DE4417840C2 - Zylinderkopfdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Zylinderkopfdichtungen, die in den Durchgangsöffnungen über ein Verbindungselement fixierte Dichtringe aufweisen.

Zylinderkopfdichtungen weisen eine Vielzahl von in ihnen angeordneten Durchgangsöffnungen auf. Derartige Zylinderkopfdichtungen bestehen entweder aus an und für sich bekannten Weichstoffen, Verbundwerkstoffen, Metall oder Mehrlagenmetall. Bei diesen Zylinderkopf­ dichtungen sind zum einen Durchgangsöffnungen für die Zylinder und zum anderen weitere zahlreiche, im Ver­ hältnis zu den Durchgangsöffnungen für die Zylinder kleinere unterschiedlich geformte Durchgangsöffnungen vorhanden. Die kleineren Durchgangsöffnungen dienen unter anderem für die Zu- und Ableitung von verschie­ denen Medien, wie Flüssigkeiten, insbesondere Öl, Kühlstoffe und Gas. Demgemäß ist auch die Form dieser Durchgangsöffnungen vielgestaltig. Derartige Durchgangsöffnungen können entweder kreisförmige Durch­ gangsöffnungen, elliptische Durchgangsöffnungen oder sonstige beliebig geformte Durchgangsöffnungen sein.

Die Durchgangsöffnungen sind mit eingesetzten Dicht­ ringen versehen. Diese Dichtringe sind entweder me­ tallische Ringe für die Brenngasabdichtung in den kreisförmigen Durchgangsöffnungen für die Zylinder, oder Dichtringe in den kleineren Öffnungen wie z. B. Viton®-Ringe mit metallischer Verstärkung.

Im Stand der Technik wird bisher beim Einsetzen der Dichtringe so vorgegangen, daß nach der an und für sich bekannten Herstellung der Zylinderkopfdichtung und dem Einbringen der Durchgangsöffnungen Dichtringe eingesetzt werden. Eine Methode, die Dichtringe in den Durchgangsöffnungen zu fixieren, besteht darin, daß der Dichtring über punktförmige Klebungen in den Durchgangsöffnungen fixiert wird.

Ein anderer Weg, die Dichtringe in den Durchgangsöff­ nungen zu fixieren, ist, die Dichtringe zu verstau­ chen, so daß dadurch ein Halt des Dichtringes in der Durchgangsöffnung hergestellt wird. Weitere Methoden sind eine metallische Klammerung über so genannte Schwalbenschwanz-Verbindungen. Einen Überblick über den Stand der Technik geben die DE 40 10 991 und die darin angeführten Literaturzitate.

Nachteilig hierbei ist, daß durch diese vorstehend beschriebenen Methoden keine sichere Fixierung des Dichtringes in den Durchgangsöffnungen gewährleistet wird. Im praktischen Gebrauch hat es sich nämlich herausgestellt, daß die Dichtringe öfters aus den Durchgangsöffnungen herausfallen. Neben diesem ent­ scheidenden Nachteil ist auch durch die vorstehend beschriebenen Methoden des Standes der Technik keine exakte Zentrierung des Dichtringes weder in radialer noch in axialer Richtung gewährleistet. Weder durch ein Einkleben noch durch ein Verstauchen oder durch metallische Klammerung über Schwalbenschwanz-Verbin­ dungen kann nämlich sichergestellt werden, daß der Dichtring so zentriert wird, daß beim späteren Ein­ setzen der so bestückten Dichtung keine Lageprobleme auftreten.

So ist aus der DE-OS 20 50 001 eine Dichtung für Hochdruck-Flanschverbindungen bekannt, die aus einem steifen und festen Außenring, einem in den Außenring eingelegten steif elastischen Zwischenring mit einer ausgerundeten durch Lippen begrenzten Hohlkehle am inneren Umfang, ferner einem in dieser Hohlkehle sit­ zenden weichelastischen Dichtungsring und schließlich einem den Dichtungsring mit einer V-förmigen Hohlkeh­ le tragenden steifelastischen Innenring gebildet ist.

Eine vorzugsweise als Zylinderkopfdichtung ausgebil­ dete Flachdichtung ist in der DE 28 31 217 C2 be­ schrieben. Dabei sind den Dichtungsrändern vorgela­ gerte Dichtsreifen, die bevorzugt Ringe sind, mit der eigentlichen Dichtungsplatte über metallische Zwi­ schenträger (Metallblechringe) verbunden, an deren Innenumfang, etwa in der Mitte, der Dichtsreifen be­ festigt ist. An den Metallblechringen sind die äuße­ ren Mantelflächen im Einbauzustand nach außen über die Dichtungsränder der Dichtungsplatte umgebogen.

