DE3531551C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Ansaug-Abgas- Dichtung für Verbrennungsmotoren, mit einer Dichtungsplatte, welche mindestens eine zwischen zwei äußeren metallischen Lagen angeordnete metallische Zwischenlage aufweist und in der wenigstens eine Abgasauslaß- und eine dieser benachbarte Ansaug-Durchgangsöffnung vorgesehen sind, deren jede von einem Dichtelement begrenzt ist.

Bei modernen Motoren muß die Gemischbildung so exakt verlaufen, daß an die Güte der Abdichtung im Ansaugbereich hohe Anforderungen zu stellen sind, da das Ansaugen von Falschluft nicht mehr toleriert werden kann - die in der Automobilindustrie üblichen Abgasprüfungen könnten nicht bestanden werden. Nun ist eine zuverlässige Abdichtung im Ansaugbereich dann problemlos, wenn für den Ansaug- und für den Abgasbereich getrennte Flachdichtungen verwendet werden, denn dann ist die Ansaugdichtung nicht den hohen Temperaturen des Abgasbereichs ausgesetzt, so daß für die Ansaugdichtung z. B. eine metallische Dichtungsplatte verwendet werden kann, auf die, z. B. im Siebdruckverfahren, Dichtraupen aus elastomerem Material aufgebracht worden sind. Anders bei kombinierten Ansaug- Abgas-Dichtungen, die mehr und mehr verlangt werden. Bekannt sind hierfür Dichtungen der eingangs erwähnten Art mit metallischen Dichtelementen, die jedoch nicht die heute geforderten Abdichteigenschaften gewährleisten. Gleiches gilt für bekannte kombinierte Ansaug-Abgas-Dichtungen aus Weichstoff und Metall, bei denen faserhaltige Weichstofflagen zwischen Metallagen angeordnet sind; wegen der Gasdurchlässigkeit dieser faserhaltigen Weichstofflagen ist jedoch eine absolute Abdichtung des Ansaugbereichs nicht gewährleistet.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Ansaug-Abgas-Dichtung mit dauerhaft guten Abdichteigenschaften im Ansaugbereich zu schaffen, und ausgehend von einer Flachdichtung der eingangs erwähnten Art läßt sich diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch lösen, daß das Dichtelement der Ansaug-Durchgangsöffnung einen die letztere begrenzenden Dichtring aus einem elastomeren Material sowie einen von diesem in radialer Richtung nach außen abstehenden und am Dichtring befestigten, einen Ring bildenden und im Querschnitt stegartigen metallischen Träger aufweist, welcher ringsum zwischen die beiden Außenlagen eingreift, und daß die Zwischenlage im Bereich zwischen Abgasauslaß- und Ansaug- Durchgangsöffnung eine der letzteren zugewandte Aussparung aufweist und so in diesem Bereich mit Abstand vom Träger endet. Während also um die Ansaug-Durchgangsöffnung herum außer in Richtung auf die Abgasauslaß-Durchgangsöffnung der Träger des Gummi-Metall-Dichtelements für die Ansaug- Durchgangsöffnung überall unmittelbar an der metallischen Zwischenlage enden kann, wird durch die erfindungsgemäße Aussparung bewirkt, daß in Richtung auf die Abgasauslaß- Durchgangsöffnung ein Luftpolster als wärmeisolierender Bereich das Dichtelement für die Ansaug-Durchgangsöffnung vor den hohen Temperaturen der heißen Abgase schützt, so daß trotz des Umstands, daß durch eine einzige Dichtung sowohl der Ansaug- als auch der Abgas-Bereich abgedichtet wird, sich im Ansaugbereich ein elastomeres Dichtelement verwenden läßt, welches eine sehr gute und dauerhafte Abdichtung der Ansaug-Durchgangsöffnungen gewährleistet. Außerdem läßt sich die erfindungsgemäße Dichtung problemlos herstellen, da die Aussparung schon beim Stanzen der metallischen Zwischenlage ohne Mehrkosten erzeugt werden kann. Für den elastomeren Dichtring empfehlen sich relativ temperaturbeständige Elastomere wie z. B. Silikon-, Fluor- und Fluorsilikon- Elastomere oder Elastomere aus hydriertem Nitrilkautschuk. Da bei der erfindungsgemäßen Dichtung der elastomere Dichtring längs seines gesamten Umfangs an dem ringförmigen Träger befestigt und dieser seinerseits längs seines gesamten Umfangs zwischen den äußeren metallischen Lagen der Dichtung gehalten wird, gibt letztere dem elastomeren Dichtring überall einen guten Halt, was besonders bei einer ovalen Form des Dichtrings von Wichtigkeit ist - die Ansaugöffnungen haben üblicherweise eine ovale Gestalt.

