DE3613754A1

DE3613754A1 - Verbindungskonstruktion mit einer dichtung zwischen zwei bauteilen mit unterschiedlichen waermedehnungskoeffizienten

Info

Publication number: DE3613754A1
Application number: DE19863613754
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Yamanashi Hayakawa; Kazuya Toyota Aichi Yoshijima
Original assignee: Asahi Asbestos Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-04-24
Filing date: 1986-04-23
Publication date: 1986-10-30
Anticipated expiration: 2006-04-24
Also published as: JPS61177255U; US4736956A; JPH0135095Y2; DE3613754C2

Description

Verbindungskonstruktion mit einer Dichtung zwischen zwei Bauteilen mit unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten

Die Erfindung bezieht sich auf eine eine Dichtung verwendende Verbindungskonstruktion und insbesondere auf eine eine Dichtung verwendende Verbindungskonstruktion, die vor allem zur Verbindung der einander gegenüberliegenden Flächen von zwei Bauteilen aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten, wobei die Dichtung zwischen diese Flächen der beiden Bauteile eingefügt ist, auch dann gut.geeignet ist, wenn ein überzugsmaterial auf eine der Flächen der beiden Bauteile aufgebracht ist.

λ»/ Aus dem Stand, der Technik sind verschiedenartige Verbindungskonstruktionen zur Abdichtung zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen von zwei Bautei len , die aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten

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gefertigt sind, bekannt. Ein typisches Beispiel von zwei solchen Bauteilen mit einer diesen zugeordneten Verbindungskonstruktion ist ein Zylinderkopf aus einer Aluminiumlegierung für eine Brennkraftmaschine, der an dem aus Gußeisen bestehenden Zylinderblock mit einer zwischen diesen beiden Bauteilen vorgesehenen Zylinderkopfdichtung befestigt wird, da Gußeisen und eine Al-Legierung sehr unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten haben. Wenn man eine solche Verbindungskonstruktion konzipiert, so ist es sehr empfehlens- und wünschenswert, die Tatsache zu berücksichtigen, daß sehr oft ein Überzugsmaterial auf eine der Flächen, zwischen die die Dichtung eingefügt werden muß, aufgetragen wird. Bei dem oben angegebenen FaI 1 eines Zylinderkopfes aus einer Al-Legierung und eines Zylinderblocks aus Gußeisen bei einer Brennkraftmaschine ist es an sich bekannt und auch anzustreben, an dem Gußeisen-Zylinderblock einen Rostschutzüberzug vorzusehen, und in diesem Fall geschieht es manchmal, daß in der Praxis der Rostschutzüberzug auf Grund von mit der Arbeit des Aufbringens dieses Überzugs zusammenhängenden Faktoren über die Oberfläche des Zylinderblocks, die den Zylinderkopf aufnehmen soll, ausgebreitet wird. Es wird deshalb irgendeine Verbindungskonstruktion gefordert, die solche Umstände meistern kann.

Bei den Verbindungskonstruktionen nach dem Stand der Technik zur Abdichtung zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen von zwei Bauteilen, die aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten gefertigt sind, ist das folgende Problem aufgetreten, wenn auf eine der gegenüberliegenden Flächen der Bauteile ein Überzugsmaterial aufgetragen wird. Ein solches Überzugsmaterial hat in typischer Weise eine Adhäsions- oder Klebekraft,

