DE3134015A1 - Flachdichtung sowie verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

PATEN T'Ä"N*"W Ä L"T E* · UHLANDSTRASSE 14 c · D 7000 STUTTGART 1

A 44 652 b Anmelder. Elring

b - 196 Dichtungswerke GmbH

13. Juli 1981 Höhenstr. 24

7012 Fellbach

Flachdichtung sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung mit einer mindestens eine öffnung aufweisenden Dichtungsplatte und einem im Randbereich der öffnung angeordneten, ringförmigen Kanal mit metallischer Kanalwand und einer bei einer Pressungsbeanspruchung des Kanals nachgiebigen Füllung; insbesondere betrifft die Erfindung eine derartige Zylinderkopfdichtung.

Vor allem wegen der modernen Leichtbauweise von Hubkolbenmotoren wird es immer schwieriger, Motorenteile, vor allem Zylinderkopf und Motorblock, zuverlässig und dauerhaft gegeneinander abzudichten. Einerseits erlaubt es die Leichtbauweise nämlich nicht mehr, z. B. eine Zylinderkopfdichtung über größere Dichtflächenbereich hinweg mit relativ hoher Dichtflächenpressung einzuspannen, andererseits werden aber die thermischen und dynamischen Verformungen, denen eine Zylinderkopfdichtung im Betrieb ausgesetzt ist, immer größer. Aus der modernen Motorenkonzeption resultieren also starke räumliche Unterschiede in der Dichtflächenpressung, und zwar vor allem im Brennraumbereich.

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Deshalb hat man schon Flächdichturigen der eingangs erwähnten Art geschaffen/ bei denen die beispielsweise von einer üblichen Asbestplatte gebildete Dichtungsplatte im Bereich : des 8£fnüngsrands mit einem im Querschnitt ü-förmigen /" Metallblech-Ring so eingefaßt ist, daß zwischen dem letzeren und dem Öffnungsrand der Dichtungsplatte ein ringförmiger Kanal entsteht, in den ein Gummiring kreisrunden oder ovalen: Querschnitts eingelegt ist (z. B. DE-OS 26 04 253-und US-FS3595 589). Diese bekannte Zylinderkopfdichtung verhält sich: ähnlich wie eine andere bekannte Flachdichtung (DE-AS 1 :974 988) , bei der an die Stelle des Gummirings ein ^; Schraübenfederring tritt. ν .

Alle bekannten Flachdichtungen der eingangs erwähnten Art haben in Anwendungsfällen,in denen die Dichtflächenpressung räumlich nicht wenigstens annähernd konstant ist, den Nachteil, daß das von dem erwähnten Kanal gebildete Dichtelement keinen oder nur einen sehr geringen Ausgleich unterschiedlicher Pressungen längs des Umfangs des Öffnungsrands bewirken kann, so daß vor allem bei Hubkolbenmotoren in zunehmend extremer Leichtbauweise eine zuverlässige/ dauer- / hafte Abdichtung vor allem im Brennraumbereich einer Zylin— derkopfdichtung mit diesen bekannten Flachdichtungen nicht gewährleistet werden kann. Ein weiterer Nachteil der bekannten Flachdichtungen ist darin zu sehen, daß sie bei einer durch die Einspannkräfte bewirkten¹ Verformurig nur ein geringes Rückstellvermögen mit entsprechend kleinen Rück- ' Stellkräften zeigen. : ; ^ '.·

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Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung der eingangs erwähnten Art und insbesondere eine Zylinderkopfdichtung anzugeben, mit der auch dann dauerhaft und. zuverlässig abgedichtet werden kann, wenn im Bereich des Öffnungsrands der Flachdichtung räumlich relativ stark veränderliche Dichtflächenpressungen auftreten, wie dies vor allem", im Brennraumbereich der Zylinderkopfdichtungen moderner Hubkolbenmotoren der Fall ist. Erfindungsgemäß läßt sich nun diese Aufgabe dadurch lösen, daß für den Kanal eine Füllung verwendet wird, die wenigstens überwiegend aus einem zumindest im Einbauzustand der Flachdichtung flüssigen oder plastischen Material besteht^und daß der Kanal als überall hermetisch geschlossener und ausschließlich von der metallischen Kanalwand gebildeter Hohlraum gestaltet wird. Als plastisch verformbares Material für die Füllung können nicht nur im engeren Sinn plastische. Materialien verwendet werden, sondern ζ. B. auch ein Pulver. Eine solche Füllung ist in der Lage, sich auch solchen gegeneinander abzudichtenden Flächen anzupassen, die zu räumlich stark unterschiedlichen Dichtflächenpressungen führen, da sich beim Einbau der erfindungsgemäßen Flachdichtung jedes VoJ-umenelement der Füllung an jede beliebige Stelle des geschlossenen Kanals verdrängen läßt und dadurch längs des Öffnungsrands unterschiedliche Pressungen ausgeglichen werden können. Da bei der erfindungsgemäßen Flachdichtung der Kanal ausschließlich metallische Kanalwände aufweist und überall geschlossen ist, bleibt das Kanalvolumen auch bei von einer Pressungsbeanspruchung hervorgerufenen Verformungen zumindest im wesentlichen konstant. Infolgedessen werden.nicht

