DE3903918A1 - Flachdichtung, insbesondere zylinderkopfdichtung fuer verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung, wie insbesondere eine Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen, mit in die Durchgangsöffnungen eingesetzten ringförmigen Dichtelementen aus Metall, die an den Öffnungsrändern der Flachdichtung befestigt sind.

Bei Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen ist es bekannt, in die Durchgangsöffnungen für den Brennraum, die Kühlflüssigkeit, das Schmieröl oder die Befestigungsschrauben ringförmige Dichtelemente zur Verbesserung der Abdichtwirkung und der Belastbarkeit einzusetzen. Diese Dichtelemente bestehen vor allem dann, wenn sie in die Flüssigkeitsöffnungen eingesetzt werden, aus einem Elastomer oder elastischen Kunststoff. Bei sehr hohen Dichtpressungsdrucken sind aber auch an den Flüssigkeitsöffnungen metallische Einsatzringe erforderlich, die außer einer hohen Temperaturbelastbarkeit und Medienbeständigkeit auch eine hohe Druckfestigkeit besitzen. Die axiale Höhe der Metallringe ist dann bevorzugt größer als die Dicke der Dichtung, damit am Öffnungsrand beim Einbau eine größere Dichtpressung entsteht. Auch sind die Metallringe gesickt oder profiliert, so daß sie sich beim Einbau unter dem Dichtpressungsdruck elastisch verformen und entsprechend mit ihrer elastischen Rückverformungskraft gut abdichten.

Sowohl für die Handhabung der Dichtung während der Herstellung bis zum Einbau als auch für ein störungsfreies Funktionsverhalten im Betrieb ist eine sichere Befestigung der eingesetzten Dichtelemente am Öffnungsrand der Dichtungsplatte erforderlich. Die für ein Ankleben oder Anvulkanisieren beziehungsweise ein Anschweißen oder Anlöten zur Verfügung stehende Schnittfläche an den Öffnungsrändern der Dichtung beziehungsweise der äußeren Mantelflächen der Einsatzringe ist insbesondere bei dünneren Flachdichtungen sehr klein, so daß derartige Befestigungen nur aufwendig herzustellen und meist nicht betriebssicher genug sind.

Nach der DE-PS 19 61 237 werden daher metallische Einsatzringe an den Brennraumöffnungen von Zylinderkopfdichtungen von im Querschnitt U-förmigen Einfassungen umhüllt, deren Schenkel mit lappenartigen radialen Vorsprüngen zur Befestigung auf der Dichtung aufliegen.

Nach der DE-PS 24 50 914 oder auch dem DE-GM 81 02 660 bestehen die Einsatzringe aus dünnen Metallblechscheiben mit beidseitigen Weichstoffauflagen, wobei die Metallblechscheiben am Außenumfang lappenartige Vorsprünge besitzen, die zur Befestigung wechselseitig abgebogen auf der Dichtungsoberfläche am Öffnungsrand aufliegen.

Nach der DE-PS 28 31 217 ist ein profilierter elastomerer Einsatzring für Flüssigkeitsöffnungen an seinem Außenumfang an einen Metallzylinder anvulkanisiert, dessen beidseitig überstehende Bereiche zur Befestigung einfassungsartig über den Öffnungsrand gebogen sind.

Nach der EP-PA 01 87 554 besitzt ein profilierter elastomerer Einsatzring für Flüssigkeitsöffnungen in seiner äußeren Mantelfläche eine umlaufende Nut, in die ein umlaufender Vorsprung des Dichtungsöffnungsrandes zur Befestigung nach dem Nut-Feder-Prinzip eingeknöpft wird.

All diese Maßnahmen erfordern zusätzliche Bauteile und Arbeitsschritte bei der Herstellung oder sie sind ausschließlich bei leicht verformbaren elastomeren Dichtungsringen anwendbar. Ebenso kann durch die vorbekannten Befestigungsmethoden das Funktionsverhalten der gesamten Dichtung beeinträchtigt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Flachdichtung zu schaffen, deren metallische, ringförmige Dichtelemente in den Durchgangsöffnungen mit einfachen Maßnahmen betriebssicher an den Öffnungsrändern befestigt sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Flachdichtung gelöst, deren metallische, ringförmige Dichtelemente durch im Querschnitt etwa U-förmige, axial beabstandete, lappenartige, radial gerichtete Vorsprünge an der Flachdichtung befestigt sind.