die sich mit der Temperatur ändert und die bezeichnenderweise in der Tat mit der Temperatur größer wird. EsVsei angenommen, daß das Bauteil mit dem niedrigeren Wärmedehnungskoeffizienten dasjenige ist, das mit dem Überzugsmaterial versehen wird. Wenn nun die Verbindungskonstruktion über eine lange Betriebszeit wiederholt erhitzt und abgekühlt wird, dann tritt ein Sperreffekt ein, der aus den folgenden Gründen das Bestreben hat, die Dichtung aus dem Raum zwischen den gegenüberliegenden Flächen der beiden verbundenen Bauteile herauszudrücken. Wenn die Verbindungskonstruktion zuerst aufgeheizt wird, d.h., in der Anfangsaufwärmphase ist, so wird das Überzugsmaterial noch nicht aufgeheizt - zumindest nicht völlig - und hat demzufolge eine geringe Haftfestigkeit. Deshalb werden die äußeren Abschnitte oder Teile der Dichtung durch die relativ größere Ausdehnung des zweiten Bauteils längs der überzogenen Fläche des ersten Bauteils etwas nach außen hin mitgeführt, weil dieses erste Bauteil es zuläßt, daß die äußeren Teile der diesem gegenüberliegenden Dichtung auf ihm zu den außenliegenden Abschnitten des Bauteils hin gleiten. Wenn andererseits die aufgewärmte Verbindungskonstruktion abgekühlt wird, d.h., wenn sie in ihrer Anfangsabkühlphase ist, in der das Überzugsmaterial noch völlig erwärmt - oder zumindest nicht völlig abgekühlt ist, dann hat es eine relativ hohe Haftfestigkeit. Deshalb werden zu dieser Zeit die äußeren Teile der Dichtung durch die Klebekraft des -Überzugs relativ fest an den außenliegenden Abschnitten des ersten Bauteils gehalten, und deshalb haben die äußeren Teile der anderen Fläche der Dichtung das Bestreben, am zweiten Bauteil ebenfalls zu den außenliegenden Abschnitten hin relativ zu gleiten, da sich das zweite Bauteil mit Bezug zum ersten zusammenzieht. Wird dieser Vorgang über viele Zyklen wiederholt, so wird die Dichtung progressiv zur Außenseite der Verbindungskonstruk-

tion hin gezogen. Im Extremfall kann dadurch ein Re.jßen der Dichtung hervorgerufen werden, in jedem Fall aber neigt sie dazu, ihre Dichtungsleistung oder -wirkung zu verlieren. Dieses Problem ist vor allem in dem erwähnten Fall der Zylinderkopfdichtungen für einen Gußeisen-Zylinderblock und einen Zylinderkopf aus einer Al-Legierung unangenehm und von Nachteil. Ein ähnliches, jedoch umgekehrtes Problem wird dann entstehen, wenn das Bauteil mit dem höheren Wärmedehnungskoeffizienten dasjenige ist, auf das das Überzugsmaterial aufgebracht wurde.

Gegenmaßnahmen, die im Stand der Technik im Hinblick auf dieses Problem angewendet wurden, haben das Eintauchen der Verbindungsflächen der Dichtung in ein reibungsminderndes Agens, wie Silikon od. dgl., umfaßt, jedoch ist eine restlose Verhinderung des Hinauspressens·' der Dichtung durch diese Methode praktisch nicht erreichbar, weshalb sie nicht restlos zufriedenstellend ist.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Verbindungskonstruktion mit einer Dichtung zwischen Flächen von zwei Bauteilen mit unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten zu schaffen, durch die die oben angeführten Probleme vermieden werden.

Ein Ziel der Erfindung besteht hierbei in der Schaffung einer solchen Verbindungskonstruktion mit einer Dichtung, die in zufriedenstellender Weise ein auf wiederholten Temperaturwechseln beruhendes Ausschieben oder Auspressen der Dichtung verhindert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist darin zu sehen, eine Verbindungskonstruktion zu schaffen, die wirksam ein Reißen der Dichtung unter auf diese einwirkenden Schubkräften verhindert.

Ein noch anderes Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer wirtschaftlich günstigen Verbindungskonstrukti'on mit einer Dichtung.

