlossen ist.
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Als Funktionselemente können in der Flachdichtungstechnik an sich
bekannte Bewehrungen von Durchgangsöffnungen eingesetzt werden. Dies sind insbesondere
Rechteckringe oder 0 - Ringe aus Metall, Kunststoff, Gummi oder Faserstoff, die
vorzugsweise zur Bewehrung der Flüssigkeits - und Schraubendurchgangsöffnungen verwendet
werden. Für die Brennraumöffnungen kommen in erster Linie Ringe aus Metall, und
zwar insbesondere gesickte Metallblechringe, in Frage. Darüberhinaus können aber
auch Metallbördel mit gegebenenfalls eingelegtem Weichstoff oder Federn verwendet
werden. Diese Funktionselemente können alle gesondert in billiger Massenproduktion
gefertigt und nach dem Baukastenprinzip zu einer motorspezifischen
Dichtung
konfektioniert werden.
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Für die Trägerplatten kommen in erster Linie duroplastische Kunststoffe
in Frage, wie Kunstharzmassen aus ungesättigtem Polyester, Phenolharze, Polyuräthanharze,
Polyamidharze oder Epoxidharze. Im Prinzip können jedoch auch Elastomere oder thermoplastische
Kunststoffe mit ausreichend hohem Erweichungspunkt eingesetzt werden. Die Kunststoff
- oder Elastomermassen können in üblicher Weise durch eingelagerte Gewebe, Rauhbleche,
Fasern oder Faserstoffe, vorzugsweise auf der Basis von Glasfaser, organischer Synthesefaser
oder Zellulosefaser, verstärkt sein. In einer bevorzugten und besonders preiswerten
Ausführungsvarianten können anstelle von Kunststoff -oder Elastomermassen auch selbstklebende
und gegebenenfalls faserverstärkte Kunststoffolien verwendet werden, auf die in
den entsprechenden Durchgangsbereichen die Funktionselemente aufgeklebt sind.
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Die Dicke der Trägerplatte kann aus fertigungstechnischen Gründen
der Höhe der Funktionselemente entsprechen. In besonderen Fällen, insbesondere bei
Verwendung von Funktionselementen unterschiedlicher Höhe, sollte die Dicke der Trägerplatten
jedoch geringer sein, um die Schraubenkräfte vollständig auf die Funktionselemente
wirksam werden lassen zu können.
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Davon unabhängig können die Funktionselemente auch vom Trägerplattenmaterial
dünn überzogen sein, um die Mikroabdichtung insbesondere von metallischen Funktionselementen
an diesen Stellen zu erhöhen.
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Zur Herstellung von erfindungsgemäßen Flachdichtungen brauchen die
Funktionselemente lediglich lagerichtig, das heißt ihrer späteren Position entsprechend,
auf beziehungsweise in ein Hilfswerkzeug gelegt zu werden, und anschließend erfolgt
das Einbringen der Kunststoff -oder Kautschukmasse flüssig, pastös oder pulverig
in die zwischen den Funktionselementen verbleibenden und den Restflächenbereich
bildenden Räume. Durch anschliessendes teilweises oder vollständiges Ausheizen der
Kunststoff - oder Kautschukmasse wird die Dichtung zu einer formstabilen Einbaueinheit.
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Das Einbringen der Kunststoff - oder Kautschukmasse in die Zwischenräume
erfolgt vorzugsweise durch Aufspritzen, Aufgießen oder Aufwalzen. Als Hilfswerkzeug
dient dabei eine einseitig offene Negativform. Diese kann aus Metall oder Kunststoff
bestehen. Zum Einbringen der Masse in die Zwischenräume können vorzugsweise gegebenenfalls
auf Siebe gelegte Schablonen mit den entsprechenden Konturen verwendet werden, durch
die die Massen mittels Walzen oder Rakeln in die gewünschten Zwischenräume eingepreßt
werden. Nach gegebenenfalls einem Trocknen erfolgt die Ausvulkanisation oder das
Aushärten in der Form in einem Durchlauf - Ofen oder mit in der Formplatte eingelegten
Heizelementen. Falls erforderlich, kann die Vulkanisation oder das Anheizen auch
in einer Heizpresse vorgenommen werden, indem das gefüllte Hilfswerkzeug zwischen
zwei ebene Heizplatten der Presse gebracht wird.
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Es können auch relativ dünne Folien als Trägerplatten verwendet werden.
Insbesondere können diese ein - oder beidseitig auf die Funktionselemente aufgeklebt
sein.
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Die Uffnungen werden dann aus den Folien vor oder nach dem Aufbringen
der Funktionselemente herausgestanzt.
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Durch die Erfindung ist somit eine nahezu asbestfreie Flachdichtung
von hoher Beständigkeit und spezifischer Abdichtgüte im Bereich unterschiedlicher
Durchgangsöffnungen geschaffen worden, so daß sie insbesondere als Zylinderkopfdichtung
in Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden kann. Die Herstellung der Dichtung
ist einfach, da die Funktionselemente sich schnell und preiswert in Massenfertigung
herstellen lassen. Die Trägerplatte ist völlig asbestfrei, und es können für sie
kostensparend relativ preiswerte Kunststoffe oder Kautschuksorten verwendet werden.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt. Es zeigen: Figuren 1 und 2 je einen Querschnitt durch das Hilfswerkzeug,
den Zylinderkopfdichtungsrohling und die Auftragsvorrichtung während der Fertigung
Figuren 3 und 4 Teilquerschnitte durch weitere Ausführungsbeispiele von Flachdichtungen
In Figur 1 ist 1 das Hilfswerkzeug mit Vertiefungen 2 für die Trägerplattenmasse
3 und Erhebungen an den Rändern 4 und den Durchgangsöffnungen für das Schmieröl
5, das Kühlwasser 6 und den Brennraum 7 dargestellt. Rund um die Schmieröl öffnung
ist ein einfacher Kupferbördel 8 eingelegt, während für den Kühlwasserdurchgang
6 ein
Gummirundring 9 und für den Brennraumdurchgang 7 ein Kupferasbestring
10 als Funktionselemente vorgesehen sind. Durch das Sieb 11 mit aufgelegter Schablone
12 wird mittels eines Rakels 13 eine Polyuräthanmasse 3 in die später die Trägerplatte
bildenden Zwischenräume 2 eingetragen.
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In Figur 2 wird die Kunstharzmasse 3 mittels einer Walze 14 in die
Zwischenräume 2 der Formplatte 1 eingewalzt. Der Querschnitt zeigt einen Flüssigkeitsdurchgang
6 mit umgebendem Gummirundring 9, einen Schraubendurchgang 15 mit umgebendem Rechteckring
16 aus Kupfer und Brennraumdurchgang 7 mit umgebendem Bördelring 10.
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Der Trägerplattenwerkstoff bedeckt dabei als dünne Schicht 20 die
Funktionselemente 9 und 16.
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In Figur 3 sind als Funktionselemente ein Gummirundring 9, ein Metallrechteckring
16 und ein Metallblechsickenring 17 auf eine selbstklebende Folie 18 aus Polyäthylenterephtalat
mit ausgeschnittenen Durchgangsöffnungen aufgeklebt. Die Funktionselemente 9,16,17
umgeben einen Kühlmitteldurchgang 5, einen Schraubendurchgang 15 und einen Brennraumdurchgang
7.
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In Figur 4 sind die auf die Folie 18 geklebten Funktionselemente 9,16,17
mit einer weiteren Folie 19 abgedeckt.