DE3835611C2

DE3835611C2 -

Info

Publication number: DE3835611C2
Application number: DE19883835611
Authority: DE
Inventors: Dieter 7910 Neu-Ulm De Weigold
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 1988-10-19
Filing date: 1988-10-19
Publication date: 1993-04-15
Also published as: DE3835611A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Metall-Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem flachen Dichtungskörper, dessen Oberflächen zwei zueinander parallele Dichtflächen bilden, welche wenigstens eine Durchgangsöffnung umgeben, wobei an den Rand des Dich tungskörpers, welcher eine Durchgangsöffnung umgibt, eine umlaufende Sicke angeformt ist, die eine geringere Materialstärke als der Dichtungskörper aufweist und im entspannten Zustand mit einer konvexen Aufwölbung über den von den beiden Dichtflächen definierten Raum hinausragt.The invention relates to a metal flat gasket, in particular Cylinder head gasket for an internal combustion engine, with one flat sealing body, the surfaces of which are two form mutually parallel sealing surfaces, which at least surround a through hole, being at the edge of you tion body, which surrounds a through opening, a circumferential bead is formed, which is a lower material thickness than the sealing body has and in the relaxed state with a convex bulge over that of the two Sealing surface protrudes defined space.

Eine derartige Metall-Flachdichtung ist aus der DE-PS 9 70 950 bekannt. Diese bekannte Flachdichtung verwendet also einen Well ring im Nebenschluß, dessen abdichtende Kraft durch die Restelastizität nach Verformung aufgebracht wird.Such a metal flat gasket is from DE-PS 9 70 950 known. This known flat gasket therefore uses a well ring in the bypass, its sealing force by the residual elasticity is applied after deformation.

Da der Dichtspalt zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinder block durch Innendruck und Temperaturschwankungen oszilliert und dadurch ein Dichtungselement ständigen Pressungsänderungen unterworfen wird, sollte die Dichtung möglichst gute und dauer hafte Federungseigenschaften besitzen. Diese Forderung ist in der Praxis jedoch nur außerordentlich schwierig zu erfüllen. Durch die vielfältigen Beanspruchungen während des Betriebs und die durch Leichtbaukonzepte moderner Motorkonstruktionen be dingte geringe Biegesteifigkeit kommt es immer wieder dazu, daß eine Dichtung ihre Funktion nicht immer zur vollen Zufrieden heit erfüllt oder schadhaft wird.Because the sealing gap between the cylinder head and the cylinder block oscillates due to internal pressure and temperature fluctuations and thereby a sealing element constant pressure changes is subjected to, the seal should be as good and durable have adhesive suspension properties. This requirement is in in practice, however, is extremely difficult to achieve. Due to the various stresses during operation and be through lightweight construction concepts of modern engine designs due to low bending stiffness, it always happens that a seal does not always fully satisfy its function is fulfilled or becomes defective.

Insbesondere dann, wenn der Verbrennungsdruck entlastend auf den Dichtspalt wirkt, wird das Eindringen von Brenngasen in den abzudichtenden Bereich durch ungünstige Profile bekann ter Dichtungsquerschnitte noch begünstigt. Außerdem sind Relativbewegungen zwischen dem Zylinderblock und dem Zylin derkopf kaum zu vermeiden. Unvermeidlich sind außerdem un terschiedliche Wärmedehnungen bei Verwendung verschiedenar tiger Materialien. Diese Erscheinungen führen insgesamt in Verbindung mit einem Druckwechsel dazu, daß der Dichtspalt relativ komplizierten Formveränderungen unterworfen ist.Especially when the combustion pressure is relieved acts the sealing gap, the penetration of fuel gases in known the area to be sealed due to unfavorable profiles ter seal cross-sections still favored. Also are Relative movements between the cylinder block and the cylinder the head can hardly be avoided. Unavoidable are also un Different thermal expansions when used materials. Overall, these phenomena result in Connection with a pressure change causing the sealing gap is subject to relatively complicated changes in shape.