Die lappenartigen radialen Vorsprünge können dabei sowohl vom Außenumfang der metallischen ringförmigen Dichtelemente radial nach außen als auch vom Öffnungsrand der in diesem Fall metallischen Flachdichtung radial nach innen stehend ausgehen, und die beiden Schenkel der Vorsprünge liegen dann beidseitig auf den Dichtungsoberflächen beziehungsweise den beiden Stirnflächen des metallischen ringförmigen Dichtelementes zur Befestigung auf. Die Vorsprünge sind dabei einstückig aus dem metallischen Dichtelementmaterial beziehungsweise dem metallischen Dichtungsmaterial gebildet, und je nach Durchmesser des Einsatzringes beziehungsweise der Durchgangsöffnung sind an deren Umfangsflächen etwa zwei bis acht Vorsprünge gleichmäßig angeordnet.

Die Montage und Befestigung der gemäß der Erfindung bevorzugt am Außenumfang mit radialen Vorsprüngen versehenen metallischen Ringelemente kann jetzt auf zwei verschiedenen Wegen erfolgen:

Nach der ersten Möglichkeit wird ein Schenkel des lappenförmigen Vorsprunges einseitig nach außen weisend gebogen, so daß das ringförmige Dichtelement in die Durchgangsöffnung eingesetzt werden kann. Danach wird der vorher aufgebogene Schenkel zurückgebogen, so daß er mit Spannung auf der Dichtung am Öffnungsrand aufliegt und das Dichtelement drehfest und haltbar an der Dichtung befestigt und vor dem Herausfallen sichert. In diesem Fall kann die axiale Höhe des Dichtelementes größer oder kleiner als die Dicke der Dichtung sein. Die Höhe der axialen Ausnehmung des Vorsprunges ist dann etwa gleich der Dicke der Dichte im Auflagenbereich der Befestigungsscheibe, so daß gegebenenfalls die Dichte im Auflagenbereich auf die Dicke der axialen Ausnehmung des Vorsprunges durch bevorzugtes Komprimieren verringert ist.

Die andere Möglichkeit bezieht sich auf metallische ringförmige Dichtelemente, deren axiale Höhe größer als die Dicke der Dichtung ist. Die axiale Höhe der Ausnehmung des Vorsprunges ist dann etwa gleich der Dichtungsdicke, und die Dichtung besitzt entsprechend den Vorsprüngen des Einsatzringes Ausnehmungan am Öffnungsrand, so daß der Einsatzring in die Öffnung eingesetzt werden kann. Durch anschließendes Drehen des Einsatzringes liegen die beiden Vorsprungsschenkel auf der Dichtungsoberfläche auf, und der Einsatzring ist an der Öffnung handhabungssicher und betriebssicher befestigt.

Bevorzugt besteht das metallische ringförmige Dichtelement aus einem Stahl, so daß einmal am profilierten oder gesickten Ring beim Einbau eine genügende elastische Verformung mit entsprechender Rückverformungskraft und Abdichtwirkung entsteht und zum anderen die Vorsprungsschenkel problemlos aufbiegbar und zur Befestigung wieder anpreßbar sind. Gefunden wurde aber auch, daß Einsatzringe aus vor allem weicheren Gußeisensorten mit der gleichen Wirkung einsetzbar sind. Ebenso sind Einsatzringe aus Nichteisenmetallen beziehungsweise -legierungen, wie Kupfer, Bronze oder Messing, verwendbar.

In einer speziellen Ausführung der Erfindung kann der vom ringförmigen Dichtelement ausgehende Vorsprung auch aus einem Schenkel bestehen, dessen Dicke etwa gleich einem Fünftel bis einem Zwanzigstel der Dicke des Einsatzringes ist. Die Dichtungsplatte besitzt dann korrespondierend am Öffnungsrand Durchbohrungen, durch die die Schenkelenden beim Einsetzen des Ringes hindurchgeschoben und gegebenenfalls unter mehrfacher Umbiegung befestigt werden.

Wenn, wie vor allem bei einer metallischen einlagigen oder mehrlagigen Flachdichtung möglich, die Vorsprünge vom Innenumfang des Öffnungsrandes radial vorstehen, können besonders gute flache, metallische, ringförmige Dichtungselemente an der Dichtung befestigt werden. Die Dichtungselemente bestehen dann aus gesickten Blechen, und die Bleche können ein- oder beidseitig mit Weichstoffauflagen aus bevorzugt kammartig profiliertem elastomeren Material oder aus Weichstoffaservliesmaterial versehen sein. Gegebenenfalls können die Einsatzringe dann auch massiv aus bevorzugt verformungssteifen Kunststoffen bestehen.

