DE4421219C2 - Metallische Flachdichtung mit örtlich einstellbarer Verformbarkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung, insbesondere eine metallische Zylinderkopfdichtung.

Flachdichtungen zur Abdichtung von nicht völlig starren Bauteilen haben die Aufgabe, sich an Unebenheiten und Verformungen der abzu­ dichtenden Flächen so anzupassen, dass eine für die Abdichtung aus­ reichende Flächendichtung entsteht.

Bekannt sind die verschiedensten Lösungen von der Weichstoffdich­ tung, welche aus einem Gemisch von Kunststoff-Fasern und Gummibe­ standteilen besteht, über reine Gummidichtungen, Weichkupfer- und Bleiringen bis hin zu gesickten Blechdichtungen.

Aus der EP 0 485 693 A1 ist eine Flachdichtung, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung, bekannt, die aus einem druckfesten nicht ver­ formbaren Werkstoff besteht. Dieser ist im Unterschied zu anderen Dichtungen bereits vor dem Einbau bleibend verformt, so dass er also an die Topographie des zu dichtenden Gegenstands angepasst ist.

Da insbesondere bei Zylinderkopfdichtungen verschiedenste Dichtauf­ gaben gelöst werden müssen, wie z. B. in den Bereichen zwischen hoch­ gespannten Gasen und Öl- und Wasserableitungen, müssen für die zu­ letzt genannten Bereiche zusätzlich elastomere Abdichtungen vorgese­ hen sein. Bei Zylinderkopfdichtungen können diese Bereiche nahe bei­ einander liegen, und des weiteren können Bereiche vorhanden sein, die lediglich Stützfunktionen haben.

Diese Umstände bedingen oftmals eine aufwendige Konstruktion mit Zu­ satzmaßnahmen wie Einfassungen und dergleichen.

Die DE-OS 22 52 483 beschreibt eine Flachdichtung für einen Motor mit Zylinderlaufbuchsen. Die Dichtung, welche den Spalt zwischen Laufbuchse und Zylinderkopf ausfüllt, weist einen glatten äußeren Ringabschnitt und einen leichter verformbaren inneren Dichtungsab­ schnitt auf. Die erhöhte Verformbarkeit wird durch Auskehlungen im inneren Dichtungsabschnitt erreicht. Eine gezielte Anpassung der Verformbarkeit an die unterschiedlichen Dichtflächen wird nicht be­ schrieben.

Im Gebrauchsmuster DE 69 16 823 U wird ein schwingungsdämpfendes Dichtelement aus elastischem Material beschrieben, welches über seine gesamte Fläche gleichmäßig verteilte Vertiefungen oder Durch­ lochungen aufweist, um dessen Flexibilität zu erhöhen.

Die Kunststoffdichtung gemäß US 5,295,698 A weist ein massives Dichtelement mit trapezförmigem Querschnitt auf, welches auf einer Seite über die Dichtungsebene vorsteht und auf der anderen Seite von zwei V-förmigen Ausnehmungen im Dichtungskörper flankiert wird, so dass das Dichtelement nur an zwei schmalen und leicht verformbaren Stegen mit dem restlichen Dichtungskörper verbunden ist.

Eine ähnliche Dichtung wird auch in der EP 0 316 962 A1 beschrieben. Hier steht das Dichtelement jedoch beidseitig über die Dichtungs­ ebene vor und wird auf jeder Seite der Dichtungsebene jeweils beid­ seitig von Vertiefungen eingerahmt.