Die Dichtstreifen bestehen aus einem Elastomerteil, das vor dem Einbau in die Dichtungsplatte nach einem bekannten Formgebungsverfahren geformt, vulkanisiert und unter gleichzeitigem Anvulkanisieren und/oder Kleben mit dem Zwischenträger (Metallblechring) zu einer Einbaueinheit fest verbunden ist.

Unabhängig von den vorstehend beschriebenen Nachtei­ len sind auch alle Verfahren des Standes der Technik mit einem hohen prozeßtechnischen und damit einem fi­ nanziellen Aufwand verbunden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zylinder­ kopfdichtung anzugeben, die in den Durchgangsöffnun­ gen exakt zentrierte Dichtringe aufweist, die zudem sicher in der Durchgangsöffnung fixiert sein sollen, so daß sie bei der Montage und/oder Demontage und/oder dem Transport nicht herausfallen.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Zylinderkopfdich­ tung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspru­ ches 1 gelöst.

Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildun­ gen auf.

Erfindungsgemäß wird demnach vorgeschlagen, die Dichtringe in den Durchgangsöffnungen über so genann­ te Verbindungselemente zu halten, wobei das Verbin­ dungselement zwischen der äußeren Mantelfläche des Dichtringes und der Wandung der Durchgangsöffnung an­ geordnet ist. Dadurch, daß das Verbindungselement zwischen der äußeren Mantelfläche des Dichtringes und der Wandung angeordnet ist, werden eine exakte Zent­ rierung und gleichzeitig ein sicherer Halt des Dicht­ ringes gewährleistet.

Dabei ist das Verbindungselement ein die äußere Man­ telfläche des Dichtringes vollständig oder nahezu vollständig umlaufendes thermoplastisches Band oder ein thermoplastischer Ring. Eine exakte Zentrierung des Dichtringes in der Durchgangsöffnung wird dadurch erreicht, daß die Abstände des Dichtringes von der Durchgangsöffnung durch die Dicke des Bandes bzw. Ringes über die gesamte Umlauffläche des Dichtringes gleich sind. Vorteilhaft ist hierbei, daß gleichzei­ tig durch die Wahl der Höhe des Bandes oder des Rin­ ges die Einbaudicke in gewünschter Weise variiert werden kann. Bevorzugt ist für die Fixierung vorgese­ hen, daß die nach außen gerichteten Stirnseiten des Bandes oder des Ringes durch eine Druck- und/oder Temperaturanwendung verformt sind. Dadurch wird nun gewährleistet, daß der Dichtring sicher im Dichtungs­ körper gehalten wird. Die bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 2 vereint somit zwei entscheidende Vor­ teile. Erstens wird durch das vollständig oder nahezu vollständig um die äußere Mantelfläche umlaufende thermoplastische Band bzw. durch den thermoplasti­ schen Ring mit einem definierten Abstand eine exakte Zentrierung des Dichtringes sichergestellt, und zwei­ tens wird durch die thermoplastische Druck- und/oder Temperaturverformung der nach außen gerichteten Stirnseiten des Bandes oder des Ringes ein fester Halt des Dichtringes in der Durchgangsöffnung gewähr­ leistet.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform (Anspruch 3) schlägt vor, daß das Verbindungselement ein in dop­ pelter U-Form ausgebildetes ist. Das Verbindungsele­ ment ist in diesem Fall so ausgelegt, daß es voll­ ständig oder nahezu vollständig um die äußere Mantel­ fläche des Dichtringes umläuft. Das Verbindungsele­ ment kann somit eine geschlossene Form (vollständig umlaufend) oder eine offene Form (nahezu vollständig umlaufend) aufweisen. Vorteilhaft bei der offenen Form ist, daß diese problemlos durch Zusammendrücken in die Durchgangsöffnung eingelegt werden kann. Durch die natürliche Rückfederung wird dann das Verbin­ dungselement in der Durchgangsöffnung gehalten.

