DE3043190A1 - Sickendichtung fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Sickendichtung fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
Terence Peter Nicholson 11. November I980
Calf Hall, Muggleswiek, Derwentside IG/Wi./64LHG/225P39178
County Durham, England (GB)
(Priorität der Patentanmeldung in GB vom 23.11.1979, Aktenzeichen
7 94o 625)
Die Erfindung betrifft eine Sickendiehtung für Brennkraftmaschinen
in Form einer plattenartigen Flachdichtung, für Hochkompressionsmotoren,
bzw. für Brennkraftmaschinen mit Ladung bzw. Nachladung.
Solche Dichtungen bezwecken, die Trennfuge bzw. die Trennebene zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf bei Brennkraftmaschinen
mit innerer Verbrennung abzudichten, insbesondere wenn sogenannte trockene Laufbüchsen zum Einsatz kommen.
Es ist bereits bekannt, hierfür Dichtungen zu verwenden, die aus Asbest und Metall ( Metalleinlage, Armierung) zusammengesetzt sind
und aus mehreren Schichten bestehen können, um zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf in Motoren, die trockene Laufbüchsen verwenden
und bei welchen eine Fremdzündung benutzt wird, einzusetzen. Jedoch bei modernen Hochleistungsmotoren dieser Art treten Probleme
auf, besonders, wenn die Motoren mit einer Ladung bzw. Nachladung oder Turboladung betrieben und deshalb zu starken Vibrationen
neigen. Dann ist es in erhöhtem Maße schwierig, eine lecksichere Dichtung mit den bekannten Dichtungen VorbeZeichneter Art zu erreichen.
Darüber hinaus haben die mit Metall armierten Asbestdich-
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tungen grundsätzlich folgende Nachteile:
1. Die Eigenschaft von Asbestj Wärme zu isolieren, führt dazu,
daß extrem hohe thermische Gradienten im Motor auftreten, was sehr unerwünscht ist.
2. Die Tatsache, daß die zusammengesetzte Dichtung verquetscht wird, ist ein Hauptgrund dafür, daß zwischen Zylinderkopf
und Zylinderblock doch ein wesentliches Verziehen oder " Verzerren" mit der Folge stattfindet, daß die Dichtung während
der Heiz- und Kühlperioden sich bleibend setzt.
3. Es sind übermäßig hohe Spannkräfte erforderlich.
4. Es wird erforderlich, die Anzugsmuttern wieder anzuziehen,
weil die Spannkraft verloren geht; dies ist ein kostspieliger Arbeitsgang und
5. wenn nachgespannt wird, und da hierbei eine hohe Spannkraft benutzt werden muß, die leicht überschritten werden
kann, so ist die Folge ein schwerwiegender Verzug/ Lageveränderung
der Zylinderbohrungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die gattungsgemäße
Dichtung bei der Abdichtung von Gas, Wasser und öl- bzw. Systemen, gleichzeitig eine mehr lecksichere Dichtung als bisher zwischen
zwei Baueinheiten zu schaffen, die in sich als zellenförmig ( mit
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Bohrungen versehen) anzusehen sind, mit Stehbolzen odgl. verspannt
werden müssen und aus dem Zweck her ( Hochkompressionsmotor odgl.) Schwingungen erhöhter Amplitude und gleichzeitig
hohen thermischen Gradienten bei hohem Arbeitsdruck unterworfen sind, wobei letzteres eine Wechselbelastung ist.
Hierbei wurden folgende Überlegungen angestellt: Wenn man zwei zellenartige Bauteile durch Verbindungsbolzen zu
einem festen statischen Körper/ Masse vereinigen muß, dann ist dieser Ausgangspunkt an sich unrichtig, weil die abgedichtete Einheit
während der Arbeit des Motors sich wie eine Art "lebende" und schwingende Masse verhält. Dies verlangt, daß eine geeignete Dichtung
einen wesentlichen Anteil an Elastizität haben müsste.
Dieser Gesichtspunkt allein, ist jedoch nicht ausreichend, da zwei
andere Tatsachen noch sehr wichtig sind, nämlich:
Erstens muß man übermäßig hohe Spannkräfte vermeiden und zweitens ist es erforderlich, zu berücksichtigen, daß eine
möglichst effektive Wärmediffusion über eine möglichst große
Fläche der Dichtung erfolgen soll.
Um der ersten Erfordernis zu genügen, ist es wesentlich, daß man, anstelle die Spannkraft über die ganze Oberfläche zwischen den
Stirnflächen des Zylinderkopfes und Zylinderblockes zu verstreuen, die Last in eng definierten Bereichen konzentriert wird. Mit anderen
Worten, es sollte eine hohe spezifische Spannkraft vorliegen.
