DE3533359A1 - Zylinderkopfdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung mit einer Dichtungsplatte, welche mindestens zwei durch einen Steg der Dichtungsplatte voneinander getrennte Brennraum- Durchgangsöffnungen aufweist, sowie mit im Querschnitt ungefähr C-oder L-förmigen Metallblech-Brennraum-Einfassungen, die mit ungefähr parallel zur Dichtungsplattenebene ver­ laufenden Flanschen die Randbereiche der Brennraum-Durch­ gangsöffnungen übergreifen, wobei zur Erhöhung der Dicht­ flächenpressung im Stegbereich mindestens auf der einen Dichtungsplattenseite eine mit einer Brennraum-Einfassung einstückige und von einem Flansch übergriffene Metall­ blechbeilage aufliegt.

Bei Zylinderkopfdichtungen mit in geringem Abstand von­ einander angeordneten Brennraum-Durchgangsöffnungen stellen die zwischen diesen Durchgangsöffnungen befind­ lichen Stege der Dichtungsplatte besonders kritische Abdichtbereiche dar, da unter Umständen in diesen Be­ reichen die Dichtflächenpressung nicht ausreicht, zwischen den Brennräumen die notwendige Gasdichtheit zu gewährleisten. Deshalb sind Zylinderkopfdichtungen bekanntgeworden, bei denen man im Bereich der Stege zwischen nahe beieinanderliegenden Brennraum-Durchgangs­ öffnungen auf der Dichtungsplatte ein- oder beidseitig Metallblechbeilagen befestigt, um diesen besonders gefährdeten Dichtungsbereichen einen höheren Verformungswiderstand zu verleihen und in diesen Bereichen eine Erhöhung der Dichtflächenpressung zu bewirken.

Die bekannten Metallblechbeilagen für die Stegbereiche zwischen den Brennraum-Durchgangsöffnungen weisen jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen auf; dies soll z.B. an­ hand der EP-B 1-0 028 576 näher erläutert werden.

Bei dieser bekannten Zylinderkopfdichtung wurde die eine Seite der Dichtungsplatte mit einem schmalen Metallblech­ streifen beschichtet, dessen Längsmittellinie durch die Zentren der Brennraum-Durchgangsöffnungen verläuft. Durch Ausstanzen und Umlegen ergeben sich in den Stegbereichen auf beiden Seiten der Dichtungsplatte Metallblechbeilagen mit einer Form, die einem schmalen Rechteck entspricht, dessen an die Brennraum-Durchgangsöffnungen angrenzende Längsseiten statt von Geraden von Kreisbögen gebildet werden. Die Schmalseiten der Metallblechbeilagen verlaufen also parallel zu der die Zentren der Brennraum-Durchgangs­ öffnungen miteinander verbindenden Längsmittellinie der Zylinderkopfdichtung, und die schmalste Stelle einer jeden Metallblechbeilage liegt in dieser Längsmittel­ linie. Letzteres hat zur Folge, daß diese bekannten Metallblechbeilagen gerade an der Stelle des geringsten Abstands zwischen zwei einander benachbarten Brennräumen zu der kleinsten Erhöhung der Dichtflächenpressung führen, während die durch die Schmalseiten der Metallblechbeilagen geschaffenen Stufen die Gefahr eines Gasübertritts längs dieser Stufen hervorrufen. Dort, wo die durch die Metall­ blechbeilagen bewirkte Erhöhung der Dichtflächenpressung ohnehin am geringsten ist, nämlich im mittleren Bereich der die Brennraum-Durchgangsöffnungen voneinander tren­ nenden Stege, ist aber die Temperaturbelastung der Zylin­ derkopfdichtung am grössten (schlechteste Kühlung), so daß sich die sog. Weichstofflagen üblicher Zylinderkopfdich­ tungen dort auch am stärksten setzen, wodurch die Gefahr eines Gasübertritts weiter erhöht wird. Da schliesslich die Bereiche einer derartigen Metallblechbeilage, die zu beiden Seiten des schmälsten Mittelbereichs liegen, eine grössere Fläche als der letztere aufweisen, bewirken sie eine Druckentlastung des mittleren Bereichs mit der Folge einer weiteren Erhöhung der Gefahr einer unge­ nügenden Gasabdichtung.

