DE3727868A1 - Weichstoffflachdichtung, insbesondere zylinderkopfdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Weichstoffflachdichtung, wie insbesondere eine Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem gegebenenfalls metallisch verstärkten und imprägnierten Faservlies, mit Durchgangsöffnungen für den Brennraum, das Schmieröl, die Kühlflüssigkeit und die Befestigungsschrauben, mit einer metallischen Bewehrung mindestens einer der Durchgangsöffnungen, sowie einer die Dichtpressung erhöhenden Maßnahme an den metallisch bewehrten Durchgangsöffnungen.

Weichstoffzylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen bestehend in der Praxis meist aus gegebenenfalls metallisch verstärkten und imprägnierten Faservliesen. Zum besonderen Schutz sind vor allem die Brennraumöffnungsräder mit im Querschnitt U-förmig über die Ränder gebogenen metallischen Einfassungen bewehrt, wobei die auf dem Weichstoff aufliegenden Einfassungsschenkel die Dicke der Dichtung im Öffnungsbereich erhöhen, es entsteht ein höherer Dichtpressungsdruck an der Öffnung und dadurch eine verbesserte Abdichtgüte. Da die Einfassungen bei der Montage an der Dichtung über den Öffnungsrand gezogen werden, können die Einfassungsbleche nur eine begrenzte Dicke besitzen und das bevorzugt eingesetzte Einfassungsmetall besteht aus einem relativ weichen und dadurch leicht verformbaren Stahl. Die über die Einfassungsbleche erzielbare Erhöhung der Abdichtgüte ist begrenzt, und Verformungen der Einfassungen durch Sickungen oder Falzungen können keine wesentliche Verbesserung der Abdichtgüte erbringen.

Deshalb wird in der Praxis die Dichtpressung an den Öffnungsrändern meist durch profilierte Einlageringe, durch Vorlageringe oder durch ringförmige Auflagen im Öffnungsbereich erhöht. In den Brennraumöffnungen werden vor allem wegen der Temperaturbeständigkeit vielfach metallische Vorlage- und Einlageringe verwendet, und die Ringe werden entweder an den zum Schutz erforderlichen Einfassungen befestigt oder von den Einfassungen umhüllt und mit der Dichtung über die Einfassung verbunden. Auflagen, die nur auf polymeren Materialien wirtschaftlich auf Weichstoffflachdichtungen aufgetragen werden können, sind weniger temperaturbeständig und können vor allem direkt am Brennraumrand nicht eingesetzt werden.

In der Praxis werden in bestimmten Konstruktionen Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, bei denen die Bohrungen für den Brennraum, das Kühlmittel und das Schmiermittel im Zylinderkopf und dem Motorblock unmittelbar benachbart sind. Die Zylinderkopfdichtung ist dann dazu passend ausgelegt, und die entsprechenden Öffnungen liegen dann auch in unmittelbarer Nachbarschaft. Als Folge davon reicht der Platz zwischen den Öffnungen nicht mehr zum Anbringen der metallischen Einfassungen und der die Dichtpressung erhöhenden Maßnahme zugleich aus.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Weichstoffflachdichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptpatentanspruches zu schaffen, bei der auch bei unmittelbar benachbarten Öffnungen der Randbereich zumindest einer der benachbarten Öffnungen sowohl durch eine metallische Einfassung geschützt als auch mit einer die Dichtpressung erhöhenden Maßnahme versehen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Weichstoffflachdichtung mit mindestens einer durch eine metallische Einfassung bewehrten Durchgangsöffnung gelöst, bei der die Einfassungsschenkel mit im Öffnungsbereich auf der Dichtung ein- oder beidseitig aufliegenden separaten Metallringen zusammenwirken. Bevorzugt bestehen die Ringe aus einem Federstahl, wie einem Edelstahl oder einem Kohlenstoffstahl, mit einer Zugfestigkeit von etwa 1.500 n/mm², und die Federstahlringe sind mit einer ringförmigen, konzentrisch zum Ring verlaufenden Sicke versehen. Die axiale Dicke des Federstahlringes liegt bevorzugt zwischen 0,15 und 0,5 mm, während seine radiale Wandstärke bevorzugt in etwa gleich der halben bis der einfachen Einfassungsschenkellänge von bei Flachdichtungen üblichen Einfassungen beträgt und somit bevorzugt zwischen 3 und 6 mm liegt. Die Höhe der Sicke ergibt sich aus dem speziellen Anwendungsfall.

Durch die Erfindung ist somit eine Weichstoffflachdichtung mit mindestens einer eingefaßten Durchgangsöffnung geschaffen, deren eingefaßter Öffnungsrandbereich sowohl durch eine metallische Einfassung besonders geschützt als auch mit einer die Dichtpressung erhöhenden Maßnahme versehen ist. Der bevorzugt eingesetzte Federstahlsickenring wird beim Einbau unter dem Dichtpressungsdruck lediglich elastisch verformt, und seine elastischen Rückfederungseigenschaften besitzen die geforderte wesentliche Verbesserung des Abdichtverhaltens vor allem gegenüber den heißen Verbrennungsgasen am Brennraum.

