DE3727598C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopf-Brennraumabdichtung für einen Hubkolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Brennraumabdichtung ist in der nicht vor­ veröffentlichten Patentanmeldung P 36 10 147.8-13 der Anmelderin beschrieben. Bei dieser wird nur der Dichtungsbereich im Bereich des auf dem Dichtungsbund der Zylinderlaufbüchse vorliegenden Steges über die Werkstoff-Fließgrenze beansprucht, wobei die freie Deformierbarkeit des Dichtungsbereiches im Bereich des Steges, also der Fließeffekt, durch die Stützwirkung der angrenzenden nicht direkt belasteten inneren und äußeren ringförmigen Dichtungsteile außerhalb des eigentlichen Dicht­ steg-Auflagebereiches beeinträchtigt ist.

Aus DE-GM 17 83 011 ist eine Zylinderkopfdichtung bekannt, welche aus einer üblichen Plandichtung und einer Ringdichtung gebildet wird. Diese Ringdichtung kann einerseits als eine Art Tellerfeder oder andererseits als mit spitzen Stegen versehener Zentrierring ausgebildet sein. Die Tellerfeder verliert durch den Einfluß der heißen Verbrennungsgase sehr schnell ihre Dichtwirkung, da die Vorspannkraft der Tellerfeder bei höherer Temperatur durch Herabsetzung der Fließgrenze erlahmt. Die Ausführung als Zentrierring erfüllt auch nicht die Aufgabe der Zentrierung der Zylinderlaufbüchse, da hierfür die Zentrierkraft der spitzen, umlaufenden Stege zu gering ist und letztlich von der Plandichtung zu übernehmen wäre, die für sich gesehen keine konstruktiven Merkmale für eine formschlüssige und damit zuverlässige Zentrierung aufweist.

Nach US 35 86 338 wird vorgeschlagen, die Zylinderkopfdichtung mit einem Feuerschutzbund zu kombinieren. Der Feuerschutzbund dringt beim Anziehen der Zylinderkopfschrauben in eine Nut des Zylinderkopfes ein, während ein Bund auf der Zylinderlaufbüchse in den Feuerschutzring eindringt. Aufgrund der Dickenverhältnisse vor und nach dem Verformen des Feuerschutzbundes muß man davon ausgehen, daß lediglich eine formschlüssige Verbindung von Zylinderlaufbüchse und Zylinderkopf angestrebt wird, um eine Zentrierung beider Teile zu gewährleisten. Eine Dichtwirkung setzt allerdings eine dauerhafte hohe Flächenpressung voraus, um ein Abheben des Zylinderkopfes als Folge der hohen und wechselnden Gasdruckkräfte zu vermeiden.

Ausgehend von einer Zylinderkopf-Brennraumabdichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Zentrierung des Dichtelements ohne Beeinträchtigung des seitlichen Spiels bezüglich der Zylinderlaufbüchsen und des Dichtelements im Kurbelgehäusebereich zu verbessern, wobei der fertigungstechnische Aufwand minimal gehalten werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Hierbei werden die Preßkräfte, die das Dichtungselement über die Fließgrenze verformen, in den äußeren und inneren Umfangsbereich des Dichtelementes (also außerhalb der Nuten bzw. des Steges) eingeleitet. Somit erfolgt flächenmäßig eine bessere Ausnutzung des Dichtringes. Der Dichtungswerk­ stoff kann beim Verpressen nach innen und außen fließen, wobei die zwangsläufige Zunahme der radialen Erstreckung relativ ungehindert erfolgt. Auch wird eine bessere Querfixierung erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt:

Fig. 1 einen vergrößerten Teilschnitt einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Dichtungsverbandes zwischen Zylinderkopf und Zylinderlaufbüchse bzw. Kurbelgehäuse, wobei das Dichtungselement einen Zentrierstollen aufweist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Dichtungselement, welches an seinem inneren Umfang drei gleichmäßig verteilte Zentriernocken aufweist,

Fig. 3 einen Teilschnitt wie die Fig. 1 einer zweiten Ausführung eines Dichtungsverbandes unter Verwendung des Dichtungselementes gemäß Fig. 2 (geschnitten gemäß der Linie III-III in Fig. 2),

Fig. 4 einen Teilschnitt wie die Fig. 1 unter Verwendung des Dichtungselementes gemäß Fig. 2 (geschnitten gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2),

Fig. 5 einen Teilschnitt wie die Fig. 1 einer dritten Ausführung des erfindungsgemäßen Dichtungsverbandes, wobei die Laufbüchsenbund-Ausnehmung einen umlaufenden Steg aufweist und das Dichtungselement mit einer Zentriernut versehen ist.