Erfindungsgemäß ist die Dimensionierung des doppelten U's so ausgelegt, daß einerseits die Zylinderkopf­ dichtung und andererseits der Dichtring in die beiden U-förmigen Vertiefungen eingreifen können. Auch bei dieser Ausführungsform wird durch das Verbindungsele­ ment eine exakte Zentrierung erreicht, da auch hier, wie in der Ausführungsform nach Anspruch 2, eine ex­ akte Beabstandung des Dichtringes zur Durchgangsöff­ nung durch das umlaufende Verbindungselement sicher­ gestellt ist. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Anspruch 2 wird jedoch der Halt des Dichtringes nicht durch eine thermoplastische Druck- und/oder Tempera­ turverformung erreicht, sondern der Dichtring bzw. die Zylinderkopfdichtung wird in die U-förmige Ver­ tiefung eingefügt. Der Eingriff der Zylinderkopfdichtung bzw. des Dichtringes ist dabei kraft und form­ schlüssig.

Da im Gegensatz zur Ausführungsform nach Anspruch 2 keine Druck- und/oder Temperaturanwendung zur Verfor­ mung der nach außen gerichteten Stirnflächen vorgese­ hen ist, kann das Verbindungselement nach der Ausfüh­ rungsform nach Anspruch 3 im Prinzip aus beliebigen Materialien bestehen, sofern sich diese zu entspre­ chenden doppelt-U-förmigen Verbindungselementen ver­ arbeiten lassen. Bevorzugt ist es, wenn das Verbin­ dungselement aus thermoplastischem oder duroplasti­ schem oder metallischem Material besteht.

Wenn das Verbindungselement aus thermoplastischem Ma­ terial gefertigt ist, ist es bevorzugt, dieses aus der folgenden Gruppe auszuwählen: Polyolefine, Vinyl­ polymere, Polyamide, Polyester, Polyacetale, Polycar­ bonate, Polyuretane oder Dionomere oder deren Mi­ schungen.

Für den Fall, daß das Verbindungselement aus duro­ plastischem Material gefertigt ist, ist es bevorzugt, dieses aus der Gruppe der folgenden Duroplaste auszu­ wählen: Diallylphtalat-Harze, Epoxid-Harze, Harn­ stoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Melamin-Phenol-Formaldehyd-Harze, Phenol-Formaldehyd- Harze und gesättigte Polyester-Harze oder deren Mi­ schungen.

Bei der Herstellung der Zylinderkopfdichtung wird der Dichtring über das Verbindungselement in der Durch­ gangsöffnung fixiert. Für den Fall, daß das Verbin­ dungselement ein thermoplastischer Ring oder ein thermoplastisches Band ist, ist dieses in einem ers­ ten Schritt in der Durchgangsöffnung zu fixieren und in einem zweiten Schritt mittels einer Druck- und/oder Temperaturanwendung auf die nach außen ge­ richteten Stirnseiten des Verbindungselementes zu verformen, um einen sicheren Halt des Dichtringes in der Durchgangsöffnung zu erreichen. Die durchgeführte Druck- und/oder Temperaturanwendung wird dabei in Ab­ hängigkeit von dem eingesetzten thermoplastischen Ma­ terial ausgewählt. Es ist es möglich, daß die Fixie­ rung des Dichtringes entweder so erfolgt, daß erstens das Verbindungselement zusammen mit dem Dichtring in der Durchgangsöffnung fixiert wird, oder daß alterna­ tiv das Verbindungselement zuerst in die Durchgangs­ öffnung eingelegt wird und anschließend der Dichtring eingefügt wird.

Dabei ist es vorteilhaft, daß sich der vorstehend be­ schriebene Verfahrensablauf problemlos in bereits be­ stehende produktionstechnische Zyklen integrieren läßt. Dazu ist es nur nötig, daß nach Herstellung der Dichtung eine entsprechende Vorrichtung zum Einfügen des Verbindungselementes und eine anschließende Druck- und/oder Temperaturbeaufschlagung erfolgt. Dieser Verfahrensablauf kann anschließend an die ei­ gentliche Dichtungsherstellung erfolgen, ohne daß ein manueller Arbeitsgang erforderlich ist.

Für den Fall, daß das Verbindungselement in doppelter U-Form ausgebildet ist, wird so vorgegangen, daß das Verbindungselement in der doppelten U-Form zuerst mit einer U-seitigen Öffnung in die Durchgangsöffnung der Zylinderkopfdichtung eingelegt wird, und daß dann der Dichtring über eine Kante, bevorzugterweise über die obere Kante, in die zweite U-förmige Vertiefung ein­ gefügt wird. Dies ist dadurch möglich, daß der Dicht­ ring über die obere Kante in die zweite Vertiefung durch leichte Druckanwendung "einschnappt". Genauso ist es möglich, umgekehrt vorzugehen, nämlich in der Weise, daß zuerst der Dichtring mit einer U-seitigen Öffnung verbunden wird und dann dieser Dichtring mit dem Verbindungselement in die Zylinderkopfdichtung eingefügt wird.