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Demgemäß müßte eine Sickendichtung an sich hinreichend sein. Während
andererseits eine solche Dichtung zwar elastisch ist, eine hohe Spannkraft aufnehmen kann und gut wärmeleitend ist, so haben
doch Versuche gezeigt, daß die vorliegende Elastizität ungenügend ist. Man hat versucht, die Elastizität dadurch zu verdoppeln, ohne
daß eine doppelte Spannkraft aufgebracht würde, indem man zwei Sickendichtungen Rücken an Rücken zusammenfügte. Dies gibt jedoch
eine Verbesserung bei Anwendung von nur 2o bis 25 % mehr an Spannkraft, zeigte jedoch, daß diese Erhöhung grundsätzlich nicht ausreichend
war. Es wurde ein weiterer Versuch unter Verwendung einer Sandwichkonstruktion gemacht, bei der zwei Sickendichtungen wie
vorstehend angegeben durch eine aus Stahl bestehende Abstandsplatte getrenntwaren. Es zeigte sich aber, daß wenn es darauf ankommt,
eine hinreichende Elastizität zu erhalten, so war der zweite Versuch weder besser noch schlechter, unabhängig davon, ob die Abstandsplatte aus hartem oder weichem Stahl bestand.
Dagegen wurde die erfindungsgemäße Aufgabe erst durch den Gegenstand
des Patentanspruches 1 gelöst.
Es wurde hierfür erforderlich, ein Paar von äußeren Metallplatten zu verwenden, die nach außen gerichtete Sicken in sich enthalten,
und es wurde ferner eine zusammengesetzte Metallplatte zwischen diesen Sickenplatten angeordnet, wobei die zusammengesetzte Platte
selbst aus einer mittleren Platte, bestehend aus weichem Metall, und harten Metallplatten bestand, die mit der mittleren Platte
vereinigt oder zu einer Einheit zusammengefaßt sind. Auf diese
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Weise wird eine dreistückige Dichtung geschaffen, bestehend aus den beiden äußeren Sickendichtungen und einer dazwischen liegende«
zusammengesetzten, aus Schichten bestehenden Platte. Die Verwendung der beiden harten Metallplatten als Oberschichtplatten, die
fest mit der mittleren aus weichem Metall bestehenden Platte bzw. Metallschicht vereinigt sind, wird darin gesehen, daß diese harten
Platten einen seitlichen Fluß der mittleren, weichen Metallplatte anstellen verhindern, wo eine hohe spezifische Anpressung erfolgt.
Die Erfindung kann vorteilhaft in Verbindung mit äußeren Sickenplatten
verwendet werden, die Gegenstand der DE-Patentanmeldung P 28 36 626.9 des gleichen Anmelders sind: Hierbei hat jede Sickenplatte
gem. dieser Anmeldung eine Sicke, die im Querschnitt doppelwellenförmig ist, derart, daß der Abstand zwischen einer ersten,
die Wellenspitzen enthaltenden Ebene und einer hierzu parallelen, das Wellental enthaltenden zweiten Ebene kleiner, im gegebenen
Rahmen möglichst wesentlich kleiner als der Abstand zwischen der ersten Ebene und der Basisebene der Dichtplatte ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die zusammengesetzte
Dichtung eine Weichmetallschicht auf jeder Seite aufweist, durch welche durch Löten oder Schweißen eine Schicht aus Federstahl
befestigt ist. Hier ist die mittlere Platte der zusammengesetzten Dichtung angesprochen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei der insbesondere
die Wirtschaftlichkeit bei der Massenherstellung ver-
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größert wird, ist dadurch gegeben, daß die Platten bzw. Schichten
mit der harten Oberfläche bzw. die Hartplatten dieser zusammengesetzten und mittleren Platte durch ein geringfügiges Nachwalzen
der mittleren Stahlplatte erfolgt, nachdem diese angelassen und weicher gemacht wurde.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf die Dichtung Fig. 2 eine abgebrochene Darstellung eines Teiles der
Dichtung an der Zylinderbohrung, vergrößert.
Fig. 3 eine abgebrochene Darstellung in Richtung des
Pfeiles E in Fig. 1
Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt gem. Linie X-X der Fig.2
und
Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt nach Linie Y-Y der Fig.l.
Die nachfolgend erläuterte, in der Zeichnung beispielsweise dargestellte
Dichtung bezweckt die Abdichtung der Trennebene zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf in einem 6-Zylinder-Motor, mit
trockenen Laufbüchsen und Selbstzündung, wobei der Motor mit einem Turbolader versehen ist. Wie aus Figuren 3,4,5 ersichtlich, weist
die Dichtung zwei äußere Platten aus kaltgewalztem, weichem blankgeglühtem Stahl der Graduierung CS 4 mit einer Dicke von 2,58 cm
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auf. Dazwischen liegt eine mittlere aber zusammengesetzte Platte 2 mit einer Dicke von o,79 mm. Die Platte 2 besteht also auch aus
weichem Stahl, welches blankgeglüht ( angelassen) und zum Erweichen gebracht wurde. Jedoch wird diese Platte so gewalzt, daß nur
die Oberfläche, (Haut) durch den WalzVorgang erfaßt wird, was dann
vorteilhaft ist, indem harte Metallschichten auf jeder ihrer Oberflächen gebildet wird: Dies ist ein wesentliches Merkmal, welches
sprunghaft die Eigenschaften der ganzen Dichtung verbessert. Vorzugsweise ist die Dichtung überall mit einer 25,4 χ lo~^ mm
dicken Kupfersehicht überzogen. Hiervon abgesehen sind die äußeren Platten 1 mit wellenförmigen Elementen bzw. Sicken mit zwei unterschiedlichen
Formen (Verläufen) versehen. Der Verlauf dieser Wellenelemente bzw. Sicken sind durch gestrichelte Linien in Pig. I und
2 dargestellt, die zu einer " Kette" zusammengefügt sind, gezogen zwischen den Spitzen ( Wellenkämmen) der Sicken.
