DE4405104A1 - Zylinderkopfdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen und ins­ besondere eine thermisch leitfähige Dichtung.

Thermisch leitfähige Dichtungen mit hoher Festigkeit, insbesondere in radialer Rich­ tung, werden bei hohen Belastungen verwendet. Es wurde hierzu bereits vorgeschla­ gen, auf beide Flächen einer Metallschicht je eine Deckschicht aufzubringen, wobei die Metallschicht die Festigkeit liefert während die Deckschichten die Anpaßbarkeit der Dichtung an ihre Gegenflächen erleichtert. Es ist jedoch in der Praxis schwierig die Metallschicht mit den Deckschichten zu verbinden. Bei hohen Belastungen beginnen Teile der Deckschicht sich von der Metallschicht zu lösen oder sich relativ zu dieser zu verschieben. Auch bei der Herstellung solcher Dichtungen treten Schwie­ rigkeiten auf. Für die Verbindung der Schichten ist ein wärmehärtendes Harz erforder­ lich, das den Vorteil hat, hohe Temperaturen auszuhalten, wie sie bei Brennkraftma­ schinen auftreten. Beim Aushärten solcher Harze bzw. solcher Klebstoffe entstehen jedoch Gase aus dem Klebstoff selbst. Diese Gase können nicht entweichen was zur Blasenbildung führt wodurch die Wirksamkeit der Dichtung reduziert wird.

Eine thermisch leitfähige Dichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Erfindung hat eine zentrale metallische Lamelle oder Scheibe mit äußeren Deckschichten auf den gegenüberliegenden Seiten der Scheibe. Ein perforierter metallischer Kern mit gegenüberliegenden ersten und zweiten planaren Flächen ist mit jeder der Schichten und mit der Scheibe oder Lamelle verbunden.

Der Klebstoff kann nach dem Aushärten hohe Temperaturen aushalten. Die Deck­ schichten und die Perforationen in den Kernen erlauben es, daß Gase die sich bei der Beschichtung und beim Aushärten des Klebstoffes bilden, entweichen können, wodurch die Blasenbildung in den Deckschichten minimiert wird.

Die Kerne und die mittlere Scheibe oder Platine liefern eine höhere Festigkeit ins­ besondere in radialer Richtung. Vorsprünge oder Nasen verklammern einen Kern mit einer Deckschicht, um eine Ablösung oder einen Schlupf der Deckschichten unter hohen Belastungen zu minimieren.

Die Verwendung einer zentralen metallischen Platine erbringt mehrere Vorteile. Die Dicke der Deckschichten kann sehr klein gehalten werden und die Festigkeit der Dichtung kann gesteigert werden ohne die Anpaßbarkeit zu opfern. Ferner können dickere Dichtungen hergestellt werden indem einfach die Dicke der Metallplatine variiert wird.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 perspektivisch einen Teil einer Dichtung nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt im Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1 eine erste Ausfüh­ rungsform der Erfindung.

Fig. 3 zeigt im Schnitt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Die Zylinderkopfdichtung 20 nach Fig. 1 liefert eine Abdichtung an den Zylinderboh­ rungen 22 und an den Fluidströmungsöffnungen 24. Fig. 2 zeigt eine erste Aus­ führungsform der Erfindung. Die Dichtung 20 hat eine zentrale metallische Platine 26 mit äußeren Deckschichten 28 an gegenüberliegenden Seiten 30 und 32 der Platine 26. Ein perforierter metallischer Kern 34 ist zwischen jeder der Schichten 28 und der Platine 26 angeordnet. Der Kern 34 ist mit jeder Deckschicht 28 durch Verklammern verbunden und mit der Platine 26 durch Verwendung einer Schicht aus einem wär­ mehärtenden Klebstoff 36. Ein Feuerring 38 wird mittels eines Feuerring-Halters 40 an Ort und Stelle gehalten.

Jeder Kern 34 hat eine ebene Fläche 42, die in Kontakt mit einer inneren Oberfläche 46 der Schicht 28 steht, ferner ein Paar Nasen 48, die sich von der ebenen Fläche 42 aus nach außen und in die Deckschicht 28 hinein erstrecken. Jede Deckschicht wird dadurch mit einem Kern mit Hilfe der Nasen oder Lappen 48 verklammert wobei die Nasen der Deckschicht eine zusätzliche Festigkeit geben und die Gefahr einer Ablösung oder eines Schlupfes der Deckschicht unter hohen Belastungen minimalisie­ ren.

Der Klebstoff 36 härtet bei Erwärmung aus und schafft eine Verbindung, die den hohen Temperaturen beim Betrieb des Motors widersteht. Bevorzugte wärmehärten­ de Klebstoffe umfassen Nitril-Phenol, Silikone und Acryle.

Bisher traten in der Praxis Schwierigkeiten auf bei der Verbindung einer zentralen metallischen Platine mit einer Deckschicht mit Hilfe eines wärmehärtenden Kleb­ stoffes. Die dem Klebstoff 36 zugeführte Wärme erzeugt Gase aus den Ölen der Dichtungs-Komponenten und ebenso aus dem Klebstoff 36 selbst. Dies kann zu einer Blasenbildung in den Schichten 28 führen, wodurch die Wirksamkeit der Dichtung verringert wird. Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind daher Gasaustrittswege durch das perforierte Metall vorgesehen. Der Klebstoff begrenzt die Wirksamkeit dieser Wege nicht. Das perforierte Metall besteht vorzugsweise aus einem niedrig gekohltem Stahl oder aus rostfreiem Stahl. Vorzugsweise hat das perforierte Metall eine Dicke im Bereich zwischen etwa 0,15 bis 0,3 mm. Perforiertes Metall solcher Dicke kann wirtschaftlich hergestellt werden.

