DE3043190A1 - Sickendichtung fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Terence Peter Nicholson 11. November I980

Calf Hall, Muggleswiek, Derwentside IG/Wi./64LHG/225P39178 County Durham, England (GB)

Sickendichtung für Brennkraftmaschinen

(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)

1. Terence Peter Nicholson 11. November 1980

   IG/Wi. / 64 LHG/ 225P39178

   Patentansprüche

   (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. 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 und

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   der 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.

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