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nur die Spitzenwerte der Dichtflächenpressung abgebaut, sondern in konstruktionsbedingt verformungsweicheren Bereichen der gegeneinander abzudichtenden Bauteile werden höhere Dichtflächenpressungen aufgebaut als dies beim Einbau einer herkömmlichen Flachdichtung der Fall ist.

Während z.. B. Pulver als Füllmaterial in erheblichem Umfang kompressibel ist/ werden im wesentlichen inkompressible flüssige oder plastische Materialien für die Kanalfüllung bevorzugt. In diesem Fall kann eine gewünschte Kompressibilität dadurch erreicht werden, daß die Füllung einen entsprechenden Gasanteil aufweist.

Aus dem-vorstehenden ergibt sich, daß sich bei einer erfin*- dungsgeihäßen Flachdichtung im Randbereich der öffnung praktisch jede gewünschte Verformungscharakteristik einstellen läßt. . . : ·' ■ "

Für Maschinen/ die· bei über Raumtemperatur .liegenden Betriebstemperatüren arbeiten, insbesondere für Verbrennungsmotoren, empfiehlt es sich des weiteren, als flüssiges oder plastisches Material für die Füllung ein solches Material zu verwenden, welches sich bei der Betriebstemperatur der Flachdichtung in ein elastomeres Material umwandelt. Bei Verwendung einer solchen Flachdichtung wird der bei der Montage hergestellte Zustand der Dichtung bei der erstmaligen Inbetriebnahme des Motors fixiert, indem das Material der Füllung, durch die erstmalige Erwärmung vulkanisiert wird oder polymerisiert oder durch einen anderen Reaktionstyp sich

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verfestigt; gleichzeitig ändert.sich das Verformurigsverhalten der Dichtung im Randbereich der öffnung, d. h. im Bereich des erfindungsgemäß ausgebildeten Kanals, von einem ursprünglich überwiegend plastischen Verformungsverhalten in ein nunmehr überwiegend elastisches Verhalten. Eine solche Flachdichtung schafft also optimale VorrausSetzungen sowohl für die Montage als auch für die dauerhafte Abdichtung im Betrieb.

Über die.Auswahl des für die Füllung verwendeten Materials, die Menge und Art evtl. verwendeter Füllstoffe ect. ist eine Einstellung des gewünschten Langzeitverhaltens der erfindungsgemäßen Flachdichtung möglich (Setzverhalten, Verhalten unter Temperatureinwirkung und dergleichen). Auch wirkt sich die •metallische Kanalwand günstig aus, da sie einen gewissen Schutz vor der Einwirkung kurzzeitig auftretender Spitzentemperaturen bewirkt, da solche Wärmestösse über das Metall abgeleitet . werden, ohne daß sie sich voll auf die Füllung des Kanals auswirken können. Schließlich erlaubt auch die Auswahl einer entsprechenden Blechqualität und -dicke eine Einflußnahme auf das Verformungsverhalten des durch den Kanal gebildeten Dichtelements .

Am einfachsten wird der Kanal aus einem auf sich selbst zurückgebogenen Metallblech gebildet und durch eine in sich geschlossene, ringförmige Schweiß- oder Lötnaht verschlossen. Um beim Zuschweißen oder -löten ein unerwünschtes Verziehen des Metallblechs., zu vermeiden, empfiehlt sich ein Herstellungsverfahren, bei dem gleichzeitig an mehreren, längs des Kanals in gleichen

