DE4014502C2 - Verfahren zum Einbau eines Sensors in eine formgepreßte Dichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbau eines Sensors in eine formgepreßte Dichtung, insbesondere in eine Zylinderkopfdichtung einer Brennkraftmaschine. Mit Hilfe von in Dichtungen eingebauten Sensoren können bei­ spielsweise Kennwerte von Fluiden ermittelt werden, die innerhalb zweier, die Dichtung zwischen sich ein­ schließenden Bauteilen geführt werden. Im Falle einer Zylinderkopfdichtung einer Brennkraftmaschine kann der Sensor beispielsweise ein Lichtleitstab sein, der die aktuellen Helligkeitswerte im Brennraum der Brennkraft­ maschine an eine elektronische Auswerteeinheit weiter­ leitet. Ein anderer Anwendungsfall ist beispielsweise ein Temperatursensor in einer Abgasrohrdichtung.

Aus der US 4 393 687 ist eine Sensoranordnung in einer Zylinderkopfdichtung bekannt. Dabei werden die als Lichtleitfaserkabel ausgebildeten Sensoren in in die Zylinderkopfdichtung eingebrachte Nuten eingelegt, die anschließend daran mit Füllmaterial abgedeckt werden. Da bei diesem Herstellverfahren jedoch die Deckschicht der Zylinderkopfdichtung unterbrochen wird, ist eine dauer­ beständige Dichtwirkung nicht gewährleistet. Darüber hinaus ist dieses Verfahren für eine Serienfertigung äußerst aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine formgepreßte Dichtung ein Sen­ soreinbauverfahren aufzuzeigen, das lediglich geringen Einfluß auf die Standfestigkeit der Dichtung hat und dabei den Sensor zuverlässig vor schädigenden Einwirkungen schützt.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus Anspruch 1.

Gegenüber dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren wird der Sensor hierdurch sicher und stabil in das Dichtungsmaterial eingebettet. Analog zu den nicht mit einem Sensor versehenen Dichtungen bildet dabei das form­ gepreßte Dichtungsmaterial eine den Anforderungen genügende Einheit und schützt gleichzeitig den Sensor sicher vor äußeren Einflüssen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche. So kann die bereits grob vorgeformte, jedoch noch nicht endgültig formge­ preßte Dichtung mit einer Bohrung zur Aufnahme des Sensors versehen werden. Aufgrund der oftmals filigranen Konfiguration wird diese Bohrung bevorzugt mittels eines Lasers erzeugt.

Insbesondere an Zylinderkopfdichtungen ist es bekannt, mit dem Dich­ tungsmaterial einen Versteifungsträger zu verpressen, um die Stabilität der Dichtung weiter zu erhöhen und insbesondere das Fließen der Dichtung zu verhindern. Üblicherweise kommt hierfür eine geeignete Blechstruktur zum Einsatz. Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sensoreinbau hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Versteifungsträger ein Wellprofil aufweist, wobei die Wellenhöhe größer ist als der entsprechende Querschnitt des Sensors. Hinsichtlich seiner Festigkeit wird der Versteifungsträger durch das Einbringen des Sensors bzw. einer Aussparung somit nur geringfügig geschwächt.

Im Austrittsbereich des Sensors aus dem Dichtungs­ material und dabei insbesondere im Bereich der Meßstelle besteht die Gefahr, daß das dort anliegende Fluid in die Aussparung eindringt und somit die Dichtung und/oder den Sensor zerstört. Daher ist zumindest in diesem Bereich eine metallische Dichtungseinfassung vorgesehen, die mit dem Sensor gasdicht verbunden wird. Ist dabei der Sensor selbst metallisch oder zumindest mit einem metallischen Überzug versehen, so kann der Sensor mit der metalli­ schen Dichtungseinfassung beispielsweise hartverlötet werden.

Die beigefügte Prinzipskizze zeigt zwei partielle Schnitte durch eine erfindungsgemäß mit einem Sensor versehene Zylinderkopfdichtung. Dabei ist das Dich­ tungsmaterial mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet, während der als Lichtleitstab ausgebildete Sensor die Bezugs­ ziffer 2 trägt. Im brennraumseitigen Randbereich ist die Zylinderkopfdichtung mit einer metallischen Dichtungs­ einfassung 3 versehen. Ferner ist in das Dichtungs­ material 1 ein Versteifungsträger 4 mit Wellprofil eingebettet.

