DE3725735A1 - Flachdichtung, insbesondere zylinderkopfdichtung fuer verbrennungskraftmaschinen und kompressoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen oder Kompressoren haben drei primäre Aufgaben, näm­ lich Gas, Kühl- und Schmiermittel abzudichten, was aus der getrennten Bauweise des Zylinderkopfes und des Motorblockes resultiert. Für eine sichere Abdichtung sind gewisse Mindestflächenpressungen erforderlich. Die hierzu notwendigen Kräfte werden über Zylinderkopfschrauben aufgebracht.

Bekannte Zylinderkopfdichtungen bestehen aus einem Verbund faserhaltiger Weichstoffe auf einer meist beidseitig gespießten metallischen Mittelschicht. Nach dem Aufwalzen des Weichstoffes auf die Mittelschicht werden die inneren und äußeren Konturen gestanzt und zumindest die Brennraumdurchgänge mit im Querschnitt U-förmigen metallischen Einfassungen versehen. Der axialen statischen Belastung durch die auftretenden Schraubkräfte sind im motorischen Betrieb dynamische Kräfte überlagert. Hinzu kommen, insbesondere bei Konstruktionen mit unterschiedlichen Werkstoffen des Zylinderkopfes und Motorblocks, sogenannte quasistatische Schiebebewegungen durch die ungleiche thermische Ausdehnung der Motorteile während der verschiedenen motorischen Betriebszustände. Dadurch tritt eine zusätzliche Belastung der Einfassungen auf.

Durch die Leichtbauweise moderner Motorkonstruktionen wird das sogenannte Dichtungshinterland, z.B. Bereiche außerhalb der Kraftlinien der Zylinderkopfschrauben, dynamisch hoch belastet, was zum Versagen der Dichtung führen kann. Hierbei können Teile der Weichstoffauflagen der Dichtung ausgeschoben werden oder auch die Mittelschicht brechen. Außerdem verursacht die Verspannung von Zylinderkopf und Motorblock Verzüge in den Zylinderwänden sowie Kurbel- und Nockenwellenlagern. Vorwiegend sind die Einbauverzüge durch das Material und die Auslegung der Zylinderkopfdichtung hervorgerufen.

Zur Reduzierung von Dichtungsbeschädigungen ist es bekannt, z.B. das die beiden Einfassungsschenkel verbindende innere Blechteil besonders auszugestalten oder die Einfassungsschenkel mit einer Beschichtung zu versehen, die die Haftreibung verringert. Aus der DE-PS 31 01 921 ist eine Zylinderkopfflachdichtung bekannt, bei der die Einfassung mit einer die Reibung verringernden Beschichtung versehen ist, während die übrige Fläche des Trägers mit einem die Reibung verstärkenden Mittel beschichtet ist.

Es ist ferner bekannt (DE-AS 12 64 902), den Träger mit einem Fluorelastomer zur Reduzierung der Reibung zu beschichten und anschließend in diese Schicht partiell oder ganzflächig auf der Restfläche die Reibung erhöhende Materialien, wie Korund, Glas, Quarz oder dgl., einzubetten.

Bei diesen bekannten Zylinderkopfflachdichtungen können zwar die Gleit- und Reibungsverhältnisse in der Dichtungsebene verändert, nicht aber in allen Fällen eine Beschädigung oder Zerstörung der Dichtung vermieden werden.