Der Lösung der Aufgabe und dem Erreichen der angegebenen sowie weiterer Ziele dient gemäß dem allgemeinsten Gesichtspunkt der Erfindung eine Verbindungskonstruktion für einander gegenüberliegende Flächen eines ersten sowie zweiten Bauteils, die im wesentlichen unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten haben, wobei die dem zweiten Bauteil zugewandte Fläche des ersten Bauteils mit einer Schicht eines Überzugsmaterials bedeckt ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß einmal eine Dichtung zwischen die einander gegenüberliegenden Flächen des ersten sowie zweiten Bauteils eingefügt ist und daß zum anderen zwischen der Dichtung sowie der dem ersten Bauteil gegenüberliegenden Fläche des zweiten Bauteils eine Schicht aus einem Bindemittel vorgesehen ist, die die Dichtung haftend am zweiten Bauteil hält. Erfindungsgemäß wird bevorzugt, ein Bindemittel zu verwenden, das unter Wärme aushärtet und dessen Haftfestigkeit sich im wesentlichen nicht ändert, wenn es einmal durch Wärme ausgehärtet worden ist, selbst wenn es anschließenden Temperaturänderungen oder -wechseln ausgesetzt wird. Ferner wird bevorzugt, eine Dichtung'mit flexiblen und elastischen Eigenschaften -zu verwenden, so daß sich die Dichtung zusammen mit der Wärmeausdehnung und -schrumpfung des zweiten Bauteils, an das sie geklebt ist, ausdehnen und zusammenziehen kann. Des weiteren wird bevorzugt, zwischen der Dichtung und der überzogenen Fläche des ersten Bauteils ein reibungsminderndes Agens aufzubringen oder ein solches Agens in das Material der Dichtung selbst einzubeziehen.

Gemäß der Erfindung wird, obgleich während einer Anw.ärmperiode die Dichtung relativ zum ersten Bauteil auf Grund der unterschiedlichen Wärmedehnung zwischen dem ersten sowie zweiten Bauteil von der Fläche des zweiten Bauteils, an die sie geklebt ist, mitgeführt wird, nichtsdestoweniger anschließend während der folgenden Abkühlperiode und der umgekehrten Relativbewegung der einander gegenüberliegenden Flächen des ersten sowie zweiten Bauteils, obwohl die Schicht aus Überzugsmaterial eine erhöhte Hafteigenschaft auf Grund ihrer höheren Temperatur haben mag, die Dichtung zwangsläufig mit dem zweiten Bauteil gegen die Haftkraft der Schicht aus Überzugsmaterial, die wohl oder übel überwunden wird, mit zurückgeführt, was auf der Tatsache beruht, daß die Dichtung am zweiten Bauteil haftend gehalten ist. Demzufolge wird ein auf wiederholten Temperaturwechseln beruhendes Auspressen oder Schieben der Dichtung nach außen wirksam verhindert; die Verbindungskonstruktion mit einer Dichtung gemäß der Erfindung verhindert somit auch wirksam ein auf Schubkräfte, die auf die Dichtung wirken, zurückzuführendes Reißen der Dichtung. Ferner ist diese Verbindungskonstruktion in wirtschaftlicher Hinsicht sehr günstig.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand der bevorzugten Ausführungsform, auf die sie jedoch keineswegs beschränkt ist, erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen lotrechten Schnitt durch die eine Dichtung aufweisende Verbindungskonstruktibn gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung sind ein erstes Bauteil 1 mit einem relativ niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten - nämlich ein Zylinderblock aus Gußeisen - und ein zweites Bauteil 2

mit einem relativ hohen Wärmedehnungskoeffizienten - nämlich ein Zylinderkopf aus einer Al-Legierung - dargestellt. Der Zylinderblock 1 hat eine - in der Zeichnung - nach oben gerichtete abgeflachte Fläche 3, während der Zylinderkopf 2 eine nach unten gerichtete, abgeflachte Fläche 4 hat, die der Fläche 3 am Zylinderblock 1 gegenüberliegt, welcher ganz allgemein mit einem Überzug 7 aus einer Rostschutzfarbe versehen ist, die sich auch über die aufwärts gerichtete, abgeflachte Fläche 3 erstreckt. Wie schon oben zum Stand der Technik ausgeführt wurde, hat diese Art einer Rostschutzfarbe eine Haftkraft, die sich mit der Temperatur ändert und umso größer ist, je höher die Temperatur ist. Der Zylinderkopf 2 und der Zylinderblock 1 werden durch mehrere ZyIinderkopfschrauben 6 zusammengehalten, von denen in der Zeichnung nur zwei zu sehen sind.