Ferner ist aus der GB-PS 9 31 710 eine Zylinderkopfdichtung bekannt, bei welcher eine sickenförmige Erhebung unter Berücksichtigung der Oberflächengüte der angrenzenden Dichtflächen mit einer Abflachung versehen ist. In der DE-OS 33 06 759 ist die Verwendung von Edelstahl für den Dich tungskörper und die Sicke beschrieben.Furthermore, from GB-PS 9 31 710 a cylinder head gasket known, in which a bead-shaped elevation under Taking into account the surface quality of the adjacent Sealing surfaces is provided with a flat. In the DE-OS 33 06 759 is the use of stainless steel for you tion body and the bead described.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Metall-Flachdichtung der eingangs genannten Art zu schaf fen, welche auch bei erheblichen Relativbewegungen im Be reich des Dichtspaltes, insbesondere bei einem "räumlichen Arbeiten des Dichtspaltes", eine dauerhafte Elastizität beibehält und dadurch eine besonders gute Abdichtung auch über lange Betriebszeiten ermöglicht.The invention has for its object a Sheep metal flat gasket of the type mentioned fen, which even with considerable relative movements in the loading range of the sealing gap, especially in a "spatial Working the sealing gap ", a permanent elasticity maintains and therefore also a particularly good seal made possible over long operating times.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des An spruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. This task is performed according to the characterizing part of the To spell 1 solved. Preferred developments of the invention are described in the subclaims.

Nach dem wesentlichen Grundgedanken der Erfindung wird somit an den eigentlichen Dichtungskörper ein sich zum freien Rand hin verjüngendes Stück angeformt, welches einerseits dünner ausge bildet ist als der Dichtungskörper und andererseits eine der artige geometrische Form aufweist, daß in bestimmten Bereichen ein definierter Überstand über die Dicke des Dichtungskörpers hinaus vorhanden ist. Wenn der Zylinderblock und der Zylinder kopf zusammengespannt werden, wird das an den Dichtungskörper angeformte Stück, welches als Sicke ausgebildet ist, so weit zu sammengedrückt, daß diejenigen Bereiche der Sicke, welche den erwähnten Überstand bilden, auf den durch die beiden Dicht flächen des Dichtungskörpers definierten Raum zusammengedrückt werden. Da jedoch das angeformte Stück eine geringere Dicke als der Dichtungskörper aufweist, kann es nie dazu kommen, daß das angeformte Stück völlig flachgedrückt wird. Es bleibt immer noch eine Feder-Rückstellkraft vorhanden, welche dafür sorgt, daß die Auflageflächen der Sicke unter hinreichender Spannung an die Gegenflächen angedrückt sind. Es wird also die vor teilhafte Wirkung erzielt, daß das eigentliche Dichtelement, welches im Kraftnebenschluß liegt, stets eine ausreichende Elastizitätsreserve aufweist, die dafür sorgt, daß auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen über besonders lange Betriebs zeiten eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet ist.According to the essential basic idea of the invention the actual sealing body towards the free edge molded tapered piece, which on the one hand thinner forms as the sealing body and on the other hand one of the like geometric shape that in certain areas a defined projection over the thickness of the sealing body is present. If the cylinder block and the cylinder head tightened, this will be on the seal body molded piece, which is designed as a bead, so far compressed that those areas of the bead that the Form the supernatant mentioned on the two seals surfaces of the sealing body defined space compressed will. However, since the molded piece is less than the sealing body has, it can never happen that molded piece is completely flattened. It always stays there is also a spring restoring force, which ensures that the contact surfaces of the bead under sufficient tension are pressed against the counter surfaces. So it will be the one before achieved partial effect that the actual sealing element, which lies in the force bypass, always a sufficient one Has elastic reserve, which ensures that even under unfavorable operating conditions over particularly long operation a perfect seal is guaranteed.