Zur Beeinflussung der Zylinder- und Lagerverzüge ist es üblich, aus Abdichtungsgründen verwendete metallische Einfassungen (Bördel) der Zylinderkopfdichtung in ihrer Geometrie zu modifizieren. Z.B. sind hierzu lokale Verbreiterungen vorgesehen, die sich zum Teil in Form von Anhängseln bis zum Dichtungsrand erstrecken können und ggf. diesen in Form einer Klammer umschließen. Es ist außerdem üblich an Durchgängen der Zylinderkopfdichtung, wie z.B. an Öl-, Kühlmittel und Schraubenlöchern, die nicht aus Abdichtungsgründen mit Bördeln versehen werden müssen, trotzdem metallische Einfassungen anzubringen. Auch das Anbringen von den Dichtungsrand U-förmig umschließenden Blechklammern ist üblich. Diese Maßnahmen können die Verteilung der Dichtpressung auf der Zylinderkopfdichtung so verändern, daß eine Verbesserung der resultierenden Bauteilverzüge erreicht wird. Eine in dieser Hinsicht ideale Umverteilung der Dichtpressung wird dabei aber in den seltensten Fällen erzielt, da die Plazierung der genannten metallischen Verstärkungen immer an aus Abdichtgründen notwendige Bördel, an vorhandene Dichtungsdurchgänge und/oder an den Dichtungsrand lokal gebunden ist und damit in der Regel nicht an der idealen Stelle der Dichtung vorgenommen wird, von der aus die Verzugsminimierung erzielt werden würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung der erstgenannten Art so auszubilden, daß die mechanischen Verzüge im Einbauzustand der Dichtung auf einfache Weise reduziert und eine Beschädigung der Dichtung sicher vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Flachdichtung der gattungsbilden­ den Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung können die Zusatzteile an bestimmten zuvor ermittelten Stellen, die einerseits hin­ sichtlich einer Beschädigung gefährdet sind und von denen aus andererseits Zylinder- und Lagerverzüge beeinflußt werden können, vorgesehen werden, so daß dort eine verstärkte Pressung erfolgt, ohne daß jedoch die auftretenden dynamischen Schubkräfte zu einer Beschädigung des Dichtungsmateriales führen. Durch die Zusatzteile können die Zylinder- und Lagerverzüge sehr genau gesteuert werden, so daß sie erheblich reduziert und dadurch bedingte Beschädigungen der Dichtung vermieden werden. Außerdem haben die Zusatzteile den Vorteil, daß auch schädliche Schwingungen des Zylinderkopfes in Richtung der Zylinderachsen infolge unterschiedlicher Federkonstante dieser Stellen gedämpft werden. Vorteilhaft wird die Oberfläche der Zusatzteile mit einem reibungsmindernden Mittel beschichtet, um eine Beschädigung der Zusatzteile durch dynamische Scherbewegungen des Zylinderkopfes zu verhindern.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfflachdichtung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Zylinderkopfflachdichtung für eine Brennkraftmaschine oder einen Kompressor, die die Aufgabe hat, den Zylinderkopf und einen Block der Verbrennungskraftmaschine gegen Gas-, Kühl- und Schmiermittel abzudichten.

Die Zylinderkopfflachdichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem Grundkörper ausfaserhaltigem Weichstoffmaterial, das elastomere Bindemittel und Füllstoffe aufweist und eventuell durch eine Mittelschicht aus Spießblech oder Metallgewebe verstärkt ist. Das Weichstoffmaterial ist zudem vorzugsweise imprägniert. Der Grundkörper 2 weist Durchbrüche 3 bis 5 für die Brennräume, Kühlmittel und Kopfschrauben auf. Die Zylinderdurchbrüche 3 sind durch im Querschnitt U-förmige Blecheinfassungen 6 geschützt. Der Grundkörper 2 hat, wie oben erwähnt, eine gespießte metallische Mittelschicht, die beidseitig mit den faserhaltigen Weichstoffauflagen versehen ist. Der Aufbau des Grundkörpers ist in den Figuren nicht dargestellt. Nach dem Aufwalzen der Weichstoffauflagen auf die Mittelschicht werden die inneren und äußeren Konturen des Grundkörpers 2 gestanzt und zumindest die Brennraumdurchgänge mit den U-förmigen Einfassungen 6 versehen. Bei Bedarf können diese vorzugsweise metallischen Einfassungen aber auch an Öl- und/oder wasserführenden Durchtritten vorgesehen sein. Zur Verbesserung der Abdichtgüte im Mikrobereich und zur servicefreundlichen Handhabung können die Oberflächen des Grundkörpers 2 gegebenenfalls zusätzlich beschichtet sein.