Aus Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 5 ist eine Form der Sicke ersichtlich,
die entlang eines jeden Seitenrandes der Dichtung verläuft und ein einzelnes, V-förmiges Profil hat. Bei Verwendung
nur einer Welle als Sicke hat diese eine Gesamtbreite von 1,6 mm und eine Höhe, gemessen von der Oberfläche der äußeren Platte 1,
welche zwischen o,93 mm und I,o2 mm liegt.
Die andere Wellen- bzw. Siekenform ( nicht in Fig. 1 gezeigt), welche dazu dient, jede Zylinderbohrung zu umfassen, aber nur in
Fig. 2 für eine öffnung (Bohrung) gezeigt ist, hat ein doppeltes
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V-Profil, wie aus Pig. 4 ersichtlich. Das doppelte V-Profil soll
vorzugsweise die Kennzeichen der DE-Patentanmeldung P 28 36 626.9 haben, indem der Abstand d zwischen einer Ebene, welche die Spitzen
der zwei Wellen enthält, und einer Ebene, die parallel dazu verläuft und das Wellental berührt, kleiner bzw. beachtlich kleiner
als der Abstand ist, der zwischen der zuerst genannteniEbene
und der Basis dieser Platte liegt. Vorzugsweise ist die Gesamtbreite der beiden Wellen 3,18 mm, der Abstand zwischen den Wellenspitzen
ist 1,6 mm und der Abstand d ist 0,76 mm.
Es ist vorteilhaft, daß bei der erfindungsgemäßen Dichtung eine
nur verringerte Spannkraft von der Größenordnung von 1,783 kg/cm benötigt wird. Es hat sich auch gezeigt, daß wenn diese Dichtung
montiert und einem Versuch unterworfen wurde, während dessen sie 158 Stunden lang betriebsmäßig belastet und danach 5o Stunden lang
einer Dauerbelastung bei voller Leistung ausgesetzt wurde, ein Verziehen nicht feststellbar war. Je nach Einzelfall kann die
Dicke der mittleren Platte größer oder kleiner gewählt werden, in Abhängigkeit dessen,welche Elastizität für die Dichtung verlangt
wird. Ferner ist es möglich, daß der Verlauf einzelner Elemente, die Profile und Abmessungen der Dichtung, je nach Einzelfall,
unterschiedlich und den einzelnen Erfordernissen je nach Maschine und ihrer Arbeitsweise, angepaßt werden können.
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Claims (2)
- Terence Peter Nicholson 11. November 1980IG/Wi. / 64 LHG/ 225P39178Patentansprüche(1.iSickendichtung für Brennkraftmaschinen in Form einer plattenartigen Flachdichtung für Hoehkompressionsmotoren, bzw. Brennkraftmaschinen mit Ladung bzw. Nachladung oder Turboladung, dadurch gekennzeichnet,daß sie ein Paar von äußeren Metallplatten (I3I) aufweist, in welchen die Sicken nach außen gerichtet sind, während eine mittlere, zusammengesetzte aus Metall bestehende Platte (2) zwischen diesen äußeren Platten (1,1) vorhanden ist,wobei die mittlere Platte (2) eine mittlere Metallschicht bzw. Metallplatte aus relativ weichem Metall und ferner aus relativ härterem, bzw. hartem Metall bestehende Schichten aufweist, wobei die Schichten bzw. Platten der mittleren Platte zu einer Einheit verbunden oder einstückig ausgebildet sind.
- 2. Sickendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicke jeder der äußeren Platten (1,1) im Schnitt doppelwellenförmig ist, wobei der Abstand zwischen einer ersten, die Wellenspitzen der Sicken enthaltenden Ebene und einer hierzu parallelen, das Wellental der Sicke enthaltenden zweiten Ebene kleiner bzw. wesentlich kleiner als der Abstand zwischen der ersten Ebene und130022/082630431der Basisebene dieser bzw. der zugehörigen äußeren Platte (1,1) ist.3· Sickendichtung nach Anspruch I3 dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der mittleren Platte (2) Schichten sind, gewonnen durch Walzen- bzw. Kaltwalzen nach Beendigung des Blankglühens der mittleren Platte.130022/0626
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