Wenn der Zylinderblock und der Zylinderkopf fest zusammenge spannt sind, liegt der Dichtungskörper im Kraft-Hauptschluß fest zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf einge klemmt. Da das an den Dichtungskörper angeformte Stück, aus welchem die Sicke gebildet ist, in seiner Materialstärke vom Dichtungs körper bis zum freien Rand der Sicke hin stetig abnimmt, wird im Bereich der Sicke praktisch nur der Überstand beseitigt mit der Folge, daß die Dichtkraft an den Auflageflächen durch eine Spannung hervorgerufen wird, die durch elastische Ver formung der Sicke entsteht. Bei geeigneter Formgebung und Ma terialauswahl wird beim Zusammenspannen von Zylinderblock und Zylinderkopf das an den Dichtungskörper angeformte und zur Sicke geformte Stück gerade so weit elastisch verformt, daß die auf grund der Elastizität wirksame Rückfederkraft für den erwünsch ten Andruck der Sicken-Auflagenflächen an die entsprechenden Gegenflächen sorgt.When the cylinder block and the cylinder head tightly together are tight, the sealing body is in the main main circuit firmly inserted between the cylinder block and the cylinder head stuck. Since the piece molded onto the sealing body, from which the bead is formed in its material thickness from the seal body steadily decreases to the free edge of the bead, is in the bead area practically only the supernatant is removed with the consequence that the Sealing force on the contact surfaces by a Tension is caused by elastic Ver The bead is formed. With a suitable shape and size material selection is used when clamping the cylinder block and Cylinder head that is molded onto the sealing body and to the bead molded piece just so elastically deformed that the on due to the elasticity effective spring back force for the desired pressure of the beads on the corresponding surfaces Counter surfaces.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die Sicke je weils in dem Bereich, der über den Dichtflächen übersteht, eine Abflachung oder Abrundung aufweist. Mit dieser Ausführungsform wird der Vorteil erreicht, daß auch bei Bewegungen, wie sie im Betrieb auftreten, schneidringartige Eingrabungen der Sicke in die Gegenfläche vermieden werden.It is also provided that the bead depending because in the area that protrudes above the sealing surfaces, one Has flattening or rounding. With this embodiment the advantage is achieved that even with movements such as in Operation occur, cutting ring-like digging of the bead in the opposite surface can be avoided.

Nach dem Pressen kann am Innendurchmesser der Sicke überstehen des Material durch eine orthogonal zur Ringebene von oben nach unten ausgeführte Stanzoperation entfernt und an der inneren, nach oben ge richteten Auflagefläche eine gezielte Abrundung hergestellt werden, die eine Beschädigung der Dichtfläche des Zylinder kopfes verhindern soll. Eine entsprechende Abrundung der nach unten gerichteten Auflagefläche kann durch analoge Formgebung des Werkzeugs erreicht werden. Damit ist zugleich eine kalku lierbare Begrenzung der Pressungsspitzen an den Innenkanten der Auflageflächen möglich.After pressing, the inside diameter of the bead can protrude of the material through an orthogonal to the ring plane from top to top Stamping operation performed below removed and on the inner, ge up directed surface creates a targeted rounding be damaging the sealing surface of the cylinder head should prevent. A corresponding rounding off of the bottom facing support surface can be created by analog shape of the tool can be reached. This is also a calculus adjustable limitation of the pressure peaks on the inner edges of the contact surfaces possible.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Sicke durch Fließpressen angeformt ist. Dadurch ergibt sich eine erwünschte Materialver festigung, wobei zugleich die Federkraft verstärkt wird.It is preferably provided that the bead is extruded is molded. This results in a desired material consolidation, while the spring force is increased.

Vorzugsweise kann der Dichtungskörper ebenso wie die Sicke aus Edelstahl bestehen. Gemäß einer alternativen bevorzugten Aus führungsform des Erfindungsgegenstandes kann auch vorgesehen sein, daß der Dichtungskörper und die Sicke aus einer federhar ten Aluminiumlegierung bestehen.Preferably, the sealing body as well as the bead Stainless steel. According to an alternative preferred Aus management form of the subject of the invention can also be provided be that the sealing body and the bead from a spring har aluminum alloy.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß das eigentliche Dichtelement dauerhaft elastisch bleibt und durch seine geometrische Form zugleich eine Unterstützung der Dichtpressung durch den Zünddruck erlaubt.According to the invention, the main advantage can be achieved that the actual sealing element remains permanently elastic and thanks to its geometric shape it also supports the Sealing pressure allowed by the ignition pressure.

Nach der Erfindung kann bei rationeller und kostengünstiger Her stellung eine Konstruktion verwendet werden, welche für eine Metall-Flachdichtung bei raumsparender Bauweise zugleich eine universelle Anwendbarkeit ermöglicht. Die erfindungsgemäße Dich tung ist nicht nur am Brennraum einer Brennkraftmaschine anwend bar, sondern eignet sich auch für Anwendungen bei Kühl- und Schmiermittel-Durchgängen. Die Erfindung bedient sich der Er kenntnis, daß bei entsprechender Dimensionierung und Formgebung mit einem Dichtelement im Kraft-Nebenschluß besonders vorteil hafte und überraschende Wirkungen erzielt werden können.According to the invention can with rational and inexpensive Her position a construction can be used, which for a Metal flat gasket with a space-saving design also one enables universal applicability. The you according to the invention device is not only used on the combustion chamber of an internal combustion engine bar, but is also suitable for applications in cooling and Lubricant passages. The invention uses the He knows that with appropriate dimensioning and shaping particularly advantageous with a sealing element in the force shunt adhesive and surprising effects can be achieved.