Die Deckschicht 28 wird bevorzugt aus einem expandiertem oder Streck-Graphitma­ terial hergestellt, das Wärme vom Feuerring 38 und von der Halterung 40 abführt. Es ist erwünscht, die Deckschichten 28 so dünn wie möglich zu halten, um Material- und Herstellungskosten zu reduzieren und den Widerstand gegen Gasdurchgang zu erniedrigen. Vorzugsweise haben die Deckschichten 28 eine Dicke von wenigstens 0,25 mm aber nicht mehr als etwa 1,14 mm.

Die metallische Platine 26 hat einige Vorteile, insbesondere eine erhöhte Dichtungs­ festigkeit und die Möglichkeit dickere Dichtungen zu bauen indem einfach das Material der Platine oder deren Dicke variiert wird. Als Folge hiervon kann die Dicke der Deckschichten klein gehalten werden ohne die Festigkeit der Dichtung zu beein­ trächtigen. Die Möglichkeit, die Dicke der Platine zu variieren ist besonders vorteilhaft bei der Wartung und bei Reparaturen von Motoren zum Beispiel wenn die Dichtungs­ flächen nachgearbeitet werden. Die Platine 26 besteht vorzugsweise aus Stahl und sie hat eine Dicke im Bereich von wenigstens etwa 0,13 mm bis etwa 6,35 mm. Die Platine 26 kann eine grobe Oberflächenrauhigkeit haben, wodurch eine weitere Möglichkeit für den Austritt der Gase geschaffen wird während der Aushärtung des Klebstoffes und ebenso eine zusätzliche Oberfläche für die Verbindung mit den Kernen 34.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung 20 nach der Erfindung besteht darin, einen Kern 34 an jeder der äußeren Deckschichten 28 zu befestigen, die Platine 26 zwischen den Deckschichten 28 anzuordnen und die Kerne 34 mit der Platine 26 unter Verwendung des wärmehärtenden Klebstoffes 36 zu verbinden. Der Klebstoff wird ausgehärtet indem eine erhitzte Fläche z. B. eine Platte oder eine Rolle (nicht gezeigt) in flächigem Kontakt mit einer Außenfläche 50 der Deckschichten 28 gebracht wird. Um den Gasaustritt während des Aushärtevorganges weiter zu fördern kann die erwärmte Oberfläche vorzugsweise eine grobe Oberflächenrauhigkeit haben, um einen Weg für den Austritt der Gase zu schaffen.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführung der Dichtung 60. Die Verwendung der Platine 26 in Verbindung mit den Kernen 24 ergibt eine ausreichende radiale Festig­ keit, die es erlaubt, einen einfachen Flansch 62 zur Verwendung anstelle des Feuer­ ringes 38 und der Halterung 40 nach Fig. 2. Hierdurch werden Material- und Her­ stellungskosten reduziert.

Claims (8)

1. Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine zentrale metallische Platine, ein Paar äußerer Deckschichten, die an gegen­ überliegenden Seiten der Platine angeordnet sind, einen Kern, der zwischen jeder der Deckschichten und der Platine angeordnet ist, ferner daß der Kern gegenüberliegende erste und zweite ebene Flächen hat und daß die erste ebene Fläche jedes Kernes zu einer der Deckschichten hin gerichtet ist, und daß die zweite ebene Fläche jedes Kernes mit der Platine durch einen Kleb­ stoff verbunden ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Deck­ schichten ein expandiertes Graphitmaterial enthält.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deck­ schichten eine Dicke im Bereich von 0,25 bis 1,14 mm haben.

4. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine aus Stahl besteht und eine Dicke von wenigstens 0,13 mm hat.

5. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne wenig­ stens eine Nase aufweisen, die sich von der ersten ebenen Fläche weg und in eine der Deckschichten hinein erstreckt um die Kerne mit den Deckschichten zu verklammern.

6. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne aus Metall bestehen und daß sie perforiert sind, um einen Austritt von Gasen bei der Aushärtung des Klebstoffes zu ermöglichen, um eine Blasenbildung in den Deckschichten zu minimieren.

7. Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine zentrale metallische Platine, ein Paar äußerer Deckschichten aus Graphit, die an gegenüberliegenden Seiten der Platine angeordnet sind, einen metallischen perforierten Kern, der zwischen jeder der Deckschichten und der Platine liegt, daß die Kerne gegenüberliegende erste und zweite äußere planare Flächen haben, daß die erste planare Fläche in Kontakt mit und befestigt an einer inneren Fläche von einer der Deckschichten ist, und daß ein Klebstoff zwi­ schen der zweiten planaren Fläche jedes Kernes und der Platine angeordnet ist, wobei die perforierten Kerne den Austritt von Gasen während der Aushär­ tung des Klebstoffes ermöglichen, um eine Blasenbildung in den Deckschich­ ten minimal zu halten.

8. Dichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine eine grobe Oberflächenrauhigkeit hat, um einen weiteren Bindungsbereich und zusätzliche Wege für den Austritt der Gase zu schaffen.