Die bekannten Metallblechbeilagen bedingen aber auch einen zusätzlichen Materialverbrauch und verteuern die Herstel­ lung, da die Metallblecheinlagen vor der Montage der Brennraum-Einfassungen auf der Dichtungsplatte befestigt werden müssen, was bei als Einzelteile hergestellten und befestigten Metallblechbeilagen noch schwieriger ist als bei der bekannten Zylinderkopfdichtung nach der EP-B 1-0 028 576, denn dann sind die einzelnen, meist recht kleinen Metall­ blechbeilagen schwierig zu handhaben und an der Dichtungs­ platte zu fixieren, so daß sich häufig Ausschuss infolge verschobener, ganz fehlender oder doppelter Metallblech­ beilagen ergibt.

Die meisten der vorstehend geschilderten Nachteile treffen auch auf die Metallblechbeilagen nach der DE-AS 22 28 155 zu. Bei der aus dieser Druckschrift bekanntgewordenen Zylinderkopfdichtung sind die Brennraum-Einfassungen einander benachbarter Brennraum-Durchgangsöffnungen auf der einen Seite der Dichtungsplatte über einen Blechsteg einstückig miteinander verbunden, und von diesem Blechsteg stehen quer zwei ausgestanzte Zungen oder Lappen ab, die bei der Montage um 180° auf den Blechsteg zurückgefaltet werden und so jeweils eine Metallblechbeilage bilden. Auch bei dieser bekannten Konstruktion ergibt sich die vorstehend geschilderte ungünstige Dichtflächenpressungs­ verteilung, es ist ein zusätzlicher Materialaufwand erforder­ lich, und bei der Montage muss ein hoher Aufwand getrieben werden; auch ist es bei diesem Prinzip des Anhängens der Metallblechbeilagen an den die Brennraum-Einfassungen ver­ bindenden Metallblechsteg nicht möglich, Metallblechbeilagen auf derjenigen Seite der Dichtungsplatte vorzusehen, die dem die Brennraum-Einfassungen verbindenden Metallblech­ steg gegenüberliegt.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderkopf­ dichtung zu schaffen, die sich einfach herstellen lässt und bei der auch bei nahe beieinanderliegenden Brennraum- Durchgangsöffnungen die zwischen diesen liegenden Stegbe­ reiche eine gute Abstützwirkung entfalten.

Ausgehend von einer Zylinderkopfdichtung der eingangs er­ wähnten Art, wie sie beispielsweise die DE-AS 22 28 155 zeigt, lässt sich diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch lösen, daß sich zumindest auf der einen Dichtungsplatten­ seite die Flansche der Brennraum-Einfassungen im Stegbe­ reich überlappen, so daß der eine Flansch die Metallblech­ beilage bildet. Die erfindungsgemässe Lösung bedingt also weder einen zusätzlichen Materialaufwand, noch einen zu­ sätzlichen Arbeitsgang bei der Herstellung der Zylinder­ kopfdichtung, vielmehr wird auf verblüffend einfache Weise eine optimale Pressungsverteilung im Stegbereich erreicht, denn im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen bekannten Konstruktionen besitzt die erfindungsgemässe, von einem der Flansche gebildete Metallblechbeilage an der schmalsten Stelle des zwischen zwei Brennraum-Durchgangsöffnungen liegenden Stegs der Dichtungsplatte ihre grösste Breite. Auch verläuft keine Begrenzung der Metallblechbeilage in Richtung der Längsmittellinie der Zylinderkopfdichtung, d.h. in Richtung eines zu befürchtenden Gasübertritts, wodurch eine sich in dieser Richtung erstreckende Stufe vermieden wird. Im eingebauten Zustand bei angezogenem Zylinderkopf entsteht durch die Überlappung einander be­ nachbarter Brennraum-Einfassungen ausserdem ein kraft­ schlüssiger Verbund zwischen den gegeneinander gepressten Flanschen der Brennraum-Einfassungen und infolgedessen eine erhöhte Stabilität der Zylinderkopfdichtung. Auch lässt sich die erfindungsgemässe Überlappung sowohl auf der­ jenigen Seite der Dichtungsplatte herbeiführen, von der aus die Brennraum-Einfassungen montiert werden, als auch auf derjenigen Seite, auf der die die Brennraum-Durch­ gangsöffnungen der Dichtungsplatte durchgreifenden Einfassungsstege zum zweiten Flansch umgelegt werden; in diesem Fall kann die Breite der Überlappung auf den beiden Seiten der Dichtungsplatte unterschiedlich gross sein. Verschobene, vergessene oder doppelte Metallblechbeilagen können bei einer erfindungsgemässen Zylinderkopfdichtung grundsätzlich nicht vorkommen.

