DE4222338C2 - Flachdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine als Flachdichtung ausgeführte Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit mindestens einer die Dichtpressung erhöhenden Auflage aus einer Memorymetallegierung.

Bei einer Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen ist es bekannt, auf die Dichtflächen am kritisch belasteten Dichtbereich der Dichtpressungserhöhung dienende Auflagen aufzutragen. Während es bei thermisch weniger belasteten Dichtstellen bekannt ist, beispielsweise rund um die Flüssigkeitsöffnungen diese Auflagen aus bevorzugt im Siebdruck aufgetragenen Elastomeren oder Kunststoffen herzustellen, werden die Auflagen an durch hohe Temperaturen belasteten Dichtstellen aus hochtemperaturbeständigem Material, wie bevorzugt Metallblech, hergestellt.

Insbesondere an den hohen Temperaturen ausgesetzten Stegbereichen an Zylinderkopfdichtungen zwischen den benachbarten Brennraumöffnungen bei Reihenmotoren oder als Auflagenfläche für die in den Zylinderkopf eingebaute und auf der Zylinderkopfdichtung mit ihrer Bodenfläche aufliegende Vorverbrennungskammer werden Metallbleche als Auflagen verwendet, die üblicherweise aus dem Metall der Einfassungsbleche bestehen.

Wenn es fertigungstechnisch möglich ist, sind die Auflagenbleche der Einfachheit halber mit den Einfassungsblechen als lappenförmige Erweiterungen verbunden und werden zusammen mit den Einfassungen an den Brennraumöffnungen der Dichtung montiert. Falls erforderlich, sind die in den kritischen Bereichen aufliegenden Auflagen zur Erhöhung der Abdichtwirkung durch beispielsweise Sickungen verformt.

Zylinderkopfdichtungen sind im motorischen Betrieb hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt und müssen über einen relativ breiten Temperaturbereich zwischen eiskalten Konditionen im Stand und in der Startphase und bis zu den Temperaturen bei laufendem, gegebenenfalls überhitztem Motor bis etwa 230 bis 280°C gleichbleibend gut abdichten. Hohe Temperaturen erzeugen thermische Dehnungen der Metalle, der Zylinderkopfdichtung, des Motorblockes und des Zylinderkopfes mit Dehnungen und gegebenenfalls auch nach dem Abkühlen bleibenden irreversiblen physischen Verformungen der Dichtflächen mit örtlichen Pressungsverlusten und dadurch Undichtigkeiten und Leckagen. Insbesondere bei Bimetallmotoren mit einem Zylinderkopfaus Aluminium dehnt sich das Aluminium besonders stark aus, so daß beim Einlauf des Motors an der Dichtfläche des Zylinderkopfes plastische Verformungen unter den Druck- und Temperaturbelastungen mit den beschriebenen Undichtigkeiten und Leckagen nach der Abkühlung auf Raumtemperatur entstehen.

Nach der DD-PS 2 81 229 ist es bereits bekannt, Dichtungen zum Abdichten von Flanschen und Ventilen in gegebenenfalls hochtemperaturbelasteten Hochvakuumanlagen ganz oder teilweise aus Memorymetallegierungen herzustellen, so daß die beim Einbau unter dem Dichtpressungsdruck verformten Dichtungen sich beim Ausbau wieder zurückverformen und dadurch wiederverwendet werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruches zu schaffen, deren Abdichtverhalten über einen breiten Temperaturbereich bei wechselnder Temperaturbelastung auch in kritisch belasteten Bereich wesentlich verbessert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Flachdichtung gelöst, deren Auflagen aus Memorymetallegierung als Memorymetallblech im Stegbereich zwischen zwei benachbarten Brennraumöffnungen aufliegen und gesickt sind.

Memorylegierungen sind dabei solche Metallegierungen aus vor allem Nickel-Titan-, Kupfer-Aluminium-Zink-, Kupfer-Aluminium-Nickel-, Chrom-Nickel oder Mangan-Silizium-Stahl, welche nach Herstellung bei einer bestimmten Temperatur und Verformung bei einer anderen Temperatur und Rückkehr zur Ausgangstemperatur von alleine ihre ursprüngliche Gestalt wieder annehmen.

Metallplättchen als Auflagen in kritisch belasteten Bereichen der Dichtung aus Memory-Metallegierungen verformen sich durch die thermischen Dehnungen unter Druck- und Temperaturbelastungen des Motors im Betrieb und nehmen nach dem Abkühlen auf Ausgangstemperatur wieder ihre ursprüngliche Gestalt an, so daß ihre Dichtpressung und damit ihre Abdichtung sowohl bei hohen Temperaturen als auch bei Ausgangstemperatur gleichermaßen gut ist.