Gemäß der Erfindung wird durch zweckmäßige Werkstoffauswahl mit anschließender Materialverfestigung ein Federelement herge stellt, welches durch rein elastische Verformung die Abdichtungs kraft aufbringt. According to the invention by appropriate selection of materials subsequent material consolidation a spring element Herge provides the sealing by purely elastic deformation brings strength.

Weiterhin bedient sich die Erfindung der Erkenntnis, daß eine besonders gedrungene Bauform der Sicke zu einer sehr gu ten Abdichtung führt. Gemäß der Erfindung beträgt das Ver hältnis der Sicke von Breite zu Dicke etwa 2,5:1. Diese er findungsgemäße Lehre ist auch in der Zeichnung veranschau licht. Es wird somit gemäß der Erfindung auch das Totvolumen auf ein Minimum gebracht.Furthermore, the invention makes use of the knowledge that a particularly compact design of the bead to a very good sealing leads. According to the invention, the ver ratio of the bead from width to thickness about 2.5: 1. This he teaching according to the invention is also illustrated in the drawing light. According to the invention, it also becomes the dead volume brought to a minimum.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeich nung beschrieben; in dieser zeigt die einzige Figur eine rein schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Metall-Flach dichtung in einem Halbschnitt.The invention is described below, for example, using the drawing described; in this the only figure shows one in schematic representation of a metal flat according to the invention seal in a half cut.

Gemäß der Zeichnung ist an einen Dichtkörper 10, der nur andeu tungsweise dargestellt ist, und sich im Sinne der zeichnerischen Darstellung über die Bruchlinie hinaus nach rechts fortsetzt, einstückig eine Sicke 13 angeformt. Durch die beiden (nicht dar gestellten) großen Oberflächen des Dichtungskörpers 10, welche sich nach rechts erstrecken, werden Dichtungsflächen 11 und 12 definiert. Gemäß der Darstellung in der Zeichnung ist die Sicke 13 als ein sich stetig verjüngender Keil ausgebildet, der im Schnitt die Form eines U aufweist, dessen Schenkel verhältnis mäßig weit auseinandergebogen sind. Die Sicke 13 verläuft von dem Dichtungskörper aus zunächst zu der Dichtungsfläche 12 hin und ist dann in einem U-Bogen zur Dichtungsfläche 11 hingeführt. Mit einer durchgezogenen Linie ist die Sicke 13 in derjenigen Position dargestellt, die sie einnimmt, wenn die Dichtung in ih rem Betriebszustand eingebaut ist. In dieser Einbau-Position werden sowohl eine konvexe Aufwölbung 14, die im Bereich der Dichtungsfläche 12 angeordnet ist, als auch der freie Rand 15, der im Bereich der Dichtungsfläche 11 liegt, aus der entspannten Lage, welche durch einen unterbrochenen Linienzug dargestellt ist, in eine solche Lage verformt, daß die gesamte Sicke 13 zwi schen den beiden Dichtungsflächen 11 und 12 angeordnet ist.According to the drawing, a bead 13 is integrally formed on a sealing body 10 , which is only shown in a hint, and continues in the sense of the drawing beyond the break line to the right. By the two (not shown) large surfaces of the sealing body 10 , which extend to the right, sealing surfaces 11 and 12 are defined. According to the illustration in the drawing, the bead 13 is designed as a continuously tapering wedge, which has the shape of a U in section, the legs of which are bent moderately far apart. The bead 13 initially runs from the sealing body to the sealing surface 12 and is then guided in a U-bend to the sealing surface 11 . With a solid line, the bead 13 is shown in the position it occupies when the seal is installed in its operating state. In this installation position, both a convex bulge 14 , which is arranged in the area of the sealing surface 12 , and the free edge 15 , which is in the area of the sealing surface 11 , from the relaxed position, which is shown by a broken line, in such a position deformed that the entire bead 13 between the two sealing surfaces 11 and 12 is arranged.