Flachdichtungen mit mehreren Durchgangsöffnungen, von denen die einen mit metallischen und die anderen mit elastomeren Dichtelementen eingefaßt sind, gehören bereits zum Stand der Technik (s. z. B. Supplement zu MTZ Motortechnische Zeitschrift 46 (1985) 3, Seite VI, und DE-OS 30 01 730), jedoch handelt es sich dabei ausschließlich um Zylinderkopfdichtungen, bei denen ein Gummi-Metall-Dichtelement eine Kühlmittel-Durchgangsöffnung abdichtet. Diese bekannten Zylinderkopfdichtungen sind metallische Mehrlagendichtungen mit zwei äußeren metallischen Lagen, die eine metallische Zwischenlage zwischen sich aufnehmen. Die letztere ist um die Kühlmittel-Durchgangsöffnung herum gegenüber den Ausschnitträndern in den äußeren Lagen etwas zurückgesetzt, so daß ein das elastomere Dichtelement haltender metallischer Träger in Form eines Ringstegs zwischen die äußeren Lagen eingesetzt werden kann und von diesen gehalten wird. Ein Zwischenraum, welcher ein wärmeisolierendes Luftpolster bilden würde, ist jedoch zwischen dem Träger des Gummi-Metall-Elements und der metallischen Zwischenlage nicht vorgesehen. Bei einer zweiten metallischen Mehrlagen-Zylinderkopfdichtung ragt im Bereich der Kühlmittel-Durchgangsöffnung die metallische Zwischenlage radial nach innen über die äußeren Lagen hinaus und hält den an sie anvulkanisierten, die Kühlmittel-Durchgangsöffnung abdichtenden Dichtring, während um die Brennraum-Durchgangsöffnung herum die metallische Zwischenlage etwas zurückgesetzt ist, so daß ein metallischer Dichtring mit einem radial nach außen ragenden, angeformten Trägersteg zwischen die äußeren Lagen der Dichtungsplatte eingesetzt werden kann, wobei jedoch dieser Trägersteg unmittelbar an der metallischen Zwischenlage endet. Bei dieser bekannten Zylinderkopfdichtung besitzt die metalische Zwischenlage zwar eine Aussparung, welche jedoch von der Brennraum-Durchgangsöffnung radial nach außen zum Außenrand der Dichtungsplatte verläuft, und zwar in weitem Abstand von der Kühlmittel-Durchgangsöffnung, da bei dieser Zylinderkopfdichtung die Aussparung lediglich einen Ableitkanal für aus dem Brennraum über das Brennraum-Dichtelement übergetretene Gase bildet. Eine Anregung, wie sich ein Dichtelement aus elastomerem Material vor den hohen Abgastemperaturen schützen läßt, kann diesem Stand der Technik also nicht entnommen werden.

Bei einer einlagigen, bis auf elastomere Dichtringe metallischen Zylinderkopfdichtung ist es auch schon bekannt (US 41 14 906), die Kühlmittel-Durchgangsöffnungen abdichtenden elastomeren Dichtringe jeweils durch einen als wärmeisolierenden Bereich wirkenden Luftspalt vor den von der benachbarten Brennraum-Durchgangsöffnung ausgehenden hohen Temperaturen zu schützen.