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Abständen, voneinander angeordneten Stellen mit dem Schweißen bzw. Löten begonnen und der Kanal von diesen Stellen aus überall im gleichen Richtungssinn -fortschreitend, verschlossen

wird. / ■"."·". ■■ . . -" '. ■ ." -; ■ ■■"■;. '■■- -

Die Erfindung eröffnet auch eine Möglichkeit^ bei den Dich- . tungsplatten von den bisher meist verwendeten sogenannten Weichstoffplätten wegzukommen - bei diesen handelt es sich meist um mit einem Bindemittel getränkte Asbestfaserplatten. Erfindungsgemäß kann nämlich eine Flachdichtung auch so aufgebaut werden, daß die Dichtungsplatte als ein- oder mehr- ■ lagige Blechplatte gestaltet und diese überall dort mit erfindungsgemäßen Kanälen als Dichtelementen versehen wird, wo ■ es auf eine besondere, linienförmige Abdichtung ankommt. Bei eine:r Zylinderkopfdicbturig würden also alle Durchgangsöffnungen der Dichtungsplatte im Öffnungsrandbereich mit einem . erfindungsgemäßen Kanal versehen werden, wobei dieser durchaus vpm Blech der Dichtungsplatte gebildet werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile, der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden iB&schreibung sowie der beigefügten zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen, als. Zylinderkopfdichtung gestalteten Flachdichtung; in der Zeichnung zeigen:

Figur 1 "eine Zylindefkopfdichtung in der Draufsicht;

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-j Figuren 2 bis 5 Schnitte nach der Linie 2-2 in Figur

1 durch verschiedene Ausführungsfonnen der Zylinderkopfdichtung, und

Figur 6 eine schaubildliche Darstellung eines

einen Brennraumdurchgang aufweisenden Bereichs der Zylinderkopfdichtung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.

Die in Figur 1 gezeigte Zylinderkopfdichtung 10 besitzt eine Dichtungsplatte 12 mit Brennraumdurchgängen- 14, Kühlwasserdurchgängen 16, öldurchgängen 18 und Schraubendurchgängen 20^. Wie die .Figur 2 erkennen läßt, besteht bei dieser Ausführungs-? form die Dichtungsplatte 12 aus einem ggf. mit einem Lack, . oder mit einer Kunststoffschicht beschichteten Blech 27., das_? wie anhand des linken Brennraumdurchgangs 14 er lau tert,.xf erden soll, im Bereich "des Rands der betreffenden Durchgangsöffnung unter Bildung eines ringförmigen Kanals 24 mit überall vollständig geschlossenem Kanalhohlraum 26 auf sich..selbst zurückgebögen/ worden ist. Dabei entsteht ein ringförmiger^ Randsteifen 28, der auf der eigentlichen Dichtungsplatte 12 aufliegt und mit dieser z. B. durch elektrisches Rollenschweißen hermetisch dicht verbunden werden kann. Eine in_t Figur 2 strichpunktiert angedeutete Schweißrolle wurde mit 30 bezeichnet.

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Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform ist der Kanalhohlraum 26 vollständig mit einer erfindungsgemäßen Füllung 32 ausgefüllt. Bei dieser soll es sich um einen gefüllten Fluorelastomer oder einen ebenfalls gefüllten Silikonelastomer handeln, die im unvulkanisierten Zustand in den Kanalhohlraum 26 eingebracht worden sind und eine solche stoffliche Beschaffenheit aufweisen, daß sie nach ihrem Einbau beim erstmaligen Betrieb des Motors infolge ihrer Erwärmung auf die Motor- Betriebstemperatur vulkanisieren und so von einem vorwiegend plastischen Zustand in einen überwiegend elastomeren Zustand übergehen.

Statt durch Schweißen könnte der Kanal 24 aber auch durch Löten oder durch Kleben verschlossen werden«

Die Figur 3 zeigt eine Alternative, die ungefähr symmetrisch zur Ebene eines die Dichtunsplatte 12 bildenden Blechs 22' ausgebildet ist. Da sich im übrigen die Ausführungsformen nach den Figuren 2 und 3 entsprechen, wurden die selben Bezügszeichen wie in Figur 3, jedoch unter Hinzufügung eines Strichs verwendet.

Während bei den Ausführungsformen nach den Figuren 1 bis 3 die Dichtungsplatte 12 als einfache Blechplatte ausgebildet ist, weist die Ausführungsform nach Figur 4.einen mehr konventionellen Aufbau auf. Hier ist nämlich in üblicher Weise ein Trägerblech 22'' vorgesehen', das ähnlich wie das Blech 22' bei der Ausführungsform nach Figur 3 einen Kanal 24'"

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bildet, jedoch beidseitig mit den üblichen. Weichstoffplatten 50'· beschichtet ist. Bei der Äusführungsform nach Figur 4 ist der Kanalhohlraum 26" jedoch nur größtenteils, aber nicht vollständig mit einem im Einbauzustand der Dichtung flüssigen oder plastischen Material 32·■ gefüllt, und außerdem enthält der Kanalhohlraum 26'' auch noch ein Gas 33'', das für eine gewisse Kompressibilität des Kanals 24'' sorgt.

