DE3044095A1

DE3044095A1 - Zylinderkopfdichtung fuer nasse laufbuechsen aufweisende brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3044095A1
Application number: DE19803044095
Authority: DE
Inventors: Terence Peter Muggleswick Durham Nicholson
Original assignee: Individual
Current assignee: Nicholson Terence Peter Hexham Northumberland
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1980-11-24
Publication date: 1981-06-19
Also published as: FR2470903B1; FR2470903A1; GB2064677B; NL188814B; DE3044095C2; US4335890A; IT1130543B; GB2064677A; IT8068838A0; NL8006300A; SE8007947L; SE440816B; NL188814C

Description

Zylinderkopfdichtung für nasse Laufbüchsen aufweisende Brennkraftmaschinen

(Priorität der Anmeldung in Großbritannien vom 3. Dezember 1979, Nr. 7.941.63O)

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung für nasse Laufbüchsen aufweisende Brennkraftmaschinen, wobei die Dichtung ein Paar von äußeren Metallplatten mit nach außen gerichteten Sicken aufweist, die jedoch nicht an den Zylinderbohrungen vorhanden sind, und wobei ferner eine aus Metall bestehende gegebenenfalls mehrteilige Abstandsplatte zwischen diesen beiden äußeren Platten angeordnet und einmal aus einer mittleren Platte aus weichem Metall bzw. einer Metallschicht und weiter aus harten Metallschichten bzw. Platten an der Oberfläche gebildet sowie mit der mittleren Platte verbunden sind. Von der Anmelderin ist bereits vorgeschlagen worden, für Hochkompressionsmotoren Dichtungen zu verwenden, ■ bei welchen die Dichtung Sicken mit besonderer Doppelwellenform j versehen sind, sowie die Dichtung aus äußeren und inneren Metall- !

platten bzw. Metallschichten besteht (DE-Patentanmeldung P )j

Diese haben sich auch als sehr vorteilhaft für Trockenlaufbüchsen in Brennkraftmaschinen erwiesen.

Bei Verwendung der vorgeschlagenen Dichtung für Laufbüchsen jedoch, die sogenannte nasse Laufbüchsen sind, treten Schwierigkeiten auf. Diese gehen darauf zurück» daß die nassen Laufbü&hsen, welche die

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üblichen Zylinderbohrungen ersetzen bzw. in ihrem oberen Teil als Brennraum dienen, aus einbautechnischen Gründen mit ihrer Stirnfläche nicht unwesentlich über die Oberfläche des Zylinderblocks hinweg vorstehen müssen, also nicht unterhalb dieser Fläche enden können. Nunmehr müssen an die Zylinderkopfdichtung in diesem Zusammenhang zwei Forderungen gestellt werden, nämlich a) daß eine hinreichende Spannung an der Büchse anliegt, um das Brenngas abzudichten und b) daß keine übermäßige Last bzw. Spannung an der Laufbüchse anliegt, welche ein Ausbrechen am Rande und somit in der Wandung der Büchse verursachen würde. Die Überlegungen zeigen, daß wenn man versuchen würde, bei der nassen Laufbüchse eine Dichtung, wie bereits vorgeschlagen für trockene Laufbüchsen, zu verwenden, dazu führt, daß am umlaufenden Rand bzw. der Stirnkante der nassen Laufbüchse eine übermäßige Last aufliegen würde.

Zwar könnte der Nachteil dadurch beseitigt werden, daß man einmal die Zylinderkopfdichtung der trockenen Laufbüchse verwenden und diese maschinell bearbeiten würde, derart, daß der mittlere nicht mit Sicken versehene Teil um die Zylinderbohrungen herum beseitigt odgl. würde, so daß die nasse Laufbüchse vorstehen kann. Es zeigte sich jedoch, daß es schwierig ist, hier erforderliche mechanische Toleranzen einzuhalten. Es wurden ferner Überlegungen angestellt, die auch bei der erfindungsgemäßen Lösung einen Ansatzpunkt bildeten, daß man nämlich eine unabhängige Dichtung oder ein unabhängiges Dichtungselement für jede der Zylinderbohrungen des mit nassen Laufbüchsen ausgestatteten Motors vorsehen sollte. Jedes dieser Dichtelemente muß die Fähigkeit haben, eine hohe, aber nicht übermäßige Einheitsspannung aufzubringen, d.h. es ist erforderlich, die

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Spannlast in einem eng definierten Flächenbereich zu konzentrieren. Da ferner die Höhen des Laufbüchsenrandes von dem Motor oder von der Zylinderbohrung zur anderen unterschiedlich sind, muß ein solches Dichtelement die Fähigkeit haben₃ recht wesentlichen Änderungen zu genügen.