Grundsätzlich kann durch entsprechendes Ausstanzen der Metallblech-Brennraumeinfassungen dem Überlappungsbereich und damit der Metallblechbeilage jede gewünschte Form ge­ geben werden. Aber schon bei der herkömmlichen Form der Brennraum-Einfassungen mit kreisringförmigen Flanschen ergibt sich eine Metallblechbeilage von optimaler Form, denn bei dieser bevorzugter Ausführungsform der Erfindung hat der Überlappungsbereich der Flansche die Gestalt eines sich in Steglängsrichtung erstreckenden doppelten Kreis­ segments, dessen breiteste Stelle an der schmälsten Stelle des Stegs liegt.

Da die Überlappung sich auch auf derjenigen Seite der Dichtungsplatte herbeiführen lässt, auf die der zweite Flansch der Brennraum-Einfassungen durch Umlegen herunter­ gepresst wird, erlaubt die erfindungsgemässe Lösung schliesslich die Herstellung einer Zylinderkopfdichtung, bei der die Brennraum-Einfassungen auf der einen Dichtungs­ plattenseite über ein Verbindungsstück einstückig mit­ einander verbunden sind und sich erfindungsgemäss die Flansche auf der dem Verbindungstück gegenüberliegenden Seite der Dichtungsplatte überlappen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten zeichnerischen Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Zylinderkopfdichtung. Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist in der Zeich­ nung jedoch auch eine bekannte Zylinderkopfdichtung mit Metallblechbeilage dargestellt. Im einzelnen zeigt die Zeichnung in

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine bekannte Zylinder­ kopfdichtung mit einer Metallblechbeilage;

Fig. 2A einen Ausschnitt aus Fig. 1 in grösserem Maßstab;

Fig. 2B die Pressungsverteilung über die Metall­ blechbeilage nach Fig. 2A im eingebauten oder Betriebszustand der in Fig. 1 gezeigten Zylinderkopfdichtung;

Fig. 3A eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Zylinderkopfdichtung;

Fig. 3B einen Schnitt durch diese Zylinderkopf­ dichtung nach der Linie 3B-3B in Fig. 3A;

Fig. 4A und 4B den Fig. 2A und 2B entsprechende Darstel­ lungen für die erfindungsgemässe Zylinder­ kopfdichtung nach Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 4A im eingebauten Zustand der Zylinderkopf­ dichtung, und

Fig. 6A und 6B schematische Darstellungen zweier verschie­ dener Ausführungsformen eines Werkzeugs zum Umlegen der in Fig. 3 oberen Flansche der Brennraum-Einfassungen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Zylinderkopfdichtung handelt es sich um eine solche für einen Zweizylinder­ motor, jedoch ist die Anwendbarkeit des Grundgedankens der Erfindung selbstverständlich nicht auf Zylinderkopf­ dichtungen für Zweizylindermotoren beschränkt. Ausserdem wurden für die Erläuterung der Erfindung unwesentliche Elemente der Zylinderkopfdichtung weggelassen.