Die Fig. 1 zeigt einen ersten Dichtungsverband zwischen Zylinderkopf 2 und Zylinderlaufbüchse 3 bzw. Kurbelgehäuse 1. Hierbei findet ein Laufbüchsen-Dichtungselement 5 und ein davon getrenntes (dazwischen liegt der Leckgasabführkanal) Dichtungselement 6 Anwendung. Die beiden Dichtungselemente 5 und 6 bestehen aus massivem Metall, vorzugsweise aus Eisenwerkstoff. Die Zylinderlaufbüchse 3 wird über den Zylinderlaufbüchsen-Bund 3a in bekannter Weise am Kurbelgehäuse 1 abgestützt. Die zylinderkopfseitige Fläche des Laufbüchsenbundes 3a weist brennraumseitig einen Feuerschutzkragen 3b auf. Der sich radial nach außen daran anschließende Bereich weist eine offene ringscheibenförmige Ausnehmung 4 auf, in die das Dichtungselement 5 eingelegt wird. Dieses Dichtelement weist im ungepreßten Zustand (vergleiche strichlierte Darstellung) einen T-förmigen Querschnitt auf. Die Grundfläche 4a (Auflage­ bereich des Dichtungselementes) der Ausnehmung 4 weist im mittleren Bereich eine umlaufende Nut 7 auf. In diese Nut 7 wird das ungepreßte Dichtelement mit Hilfe des an der Dicht­ element-Unterseite vorhandenen Zentrierstollens 8 zentriert. Der Nut 7 gegenüberliegend - geringfügige Querverschiebung auf­ grund der Nutbreitentoleranzen sowie der Toleranzen der Zylinderkopffixierung sind zulässig - ist im Boden des Zylinderkopfes 2 ebenfalls eine umlaufende Nut 9 einge­ stochen. Bei der Verformung durch den Zylinderkopf-Schrauben­ anzug schneiden sich die Nutkanten 10 der Nuten 7 und 9 in das Dichtelement 5 ein, wobei dieses gleichzeitig im Auflage­ bereich auf dessen innerer und äußerer Peripherie über die Werkstoff-Fließgrenze hinaus verformt wird und auf das durch die Dicke D der Restflächendichtung (= Dichtungselement 6 im Kurbelgehäuse-Bereich) und den Unterstand U der Aus­ nehmungs-Grundfläche 4a gegenüber der Kurbelgehäuse-Stirn­ fläche 1a vorgegebene Maß gestaucht wird. Die Vergrößerung der radialen Erstreckung des Dichtelementes 5 nach außen und innen erfolgt relativ unbehindert, da eine die Formänderungsarbeit erhöhende Stützwirkung durch unbelastete periphere Bereiche fehlt. Gleichzeitig sind die Tiefen Tz und Tk (einerseits auf die Grundfläche 4a und andererseits auf die Bodenfläche des Zylinderkopfes 2 bezogen) der Nuten 7 und 9 so gewählt, daß unvermeidliches Stauchen zur Mitte des Dichtelementes hin ebenfalls ungehindert erfolgen kann, da auch nach dem Verpressen am Boden der Nuten 7 und 9 Leerräume 7a bzw. 9a verbleiben.

Durch das Verpressen des Dichtelementes 5 in die Nuten 7 und 9 entsteht eine formschlüssige Flankenanlage zwischen Dichtelement 5 und Zylinderkopf 2 sowie Zylinderlaufbüchse 3, die gemeinsam mit den Auflageflächen in Preßkraftrichtung ein Dichtlabyrinth zur Sicherstellung guter Gasabdichtung bildet. Außerdem entsteht durch den erfindungsgemäßen Dichtungsverband eine verbesserte Verklammerung von Zylinderlaufbüchse 3 und Zylinderkopf 2, die der gefürchteten Querbewegung der Zylinderlaufbüchse 3, bedingt durch den alternierenden Kolben-Normaldruck, entgegenwirkt.

Die Fig. 2 zeigt ein Laufbüchsen-Dichtungselement 5, bei dem im Interesse niedriger Herstellkosten auf den Zentrierstollen 8 zur Fixierung des Dichtelementes 5 in der Nut 7 der Zylinderlaufbüchse 3 verzichtet wird. Dieses Dichtungselement findet bei der Ausführung gemäß Fig. 3 und 4 Anwendung. Die notwendige Fixierung des Dichtelementes 5 erfolgt bei diesem Dichtelement durch drei gleichmäßig über dem Element- Innenumfang verteilte angestauchte Zentriernocken 11 (vergleiche Fig. 2 und 4). Die Zentriernocken 11 stellen sicher, daß der zur freien Ausdehnung nach innen aufgrund der Dichtelement-Verformung notwendige Abstand zum Feuerschutz­ kragen 3b der Zylinderlaufbüchse 3 vorhanden ist. Infolge Fehlens des Zentrierstollens 8 können die einander etwa gegenüberliegenden Nuten 7 und 9 von Laufbüchse 3 und Zylinderkopf 2 mit gleicher Einstichtiefe ausgeführt werden.