Zu diesem Zweck sind aus der metallischen Dichtungsplatte der Zylinderkopfdichtung für jede Kühlmittel-Durchgangsöffnung zwei konzentrische, ineinander übergehende teilkreisförmige Öffnungen, die unterschiedliche Radien haben, ausgestanzt, wobei die teilkreisförmige Öffnung mit größerem Radius auf der der benachbarten Brennraum- Durchgangsöffnung zugewandten Seite der Kühlmittel- Durchgangsöffnung liegt und der kreisbogenförmige Rand der teilkreisförmigen Öffnung mit kleinerem Radius in den elastomeren Dichtring eingebettet ist, dessen Außenradius etwas kleiner als der Radius der größeren teilkreisförmigen Öffnung ist, so daß sich zwischen dem Außenumfang des elastomeren Dichtrings und dem kreisbogenförmigen Rand der größeren Öffnung der besagte Luftspalt ergibt. Bei dieser bekannten Zylinderkopfdichtung wird der elastomere Dichtring infolgedessen nur über weniger als zwei Drittel seines Umfangs von der Dichtungsplatte gehalten, was besondere Maßnahmen erforderlich macht, um die Lage des elastomeren Dichtrings in axialer Richtung der abzudichtenden Kühlmittel-Durchgangsöffnung zu fixieren: Zu diesem Zweck muß in eine die Kühlmittel-Durchgangsöffnung aufnehmende Zylinderlaufbüchse eine zur Kühlmittel-Durchgangsöffnung konzentrische Ansenkung eingearbeitet werden, in die der elastomere Dichtring eingelegt wird, eine Maßnahme, die sich auf kombinierte Ansaug-Abgas-Dichtungen nicht übertragen läßt und heute auch bei Zylinderkopfdichtungen nicht mehr akzeptiert werden würde.

Des weiteren ist es bei Zylinderkopfdichtungen mit einer aus Weichstoff bestehenden Dichtungsplatte bekannt (DE-AS 15 76 720), die als Metallbördelringe ausgebildeten Dichtelemente für die Brennraum-Durchgangsöffnungen besonders zu kühlen. Zu diesem Zweck werden die im Querschnitt C-förmigen Metallbördelringe durch mehrere, in radialer Richtung auf das Zentrum der betreffenden Brennraum-Durchgangsöffnung vorspringende Zungen der Dichtungsplatte, welche zwischen die Schenkel des betreffenden Metallbördelrings eingreifen, an der Dichtungsplatte gehalten, während sich zwischen diesen Zungen längs des Außenumfangs des betreffenden Metallbördelrings schlitzförmige Aussparungen der Dichtungsplatte erstrecken, die über radial nach außen verlaufende Schlitze mit kühlwasserführenden Öffnungen im Zylinderkopf in Verbindung stehen. Abgesehen davon, daß sich eine Ansaug-Abgas-Dichtung nicht mit Kühlwasser kühlen läßt, würde die Übertragung dieser bekannten Konstruktion auf den Bereich des die Ansaug- Durchgangsöffnung abdichtenden elastomeren Dichtring einer Ansaug-Abgas-Dichtung nicht zu einem brauchbaren Produkt führen, da, wie schon bei der Zylinderkopfdichtung nach der US 41 14 906, der elastomere Dichtring durch die Dichtungsplatte völlig unzureichend gehalten wäre.

Schließlich ergibt sich aus der DE-OS 27 28 970 eine mehrlagige Ansaugdichtung mit äußeren Weichstofflagen und einer aus einem temperaturbeständigen Kunstharz gegossenen Zwischenlage, welch letztere im Bereich um die Ansaug-Durchgangsöffnung herum perforiert ist, um durch die so geschaffenen Lufteinschlüsse den Wärmedurchgang durch die Ansaugdichtung hindurch in Richtung senkrecht zur Dichtungsebene zu vermindern, und zwar zu dem Zweck, eine zu starke Erwärmung eines Vergasers zu verhindern. Auch die Übertragung dieser Maßnahme auf kombinierte Ansaug-Abgas-Dichtung würde nicht zu dem durch die vorliegende Erfindung angestrebten Erfolg führen, da bei einer metallischen Zwischenlage zwischen den Perforationen in der Dichtungsebene zahlreiche wärmeleitende Brücken gegeben wären, die einen Schutz des elastomeren Dichtrings vor den hohen Brennraumtemperaturen nicht bewirken könnten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform mit optimalem Schutz des Gummi-Metall-Dichtelements der Ansaug-Durchgangsöffnung entspricht die Länge der Aussparung zumindest ungefähr der Länge des zwischen den beiden Durchgangsöffnungen liegenden Dichtungsplattenbereichs, so daß keine Wärmeleitung auf kurzem Wege vom Rand der Abgasauslaß- zum Rand der Ansaug-Durchgangsöffnung möglich ist.

Grundsätzlich könnte man daran denken, die Aussparung bis zum Außenrand der Dichtungsplatte zu führen, um zumindest einseitig eine weitgehendste thermische Abkopplung der Umfangsbereiche der beiden Durchgangsöffnungen voneinander zu erzielen, da dadurch jedoch die Stabilität der Dichtungsplatte entscheidend geschwächt würde, empfiehlt es sich, die Aussparung im Abstand vom Außenrand der Dichtungsplatte enden zu lassen.