Im entspannten Zustand weist die Sicke 13 somit im Bereich der Dichtungsfläche 12 einen Überstand auf, der im wesentlichen durch die konvexe Aufwölbung 14 gebildet ist. Im Bereich der Dichtungsfläche 11 hat die Sicke 13 im entspannten Zustand einen Überstand, der im wesentlichen durch den freien Rand 15 gebildet ist.In the relaxed state, the bead 13 thus has an overhang in the area of the sealing surface 12 , which is essentially formed by the convex bulge 14 . In the area of the sealing surface 11 , the bead 13 has a protrusion in the relaxed state, which is essentially formed by the free edge 15 .

Sowohl im Bereich der konvexen Aufwölbung 14 als auch am freien Rand 15 sind zweckmäßigerweise geeignete Abrundungen vorgesehen, um sicherzustellen, daß bei den im Betrieb auf tretenden Bewegungen die Dichtung auf den Gegenflächen gleiten kann, ohne Beschädigungen hervorzurufen.Suitable roundings are expediently provided both in the area of the convex bulge 14 and on the free edge 15 , in order to ensure that the seal can slide on the counter surfaces during the movements occurring during operation without causing damage.

Die Sicke 13 kann auf einfache Weise dadurch hergestellt wer den, daß zunächst an das Blech, aus dem der Dichtungskörper 10 herzustellen ist, eine Verjüngung angepreßt wird und dann in einem weiteren Arbeitsgang die Sicke geprägt wird.The bead 13 can be produced in a simple manner by who that first a taper is pressed onto the sheet from which the sealing body 10 is to be made and then the bead is embossed in a further operation.

Durch eine möglichst genaue Volumenbestimmung des Rohlings und durch entsprechende Wahl des Vorloch-Durchmessers kann er reicht werden, daß das Material beim Umformen den Sickenraum genau ausfüllt, so daß auf diese Weise ein weiterer Arbeits gang nicht erforderlich ist.By determining the volume of the blank as accurately as possible and by appropriate choice of the hole diameter, he can be enough that the material when forming the bead space fills in exactly, so doing another job gear is not required.

Durch entsprechende Materialauswahl und/oder Formgebung der Sicke können die Feder-Charakteristik und andere Eigenschaften der Sicke im Rahmen der Erfindung in vielfältiger Weise variiert werden. Es können beispielsweise durch Veränderung der Geometrie die Steifigkeit und der Pressungsver lauf in den Auflagenflächen gezielt gesteuert werden. Durch eine zweckmäßige Formgebung kann auch ein sich gleichmäßig verdichtender Faserverlauf ohne (bruchfördernde) Quetschkanten oder Einschnürungen erreicht werden.By appropriate choice of materials and / or Shape of the bead can be the spring characteristic and others Properties of the bead in the context of the invention in various Way can be varied. For example, by Changing the geometry, the stiffness and the compression ratio run can be controlled in a targeted manner in the contact areas. By An appropriate shape can also be even condensing fiber flow without (break-promoting) crushing edges or constrictions can be achieved.

Claims

1. Flat metal gasket, in particular cylinder head gasket device for an internal combustion engine, with a flat sealing body, the surface of which forms two mutually parallel sealing surfaces which surround at least one through opening, with a circumferential bead being formed on the edge of the sealing body, which surrounds a through opening , which has a lower material thickness than the sealing body and in the relaxed state with a convex bulge protrudes beyond the space defined by the sealing surfaces, characterized in that
that the material thickness of the bead ( 13 ) from the sealing body ( 10 ) to its free edge ( 15 ) decreases steadily,
that the free edge ( 15 ) in the relaxed state protrudes beyond the space defined by both sealing surfaces and
that the bead ( 13 ) in each case has a flattening or rounding in the area which projects beyond the sealing surfaces ( 11 , 12 ).

2. Flat metal gasket according to claim 1, characterized in that the bead ( 13 ) is molded by extrusion to the direction device body ( 10 ).

3. Metal flat gasket according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing body ( 10 ) and the bead ( 13 ) consist of stainless steel.

4. Metal flat gasket according to claim 1 or 2, characterized in that the sealing body ( 10 ) and the bead ( 13 ) consist of a spring-hard aluminum alloy.

5. Flat metal gasket according to one of the preceding claims, characterized in that the width / thickness ratio of the bead ( 13 ) is approximately 2.5: 1.