DE3403875A1

DE3403875A1 - Flachdichtung

Info

Publication number: DE3403875A1
Application number: DE19843403875
Authority: DE
Inventors: Hubert Dübendorf Hilbrand
Original assignee: Klinger AG
Current assignee: Klinger AG
Priority date: 1984-02-04
Filing date: 1984-02-04
Publication date: 1985-08-08
Also published as: DE3403875C2

Description

"Flachdichtung"
Die Erfindung betrifft Flachdichtungen, die zur Gänze oder mindestens in den Außenschichten aus flexiblem Graphit bestehen, die zwischen öffnungen aufweisenden Dichtflächen einspannbar sind.
Bei flexiblem Graphit handelt es sich um natürlichen Graphit, dessen Kristallgitter durch ein spezielles Verfahren um mehr als das 8-fache aufgeweitet ist. Die bei diesem Verfahren entstehenden wurmförmigen Partikel werden in einem stufenweisen Kalandrierprozeß zu einer Folie verdichtet, deren spezifisches Gewicht üblicherweise bei 1,1 g/cm3 liegt. Solche Folien aus flexiblem Graphit sind für Abdichtzwecke sehr gut geeignet, weil sie auch bei höheren thermischen Belastungen kein Setzverhalten aufweisen und sich gut an die Unebenheiten der Dichtflächen anpassen.
Im Vergleich zu reinem Graphit, dessen spezifisches Gewicht bei 2,1 bis 2,26 g/cm3 liegt, ist die Folie jedoch mechanisch wenig-belastbar, was u.a. beim Anströmen durch strömende Medien zu Erosionen und Loslösung von Teilchen führen kann.
Diese Er5cheinung tritt vor allem dort auf, wo die flexible Graphitfoliendichtung im Kontakt mit dem abzudichtenden Medium nicht unter Pressung steht.
Bei Zylinderkopfdichtungen für Otto- und Dieselmotoren wird häufig der Wasser- und ölkreislauf durch eine gezielte Dimensionierung der Bohrungen bzw. Formlöcher im Bereich der nicht unter Pressung stehenden Dichtflächen gesteuert. Auch werden zur Vermeidung von örtlichen Temperaturspitzen (Dampfblasenbildung) kleine Bohrungen in der nicht unter Pressung stehenden Dichtfläche angebracht.
Werden nun an diesen Bohrungen (öffnungen) durch das strömende Medium Graphitpartikel abgelöst, so ändern sich die Strömungsverhältnisse im Kühlkreislauf, und es kann zu einem Ausfall des Motors kommen.
Außerdem besteht die Gefahr einer Verstopfung des Thermostaten und des ölansaugfilters in der ölwanne.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flachdichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das Problem der leicht ausschwemmbaren Graphitpartikel beseitigt ist.
Die Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß handelsüblicher flexibler Graphit durch zusätzliche Verdichtung gegen Erosion durch strömende Medien widerstandsfähiger gemacht werden kann.
Welchen Einfluß die Verdichtung auf die Erosion hat, ist im folgenden Beispiel beschrieben.
Zwei Graphitfolien wurden mit je 10 und 30 N/mm2 ( g = 1,33 zw. 1,6 g/cm3) verdichtet und einem senkrecht auftreffenden Wasserstrahl ausgesetzt. Die Geschwindigkeit des Wasserstrahls betrug 10 m/sec und die Wassermenge 300 lih.
Während sich bei der mit 10 N/mm2 verdichteten Probe bereits nach 50 h Versuchtszeit eine 5 x 3 mm große Schuppe ablöste, zeigte sich bei der mit 30 N/mm2 gepreßten Probe auch nach 500 Stunden kein Angriff.
Mischte man dem Wasserstrahl etwa 20 % Luft bei, so verkürzte sich die Zeit bis zur Bildung einer ca.
15 mm2 großen erodierten Zone auf 1/100 der vorgenannten Zeit.
Daraus folgt, daß flexibler Graphit zur Vermeidung einer Materialabtragung an im eingebauten Zustand nicht gepreßten, in das Medium ragenden Stellen eine höhere Vorverdichtung erfahren sollte.
Eine erfindungsgemäße Flachdichtung eingangs:beschriebener Art ist in Befolgung dieser Grunderkenntnisse dadurch gekennzeichnet, daß jene Teile der Graphitschichten, die dazu bestimmt sind, unabgedeckt im Bereich einer Öffnung einer Dichtfläche zu verlaufen oder den Rand einer öffnung zu begrenzen, relativ zu den abdichtenden Teilen der Graphitschichten vorverdichtet sind. Eine zusätzliche Vorverdichtung der den Rand der öffnung einer Dichtfläche begrenzenden Teile der Graphitschichten ist deshalb erforderlich, weil praktisch immer Versetzungen zwischen der Dichtung und den Dichtflächen auftreten können. Dadurch ragen dann diese begrenzenden Teile in die öffnung einer Dichtfläche und sind so dem erodierenden Mediumstrom ausgesetzt. Die Breite dieser vorverdichteten Randteile der Graphitschichten hängt von den möglichen gegenseitigen Versetzungen der Dichtflächenöffnungen ab und wird normalerweise einige Millimeter betragen.
Der Grad der erforderlichen Vorverdichtung richtet sich nach der Geschwindigkeit und Art des Mediums. Das spezifische Gewicht der vorverdichteten Graphitschichtteile wird in den meisten Fällen mindestens 1,5, vorzugsweise 1,7, betragen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine eingebaute erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung in Grundriß und Aufrißschnitt.