Bei den Fig. 3 und 4 sind auch noch am äußersten und innersten Bereich der Grundfläche 4a der Laufbüchsenbund- Ausnehmung 4 Freidrehungen 12 vorgesehen, die eine freie radiale Formänderung des Dichtungselementes nach außen und innen aufgrund des Fließvorganges desselben erleichtern.

Die Ausführung des Dichtelementes gemäß Fig. 2 hat gegenüber dem Dichtelement gemäß Fig. 1 zusammenfassend also die Vorteile niedriger Herstellkosten und narrensicherer Montage.

Einen dritten Dichtungsverband zeigt die Fig. 5. Anstelle der Nut 7 befindet sich auf der Grundfläche 4a des Zylinderlaufbüchsen-Bundes 3a ein umlaufender Steg 13, der etwa mittig der radial breiteren Nut 9 im Zylinderkopf 2 gegenüberliegt. Die Zentrierung des Dichtelementes 5 erfolgt entweder durch drei Zentriernocken 11 (vergleiche Dichtungselement gemäß Fig. 2 bis 4) oder durch eine vorgeprägte oder eingedrehte Nut 14, in der der Steg 13 beim Einlegen des Dichtelementes 5 eingreift.

Gegenüber den Ausführungen gemäß Fig. 1 bis 4 bewirkt der Steg 13 auf der Grundfläche 4a der Zylinderlaufbüchse 3 eine noch ausgeprägtere Verformung des Dichtelementes 5 mit einem tieferen Eindringen in die Nut 9 im Zylinderkopf 2. Somit wird eine vergrößerte formschlüssige Anlage an den Flanken von Nut 9 und Steg 13 und somit eine weitere Verbesserung des Abdicht­ labyrinthes erreicht.

Auch bei dieserAusführung ist wesentlich, daß die Nut 9 auch nach dem Verpressen nicht gänzlich ausgefüllt wird, sondern einen Leerraum 9a behält und die Verformung des Dichtelementes 5 in den Werkstoff-Fließbereich nur am Element-Außen- und -Innen­ umfang erfolgt.

Claims (5)

1. Für einen Hubkolbenmotor bestimmte Zylinderkopf-Dichtung, welche in ein Dichtungselement im Zylinderlaufbüchsen- Bereich und ein Dichtungselement im Kurbelgehäuse-Bereich unterteilt ist und deren beide Dichtungselemente aus massivem Metall bestehen, wobei das Dichtungselement im Laufbüchsen- Bereich (Brennraumabdichtung) in einer im Laufbüchsenbund, welcher sich am Kurbelgehäuse abstützt, vorliegenden, radial nach außen offenen Ausnehmung, welche im Anschluß an einen sogenannten Feuerschutzkragen folgt, eingelegt ist und durch den Zylinderkopf-Schraubenanzug in einem bestimmten Bereich über die Werkstoff-Fließgrenze bean­ sprucht ist, wobei der Fließvorgang, verbunden mit der Stauchung des Dichtelementes, durch die Dicke D des Dichtungselementes im Kurbelgehäuse-Bereich und den Unterstand U der Stirnfläche der Laufbüchsenbund-Ausnehmung gegenüber der Stirnfläche des Kurbelgehäuses begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits im Zylinderkopf (2) gegenüber der Ausnehmung (4) des Zylinderlaufbüchsen- Bundes (3a) eine umlaufende Nut (9) vorgesehen ist und andererseits eine Grundfläche (4a) der Ausnehmung (4) selbst entweder mit einer umlaufenden Nut (7) oder einem umlaufenden Steg (13) versehen ist, in die oder mit dem das Laufbüchsen- Dichtungselement (5) während des Zylinderkopf-Schrauben­ anzugs eindringt oder sich verkrallt, wobei aber das Laufbüchsen-Dichtungselement (5) die Nuten (7, 9) nur teilweise ausfüllt und im Flankenbereich der Nuten (7, 9) oder des Steges (13) eine formschlüssige Anlage entsteht.

2. Brennraumabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufbüchsen-Dichtungselement (5) auf der Seite der Laufbüchsenauflage einen Zentrierstollen (8) aufweist, der bereits im unverpreßten Zustand in die Nut (7) der Grundfläche (4a) eingreift.

3. Brennraumabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufbüchsen-Dichtungselement (5) auf der Seite der Laufbüchsenauflage eine Nut (14) aufweist, durch die bereits im unverpreßten Zustand eine Fixierung des Laufbüchsen-Dichtungs­ elementes (5) am Steg (13) der Grundfläche (4a) erfolgt.

4. Brennraumabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufbüchsen-Dichtungselement (5) an seinem inneren Umfang gleichmäßig verteilte in Richtung Feuerschutzkragen (3b) zeigende Zentriernocken (11) aufweist.

5. Brennraumabdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am äußersten und innersten Bereich der Stirnfläche der Grundfläche (4a) Freidrehungen (12) vorgesehen sind, die eine freie radiale Formänderung des Laufbüchsen-Dichtungselementes (5) nach außen und innen aufgrund des Fließvorganges desselben erleichtern.