Durch die Erfindung ist somit mit relativ einfachen Maßnahmen eine Flachdichtung mit metallischen ringförmigen, in die Durchgangsöffnung einsetzbaren Dichtelementen geschaffen, die handhabungssicher und betriebssicher am Dichtungsrand befestigt sind. Da die Vorsprünge radial von den ringförmigen Dichtelementen oder von den Dichtungen selbst einstückig verbunden ausgehen, ist ihre Herstellung praktisch ohne Mehraufwand möglich, und nur die axiale Ausnehmung muß bevorzugt durch Schleifen in den Vorsprung eingearbeitet werden.

Die Erfindung wird durch die sieben Abbildungen näher erläutert, die bevorzugte Ausführungen und ihre Funktionsweise zeigen:

Fig. 1 ein Aufsichtsbild einer Zylinderkopfdichtung mit eingesetztem, metallischem, ringförmigem Dichtelement,

Fig. 2 und 2a einen Querschnitt durch die Zylinderkopfdichtung in der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 ein einbaufertiges, metallisches, ringförmiges Dichtelement im Querschnitt,

Fig. 4 ein weiteres Aufsichtsbild auf eine Zylinderkopfdichtung mit eingesetztem, metallischem, ringförmigem Dichtelement,

Fig. 5 und 5a einen Querschnitt durch die Zylinderkopfdichtung in der Linie V-V der Fig. 4,

Fig. 6 ein Querschnittsbild durch ein weiteres in eine Durchgangsöffnung eingesetztes Dichtelement gemäß der Erfindung,

Fig. 7 ein weiteres Aufsichtsbild auf eine Zylinderkopfdichtung mit eingesetztem, metallischem, ringförmigem Dichtelement.

In Fig. 1 ist 1 eine Zylinderkopfdichtung mit einer Brennraumöffnung 2, in die ein ringförmiges metallisches Dichtelement 3 eingesetzt ist. Das ringförmige metallische Dichtelement 3 besitzt am Außenumfang 4 über den Umfang gleichmäßig verteilte lappenförmige Vorsprünge, die auf der Dichtung 1 am Öffnungsrand zur Befestigung aufliegen.

Im Querschnittsbild der Fig. 2 besitzt das ringförmige metallische Dichtelement eine Sicke 5, und es besitzt eine größere axiale Höhe 6 als die Dichtungsplatte 1. Der lappenförmige Vorsprung 4 besitzt eine axiale Ausnehmung 7 mit einem im Querschnitt etwa U-förmigen Profil. Die axiale Höhe der Ausnehmung 7 ist etwa gleich der Dicke der Dichtungsplatte, so daß die beiden Schenkel 8 des lappenförmigen Vorsprunges 4 am Öffnungsrand der Dichtung 1 zur Befestigung aufliegen.

In der Abbildung 2 a ist die Dicke 6 a des ringförmigen metallischen und gesickten Dichtelementes 3 a geringer als die Dicke der Dichtungsplatte 1 a, so daß die Dichtungsplatte 1 a am Öffnungsrandbereich 9 vorkomprimiert ist und die beiden Schenkel 8 a des Vorsprunges 4 a genau den vorkomprimierten Dichtungsbereich 9 umfassen.

Das Querschnittsbild der Fig. 3 zeigt das metallische ringförmige Dichtelement 3 der Fig. 2, bei dem der obere Schenkel 8′ nach oben stehend abgebogen ist, so daß das Dichtelement 3 zur Montage in die Öffnung 2 der Dichtung 1 eingesetzt und durch Umbiegen des Schenkels 8′ befestigt werden kann.

In Fig. 4 besteht die Flachdichtung 10 aus Metall und besitzt am Rand einer Flüssigkeitsöffnung 11 radial vorstehende Vorsprünge 12, deren Schenkel zur Befestigung über ein relativ dünnes, ringförmiges, metallisches Dichtelement 13 gebogen sind. Das Dichtelement 13 besitzt am Innenumfang beidseitig ringförmige Auflagen 14 aus elastomerem Material.

Im Querschnittsbild der Fig. 5 besteht die Flachdichtung 10 einlagig aus einer Metallplatte, und die Vorsprünge 12 am Öffnungsrand bilden eine Ausnehmung 15, in die das metallische ringförmige Dichtelement 13, ähnlich wie bei Fig. 3 dargestellt, befestigt ist. Das ringförmige metallische Dichtelement 13 ist relativ flach und besitzt im Bereich seines Innenumfanges kammartig profilierte, beidseitige Auflagen 14 aus elastomerem Material.