Um einen Verschleiß des elastomeren Dichtrings infolge der Bewegungen zwischen dem Motorblock und dem Auspuff- bzw. Ansaug-Krümmer zu verhindern, ist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung der Träger des elastomeren Dichtrings lose zwischen die äußeren Lagen der Dichtungsplatte eingelegt, d. h. die Dicke des Trägers ist kleiner als der sich aus der Dicke der Zwischenlage(n) ergebende Abstand der äußeren Lagen der Dichtungsplatte voneinander. Dadurch läßt sich erreichen, daß das Dichtelement der Ansaug-Durchgangsöffnung und damit der elastomere Dichtring die erwähnten Bewegungen mitmachen kann. Um auch bei angezogenem Krümmer die Beweglichkeit des Dichtelements für die Ansaug-Durchgangsöffnung zu gewährleisten, wird empfohlen, die Dichtungsplatte so zu gestalten, daß ein die Abgasauslaß-Durchgangsöffnung umgebender Ringbereich der Dichtungsplatte eine größere Dicke aufweist als die übrigen Bereiche der Dichtungsplatte. Dies läßt sich z. B. dadurch erreichen, daß derDie Abgasauslaß-Durchgangsöffnung umgebende Bereich eine zusätzliche Zwischenlage oder ein dickeres Blech aufweist, um so eine höhere Pressung aufnehmen zu können und den Bereich, in dem der Träger für den elastomeren Dichtring gelagert ist, zu entlasten.

Beweglich gehaltene elastomere Dichtringe zur Abdichtung von Flüssigkeitsdurchgangsöffnungen sind bei Zylinderkopfdichtungen an sich bekannt (US 45 35 999). Bei diesem Stand der Technik besitzen die elastomeren Dichtringe jeweils einen einen Ring bildenden und im Querschnitt stegartigen metallischen Träger, der bis auf in radialer Richtung nach außen vorspringende Zungen in den betreffenden elastomeren Dichtring eingebettet ist. Diese Zungen greifen jeweils zwischen die Schenkel eines im Querschnitt C-förmigen und in der Dichtungsplatte gehaltenen metallischen Hohlniets ein, und zwar mit Spiel in Richtung senkrecht zur Dichtungsplattenebene, um die elastomeren Dichtringe in dieser Richtung beweglich zu halten.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten zeichnerischen Darstellung sowie der nachfolgenden Beschreibung einer besonders vor­ teilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen kombi­ nierten Ansaug-Abgas-Dichtung; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine solche Dichtung für einen 4-Zylindermotor und

Fig. 2 einen Schnitt durch diese Dichtung nach der Linie 2-2 in Fig. 1.

Die Fig. 1 läßt eine Dichtungsplatte 10 mit vier Abgas­ auslaß-Durchgangsöffnungen 12 und vier Ansaug-Durchgangs­ öffnungen 14 erkennen, die so angeordnet sind, daß sich neben jeder Ansaug-Durchgangsöffnung 14 mindestens eine Abgasauslaß-Durchgangsöffnung 12 befindet. Ferner sind in der Dichtungsplatte 10 noch Schrauben-Durchgangsöff­ nungen 16 vorgesehen.

Der Aufbau der Dichtungsplatte 10 ergibt sich am besten aus Fig. 2. Danach besteht die Dichtungsplatte aus ins­ gesamt vier Metallblechlagen, nämlich einer oberen und einer unteren Außenlage 20 bzw. 22, zwischen denen sich eine Hauptzwischenlage 24 und eine zweite Zwischenlage 26 befinden. Bei den verschiedenen Blechlagen handelt es sich um Stanzteile, aus denen die verschiedenen Durch­ gangsöffnungen herausgestanzt worden sind, wobei auf jeder Seite einer jeden Ansaug-Durchgangsöffnung 14, auf der dieser eine Abgasauslaß-Durchgangsöffnung 12 benachbart ist, die Zwischenlagen 24 und 26 mit einer Aussparung 28 versehen sind, deren Rand 28 a erfindungs­ gemäß ein längliches Rechteck mit stark abgerundeten Ecken und mit einem zu einer Schmalseite zu verschobenen randoffenen Übergang zur Ansaug-Durchgangsöffnung 14 bildet. Wie sich der Fig. 1 entnehmen läßt, erstrecken sich die Aussparungen 28 (gemäß Fig. 1) nach oben und unten über die Abgasauslaß-Durchgangsöffnungen 12 hinaus, und der Aussparungsrand 28 a verläuft viel näher bei der jeweiligen Abgasauslaß-Durchgangsöffnung 12 als bei der Ansaug-Durchgangsöffnung 14.