Fig. 1 zeigt den Grundriß einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, die auf den Zylinderblock für zwei Zylinder eines Verbrennungsmotors aufgelegt ist. Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1 und zeigt den Einbau der Zylinderkopfdichtung 1 zwischen den Dichtflächen von Zylinderblock 2 und Zylinderkopf 3.
Beim vorliegenden Beispiel besteht die Zylinderkopfdichtung 1 aus einer gestrichelt angedeuteten Blechlage 1' und beiderseitigen Auflagen 1" aus flexiblem Graphit (Fig. 2). Gemäß Fig. 1 weist die Zylinderkopfdichtung sechs öffnungen 5 auf, die zum Durchlaß von Stiftschrauben bestimmt sind, welche den Zylinderblock 2 und den Zylinderkopf 3 zusammenspannen. Außerdem sind zwei öffnungen 6 zum Durchlaß von Zentrierstiften vorgesehen. Zwischen den beiden öffnungen für die Zylinderbohrungen 7 ist in der Zylinderkopfdichtung 1 noch eine Ausnehmung 8 vorgesehen, die dazu dient, im Bereich zwischen den beiden Zylindern die Dichtungsfläche zu reduzieren und damit eine größere Dichtungspressung zu erzielen.
Alle übrigen aus Fig. 1 ersichtlichen Öffnungen in der Zylinderkopfdichtung 1 dienen zum Durchlaß von Öl und Kühlmittel. Die erfindungsgemäß vorverdichteten Bereiche um diese Durchlässe sind in Fig. 1 schraffiert, in Fig. 2 durch verdickte Begrenzungslinien für das Schnittbild der Zylinderkopfdichtung 1 dargestellt. Die Öffnungen im Zylinderblock 2, die also unterhalb der Dichtung liegen, sind gestrichelt, wogegen Öffnungen des in Fig. 1 nicht dargestellten Zylinderkopfes 3 strichtpunktiert gezeichnet sind.
Die Durchlässe 10 und 11 dienen zur Verbindung von öldurchlaßöffnungen in Zylinderblock 2 und Zylinderkopf 3.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, haben der Durchlaß 10 und die öffnungen in den Dichtflächen von Zylinderblock 2 und Zylinderkopf 3 den gleichen Durchmesser.
Zur Vermeidung von Löslösungen einzelner Graphitteilchen bei gußbedingt versetzten Öffnungen ist ein Randbereich um den Durchlaß 10 der Zylinderkopfdichtung 1 vorverdichtet, wobei die Größe der Vorverdichtung von der Größe der Flächenpressung auf die Zylinderkopfdichtung 1 und der Strömungsgeschwindigkeit des durchströmenden Mediums abhängig ist. Beim Öldurchlaß 11 ist zwar im Zylinderblock 1 eine entsprechend gleich große, im Zylinderkopf 3 aber eine größere ovale öffnung vorgesehen. Deshalb ist ein größerer Bereich der Dichtung 1 vorverdichtet, damit er auch bei Gußversetzungen die freie Öffnung im Zylinderkopf 3 sicher abdeckt. Die Durchlässe 12 und 13 dienen zur Steuerung des Kühlmediums und sind deshalb bedeutend kleiner als die darunter und darüber liegenden Öffnungen in Zylinderblock 2 bzw. -kopf 3. Die vorverdichteten Bereiche sind dementsprechend groß. Vorverdichtete Bereiche 14 und 15 sind auch dort vorgesehen, wo zwar im Zylinderblock 2, nicht aber im Zylinderkopf 3 Öffnungen zum Zutritt des Kühlmediums vorgesehen sind. Auch dort strömt das Kühlmedium an der Zylinderkopfdichtung 1 vorbei und beansprucht es auf Erosion. Den Durchlässen 16 in der Zylinderkopfdichtung 1 sind etwa gleich große öffnungen in Zylinderblock 2 und Zylinderkopf 3 zugeordnet. Infolge der möglichen Gußversetzungen ist ein Randbereich um diese öffnungen vorverdichtet, zusätzlich sind jeweils zwei dieser einem Zylinder zugehörigen Durchlässe einfachheitshalber mit einem gemeinsamen vorverdichteten Bereich abgedeckt.
Wie aus diesem Beispiel zu ersehen, sind alle jene Bereiche der Dichtung 1 mit Außenschichten aus flexiblem Graphit vorverdichtet, die auf jeden Fall direkt mit strömendem Medium beaufschlagt werden, oder die mit den Rändern infolge möglicher Dichtflächenversetzungen in die Öffnung einer Dichtfläche hineinragen können. Durch diese Vorverdichtung wird die Gefahr einer mediumbedingten Erosion und damit Loslösung einzelner Graphitteilchen sicher verhindert.

Claims

Patentansprüche 1) Flachdichtung, insbesondere Zulinderkofdichtun4, mit Außenschichten aus flexiblem Graphit, die zwischen öffnungen aufweisenden Dichtflächen einspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jene Teile der Graphitschichten, die dazu bestimmt sind, unabgedeckt im Bereich einer Offnung einer Dichtfläche zu verlaufen oder den Rand einer öffnung zu begrenzen, relativ zu den abdichtenden Teilen der Graphitschichten vorverdichtet sind.
2) Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Gewicht der vorverdichtenden Graphitschichtteile mindestens 1,5, vorzugsweise über 1,7 g/cm3, beträgt.