Diese bekannte Zylinderkopfdichtung besitzt eine Dichtungs­ platte 10 mit zwei Brennraum-Durchgangsöffnungen 12, in deren Bereich die Ränder der Dichtungsplatte 10 in be­ kannter Weise mittels Metallblech-Brennraumeinfassungen 14 eingefasst sind. Diese besitzen einen C-förmigen Querschnitt mit einem (gemäss Fig. 1) unteren und einem oberen Flansch 16, die auf den beiden Hauptoberflächen der Dichtungs­ platte 10 aufliegen und durch einen Steg miteinander ver­ bunden sind, der die Brennraum-Durchgangsöffnungen 12 durchgreift. Zwischen den letzteren verläuft ein Steg 18 der Dichtungsplatte 10, welcher in bekannter Weise auf mindestens einer Seite der Dichtungsplatte 10 mittels einer Metallbleichbeilage 20 verstärkt ist, die der besseren Abstützung der im eingebauten Zustand der Zylinderkopfdichtung den Steg 18 zwischen sich ein­ schliessenden Bereiche von Motorblock und Zylinder­ kopf und damit der Erhöhung der Dichtflächenpressung im Bereich zwischen den beiden Brennraumdurchgangs­ öffnungen dient. Wie sich aus den Fig. 1 und 2A deut­ lich ergibt, ist die Metallblechbeilage 20 gerade dort, wo der Steg 18 seine geringste Breite aufweist, am schmälsten; dort ergibt sich aber im Motorbetrieb auch der grösste Volumenschwund der in Fig. 1 nicht näher gezeigten Weichstofflagen der Dichtungsplatte 10, so daß der mittlere Bereich 20 A der Metallblechbeilage 20 schon aus diesem Grund die geringste Erhöhung der Dichtflächen­ pressung bewirkt. Da ausserdem die äusseren Bereiche 20 B der Metallblechbeilage 20 eine wesentlich grössere Fläche als der mittlere Bereich 20 A besitzen, wirken sie sich ent­ lastend auf den Bereich 20 A aus. Deshalb ergibt sich die in Fig. 2B dargestellte Pressungsverteilung - in Fig. 2B ist nach rechts in Richtung des Pfeils P die Grösse der Dichtflächenpressung bei eingebauter Zylinderkopfdichtung aufgetragen, nach oben in Richtung des Pfeils X der Ort des jeweiligen Bereichs der Metallblechbeilage 20, aus­ gehend von dem in Fig. 2A unteren Rand der Metallblech­ beilage und fortschreitend in Richtung des Pfeils X. Die Fig. 2B zeigt also deutlich, daß die bekannte Metall­ blechbeilage 20 an der für den Gasübertritt kritischsten Stelle zu einer viel geringeren Erhöhung der Dichtflächen­ pressung führt als im Bereich ihrer Schmalseiten 20 C. Hinzu kommt, daß die Schmalseiten 20 C der Metallblech­ beilage eine Stufe bilden und deshalb in ihrem Bereich zu einer sprunghaften Abnahme der Dichtflächenpressung bzw. der Abstützwirkung führen. Da sich diese Stufe gerade in derjenigen Richtung F (s. Fig. 1) erstreckt, in der ein Gasübertritt zwischen den beiden Brennräumen noch am wahrscheinlichsten ist, kann auch aus diesem Grund die bekannte Lösung nicht befriedigen.

Die Fig. 3A und 3B zeigen nun wiederum eine Dichtungs­ platte 10′ mit zwei Brennraum-Durchgangsöffnungen 12′, zwischen denen sich ein Steg 18′ der Dichtungsplatte 10 erstreckt. Die Fig. 3B lässt auch einen bevorzugten Auf­ bau der Dichtungsplatte 10 erkennen - diese umfasst in bekannter Weise ein Trägerblech 18 a mit nach beiden Seiten herausgeprägten Zacken, welches beidseitig mit jeweils einer Weichstofflage 18 b bzw. 18 c beschichtet ist.

Auch bei der erfindungsgemässen Zylinderkopfdichtung sind die die Brennraum-Durchgangsöffnungen 12′ begrenzenden Randbereiche der Dichtungsplatte 10′ mit Metallblech- Brennraum-Einfassungen 14′ eingefasst, deren jede, wie die Fig. 3B erkennen lässt, einen C-förmigen Querschnitt aufweist, gebildet von einem die betreffende Brennraum- Durchgangsöffnung 12′ durchgreifenden Steg 15′ und zwei Flanschen 16′.

Erfindungsgemäss sind nun die Flansche 16′ in Abhängigkeit von der geringsten Breite des Stegs 18′ hinsichtlich ihrer radialen Erstreckung zumindest im Stegbereich so dimensio­ niert, daß sich auf beiden Seiten der Dichtungsplatte 10′ eine Überlappung 30′ ergibt. Ist nur auf einer Seite der Dichtungsplatte 10′ eine Überlappung der Brennraum-Einfas­ sungen 14′ erwünscht, so werden eben auf der anderen Seite die Flansche 16′ so bemessen, daß sie sich nicht über­ lappen. Dies kann z.B. dann der Fall sein, wenn die beiden Brennraum-Einfassungen auf der einen Seite der Dichtungs­ platte,wie bei der bekannten Zylinderkopfdichtung nach der DE-AS 22 28 155, einstückig miteinander verbunden sind, nämlich durch einen Metallblech-Verbindungssteg.

Bei der erfindungsgemässen Zylinderkopfdichtung bildet also jeweils der eine Flansch der einen Metallblech-Brennraum- Einfassung eine Metallblechbeilage, nämlich derjenige Flansch, der von dem auf derselben Seite der Dichtungs­ platte liegenden Flansch der benachbarten Brennraum-Ein­ fassung übergriffen wird.