Deshalb wurden auch Überlegungen dahingehend angestellt, eine aus festem oder weichem Material bestehende Unterlegscheibe zu verwenden oder zweitens eine solche "weiche" Unterlegscheibe, deren Umfangsrand mit einer Mehrzahl von mit kleinem Abstand nebeneinander liegende Perforationen parallel zur Scheibenachse aufweist. Diese Überlegungen bzw. zugehörige Versuche führten aber nicht zum Ziel. Im ersteren Falle ergab es sich, daß die auf dem Rand lastende Spannung zu groß war, wenn es auf hinreichende Abdichtung des Brenngases ankommt, was aber unerläßlich ist. Im zweiten Falle spreizte jedoch die Unterlegscheibe sowohl radial nach einwärts als auch radial nach auswärts: Diese Materialdeformation kann aber nicht akzeptiert werden.

die

Demgemäß isTT'A'ufgabe zu lösen, bei nassen Laufbüchsen in Brennkraftmaschinen, die einer erhöhten Leistung ausgesetzt sind, eine auch über längere Zeit betriebssichere Zylinderkopfdichtung anzugeben bei der auch eine aufwendige maschinelle Be- oder Nacharbeit entfällt.

Man geht hier von einer Zylinderkopfdichtung mit einem Paar von äußeren Metallplatten (Metallschichten , Armierungen) aus, die je- > weils nach außen weisende Sicken haben, die Sicken jedoch in Be-

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reichen außerhalb der Zylinderbohrungen angeordnet sind und zvischen diesen äußeren Platten eine aus Metall bestehende Abstandsplatte, die mehrteilig sein kann, vorhanden ist, wobei die Abstandsplatte eine mittlere Schicht aus weichem Metall und darüber und darunter Metallschichten aus harbem Metall aufweist, die die Oberfläche der Abstandsplatte bilden und mit der mittleren Platte fest verbunden oder einstückig sind. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß einmal um jede Zylinderbohrungsöffnung eine als Dichtung dienende Scheibe bzw. Ringscheibe angebracht wird, deren jede Stirnfläche mit umlaufenden, Erhöhungen und Vertiefungen aufweisender Kontur, vorzugsweise im Schnitt V-förmig, verseil·= en ist. Hierbei soll die Dicke der Scheibe bzw. Ringscheibe, gemessen zwischen den Spitzen der Erhöhungen, etwas größer sein als die Dicke der zusammengesetzten Abstandsplatte. Auch soll die Dicke, gemessen zwischen den Tälern bzw. Vertiefungen dieser Wellenkontur wesentlich kleiner als diejenige der Abstandsplatte sein.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine Draufsicht auf die Dichtung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht₉ wobei jedoch die Lage der Sicken in den äußeren Platten der Dichtung gezeigt ist, Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt für eine beispielhafte Sicke mit einer Welle in Fig. 2, z.B. nach Linie I der Fig. 2, ; Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt durch eine beispielhafte ^: Doppelwellensicke in Fig. 2_S s.B. nach Linie YY der Fig. 2_S

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Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt nach einer Linien A-A der Fig. 1 und

Fig. 6 eine teilweise abgebrochene Seitenansicht, welche die Arbeitslage der Ringscheibe in bezug auf einen Zylinderblockteil zeigt, wobei letzterer eine nasse Laufbüchse eingepaßt ist.

Die in der Zeichnung dargestellte Dichtung, welche Abdichtung zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf in einer Gruppe von vier Zylindern in einem V-8 Dieselmotor mit nassen Laufbüchsen sicherstellen soll. Ein bzw. wesentlicher Teil dieser Dichtung hat die Konstruktion gemäß der älteren Anmeldung des gleichen Anmelders

(DE-Patentanmeldung P /GB-Anmeldung 7940625 vom 23.

November 1979). Wie Figuren 3, 4, 5 zeigen., hat die Dichtung 2 äußere Metallplatten I₃ kalt gewalzt aus weichem langgeglühtem Stahl der Gradation CS 4, jedes 0,38 mm dick, wobei zwischen diesen eine mittlere zusammengesetzte Abstandsplatte 2 liegt, die 0,79 mm dick ist. Die Platte 2 besteht ebenfalls 'aus weichem Stahl welches blank geglüht und erweicht worden ist. Es ist vorteilhaft, sie einer Oberflächenwalzung mit der Folge zu unterwerfen, daß eine Hartmetallschicht auf jeder ihrer Oberflächen gebildet wird.

Die Dichtung ist überall mit einer Kupferschicht von 25, 4 χ

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10 mm Dicke überzogen. Abgesehen hiervon sind äußeren Platten 1 mit Sicken von zwei unterschiedlichen Formen bzw. Gestalten versehen. Die Wege bzw. Einsatzbereiche dieser Sicken auf der Dichtung sind durch gestrichelte Kettenlinien in Fig. 2 dargestellt, wobei die Kettenli^nien entlang der Spitzen oder der Ortspunkte der Sickenlinien laufen.