Anhand der Figuren wird die Erfindung näher beschrie­ ben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 in Fig. 1a und 1b einen vertikalen Teil schnitt durch eine Zylinderkopfdichtung mit in doppelter U-Form ausgebildeten Verbin­ dungselementen, und in Fig. 1c einen vertikalen Teilschnitt durch eine Zylinderkopfdichtung mit einem durch Druck- und Temperaturanwendung ver­ formten Verbindungselement;

Fig. 2 in der Draufsicht eine Zylinderkopfdichtung mit einem erfindungsgemäß eingefügten Dich­ tungsring;

Fig. 1a und 1b zeigen im vertikalen Teilschnitt ein eingebautes Verbindungselement 2, 10 in eine Zylin­ derkopfdichtung 1.

Im Beispielsfall nach Fig. 1a ist die Zylinderkopf­ dichtung 1 mit ihrer Stirnseite 5, die zur Durch­ gangsöffnung hin zeigt, so ausgeführt, daß eine gera­ de Wandung 5 der Zylinderkopfdichtung vorliegt. Als Dichtring ist im Beispielsfall ein Vitonring 3 mit einer Metallverstärkung 7 eingebaut. Das Verbindungs­ element 2, das in doppelter U-Form ausgebildet ist, wird in seiner Form, d. h. in seinem doppeltem U, so gewählt, daß einerseits die Wandung 5 der Zylinder­ kopfdichtung 1 in die eine U-Seite, und der Dichtring 3, hier die Metalleinlage 7, in das zweite U kraft- und formschlüssig eingreifen.

Fig. 1b unterscheidet sich dadurch, daß die Wandung 6 der Zylinderkopfdichtung 1 stufig ausgestaltet ist. Das Verbindungselement 10 ist hier im Beispielsfall nun wiederum als doppeltes U ausgeführt, wobei die U- Form so ausgelegt ist, daß die Kanten des U's in die Stufenform eingreifen, so daß eine nahezu plane Ober­ fläche zwischen Verbindungselement 10 und der Ober­ fläche 1 der Zylinderkopfdichtung erzeugt wird. Diese Ausführungsform ist vorteilhafter, da dadurch sicher­ gestellt wird, daß beim Einbau und/oder Betrieb der so hergestellten Zylinderkopfdichtung keine Beschädi­ gungen des Verbindungselementes 10 durch überstehende Kanten entstehen. Vorteilhaft ist dabei auch, daß kein Druck auf die nahezu inkompressiblen überstehen­ den Verbindungselemente ausgeübt wird, was leicht zur Pressung und Rißbildung führt.

Die Fig. 1a und 1b zeigen deutlich, daß die Ausges­ taltung des Verbindungselementes 2, 10 in der doppel­ ten U-Form beliebig gewählt werden kann. Die Form des doppelten U's wird dabei jeweils so gewählt, daß die Wandung 5 bzw. 6 der Zylinderkopfdichtung in den ei­ nen U-Teil, und der Dichtring 3 in das andere U ein­ greifen kann. Im Beispielsfall nach Fig. 1a und 1b liegt eine geschlossene Form des doppelten U's vor.

Die Herstellung der Verbindung des Verbindungselemen­ tes 2 kann dabei auf zweierlei Arten erfolgen. Zum einen ist es möglich, das Verbindungselement 2, 10 zuerst in die Zylinderkopfdichtung 1 einzulegen und dann den Dichtring 3 durch leichten Druck in die zweite U-förmige Öffnung einschnappen zu lassen, oder es wird zuerst das Verbindungselement 2, 10 mit dem Dichtring 3 verbunden und der so hergestellte Verbund dann in die Durchgangsöffnung eingefügt.