Die Auflagenbleche aus Memorymetallegierungen sind im Sinne der Erfindung bevorzugt bei Ausgangstemperatur unter vor allem Sickenbildung verformte Bleche. Besitzt die Auflagenfläche im Ausgangszustand eine Sicke, so wird diese nach dem Abflachen beim Einbau zwischen die abzudichtenden Maschinenteilpartner bei den hohen Temperaturen im motorischen Betrieb noch weiter abgeflacht, wobei die Sicke nach dem Abkühlen auf Ausgangstemperatur sich wieder auf die ursprüngliche Form so weit wie möglich zurückverformt und dadurch auch bei niedrigen Temperaturen mit erhöhter Formänderungskraft verbessert elastisch abdichtet.

Im Sinne der Erfindung können die Flachdichtungen sowohl aus Weichstoffmaterial als auch aus Hartstoffen, bevorzugt ein- oder mehrlagigen Metallblechen, bestehen. Die Art der Verformung der Auflagenmetallbleche und die im Einsatzfall zu verwendenden Memorylegierungen mit den unterschiedlichsten Umwandlungstemperaturbereichen muß der Fachmann, auf den Anwendungsfall bezogen, auswählen.

Bei mehrlagigen Dichtungen ist es im Sinne der Erfindung auch möglich, die Memorymetallbleche an den gewünschten Dichtbereichen zwischen die einzelnen Metallagen der Dichtung einzulegen oder bei Verwendung von metallischen Einfassungen kann das Auflagenblech von den Einfassungen ganz oder teilweise umhüllt sein.

Durch die Erfindung ist somit eine Flachdichtung geschaffen, deren Metallauflagen bei den unterschiedlichsten Temperaturen eine unterschiedliche Form besitzen und diese reversibel temperaturabhängig ändern. Bei entsprechender Formgebung der Metallauflagen können diese dadurch bei den verschiedensten Temperaturen optimal abdichten.

Die erfindungsgemäß mit Auflagen aus Memorymetallegierungen versehene Flachdichtung dichtet über einen breiten Temperaturbereich gegenüber herkömmlichen Dichtung verbessert optimal ab. Insbesondere bei Zylinderkopfdichtungen oder anderen Flachdichtungen von Verbrennungskraftmaschinen, die im motorischen Betrieb einen relativ breiten Temperaturbereich mit ständig wechselnden Temperaturen ausgesetzt sind, wird bei den unterschiedlichsten Temperaturen durch die Erfindung eine gleichbleibend gute Abdichtung ohne Gefahr von Leckagen und Undichtigkeiten erzielt.

Die Erfindung wird durch die Abbildungen näher erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 die Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung im Stegbereich,

Fig. 2 den Querschnitt in der Linie II-II der Zylinderkopfdichtung aus Fig. 1 in Einbausituation.

Fig. 1 zeigt den Ausschnitt der Aufsicht auf eine Zylinderkopfdichtung (1) im Stegbereich (2) zwischen den beiden Brennraumöffnungen (3, 4). Auf den Stegbereich (2) ist ein Metallplättchen (5) aus Memorymetall aufgelegt, welches mit einer geradlinig verlaufenden Sicke (6) versehen ist.

Die Fig. 2 zeigt eine Zylinderkopfdichtung (1) in der Querschnittslinie II-II der Fig. 1 in Einbausituation zwischen Zylinderkopf (7) und Motorblock (8) im Stegbereich (2). Durch den Einbau ist die Sicke (6) des Auflagenplättchens (5) auf der Zylinderkopfdichtung (1) weitgehend abgeflacht. Durch Erhitzung im motorischen Betrieb erhöht sich durch thermische Ausdehnung des Zylinderkopfes (7) aus Aluminium und des Motorblockes (8) die Dichtpressung, und die Sicke (6) flacht sich weiter ab. Bei Abkühlung und Schrumpfung der Dichtpartner (7, 8) verformt sich die Sicke, so weit es geht, zurück, übt dabei auf die Dichtflächen der Dichtpartner eine Rückverformungskraft aus und dichtet dadurch elastisch abfedernd auch bei Ausgangstemperatur ab. Vor allem werden eventuell im Zylinderkopf (7) durch plastisches Fließen entstandene Verformungen ausgeglichen und abgedichtet. Die Zylinderkopfdichtung (1) ist im Stegbereich (2) dadurch gleichbleibend gut abdichtend.

Claims (3)

1. Als Flachdichtung ausgeführte Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen, mit mindestens einer die Dichtpressung erhöhenden Auflage aus einer Memorymetallegierung, die als Memorymetallblech im Stegbereich (2) der Dichtung (1) zwischen zwei benachbarten Brennraumöffnungen (3, 4) aufliegt und gesickt ist.
2. 2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Memorymetallegierung eine Nickel-Titanlegierung, eine Kupfer-Aluminium-Zinklegierung, eine Kupfer-Aluminium-Nickellegierung, eine Chrom-Nickellegierung oder eine Mangan-Silizium-Stahllegierung ist.
3. 3. Flachdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrlagigen Dichtungen die Auflage zwischen die Lagen der mehrlagigen Flachdichtung eingelegt ist.