Die Figur 5 zeigt eine Ausführungsform ähnlich denjenigen nach den Figuren 2 und 3. Es ist nämlich wiederum nur ein ggf. dünn beschichtetes Blech 22a vorgesehen, dessen Rand im Bereich einer Durchgangsöffnung wie eines Brennraumdurchgangs mit einem im Profil ungefähr ü-förmigen Blechstreifen 24b eingefaßt ist, welcher einen ringförmigen, mit. einer erfindungsgemäßen Füllung 32a ausgefüllten Kanal 24a bildet und dessen das Blech 22a übergreifende Schenkel mit dem Blech durch Schweißnähte 30a verbunden sind. Da- ' durch ergeben sich fertigungstechnische Vorteile., und außerdem kann ggf. für das Blech 22a ein geringerwertiges Material verwendet werden, so daß der Einsatz des hochwertigen Materials" auf den Bereich des Brennraumdurchgangs, d. h. auf den Blechstreifen 24b, beschränkt bleibt.

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Anhand der Figur 6 soll erläutert werden, wie der Kanal 24 der Ausfuhrungsfonn nach den Figuren 1 und 2 am zweckmäßigsten hergestellt wird. Erfindungsgemäß wird nämlich an mehreren, in gleichem Abstand voneinander angeordneten . Stellen 1, .11 und III mit dem Verschließen des Kanalhohlraums 26 durch Schweißen oder Löten begonnen, wobei der Vorschub der Schweiß- oder Lötwerkzeuge jeweils in Pfeilrich-' tung erfolgt. Die Schweißnaht wurde strichpunktiert angedeutet und mit 52 bezeichnet.

Zweckmäßigerweise verwendet man als Blech handelsübliche ' Stählbleche, vorzugsweise 0,1 - 0,4 mm dick, oder höchiegierte Stähle.

- ZV-Lee, rseite

Claims (1)

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   1. Flachdichtung mit einer mindestens eine öffnung aufweisenden Dichtungsplatte und einem im Randbereich der öffnung angeordneten, ringförmigen Kanal mit metallischer, Kanälwand und einer bei einer Pressun gsbeanspruehungfdes Kanals nachgiebigen Füllung/ dadurch gekennzeichnet^ t daß die metallische Kanalwand einen überall ; geschlossenen Kanal bildet und daß die Füllung wenigstens überwiegend aus einem zumindest im Einbauzustancl· der ^; Flachdichtung flüssigen oder plastischen Material be- ·

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   2. Flachdichtüng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige oder plastische Material imwesent- ; ■ liehen i|ikompressibel ist.

   3. Fltchdichtung nach Ansprvich 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung einen einer vergegebenen Kompressibilität des Kanals entsprechenden Gasanteil aufweist..

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   '4. Flachdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 3 für die über Raumtemperatur betriebenen Geräte, · dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige oder plastische Material von einer Art ist, daß es sich bei der Betriebstemperatur der Flachdichtung in ein elastomeres Material umwandelt.

   5. Flachdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige oder plastische Material ein Wärmeträgeröl oder ein gegebenenfalls gefüllter flüssiger oder plastischer Kunststoff, insbesondere ein unvulkanisierter Fluor-- oder Silikonelastomer_; ist.

   6. Flachdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal aus einem auf sich selbst zurückgebogenen Metallblech gebildet und durch eine in sich geschlossene, ringförmige Schweißoder Lötnaht verschlossen ist.

   7. Flachdichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal von einem ein- oder mehrlagigen Trägerblech der Flachdichtung gebildet wird. .

   8. Flachdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche -1 bis 5,·dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal von einem ungefähr U-förmigen Blechstreifen gebildet wird, dessen Schenkel eine Blechplatte der Flachdichtung übergreifen und mit dieser durch ringförmige

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   Schweiß- oder Lötnähte verbunden sind.

   9. Flachdichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte als ein- oder mehrlagige Blechplatte ausgebildet ist.

   10. Verfahren zur Herstellung einer Flachdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig an mehreren, längs des Kanals in gleichen Abständen voneinander angeordneten Stellen mit dem Schweißen bzw. Löten begonnen und der Kanal von diesen Stellen aus im gleichen Richtungssinn fortschreitend verschlossen wird.