DE3043190C2

DE3043190C2 - Sickendichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3043190C2
Application number: DE3043190A
Authority: DE
Inventors: Terence Peter Muggleswick Durham Nicholson
Original assignee: Individual
Current assignee: Nicholson Terence Peter Hexham Northumberland
Priority date: 1979-11-23
Filing date: 1980-11-15
Publication date: 1985-05-09
Also published as: NL8006302A; FR2470252A1; SE439519B; GB2063386A; IT8068788A0; SE8007946L; NL191214C; FR2470252B1; GB2063386B; DE3043190A1; US4290616A; IT1129891B; NL191214B

Description

Die Erfindung betrifft eine Sickendichtung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Solche Dichtungen bezwecken bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung die Trennfuge zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf abzudichten, insbesondere wenn sogenannte trockene Laufbüchsen zum Einsatz kommen.

Es ist bekannt, aus mehreren Schichten bestehende Dichtungen aus Asbest und Metall zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf in Motoren zu verwenden, die trockene Laufbüchsen haben und eine Fremdzündung benutzen. Bei modernen Hochleistungsmotoren dieser Art treten jedoch Probleme dann auf, wenn Motoren mit Nach- oder Turboladung betrieben werden und deshalb zu starken Vibrationen neigen. Dann ist es schwierig, eine lecksichere Dichtung zu erreichen. Ferner haben die metallarmierten Asbestdichtungen grundsätzlich folgende Nachteile:

Die Eigenschaft von Asbest, Wärme zu isolieren, führt dazu, daß extrem hohe Temperaturgradienten im Motor auftreten, was unerwünscht ist.

Die Tatsache, daß eine Verbund-Dichtung nach dem Einbau verquetscht wird, ist ein Hauptgrund dafür, daß zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock doch ein Verziehen mit der Folge auftritt, daß die Dichtung während der Heiz- und Kühitakte sich bleibend setzt.

Es sind übermäßig hohe Spannkräfte erforderlich und man muß die Anzugsmuttern nachziehen, weil die Spannkraft verloren geht; dies ist ein kostspieliger Arbeitsgang. Wenn mit hoher Spannkraft, die leicht überschritten werden kann nachgespannt wird, ist die Folge ein nachteiliges Verziehen der Zylinderbohrungen.

Es ist bereits eine Sickendichtung eingangs genannter Art bekannt bei der V-förmig ausgebildete Sicken einander gegenüberliegen und die Dichtung durch eine als Zwischenblech ausgebildete Trägerplatte zwischen den Sickenblechen verstärkt wird, wobei die Sicken auch doppelwellenförmig ausgebildet sein können, um die Formsteifigkeit zu erhöhen. Die Höhe und/oder die Formsteifigkeit der Sicke soll mit wachsender Entfernung von den Verbindungsstellen der abzudichtenden Teile zunehmen. Hier wird das Problem angesprochen,

ίο einzelne Sickenbereiche den dort jeweils herrschenden Anpreßdrucken besser anzupassen. Allerdings erfordert diese Ausbildung einen komplizierten Sickenverlauf, einmal in Abhängigkeit von den Befestigungsmitteln bzw. Spannbolzen und eine besondere Ausbildung der Sicken selbst (DE-PS 8 93 598).

Bei einer anderen gesickten metallischen Dichtungsplatte besteht der Kern aus einer oder mehreren Lagen eines härteren elastischen Metalles, wobei dieser Kern beiderseits mit Lagen eines weicheren plastischen Metails belegt ist Alle Lagen nehmen jedoch an der Sickenbildung teil. Hier ist nicht das Problem angesprochen, außer einem Sickenblech weitere Metallpiatten zur Abdichtung heranzuziehen (DE-PS 8 62 536).

Bei einer Flachdichtung aus metallischen Blechlagen mit jeweils nach außer, gerichteten Sicken umfassen die Bördeleinfassungen der Sickenplatten eine mittlere Blechlage. Die mittlere Blechlage kann aus drei einzelnen Blechlagen bestehen. Diese Blechlagen können mit Sicken versehen werden. Hier ist aber nicht die Problemstellung angesprochen, gerade die mittlere Trägerplatte in Abstimmung mit den Sicken bei Hochkompressionsmotoren in besonderer Weise abzustimmen, so daß eine insgesamt hinreichend elastische Sickendichtung auch bei hohen Arbeitsdrücken und hoher thermischer Belastung betriebssicher bleibt (DE-GM 75 23 443).