Hergestellt wird die gezeigte Zylinderkopfdichtung wie folgt:
Bevor das vorgeformte Dichtungsmaterial 1 endgültig formgepreßt wird, wird an einer geeigneten Stelle parallel zur Oberfläche der Zylinderkopfdichtung eine bohrungsartige Aussparung 5 eingebracht. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines Lasers. Um zu verhindern, daß hierbei der Versteifungsträger 4 übermäßig geschwächt oder unterbrochen wird, weist dieser ein Wellprofil auf, dessen Wellenhöhe h größer ist als der Durchmesser bzw. der entsprechende Querschnitt der bohrungsartigen Aussparung 5. Somit ist sichergestellt, daß auch bei versetzter Lage der Bohrung (Aussparung) immer ein Teil des Versteifungsträgers 4 und somit die erforderliche Gestaltfestigkeit der Zylinderkopfdichtung erhalten bleibt.

Nun wird der Sensor 2 in die Aussparung 5 eingebracht und positioniert. Anschließend daran wird die Zylinder­ kopfdichtung endgültig formgepreßt, so daß die Dicke d der Dichtung das Nennmaß erreicht. Das Dichtungsmaterial 1 umschließt somit den Sensor 2, fixiert seine Lage und dichtet ihn ab.

An der Durchtrittsstelle 6 des Sensors 2 durch die metallische Dichtungseinfassung 3 besteht die Gefahr, daß das Blech der Dichtungseinfassung 3 im Laufe des Betriebes beschädigt wird bzw. abbrennt. Um dies zu verhindern, wird im Bereich der Durchtrittsstelle 6 bzw. im Bereich der Meßstelle der Sensor 2 mit der Dich­ tungseinfassung 3 gasdicht verbunden. Diese gasdichte Verbindung kann beispielsweise mittels eines geeigneten Hartlotes erzeugt werden, wenn der Sensor 2 zumindest im Bereich der Durchtrittsstelle 6 eine metallische Ober­ fläche besitzt. Besteht der Sensor ursprünglich aus einem nichtmetallischen Werkstoff, so beispielsweise einem Saphir, so wird der Sensor beispielsweise durch Plasmaspritzen mit einem metallischen Überzug versehen.

Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens lassen sich in eine formgepreßte Dichtung sicher und auf einfache Weise Sensoren einbetten. Vorteilhafterweise werden damit für die Sensoren keine weiteren Befestigungsbohrungen oder ähnliche Anordnungen an den die Dichtung umgebenden Bauteilen, so beispielsweise an einer Brennkraftma­ schine, erforderlich. Auch ohne große Änderungen lassen sich somit die Sensoren durch einfachen Austausch der Dichtungen an den die Dichtung umgebenden Bauteilen anbauen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Einbau eines Sensors in eine Dichtungsmaterial ent­ haltende formgepreßte Dichtung, insbesondere in eine Zylinderkopf­ dichtung einer Brennkraftmaschine, wobei der Sensor (2) vor dem Pressen der Dichtung in das Dichtungsmaterial (1) eingebracht und anschließend die Dichtung gepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vor­ geformte, noch nicht formgepreßte Dichtungsmaterial (1) mit einer Aussparung (5) zur Aufnahme des Sensors (2) versehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die boh­ rungsartige Aussparung (5) mittels eines Lasers erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Dichtungsmaterial auch ein Versteifungsträger (4) mit Wellprofil verpreßt wird, dessen Wellenhöhe (h) größer ist als der Querschnitt des Sensors (2).

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den metallischen oder mit einem metalli­ schen Überzug versehenen, einer Meßstelle zugeordneten Sensor (2) im Bereich der Meßstelle am Dichtungsrand eine Durchtrittsstelle (6) geschaffen wird, die mit einer metallischen Dichtungseinfassung (3) gasdicht verbunden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) mit der Dichtungseinfassung (3) verlötet oder verschweißt wird.