Da die Fig. 4A und 4B den Fig. 2A und 2B entsprechen, bedarf es keiner detaillierten Erläuterung dieser beiden Figuren. Sie lassen erkennen, daß die Längserstreckung der Überlappung 30′ quer zur Richtung F (s. Fig. 1) eines möglichen Gasübertritts zwischen einander benachbarten Brennräumen verläuft und daß keine Begrenzung der Über­ lappung 30′ in Richtung F eines möglichen Gasübertritts verläuft. Ausserdem zeigt die Fig. 4B, daß die Bildung einer Metallblechbeilage durch die Überlappung den Vor­ teil mit sich bringt, daß sich die grösste Abstützwirkung der Metallblechbeilage an der schmälsten Stelle des Stegs 18′ ergibt, d.h. in der Mitte der Überlappung 30′.

Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 4A, jedoch durch eine Ausführungsform, wie sie vorstehend nur geschildert wurde, bei der nämlich eine Überlappung 30′ nur auf einer Seite der Dichtungsplatte 10′ vorhanden ist, während auf der anderen Seite die beiden Brennraum-Einfassungen 14′ einstückig miteinander verbunden sind. Aus Fig. 5 ergibt sich auch, daß die Flansche 16′ im Bereich der Überlappung 30′ einen kraft- bzw. reibungsschlüssigen Verbund bilden, sobald die Zylinderkopfdichtung eingebaut und zwischen einem Zylinder­ kopf 40 und einem Motorblock 50 eingespannt ist.

Anhand der Fig. 6A und 6B soll schliesslich noch die Herstellung der in Fig. 5 gezeigten Variante der er­ findungsgemässen Zylinderkopfdichtung erläutert werden:

Die Fig. 6A zeigt, daß mit einem zwei separate Press­ stempel 60 und 62 sowie eine Abstützung 64 aufweisenden Werkzeug in zwei Arbeitsgängen zunächst der eine, untere Flansch 16′ mit Hilfe des Pressstempels 62 soweit umgelegt wird, daß sich anschliessend mit Hilfe des Pressstempels 60 der obere Flansch 16′ umlegen und auf den unteren Flansch aufpressen lässt. Bei der Variante nach Fig. 6B wird mit einem einzigen Pressstempel 70 und einer Abstützung 72 gearbeitet, wobei der Pressstempel 70 stufenförmig aus­ gebildet ist und zwei Pressflächen 70 A und 70 B besitzt, die um die Höhe Δ H gegeneinander versetzt sind, so daß zunächst die Pressfläche 70 B den einen, später unteren Flansch 16′ erfasst und umlegt, und erst dann wird der andere, spätere obere Flansch 16′ durch die Pressfläche 70 A erfasst und umgelegt.

Grundsätzlich wäre eine Flanschüberlappung auch bei Brennraum- Einfassungen möglich, welche nur einen einzigen Flansch, d.h. einen ungefähr L-förmigen Querschnitt besitzen. Bevorzugt werden jedoch Ausführungsformen mit einem oberen und einem unteren Flansch, d.h. mit ungefähr C-förmigem Quer­ schnitt, wobei die auf der einen Seite der Dichtungsplatte liegenden Flansche einander benachbarter Einfassungen ggf. über einen Blechsteg einstückig miteinander verbunden sein können, so wie dies die DE-AS 22 28 155 zeigt.

Claims (3)

1. Zylinderkopfdichtung mit einer Dichtungsplatte, welche mindestens zwei durch einen Steg der Dich­ tungsplatte voneinander getrennte Brennraum-Durch­ gangsöffnungen aufweist, sowie mit im Querschnitt ungefähr C-oder L-förmigen Metallblech-Brennraum-Einfassungen die mit ungefähr parallel zur Dichtungsplattenebene verlaufenden Flanschen die Randbereiche der Brenn­ raum-Durchgangsöffnungen übergreifen, wobei zur Er­ höhung der Dichtflächenpressung im Stegbereich min­ destens auf der einen Dichtungsplattenseite eine mit einer Brennraum-Einfassung einstückige und von einem Flansch übergriffene Metallblechbeilage aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest auf der einen Dichtungsplattenseite die Flansche (16′) der Brennraum-Einfassungen (14′) im Stegbereich (18′) überlappen, so daß ein Flansch die Metallblech­ beilage bildet.

2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Überlappungsbereich (30′) der Flansche (16′) die Gestalt eines sich in Steglängs­ richtung erstreckenden doppelten Kreissegments hat, dessen breiteste Stelle an der schmälsten Stelle des Stegs (18′) liegt.

3. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraum-Einfassungen (14′) auf der einen Dichtungsplattenseite über ein Verbin­ dungsstück einstückig miteinander verbunden sind und daß sich die Flansche (16′) auf der dem Verbindungs­ stück gegenüberliegenden Seite der Dichtungsplatte (10′) überlappen.