Die DE-OS-14 25 524 beschreibt Dichtungen, in denen eine Sicke durch ein Dichtelement mit einer Vielzahl paralleler Dichtlinien ersetzt ist. Die Dichtlinien werden durch mehrere mittels Tiefziehen herge­ stellte parallele kleine Sicken, Auflagen auf der Dichtungsebene oder durch parallele Dichtstege verwirklicht, die mit Ausnehmungen im Dichtungskörper abwechseln. Auch hier ist eine Anpassung an die unterschiedlichen abzudichtenden Gegenflächen nicht beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine metallische Flach­ dichtung anzugeben, welche auf einfache Weise herstellbar ist und die bei der Abdichtung zweier unterschiedlicher Materialien, wie z. B. einem Graugussblock und einem Aluminium-Kopf, eine einfache An­ passung an die jeweiligen Werkstoffeigenschaften ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die metallische Flachdichtung einstückig ausgebildet ist und in beiden Oberflächen jeweils mehrere konzentrisch zueinander verlaufende Aussparungen aufweist, die jeweils einen Verdrängungsraum bilden. Die Aussparun­ gen sind so ausgebildet, dass sich zwischen ihnen Dichtungsteilflä­ chen mit voneinander verschiedener Breite und/oder zwischen einer Aussparung und den nächstliegenden Aussparungen der gegenüberliegen­ den Oberfläche verbleibende Wände mit an sich entsprechenden Stellen voneinander abweichenden Dicken ergeben.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind Kennzeichen der Un­ teransprüche.

Vorteil der erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung ist, dass sie einstückig gefertigt werden kann und somit keine zusätzlichen Arbeitsgänge zum Anbringen zusätzlicher Abdichtungen bzw. Einfassun­ gen notwendig sind.

Ein weiterer Vorteil ist, dass bei der Abdichtung zweier unter­ schiedlicher Materialien, wie z. B. einem Graugussblock und einem Aluminium-Kopf, durch entsprechende Prägungen bzw. Aussparungen der Dichtung eine einfache Anpassung an die jeweiligen Werkstoffeigen­ schaften möglich wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der detaillierteren nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele an Hand der jeweili­ gen Figuren.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Teil-Draufsicht auf eine erfin­ dungsgemäße metallische Flachdichtung,

Fig. 2 eine teilweise Querschnittsansicht einer erfin­ dungsgemäßen metallischen Flachdichtung und

Fig. 3 und 4 teilweise perspektivische Schnittansichten weiterer erfindungsgemäßer metallischer Flachdichtungen.

Die in Fig. 1 in Teil-Draufsicht dargestellte Zylinderkopfdichtung 1 weist beispielsweise eine Dichtungsplatte 6 aus einem metallischen Werkstoff auf, der im Einbauzustand und unter Betriebsbedingungen druckfest und nicht dickenverformbar ist, beispielsweise Aluminium. Sie kann, wie es beispielsweise in der EP 0 485 693 A1 beschrieben ist, aus der Zeichenebene heraustretende topographische Oberflächen aufweisen. Mit 2 ist eine Brennraumdurchtrittsöffnung bezeichnet und mit 3 Bereiche, welche eine nichttragende Funktion aufweisen. Inner­ halb dieser Bereiche befinden sich beispielsweise Öffnungen 5 für Wasser- bzw. Ölableitungen und dergleichen. Mit 4 sind weitere Öff­ nungen zum Durchlass für Schraubverbindungen dargestellt.

Erfindungsgemäß können nun insbesondere die Bereiche um die Öffnun­ gen 5 derart ausgebildet sein, dass sie zweiseitige Aussparungen, welche z. B. durch Prägung erzielbar sind, aufweisen. Die dadurch ge­ bildeten Dichtungskörper können dann je nach eingeprägter Quer­ schnittsform unterschiedliche Verformungseigenschaften bzw. Dich­ tungseigenschaften haben.

Wie in den nachfolgend mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 be­ schriebenen Beispielen dargestellt, können durch zweiseitige Prägung zwischen den eingeprägten Verdrängungsräumen innere Querschnittsflä­ chen geschaffen werden, die entsprechend ihren Wanddicken unter­ schiedlichen Verformungskräften standhalten. Die Formen lassen sich dabei so gestalten, dass die Dickenverformung der Dichtung durch Stauchung oder durch Biegung entsteht.