Bei einer Dichtplatte in Verbundbauart besteht diese aus mehreren gesickten Platten, wobsi die Sickenspitzen der einen Platte in die Sickentälerder anderen Platte eingeführt sind. Eine besondere Trägerplatte als mittlere Verbundplatte für separate Sickenbleche um Hochkompressionsmotoren betrisbsfest abzudichten, wird nicht angesprochen (GB-PS 5 08 050).

Es ist ferner im Motorenbau bekannt, Bauteile aus einer Mehrzahl, z. B. drei oder mehr Metallplatten aufzubauen, bei der die Härte der einzelnen Platten bzw. ihre Elastizität unterschiedlich gewählt ist. Allerdings handelt es sich hier um Segmente von Motorkolben (FR-PS 9 06 350).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Sickendichiung der eingangs genannten Art. die einer hohen thermischen Belastung und gleichzeitig einem hohen Kompressionsdruck unterworfen ist, die Lecksicherheit bei Hochkompressionsmotoren zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Hierbei wurden folgende Überlegungen angestellt:

Wenn man zwei zellenartige Bauteile durch Verbindungsbolzen zu einer festen statischen Körpereinheit vereinigt, dann ist dieser Weg unrichtig, weil sich die abzudichtende Einheit während der Arbeit des Motors wie eine Art schwingende Masse verhall, so daß die Dichtung auch elastisch sein müßte. Kerner sind zwei weitere Tatsachen noch bedeutsam, nämlich:

Erstens muß man übermaßig hohe Spannkräfte vermeiden und zweitens soll eine möglichst effektive War-

meableitung über eine möglichst große Fläche der Dichtung erfolgen.

Um dem ersten Erfordernis zu genügen, ist es wesentlich, daß statt 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. 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, haben Versuche doch gezeigt, daß die Elastizität ungenügend bleibt Man hat versucht, die Elastizität, ohne daß eine doppelte Spannkraft aufgebracht würde, dadurch zu verdoppeln, daß zwei Sickendichtungen Rücken an Rücken zusammengefügt wurden. Diese Maßnahme erlaubt zwar eine 20 bis 25% höhere Spannkraft zu verwenden, zeigte jedoch, daß die Erhöhung grundsätzlich nicht ausreichend ist Ein weiterer Versuch unter Verwendung einer Sandwichkonstruktion, bei der zwei Sickendichtungen dutch eine aus Stahl bestehende Abstandsplatte getrennt waren, zeigt, daß wenn es auf hinreichende Elastizität ankommt, der zweite Versuch weder besser noch schlechter war, unabhängig davon, ob die Abstandsplatte aus hartem oder weichem Stahl besteht.

Die gestellte Aufgabe wird zufriedenstellend erst durch die Maßnahmen gelöst, daß ein Paar von äußeren Metallplatten, die nach außen gerichtete Sicken enthalten und eine zwischen ihnen liegende Verbundplatte aus Metall verwendet wird; die als Trägerplatte dienende Verbundplatte hat eine Zwischenlage aus weichem Metall und äußere harte Metallschichten, die mit der Zwischenlage zu einer Einheit vereinigt sind, so daß eine insgesamt dreiteilige Sickendichtung geschaffen wird. Eine solche kombinationsweise Verwendung von Metallplatten ergibt in vorteilhafter Weise, daß die härten Metallschichten einen seitlichen Fluß der Zwischenlage aus weichem Metal! an denjenigen Stellen verhindern, wo eine hohe spezifische Pressung und Belastung erfolgt.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Trägerplatte eine Weichmetallschicht auf jeder Seite aufweist, an welche durch Löten oder Schweißen je eine Schicht aus Federstahl befestigt ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei der insbesondere die Wirtschaftlichkeit bei der Massenherstellung verbessert wird, ist dadurch gegeben, daß die harten Metallschichten der mittleren Verbundplatte durch ein geringfügiges Nachwalzen der Verbundplatte gewonnen werden, nachdem die Verbundplatte angelassen und weicher gemacht worden ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Sickendichtung

F i g. 2 eine abgebrochene Darstellung eines Teiles der Dichtung an der Zylinderbohrung, vergrößert,

Fig.3 eine abgebrochene Darstellung in Richtung des Pfeiles fin Fi %. 1,

Fig.4 einen Schnitt nach Linie X-Xder Fig.2, vergrößert und

Fi g.5 einen Schnitt nach Linie Y-Yder Fig. 1, vergrößert.