Häufig treten im Bereich außerhalb der Kraftlinien der Zylinderkopfschrauben dynamisch hohe Belastungen auf, was zum Versagen der Flachdichtung führen kann. Außerdem verursacht die Verspannung im Zylinderkopf und Motorblock Verzüge in den Zylinderwänden sowie Kurbel- und Nockenwellenlagern. Zur Vermeidung einer Beschädigung der Flachdichtung und zur Reduzierung mechanischer Verzüge im Einbauzustand sind zusätzlich und im Bereich außerhalb der Einfassungen 6 von diesen getrennte, gesonderte Zusatzteile 7, 8 vorgesehen. Sie werden an Stellen der Zylinderkopfdichtung bzw. des Grund­ körpers befestigt, die zuvor in Versuchen ermittelt worden sind, die unter den Gesichtspunkten einer Schädigungsvermeidung an der Zylinderkopfdichtung und Minimierung der Bauteilverzüge durchgeführt worden sind. Die Zusatzteile 7, 8 bestehen vorzugsweise aus Blech. Sie sind fest über eine Klebeschicht 9 (Fig. 3) oder durch Formschlußteile 10 (Fig. 2) auf der vom Zylinderkopf abgewandten Dichtungsfläche 11 des Grundkörpers 2 unverschieblich gehalten bzw. verankert.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Formschlußteile 10 durch im Querschnitt etwa U-förmige Zacken und krallenartige Rand- oder Profilabschnitte gebildet. Mit den Formschlußteilen 10 wird das Zusatzteil 7 von der Oberfläche 11 aus in den Grundkörper 2 eingepreßt, so daß ein sicherer Halt gewährleistet ist. Vorzugsweise sind die Formschlußteile 10 durch randseitige Zacken gebildet, die nach innen und unten abgebogen werden.

Zur Herabsetzung der Reibung im Bereich der Zusatzteile 7, 8 können diese vorzugsweise ganzflächig an ihrer vom Grund­ körper 2 abgewandten Oberseite 12 mit einer Gleitschicht 13 (Fig. 3) beschichtet sein. Sie besteht vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen, Graphit, Molybdändisulfid oder dgl.

Das beschichtete Zusatzteil 7, 8 wird vorzugsweise aus einem vorbeschichteten, ausgestanzten Blech hergestellt. Die Beschichtung 13 kann aber auch erst nach Anordnung des Zusatzbleches auf dem Grundkörper 2 durch ein an sich bekanntes Verfahren, wie z.B. im Siebdruck- oder Schablonendruck-Verfahren aufgebracht werden.

Durch die Gleitbeschichtung 13 wird die Krafteinleitung in die Weichstoffschichten der Dichtung wirkungsvoll herabgesetzt. Ferner üben die Zusatzteile 7, 8 eine abstützende Wirkung auf den Zylinderkopf aus. Die Zusatzteile 7, 8 können an den Stellen mit den größten dynamischen Bewegungen angeordnet werden, und mit ihnen ist eine gezielte positive Beeinflussung der Verzüge verspannter Bauteile möglich. Für die Herstellung der Zusatzteile 7, 8 können kostensparend fertig einseitig vorbeschichtete Bleche verwendet werden.

Die Zusatzteile 7, 8 können auf einer oder auf beiden Weichstoffschichten des Grundkörpers 2 vorgesehen sein, je nach den gewünschten Wirkungen, die mit den Zusatzteilen im Einbauzustand erreicht werden sollen.

Claims (12)

1. Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen und Kompressoren, mit einem Träger, der mindestens eine Durchgangsöffnung aufweist, deren Rand mit einer Einfassung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß an kritischen Stellen der Dichtungsfläche (11) des Grundkörpers (2) im Bereich außerhalb der Einfassung (6) mindestens ein gesondertes Zusatzteil (7, 8) vorgesehen und unverschieblich mit dem Grundkörper (2) verbunden ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzteil (7, 8) aus Metall, vorzugsweise Blech, besteht.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzteil (8) auf dem Grundkörper (2) durch Kleben befestigt ist.

4. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzteil (7) auf dem Grundkörper (2) durch Formschlußteile (10) verankert ist.

5. Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formschlußteile (10) durch abstehende Steckteile, vorzugsweise Krallen, Zacken oder dgl. gebildet sind, die in den Grundkörper (2) eingebracht sind.

6. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formschlußteile (10) durch einen umgebogenen Randabschnitt des Zusatzteiles (7) gebildet sind.

7. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzteil (8) mit einer reibungsmindernden Beschichtung (13) versehen ist.

8. Dichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (13) eine Gleitschicht, vorzugsweise eine Polytetrafluoräthylen-, Graphit-, Molybdändisulfid- Schicht ist.

9. Dichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,daß die Beschichtung (13) ganzflächig vorgesehen ist.

10. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzteil (8) aus einem vorbeschichteten, gestanzten Blech besteht.

11. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das am Grundkörper (2) befestigte Zusatzteil (8) nachträglich in einem an sich bekannten Verfahren, wie einem Siebdruck- oder Schablonendruckverfahren, beschichtet ist.

12. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Grundkörper (2) mehrere Zusatzteile (7, 8) angeordnet sind.