Beim verwendeten Federstahl kann beim Einbau entsprechend der gewählten Festigkeitseigenschaften die Sicke nicht vollständig unter dem Druck abflachen und dadurch unwirksam werden, während eine Sicke im relativ weichen Einfassungsstahlblech vollständig abflachen würde. Andererseits wäre es nicht möglich, für die Konstruktion einer Einfassung ein Federstahlblech hoher Zugfestigkeit zu verwenden und dieses im Querschnitt U-förmig über den Dichtungsrand zu ziehen. Durch das Zusammenwirken der metallischen Einfassung und der die Dichtpressung erhöhenden Maßnahme unmittelbar am Öffnungsrand wird vor allem ein nur sehr kleiner Bauraum erforderlich. Konstruktionsbedingt unmittelbar neben der eingefaßten Öffnung angeordnete Durchgangsöffnungen werden durch die Maßnahmen nicht betroffen, und ihr Abdichtverhalten bleibt weitgehend unbeeinflußt.

Der ein- oder beidseitig zur Dichtpressungserhöhung im Öffnungsbereich angeordnete Metallring kann im Sinne der Erfindung auf den Einfassungsschenkeln aufliegen und diese ganz oder teilweise überdecken, er kann vollständig oder teilweise von den Einfassungsschenkeln umhüllt und dadurch an der Dichtungsplatte befestigt sein oder er kann eine Verlängerung der Einfassungsschenkel bilden und dadurch besonders vorteilhaft sowohl die Erhöhung der Dichtpressung als auch als Teil des Einfassungsschenkels gleichzeitig den Schutz der eingefaßten Öffnung verbessern. Bevorzugt ist der Weichstoffbereich am Öffnungsrand ausgespart, so daß sowohl Einfassungsschenkel als auch der Metallring in Vertiefungen der Dichtung angeordnet sind. Bei den bevorzugt eingesetzten Federstahlsickenringen bestimmt dann die Höhe der das Dichtungsniveau überragenden Sicke den Betrag der Dichtpressungserhöhung und damit die Höhe des am Öffnungsrand verbesserten Abdichtverhaltens. Die Metallringe sind ferner bevorzugt mit der Einfassung haftfest durch Kleben oder Schweißen verbunden, und zur Verbesserung des Mikro- und Makroabdichtverhaltens können die freiliegenden Flächen der Metallringe mit polymeren Überzügen aus vor allem einem Nitrilbutadienkautschuk, einem Silikonelastomer oder einem Fluorelastomer versehen sein.

Durch die Erfindung ist somit eine Weichstoffflachdichtung geschaffen, bei der schwierige Abdichtungsprobleme durch unmittelbar nebeneinanderliegende Durchgangsöffnungen wirkungsvoll gelöst sind. Während die erfinderischen Maßnahmen in erster Linie bei Zylinderkopfdichtungen an den Brennraumöffnungen angewendet werden, können die Maßnahmen auch an den Flüssigkeitsöffnungen für Schmieröl oder Kühlmittel eingesetzt werden. Im Sinne der Erfindung können, falls erforderlich, auch Öffnungen ohne unmittelbar angrenzende weitere Durchgangsöffnungen mit den Maßnahmen versehen sein, und die Maßnahmen können allgemein für Weichstoffflachdichtungen, insbesondere für den Motorenbau, eingesetzt werden.

Durch die in den Querschnittsbildern dargestellten sechs Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert:

Die Fig. 1 bis 6 zeigen Querschnittsbilder am Brennraumöffnungsgrad von Weichstoffzylinderkopfdichtungen.

In Fig. 1 ist 1 die Weichstoffzylinderkopfdichtungsplatte im Bereich der Brennraumöffnung 2. Der Öffnungsrand 3 ist von einer im Querschnitt U-förmig über den Öffnungsrand 3 gebogenen metallischen Einfassung 4 aus relativ weichem Stahl umgeben. Die Einfassungsschenkel 5, 6 sind in Vertiefungen der Dichtungsplatte 1 angeordnet, und in Verlängerung der relativ kurzen Einfassungsschenkel 5, 6 sind beidseitig in den Vertiefungen die Federstahlsickenringe 7, 8 angeordnet. Die Federstahlringe 7, 8 bewirken einmal als Schenkelverlängerungen mit der Einfassung 4 zusammen den Schutz der Dichtung 1, und gleichzeitig bewirken sie durch ihre die Dichtungsfläche überragenden Sicken 9, 10 die Erhöhung der Dichtpressung und damit die Erhöhung der Abdichtwirkung.