In Abbildung 5 a besteht die Flachdichtung 10 a aus drei übereinanderliegenden Metallplatten 18, 16, 17, von denen nur die beiden Deckplatten 18, 17 am Öffnungsrand lappenartige Vorsprünge 12 a bilden. In den dazwischen ausgesparten Raum 15 a ist das metallische, relativ dünne Dichtelement 13 a befestigt. Das ringförmige Dichtelement 13 a besitzt dabei im Bereich seines Innenumfanges beidseitige Auflagen 14 a aus elastomerem Material.

In Fig. 6 besitzt das gesickte, ringförmige, metallische Dichtelement 19 einen relativ dünnen, radialen Vorsprung 20 am Außenumfang, und dieser ist an der Dichtungsplatte 21 durch eine Bohrung 22 der Dichtungsplatte 21 zur Befestigung unter mehrfacher Umbiegung geschoben und befestigt.

In der Abbildung 7 besitzt das ringförmige metallische Dichtelement 23 vier am Außenumfang vorstehende Vorsprünge 24 und die Dichtungsplatte 26 vier am Rand der Öffnung 25 korrespondierende, nach außen weisende Durchbohrungen 27. Zur Befestigung ist das ringförmige Dichtelement 23 deckungsgleich mit seinen Vorsprüngen 24 in die Bohrungen 27 passend eingesetzt, so daß nach dem Verdrehen in Drehrichtung 28 die Vorsprünge 24 mit ihren Schenkeln beidseitig auf der Dichtungsplatte 26 aufliegen.

Claims (7)

1. Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen, mit in die Durchgangsöffnungen eingesetzten ringförmigen Dichtelementen aus Metall, die an den Öffnungsrändern der Flachdichtung befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente (3, 3 a, 13, 13 a, 19, 23) durch im Querschnitt etwa U-förmige axial beabstandete, radial gerichtete, lappenartige Vorsprünge (4, 4 a, 12, 12 a, 20, 24) an der Flachdichtung (1, 1 a, 10, 10 a, 21, 26) befestigt sind.

2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (4, 4 a, 20, 24) einstückig aus dem Dichtelement (3, 3 a, 23) gebildet sind und ihre Schenkel (8, 8 a) radial vom Außenumfang des Dichtelementes (3, 3 a, 23) ausgehend, auf der Dichtung (1, 1 a, 26) beidseitig im Öffnungsrandbereich zur Befestigung aufliegen.

3. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachdichtung (10,10 a) aus einer ein- oder mehrlagigen Metallplatte besteht, daß die Vorsprünge (12, 12 a) einstückig vom Öffnungsrand radial nach innen weisend aus Flachdichtungsmaterial (10, 10 a) gebildet sind, und daß die Schenkel der Vorsprünge (12, 12 a) beidseitig auf den Stirnflächen des Dichtelementes (13, 13 a) zur Befestigung aufliegen.

4. Flachdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen ringförmigen Dichtelemente (13, 13 a) aus relativ dünnen Metallscheiben von geringerer axialer Höhe als die Dichtungsplatte mit profilierten ein- oder beidseitigen Weichstoffauflagen (14, 14 a) am Innenumfang bestehen, und daß auf dem Dichtelement (13, 13 a) die Schenkel der vom Öffnungsrand der Dichtung ausgehenden Vorsprünge (12, 12 a) zur Befestigung aufliegen.

5. Flachdichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte (26) oder das Dichtungselement am Öffnungsrand der Dichtung am Außenumfang radial nach innen weisende beziehungsweise am Dichtungsöffnungsrand radial nach außen weisende mit den Vorsprüngen (24) deckungsgleiche Ausnehmungen (27) besitzt, so daß das ringförmige Dichtelement (23) durch Einsetzen in die Öffnung (25) und anschließendes Verdrehen (28) am Öffnungsrand befestigt ist.

6. Flachdichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schenkel (8, 8 a) zusammen maximal etwa 20% der Dicke (6, 6 a) der Dichtelemente (3, 3 a) ist.

7. Flachdichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom ringförmigen Dichtelement (19) am Außenumfang radial nach außen vorstehenden Vorsprünge (20) aus jeweils einem Schenkel mit maximal etwa 20 % der axialen Dichtscheibenhöhe (20) bestehen.