Zwischen die Flächen 3 und 4 von Zylinderblock 1 und -kopf 2 ist eine Dichtung 5 eingefügt, die in der bevorzugten Ausführungsform aus durch ein Gummibindemittel zusammengehaltenem Asbest besteht und flexibel sowie elastisch ist. Erfindungsgemäß ist die Dichtung an die abwärts gerichtete, abgeflachte Fläche 4 des Zylinderkopfes 2 aus Al-Legierung mit Hilfe einer Bindemittelschicht 8 geklebt. Dieses Bindemittel ist bevorzugterweise vom unter Wärme aushärtenden Typ, dessen Haftfestigkeit oder Klebekraft sich, wenn es einmal ausgehärtet ist, auch bei folgenden Temperaturwechseln im wesentlichen nicht ändert. Beispiele für geeignete Bindemittel umfassen Nitrozellulose (Nitratzellulose), modifiziertes Alkydharz und Plast if izerungsmittel .

Ferner wird bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung, obwohl es für deren Grundgedanken nicht letztlich notwendig ist, in Wirklichkeit eineSchicht 9 aus

einem Silikon od. dgl. umfassenden reibungsmindernden Agens auf die untere Fläche der Dichtung 5, die der' aufwärts gerichteten Fläche 3des Gußeisen-Zylinderblocks 1 gegenüberliegt, aufgetragen, und zwar bevor der Zylinderkopf 2 mit der an diesen geklebten Dichtung 5 auf den Zylinderblock 1 gepaßt wird, um mit diesem durch die Zylinderkopfschrauben 6 verbunden zu werden.

Wenn bei der oben beschriebenen, eine Dichtung enthaltenden Verbindungskonstruktion diese aufgeheizt wird, d.h., in der Anfangsaufwärmphase ist, wobei der Überzug 7 am Gußeisen-Zylinderblock 1 nicht völlig aufgeheizt ist und demzufolge eine relativ niedrige Haftfestigkeit hat, dann werden auf Grund des im Vergleich zum Gußeisen-Zylinderblock 1 relativ größeren Ausdehnungswert des Zylinderkopfes 2 aus Al-Legierung, wie schon gesagt wurde, die äußeren Teile der Dichtung 5 mit dem Zylinderkopf 2, an dem diese Teile durch die Bindemittelschicht 8 haften, relativ zum Zylinderblock 1 etwas nach außen hin und längs der oberen Fläche 3 des den Überzug 7 tragenden Zylinderblocks 1 geführt, wobei der überzug 7 den an ihm anliegenden äußeren Teilen der Fläche der Dichtung 5 ein relativ freies Gleiten nach außen hin erlaubt. Wenn dagegen die Verbindungskonstruktion nach ihrem Erhitzen abgekühlt wird, d.h., sich in der Anfangsabkühlphase befindet, dann werden, obgleich der überzug 7 noch gänzlich erhitzt ist oder sich wenigstens noch nicht völlig abgekühlt hat und demzufolge eine relativ hohe Haftfestigkeit aufweist, dennoch zu dieser Zeit die äußeren Teile der Dichtung 5, da diese als Ganzes sehr fest an der unteren Fläche 4 des Zylinderkopfes 2 durch die Bindemittelschicht 8 haftet, zwangsläufig durch diese untere Fläche 4 zum mittigen Bereich der oberen Fläche 3 des"den Überzug 7"tragenden •Zylinderblocks 1 zurückgeführt, und zwar gegen die Haft-

kraft des Überzugs 7, die, obwohl sie versucht, die äußeren Teile der Dichtung 5 an den äußeren Abschnitten*der oberen Flächen 3 des Zylinderblocks 1 festzuhalten, trotzdem überwunden wird. Demzufolge werden die äußeren Teile der unteren Fläche der Dichtung 5 im wes-entlichen in ihre Ausgangslagen zurückgeführt, wenn sich der Zylinderkopf 2 aus Al-Legierung mit Bezug zum Gußeisen-Zylinderblock 1 zusammenzieht. Damit wird, selbst wenn sich dieser Vorgang über viele Zyklen wiederholt, die Dichtung 5 nicht progressiv in besonderer Weise zur Außenseite der Verbindungskonstruktion gezogen und demzufolge neigt die Dichtung 5 nicht zu einem Reißen oder zu einer Verschlechterung ihrer Dichtungsleistung.

