DE3223003A1 - Zylinderkopfdichtung fuer verbrennungsmaschine - Google Patents

Description

SIGRI ELEKTROGRAPHIT GJlBH Meitingen, den 18. JUNI 1982

Zylinderkopfdichtung für Verbrennungsmaschine

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung für Verbrennungsmaschinen aus einem durch Metalleinlagen verstärkten Schichtkörper aus flexiblem Graphit·- der mehrere mit den Zylinderbohrungen und anderen Ausnehmungen der Maschine fluchtende öffnungen aufweist und im Bereich der öffnungen mit einer den Graphit gegen Erosion und Abbrand schützenden Ummantelung versehen ist.

Überwiegend aus Asbest bestehende Zylinderkopfdichtungen sind wegen der möglichen gesundheitlichen Schädigung zunehmend Kritik ausgesetzt. Auch technisch befriedigen diese Dichtungen, vor allem bei starker thermischer Beaufschlagung nicht und es sind zahlreiche andere Stoffe allein oder in Kombination auf ihre Eignung für diesen Zweck untersucht worden. Zylinderkopfdichtungen aus Graphitfolie weisen eine vorzügliche thermische Beständigkeit auf und sind gegen Alterung unempfindlich. Graphitfolien erhält man im allgemeinen aus flockenförmig ausgebildetem Naturgraphit, der mit oxidierend wirkenden Säuren zu Graphiteinlagerungsverbindungen umgesetzt wird. Die Einlagerungsverbindungen werden thermisch zersetzt, wobei die Partikel zu Ziehharmonikaartig geblähten Gebilden expandieren, die ohne Zusatz

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von Bindern zu flexiblen Folien oder Schichtkörpern gewalzt oder gepreßt werden können. Unter dem Begriff Schichtkörper werden hier Formen verstanden, die aufgrund der Ausrichtung der expandierten Partikel eine ausgeprägte/ optisch erkennbare Schichtstruktur und entsprechend für ihre vektoriellen Eigenschaften, wie z.B. die thermische und elektrische Leitfähigkeit oder den thermischen Ausdehnungskoeffizienten,einen großen Anisotropiegrad aufweisen (DE-PS 1 253 130). Es ist ebenfalls bekannt, die Schichtkörper durch Metalleinlagen in Form weitmaschiger Gewebe, dünner Lochbleche mit spießartigen Ansätzen und dgl. mechanisch zu verstärken und besonders die Scherfestigkeit zu erhöhen (DE-OS 25 18 351). Zylinderkopfdichtungen aus verstärkten Graphitschichtkörpern sind mit einer Anzahl von öffnungen versehen, die mit den Zylinderbohrungen der Verbrennungsmaschine und anderen Bohrungen oder Ausnehmungen fluchten, die etwa dem Transport von Kühloder Schmiermittel dienen. Beim Betrieb der Maschine sind besonders die mit den Zylinderbohrungen korrespondierenden öffnungen hohen Beanspruchungen durch periodische Druck- und Temperaturzyklen ausgesetzt und die dadurch verursachten Strukturänderungen begünstigen den Angriff der erodierenden, sauerstoffhaltigen Verbrennungsgase auf den Schichtkörper. Zur Verbesserung der Standfestigkeit von aus Graphitschichtkörpern bestehenden Zylinderkopfdichtungen ist es durch die US-PS 3 841 bekannt, die Schichtkörper in einem jede Zylinderbohrung ringförmig umschließenden Bereich auf eine größere Dichte zu verpressen als den Rest der Dichtung. Man geht dabei von einer Zylinderkopfdichtung aus die in dem ringförmigen Bereich eine größere Dicke als die restliche Dichtung aufweist. Beim Einspannen wird die gesamte Dichtung auf die gleiche Dicke komprimiert,

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wobei der ringförmige dickere Bereich stärker verdichtet wird, beispielsweise auf fast 100 % der theoretischen Dichte. Derartige Zylinderkopfdichtungen sind wegen der größeren Erosions- und Oxidationsfestigkeit des dichteren Bereichs beständiger,, ohne daß der Anpreßdruck der Dichtung wesentlich erhöht werden muß.

Zylinderkopfdichtungen mit verdichteten Zonen im Bereich der den Bohrungen und sonstigen Ausnehmungen der Verbrennungsmaschine zugewandten Teilen weisen befriedigende Standzeiten im allgemeinen nur bei niedrigen und mittleren Beanspruchungen auf. Im Kontakt mit Verbrennungsgasen, die hohe Sauerstoff- und Feststoffgehalte aufweisen, reicht die Standfestigkeit der Dichtung nicht aus. Unter diesen Bedingungen verwendet man deshalb Zylinderkopfdichtungen, deren Oberfläche im Bereich der öffnungen mit dünnen Metallschichten oder -blechen ummantelt ist. Beispiele für derartige oxidations- und erosionsbeständigen Ummantelungen sind verzinkte oder mit Aluminium plattierte Stahlbleche mit einer Dicke von etwa 0,15 bis 0,25 mm, die mit den üblichen Bördelungsmethoden auf die Zylinderkopfdichtung aufgebracht werden. Bei diesem Verfahren wird der Dichtungskörper in den ummantelten oder umbördelten Bereichen zwangsläufig stärkerverdichtet als in den nichtummantelten Bereichen der Dichtung. Der Unterschied beträgt .bei den üblichen Verdichtungs- und Dickenverhältnissen etwa 40 bis 50 %, so daß die Rückstellkräfte im ummantelten Bereich nahezu um diesen Betrag größer sind. Die Spannungen bewirken häufig die Bildung von Rissen in der metallischen Ummantelung, die dadurch ihre Schutzfunktion einbüßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderkopfdichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die

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derartige Mängel nicht aufweist und deren Ummantelung den aus Graphit bestehenden Schichtkörper wirkungsvoll gegen Erosion und Oxidation schützt.