Die in der Zeichnung dargestellte Sickendichtung liegt in der Trennfuge zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf in einem 6-Zylinder-Motor mit trockenen Laufbüchsen und Selbs Zündung, wobei der Motor mit einem Turbolader versehen ist Wie aus F i g. 3, 4, 5 ersichtlich, weist die Sickendichtung zwei äußere Metallplatten aus kaltgewalztem weichem blankgeglühtem Stahl auf. Dazwischen liegt eine Trägerplatte 2 als Verbundplatte mit einer Dicke von 0,79 mm. Die Trägerplatte 2 besteht aus weichem Stahl, welches blankgeglüht (angelassen) und zum Erweichen gebracht wurde. Jedoch wird die Trägerplatte so gewalzt daß nur die Oberflächenschicht durch den Walzvorgang erfaßt wird, und harte Metallschichten auf jeder ihrer Oberflächen gebildet werden. Hierdurch werden vorteilhaft die Eigenschaften der ganzen Dichtung verbessert Vorzugsweise ist die Sickendichtung überall mit einer 0,0254 mm dicken Kupferschicht überzogen. Hiervon abgesehen haben die äußeren Metallplatten 1 wellenförmige Sicken mit zwei unterschiedlichen Formen. Der Verlauf dieser Sicken ist durch gestrichelte Linien in F i g. 1 und 2 dargestellt, die einen zwischen den Sickenspitzen gezogenen Linienzug zeige·-

Aus F i g. i in Verbindung mit F i g. j i't eine Form der Sicke ersichtlich, die entlang eines jeden Seitenrandes der Sickendichtung verläuft und ein V-förmiges Profil hat. Bei Verwendung nur einer Sicke hat diese eine Gesamtb^rsite von 1,6 mm und eine Höhe, gemessen von der Oberfläche der äußeren Platte 1, zwischen 0,93 mm und 1,02 mm.

Die andere Sickenform (nicht in F i g. 1 gezeigt), welche dazu dient, jede Zylinderbohrung ^u umfassen, aber nur in F i g. 2 für eine Brennraumöffnung gezeigt ist, hat ein Doppel-V-Profil, vgl. Fig.4. Das Doppel-V-Profil hat vorzugsweise einen Abstand dzwischen einer ersten Ebene, welche die Spitzen der zwei Wellen enthält, und einer Ebene, die parallel dazu verläuft und das Wellental berührt und kleiner bzw. beachtlich kleiner als der Abstand d\ ist, der zwischen der ersten Ebene und der Basisebene der äußeren Metallplatte liegt. Vorzugsweise ist die Gesamtbreite der beiden Sicken 3,18 ΐΆτη, der Abstand zwischen den Sickenspitzen 1,6 mm und der Abstand c/0,76 mm.

es ist vorteilhaft, daß bei der Sickendichtung eine nur verringerte Spannkraft für den Zylinderkopf von etwa 1,783 kg/cm² benötigt wird. Es hat sich auch gezeigt, daß wenn die Sickendichtung montiert und einem Versuch unterworfen wird, während dessen sie 158 Stunden lang betriebsmäßig belastet und danach 50 Stunden lang einer Dauerbelastung bei voller Leistung ausgesetzt wurde, ein Verziehen nicht feststellbar war. Je nach Einzelfall kann die Dicke der Trägerplatte größer oder kleiner gewählt werden, in Abhängigkeit davon, welche Elastizität für die Sickendichtung verlangt wird. Ferner ist es möglich, daß der Verlauf einzelner Elemente, Profile und ,abmessungen der Sickendichtung je nach Einzelfall unterschiedlich gewählt ist und den einzelnen Erfordernissen je nach Maschine und ihrer Arbeitsweise, angepaßt ist.

Hie-zu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sickendichtung für Brennkraftmaschinen in Form einer plattenartigen Flachdichtung für Hochkompressionsmotoren bzw. Brennkraftmaschinen mit Ladung bzw. Nach- oder Turboladung, die ein Paar von äußeren Metallplatten aufweist in weichen die Sicken nach außen gerichtet sind, während eine mittlere aus Metall bestehende Trägerplatte zwischen den äußeren Platten vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (2) eine Verbundplatte aus zwei harten Metallschichten mit einer Zwischenlage aus relativ weichem Metali ist

2. Sickendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Sicke jeder der äußeren Metallplatten (J, 1) im Schnitt doppelwellenförmig ist, wobei der Abstand (d) 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 (d\) zwischen der ersten Ebene und der Basisebene der zugehörigen äußeren Metallplatte (1,1) ist

3. Sickendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die harten Metallschichten durch Walzen bzw. Kaltwalzen nach Beendigung des Blankglühens Her Trägerplatte gewonnene Oberflächenschichten sind.