Diese Wirkung wird dadurch unterstützt, daß auf die untere Fläche der Dichtung 5 das reibungsmindernde Agens 9 aufgetragen wird, so daß sich diese gegenüber der oberen Fläche 3 des Gußeisen-Zylinderblocks 1 hin- und herbewegt. Diese Schicht 9 unterstützt das Gleiten der Dichtung 5 am Zylinderblock 1 während der Ausdehnungs- und Zusammenziehbewegung, indem sie die Haftkraft zwischen diesen beiden Teilen ohne Rücksicht auf den Zustand des Überzugs 7 vermindert. Jedoch ist diese Schicht 9 eines reibungsmindernden Agens für die Umsetzung der Erfindung in die Praxis nicht notwendig, und dieses reibungsmindernde Agens kann alternativ auch in das Material der Dichtung 5 selbst eingemischt sein.

Für die praktische Durchführung der Erfindung ist es vorzuziehen, ein Bindemittel für die Schicht 8 zu verwenden, das von der unter Wärme aushärtenden Art ist und dessen Haftfestigkeit sich nicht wesentlich ändert, wenn es einmal durch Erhitzen ausgehärtet worden ist, selbst wenn es anschließenden Temperaturänderungen ausgesetzt wird.

Ferner wird bevorzugterweise eine Dichtung 5 mit flexiblen und elastischen Eigenschaften verwendet, so-'baß sich die Dichtung 5 mit der thermischen Ausdehnung und Schrumpfung des Bauteils, an dem sie haftet, d.h. bei der gezeigten Ausführungsform des Zylinderkopfes 2 aus einer Al-Legierung, ausdehen und zusammenziehen kann.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ihre bevorzugte Ausführungsform dargestellt und beschrieben, jedoch ist sie darauf nicht beschränkt. Bei Kenntnis der offenbarten Erfindung wird der Fachmann Möglichkeiten zu Abwandlungen, Auslassungen und Änderungen sehen, die jedoch als im Rahmen der Erfindung liegend zu betrachten sind.

Claims

Patentansprüche

Verbindungskonstruktion für eine Verbindung zwischen einander gegenüberliegenden Flächen eines ersten sowie zweiten Bauteils, die wesentlich unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten haben, wobei die dem zweiten Bauteil gegenüberliegende Fläche des ersten Bauteils durch eine Schicht eines Überzugsmaterials abgedeckt ist, gekennzeichnet

a) durch eine zwischen die einander gegenüberliegenden Flächen (3, 4) des ersten sowie zweiten Bauteils (1, 2) eingefügte Dichtung (5) und

b) durch eine Schicht (8) eines Bindemittels zwischen der Dichtung (5) sowie der angrenzenden Fläche (4) des zweiten Bauteils (2), die die Dichtung am zweiten Bauteil haftend festhält.

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2. Verbindungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch . gekennzeichnet, daß die Bindemittelschicht (8) die Dichtung (5) am zweiten Bauteil (2) unmittelbar festhält.
3. Verbindungskonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (1) einen wesentlich niedrigeren Wärmedehnungskoeffizienten als das zweite Bauteil (2) hat.
4. Verbindungskonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (8) Nitrozellulose ist.
5. Verbindungskonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (8) ein modifiziertes Alkydharz ist.
6. Verbindungskonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (8) ein Plastifizierungsmittel ist.
7. Verbindungskonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (8) ein solches der unter Wärme aushärtenden Art ist.
8. Verbindungskonstruktion nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (8) von einer Art ist, das, wenn es einmal ausgehärtet ist, sich anschließend in bezug auf seine Haftfestigkeit selbst unter Temperaturänderungen, denen es ausgesetzt ist, nicht wesentlich ändert.
9. Verbindungskonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (5) von der flexiblen und elastischen Art ist.