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Aus Pig. 2 in Verbindung mit Fig. 3 geht hervor, dass eine Form der Sicke, welche entlang des Seitenrandes der Dichtung läuft, ein einzelnes V-Profil ist. Diese einzelne Wellensicke hat überall eine Breite von 1, 6 mm, sowie eine Höhe von 1,14 mm, gemessen von der äußeren Oberfläche der Platte 1.

Die andere Wellenform ist in Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 3 gezeigt und ist ein doppeltes V-Profil. Das doppelte V-Profil entspricht dem Gegenstand der DE-Patentanmeldung P 28 36 626.9 des gleichen Anmelders, derart, daß der Abstand d zwischen ebenen Flächen, welche das Wellental bzw. die Wellenkämme enthält, kleiner bzw. wesentlich kleiner als der Abstand zwischen dieser zweiten Ebene und Basisebene der Platte ist. Im folgenden Fall ist die Gesamtbreite der beiden Wellensicken 3_Λ10 mm, der Abstand zwischen den Wellenspitzen 1,6 mm und der Abstand d 0,76 mm.

Zur Erläuterung dessen, wie die Dichtung ausgebildet und/oder ausgerüstet ist, um im Dichtbereich Brenngase an den vier Zylinderbohrungen abzudichten, ist auf die Fig. 1, 5 und 6 bezug zu nehmen. Um Zylinderbohrungsöffnung 4 ist in der Dichtung für eine Länge r (Figuren 5 und 6), welche hinreichend ist, um die nasse Laufbüchse 5 und den benachbarten Rand des Zylinderblockes 6 zu überbrücken, zwischen Platten 1 eine Ringscheibe 7 eingesetzt, welche auf entgegengesetzten Seiten ringförmige bzw. umlaufende Wellenkonturen, Rippen bzw. Erhöhungen und Vertiefungen 7a hat. Vorzugsweise werden erfindungsgemäß Ringscheiben verwendet, bei denen der Durchmesser für die innere öffnung in der Ringscheibe zwischen 12,24 cm und 12,27 cm beträgt₉ während die Abmessungen für den

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cm Außendurchmesser hier 13,048 bis 13,086 betragen.

Die maximale Dicke der Ringscheibe 7, gemessen von den Spitzen der Wellen 7a, soll 1,27 mm betragen, während die minimale Dicke der Ringscheibe 7, gemessen zwischen den Wellentälern der Wellenelemente 7a 0,76 nun betragen soll. Die maximale Dicke der Ringscheibe 7 ist somit um ein bestimmtes Maß größer als dasjenige der Abstandsplatte 2, so daß hohe spezifische Anpressung gewährleistet ist. Die minimale Dicke der Ringscheibe ist vorzugsweise nicht unwesentlich kleiner als diejenige der Abstandsplatte 2, wodurch in vorteilhafter Weise hinreichend Raum zur Verfügung gestellt wird, um das überschüßige Material aufzufangen, welches beim Spannen wegfließen muß. Die Wellenelemente 7a sind weiter insofern vorteilhaft, als sie als Labyrinthdichtung wirken. Die Ringscheiben 7 sind vorzugsweise aus zinkblattiertem Stahl hergestellt, je nach Einzelfall aber auch aus rostfreiem STahl, was von der jeweiligen Betriebstemperatur abhängt.

Claims

Ib-. November I9ÖO Terence Peter Nicholson IG/Brü./66/LHG/225P39179

Patentansprüche

IJ Zylinderkopfdichtung für nasse Laufbüchsen aufweisende Brennkraftmaschinen, wobei die Dichtung ein Paar von äußeren Metallplatten mit nach außen gerichteten Sicken aufweist, die jedoch nicht an den Zylinderbohrungen vorhanden sind, und wobei ferner eine aus Metall bestehende gegebenenfalls mehrteilige Abstandsplatte zwischen diesen beiden äußeren Platten angeordnet und aus einer mittleren Platte aus weichem Metall bzw. einer Metallschicht und weiter aus harten Metallschichten bzw. Platten an der Oberfläche gebildet sowie mit der mittleren Platte verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zylinderkopfdichtung zwischen ihren äußeren Metallplatten oder Schichten (1,1) um die Zylinderbohrungsöffnung (4) ; herum mindestens eine Ringscheibe (7) aufweist, ideren jede Stirnfläche mit um die Zylinderöffnung herumlaufenden

jWellen- bzw. Rippenelementen (7a) mit vorzugsweise V-Profil bejsetzt sind,

und ferner die Dicke der Ringscheibe (7)₉ gemessen zwischen den Spitzen dieser Elemente (7a) in vorbestimmter Weise größer als die !Dicke der mittleren bzw. zusammengesetzten Platte (2) ist, während andererseits die Dicke, gemessen zwischen den Tälern dieser Elemente (7a), nicht unwesentlich kleiner als die Dicke dieser Abstandsplatte (2) ist.

ORIGINAL INSPECTED