Ein jeweils eine Abgasauslaß-Durchgangsöffnung 12 be­ grenzendes Dichtelement wird dadurch gebildet, daß die untere Außenlage 22 zunächst nach oben umgebogen wird, so daß sie die Abgasauslaß-Durchgangsöffnung 12 durch­ greift, worauf sie umgelegt und auf die obere Außenlage 20 hinuntergepreßt wird; auf diese Weise entsteht das in der Zeichnung mit 30 bezeichnete, eine Einfassung der Durchgangs­ öffnung 12 bildende Dichtelement. Um in diesem Bereich eine Dickenanpassung zu erreichen, ist die aus der zweiten Zwischenlage 26 für die jeweilige Abgasauslaß-Durchgangs­ öffnung 12 herausgestanzte Öffnung größer als die aus der Hauptzwischenlage 24 herausgestanzte Öffnung (s. Fig. 2).

Jede der Ansaug-Durchgangsöffnungen 14 wird von einem Gummi- Metall-Dichtelement 32 eingefaßt, welches aus einem elastomeren Dichtring 34 und einem Dichtelement-Träger 36 besteht, welch letzterer die Form eines Ringstegs besitzt, der mit axialem Spiel (senkrecht zur Ebene der Dichtungs­ platte 10) zwischen die Außenlagen 20, 22 eingreift (s. Fig. 2), was dadurch erreicht wird, daß die Dicke des Dichtelement-Trägers 36 geringer ist als die Summe der Dicken der Zwischenlagen 24 und 26.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, umgeben die Zwischenlagen 24 und 26 die Dichtelement-Träger 36 überall mit ganz geringem radialem Spiel, ausgenommen im Bereich der Aus­ sparungen 28, in deren Bereich an die Dichtelementträger 36 ein zwischen den Außenlagen 20, 22 liegendes Luft­ polster angrenzt (s. Fig. 2), um die elastomeren Dicht­ ringe 34 vor den hohen Abgastemperaturen im Bereich der Abgasauslaß-Durchgangsöffnungen 12 zu schützen.

Claims (7)

1. Kombinierte Ansaug-Abgas-Dichtung für Verbrennungsmotoren mit einer Dichtungsplatte, welche mindestens eine zwischen zwei äußeren metallischen Lagen angeordnete metallische Zwischenlage aufweist und in der wenigstens eine Abgasauslaß- und eine dieser benachbarte Ansaug-Durchgangsöffnung vorgesehen sind, deren jede von einem Dichtelement begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (32) der Ansaug- Durchgangsöffnung (14) einen die letztere begrenzenden Dichtring (34) aus einem elastomeren Material sowie einen von diesem in radialer Richtung nach außen abstehenden und am Dichtring (34) befestigten, einen Ring bildenden und im Querschnitt stegartigen metallischen Träger (36) aufweist, welcher ringsum zwischen die beiden Außenlagen (20, 22) eingreift, und daß die Zwischenlage (24, 26) im Bereich zwischen Abgasauslaß- und Ansaug-Durchgangsöffnung (12; 14) eine der letzteren zugewandte Aussparung (28) aufweist und so in diesem Bereich mit Abstand vom Träger (36) endet.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aussparungsrand (28 a) vom Träger (36) einen größeren Abstand aufweist als von der Abgasauslaß- Durchgangsöffnung (12).

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Aussparung (28) zumindest ungefähr der Länge des zwischen den beiden Durchgangsöffnungen (12, 14) liegenden Dichtungsplattenbereichs entspricht.

4. Dichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (28) mit Abstand vom Außenrand der Dichtungsplatte (10) endet.

5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (36) lose zwischen die Außenlagen (20, 22) der Dichtungsplatte (10) eingelegt ist.

6. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Trägers (36) kleiner als der sich aus der Dicke der Zwischenlage (24, 26) ergebende Abstand der Außenlagen (20, 22) voneinander ist.

7. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Abgasauslaß-Durchgangsöffnung (12) umgebender Ringbereich der Dichtungsplatte (10) eine größere Dicke aufweist als die übrigen Bereiche der Dichtungsplatte (10).