In Fig. 2 ist die Dichtungsplatte 1′ an der Brennraumöffnung 2′ mit einer metallischen Einfassung 4′ versehen, deren Einfassungsschenkel 6′ eine normale Schenkellänge besitzt und in den Weichstoff einplaniert ist, während dem zweiten Einfassungsschenkel 5′ ein Federstahlsickenring 9′ am Ende in einer Vertiefung der Dichtungsplatte 1′ vorgelagert ist. Die radiale Länge des Einfassungsschenkels 5′ und das Federstahlringes 9′ ergeben zusammen die Länge eines normalen Einfassungsschenkels entsprechend der Länge des Einfassungsschenkels 6′.

In der Fig. 3 ist die Einfassung 4′′ der Dichtungsplatte 1′′ am Brennraum 2′′ einseitig abgeflacht. In der vom abgeflachten Einfassungsschenkel 5′′ gebildeten Vertiefung ist der Stahlsickenring 9′′, auf dem Einfassungsschenkel 5′′ aufliegend, angeordnet, und der Stahlsickenring 9′′ ist mit dem Einfassungsschenkel 5′′ an den Enden durch Punktschweißung 11 verbunden. Der Federstahlsickenring 9′′ ist auf seiner freiliegenden Dichtfläche mit einem Überzug 12 aus Silikonkautschuk versehen.

In Fig. 4 ist der Einfassungsschenkel 5′′′ der Einfassung 4′′′ am Brennraum 2′′′ am Ende gefalzt, und der Federstahlsickenring 9′′′ ist, auf dem Einfassungsschenkel 5′′′ liegend, zwischen abgeflachtem Einfassungsschenkelende 13 und Brennraumrand 2′′ angeordnet. Der Federstahlsickenring 9′′ und das Einfassungsschenkelende 13 sind miteinander durch Punktschweißung verbunden.

In Fig. 5 ist der Federstahlsickenring 9 ^IV in einer Vertiefung der Dichtung 1 ^IV am Brennraumöffnungsrand 2 ^IV angeordnet. Die Einfassung 4 ^IV liegt mit den Einfassungsschenkel 5 ^IV lediglich am Innenumfang des Federstahlsickenringes auf diesem auf und befestigt ihn so an der Dichtungsplatte 1 ^IV.

In Fig. 6 liegt der Federstahlsickenring 9 ^V in einer Vertiefung der Dichtungsplatte 1 ^V am Brennraumrand. Die metallische Einfassung 4 ^V überdeckt mit ihrem Einfassungsschenkel 5 ^V den Federstahlsickenring 9 ^V auf seiner gesamten radialen Wandstärke und befestigt ihn so an der Dichtungsplatte 1 ^V.

Claims (11)

1. Weichstoffflachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem gegebenenfalls metallisch verstärkten und imprägnierten Faservlies, mit Durchgangsöffnungen für den Brennraum, das Schmieröl, die Kühlflüssigkeit und die Befestigungsschrauben, mit einer metallischen Bewehrung mindestens einer der Durchgangsöffnungen, sowie einer die Dichtpressung erhöhenden Maßnahme an dem metallisch bewehrten Durchgangsöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dichtpressung erhöhenden Maßnahmen aus Metallringen (8, 9) bestehen, die auf der Dichtung (1) im Öffnungsbereich (2) ein- oder beidseitig aufliegen und mit den Einfassungsschenkeln (5, 6) zusammenwirken.

2. Weichstoffflachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallringe (8, 9) aus gesickten Federstahlringen (8, 9) bestehen.

3. Weichstoffflachdichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Federstahlringdicke zwischen 0,15 und 0,5 mm beträgt.

4. Weichstoffflachdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Wandstärke der Metallringe (8, 9) zwischen 3 und 6 mm liegt.

5. Weichstoffflachdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallringe (8, 9) mit den Einfassungsschenkeln (5, 6) durch Kleben, Löten oder Schweißen haftfest (11) verbunden sind.

6. Weichstofflachdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (8, 9, 9′, 9 ^IV, 9 ^V) in einer Vertiefung der Dichtungsplatte (1) am Öffnungsrand (2) einliegt.

7. Weichstoffflachdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallringe (8, 9) zusammen mit den Einfassungsschenkeln (5, 6) in einer Vertiefung der Dichtungsplatte einliegen und die Metallringe (8, 9, 9′) eine Verlängerung der Einfassungsschenkel (5, 5′, 6) bilden.

8. Weichstofflachdichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfassungsschenkel (5 ^IV) auf dem Metallring (9 ^IV) an dessen Innenumfang aufliegt.

9. Weichstoffflachdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfassungsschenkel (5 ^V) den Metallring (9 ^V) auf seiner gesamten Breite überdeckt.

10. Weichstoffflachdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (9′′, 9′′′) auf dem Einfassungsschenkel (5′′, 5′′′) aufliegt.

11. Weichstoffflachdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegenden Metallringflächen mit einem Überzug (12) aus polymerem Material versehen sind.