Die Aufgabe wird mit einer Zylinderkopfdichtung gelöst, bei welcher die Dicke des Schichtkörpers in seinen ummantelten Teilen wenigstens um die Dicke des Mantels kleiner ist als die Dicke des nichtummantelten Teils. Beträgt die Dicke des die Ummantelung bildenden Blechs beispielsweise 0,2 im, ist die Dicke des Schichtkörpers in dem ummantelten Teil wenigstens um diesen Betrag kleiner als in dem freien Teil des Schichtkörpers. Bevorzugt werden Schichtkörper, die über die Breite der Zylinderkopfdichtung eine unterschiedliche Anzahl von Graphitschichten aufweisen, also weniger Schichten in den ummantelten Teilen des Schichtkörpers und mehr Schichten in dem nichtummantelten Teil. Zur Herstellung von Schichtkörpern mit einer gestuften Anzahl von Schichten werden die Körper zweckmäßig durch Verdichten von expandierten Graphitpartikeln in einem Gesenk unter Verwendung profilierter Unter- und Oberstempel hergestellt oder durch Walzen von mit öffnungen oder Durchbrechungen versehenen Graphitfolien auf einen Kern aus nichtunterbrochenen Pollen. Die Rohdichte und damit der Verdichtungsgrad der Graphitschichten wird im einzelnen durch den Expansionsgrad der zu ihrer Herstellung verwendeten Graphitpartikel und den Betriebsbedingungen der Dichtung bestimmt, Schichten mit einer Rohdichte von 1,0 bis 1,5 g/cm sind jedoch wegen des breiten Anwendungsbereichs der Dichtung von besonderem Vorteil.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein hoher Verdichtungsgrad des Schichtkörpers in den ummantelten Teilen der Zylinderkopfdichtung, die an öffnungen der Dichtungsflächen grenzen, wegen der großen Rückstellkräfte häufig zu Rissen in diesem Bereich

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führt und eine Beschädigung oder gar Zerstörung der ummantelung bewirkt. Durch die Verminderung der Dicke der ummantelten Teile des Schichtkörpers werden die Kräfte in den kritischen Bereichen der Zylinderkopfdichtung auf einen die Standfestigkeit der Ummantelung nicht beeinträchtigenden Betrag gesenkt, wodurch vor allem die Standzeit der Dichtung beträchtlich zunimmt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen beispielhaft beschrieben» Es zeigen:

Fig. 1 - eine Zylinderkopfdichtung,

Fig. 2 - den schematischen Schnitt durch eine Zylinderkopfdichtung.

Der Schichtkörper aus flexiblem Graphit besteht aas den Schichten 1 ' , 1 " und 1'" und weist öffnungen 2 und auf. Die, öffnungen 2 fluchten bei der Verwendung der Zylinderkopfdichtung in einem Verbrennungsmotor mit den Zylinderbohrungen, die öffnungen 3 mit anderen dem Transport von Kühl- und Schmiermitteln dienenden Ausnehmungen des Motors. In einer die öffnungen 2 ringförmig umschließenden Zone 4 besteht der Schichtkörper nur aus der Schicht 1", die von dem Blech 5 ummantelt ist. Die Dicke der Schicht 1" ist kleiner als die doppelte Dicke des Blechs 5. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit enthält der Schichtkörper 1 das Spießblech 6 mit spießartig aus der Ebene des Blechs gebogenen Zipfeln.

Zur Herstellung der Zylinderkopfdichtung werden beispielsweise auf ein Spießblech, dessen Dicke 0,15 bis 0,25 mm, einschließlich der Spieße etwa 1,8 bis 2,0 mm beträgt beidseitig Graphitfolien gewalzt, deren Dicke 0,4 bis 0,6 mm und deren Rohdichte etwa 1,0 g/cm beträgt.

In einem zweiten Arbeitsgang werden beidseitig je eine weitere Graphitfolie der gleichen Beschaffenheit auf-

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gewalzt, die zuvor mit Ausnehmungen versehen worden waren, deren Größe und Abstand den Teilen der Dichtung entsprechen, die mit einer Ummantelung versehen werden. Aus dem Schichtkörper, dessen Rohdichte ohne das eingelagerte Spießblech 1,3 bis 1,5 g/cm beträgt, werden die Dichtungen und in die Dichtungen die verschiedenen öffnungen symmetrisch zu den Ausnehmungen gestanzt und diese Teile des Schichtkörpers im Bereich der öffnungen durch Bördeln mit Blechen ummantelt.

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Claims (3)

Patentansprüche

1.)Zylinderkopfdichtung für Verbrennungsmaschine bestehend aus einem durch Metalleinlagen verstärkten Schichtkörper aus flexiblem Graphit, der mehrere mit den Zylinderbohrungen und anderen Ausnehmungen der Maschine fluchtende öffnungen aufweist und im Bereich der öffnungen mit einer den Graphit gegen Erosion und Abbrand schützenden ummantelung versehen ist/ dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke des Schichtkörpers in seinen ummantelten Teilen wenigstens um die Dicke des Mantels kleiner ist, als die Dicke des nicht ummantelten Teils.

2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ummantelten Teile des Schichtkörpers aus weniger Graphitschichten bestehen als der nichtummantelte Bereich.

3. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch

gekennzeichnet

daß die Rohdichte der

Graphitschichten 1,0 bis 1,5 g/cm beträgt.

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