Fig. 1c zeigt eine Zylinderkopfdichtung 1, wobei der Dichtring 3 mit einem über Druck- und/oder Tempera­ turanwendung verformten Verbindungselement 11 herge­ stellt ist. In der Ausführungsform nach Fig. 1c liegt ebenfalls eine stufige Wandung 6 der Zylinderkopfdi­ chtung 1 vor. Das Verbindungselement 11 ist durch ei­ ne Druck- und/oder Temperaturanwendung so verformt worden, daß die nach außen gerichteten Stirnseiten 8, 9 des Verbindungselementes 11 wiederum mit der Ober­ fläche der Zylinderkopfdichtung 1 nahezu plan verlau­ fen. Dadurch wird ein sicherer Halt des Dichtringes 3 in der Zylinderkopfdichtung 1 gewährleistet. Gleich­ zeitig ist eine exakte Zentrierung des Dichtringes 3 sichergestellt, da das umlaufende Verbindungselement 11 einen definierten und gleichbleibenden Abstand zwischen dem Dichtring und der Zylinderkopfdichtung sicherstellt.

Fig. 2 zeigt eine Zylinderkopfdichtung 1 in der Draufsicht. Hierbei ist lediglich eine Durchgangsöff­ nung 4 mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement versehen. Erfindungsgemäß ist es natürlich möglich, wie bereits vorstehend ausgeführt, daß nicht nur die kleineren Durchgangsöffnungen, z. B. für Gase, Kühl­ stoffe und Öle, mit dem erfindungsgemäßen Verbin­ dungselement versehen sind, sondern gleichfalls auch die großen kreisförmigen Durchgangsöffnungen für die Zylinder (hier in Fig. 2 die zwei großen Öffnungen in der Mitte) mit dem erfindungsgemäßen Verbindungsele­ ment versehen sind. Aus Fig. 2 geht hervor, wie die nach außen gerichtete Stirnseite 8 des Verbindungs­ elementes, das hier im Beispielsfall ein durch Druck- und/oder Temperaturanwendung verformtes ist, angeordnet ist. Durch die teilweise übergreifende Stirnseite 8, die, wie aus Fig. 1c hervorgeht, in die stufige Wandung der Zylinderkopfdichtung 1 eingreift, wird ein sicherer Halt des Viton-Ringes 3 in der Durch­ gangsöffnung 4 gewährleistet.

Claims (6)

1. Zylinderkopfdichtung aus herkömmlichen Werkstof­ fen, wie Weichstoff, Verbundwerkstoff, Metall oder Mehrlagenmetall mit im Dichtungskörper an­ geordneten Durchgangsöffnungen, die mit einge­ setzten Dichtringen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß im nicht eingebauten Zustand jeder Dichtring (3) nur mittels jeweils eines einzigen zwischen der äußeren Mantelfläche des Dichtringes (3) und der Wandung (5, 6) der Durchgangsöffnung (4) an­ geordneten Verbindungselementes (2, 10, 11) beidseitig form- und kraftschlüssig gehalten ist.

2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsele­ ment (11) ein die äußere Mantelfläche des Dicht­ ringes (3) vollständig oder nahezu vollständig umlaufendes thermoplastisches Band oder ein thermoplastischer Ring ist, wobei die nach außen gerichteten Stirnseiten (8, 9) des Bandes bzw. des Ringes durch eine Druck- und/oder Tempera­ turanwendung verformt sind.

3. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsele­ ment (2, 10) ein die äußere Mantelfläche des Dichtringes (3) vollständig oder nahezu voll­ ständig umlaufendes, in doppelter U-Form ausge­ bildetes Verbindungselement ist, wobei die U- Form in ihren Dimensionierungen so ausgelegt ist, daß einerseits der Dichtring (3) und ande­ rerseits die Zylinderkopfdichtung (1) in die beiden U-förmigen Vertiefungen eingreifen.

4. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsele­ ment (2, 10) aus thermoplastischem, duroplasti­ schem oder metallischem Material gefertigt ist.

5. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsele­ ment (2, 10, 11) aus thermoplastischem Material, ausgewählt aus Polyolefinen, Vinylpolymeren, Po­ lyamiden, Polyester, Polyacetale, Polycarbonate, Polyurethane oder Dionomere oder deren Mischun­ gen, besteht.

6. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsele­ ment (2, 10) aus Duroplasten, ausgewählt aus Di­ allylphthalat-Harzen, Epoxid-Harzen, Harnstoff- Formaldehyd-Harzen, Melamin-Formaldehyd-Harzen, Melamin-Phenol-Formaldehyd-Harzen, Phenol- Formaldehyd-Harzen und ungesättigten Polyester- Harzen oder deren Mischungen, besteht.