Je nach abzudichtendem Bauteil und dessen Werkstoff ist die mögliche Dichtpressung zu begrenzen, um ein Eindringen der Dichtung in die Gegenfläche zu verhindern. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die tragenden Flächen entsprechend groß oder die inneren Quer­ schnitte entsprechend dünn ausgebildet werden. Mit beiden Maßnahmen zusammen wird die Pressung festgelegt, bei der die Dickenverformung beginnt.

In Fig. 2 ist ein Teil-Querschnitt, z. B. innerhalb des Bereichs um eine der Öffnungen 5, einer erfindungsgemäßen metallischen Flach­ dichtung dargestellt. Die beiden einander gegenüberliegenden Ober­ flächen der metallischen Flachdichtung sind dabei mit 12 und 13 be­ zeichnet. Die Schnittfläche ist mit 10 bezeichnet und die in die Oberflächen 12, 13 eingebrachten Prägungen mit 11.

Hier sind die Aussparungen beziehungsweise die durch die Prägung entstandenen Hohlräume 11 gegenüberliegend angeordnet. Durch diese Anordnung entstehen zwischen den Aussparungen 11 kompakte Tragele­ mente 16. Die Fließgrenze einer derartigen Anordnung liegt aufgrund des großen inneren Querschnitts sehr hoch, was vornehmlich zu einer Anwendung als Gasabdichtung oder als Abstützung führt.

Die Dichtung weist unterschiedlich tiefe Aussparungen 11 auf, die z. B. dadurch entstehen, dass man auf einer Seite 13 die tragende Fläche kleiner als auf der anderen Seite 12 macht. Auf diese Weise können z. B. Anpassungen an unterschiedliche Gegenflächen, wie z. B. an Aluminium und an Grauguss, vorgenommen werden. Für eine Zylinder­ kopfdichtung wird man z. B. bei einem Aluminium-Kopf und einem Grau­ guss-Block die dem Aluminium-Kopf zugewandten Flächen spezifisch größer machen als die dem härteren Grauguss-Block zugewandten Flä­ chen.

Eine weitere Variante zeigt Fig. 4, bei der die tragenden Flächen 12 bzw. 13 unterschiedlich hoch gemacht werden. Mit A, B, C, D ist je­ weils die Ebene angegeben in der die einzelnen Teilflächen 12a und 12b bzw. 13c und 13d liegen. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Biegung und ein Verformungsanschlag. Auf diese Weise können kleine Anpresskräfte verwirklicht werden. Ist eine Flachdichtung an einer Stelle derart ausgeprägt, so lassen sich hierdurch vorzugsweise Flüssigkeitsabdichtungen erzielen. Allerdings eignet sie sich auch für eine Kombination von Flüssigkeitsabdichtung und Abstützung.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante ergibt sich ein mehr oder weniger kleiner innerer Querschnitt Q1 bzw. Q2, wodurch die Verfor­ mungseigenschaften festgelegt werden können. Die tragenden Flächen können bei dieser Variante ebenfalls gemäß der in Fig. 2 bzw. in nachfolgender Fig. 4 unterschiedlich stark ausgeprägt sein. Des wei­ teren können die Aussparungen der einen Seite 12 gegenüber den Aus­ sparungen der anderen Seite 13 so asymmetrisch horizontal versetzt sein, dass zwei gegenüberliegende Wände unterschiedliche Wanddicken Q1 und Q3 aufweisen.

Des weiteren können die Aussparungen 11 wie in den dargestellten Fig. 2 bis 4 konzentrisch oder aber auch kreisförmig um die jewei­ lig abzudichtende Öffnung oder den Stützbereich, je nach Anwendung oder Abdichtungsart, ausgeführt sein.

Insbesondere bei tragenden Flächen können die Aussparungen auch der­ art ausgebildet sein, dass sich zwischen jeweils zwei Aussparungen Formen ausbilden, die sich in die Gegenfläche, also die zu dichtende Fläche, einarbeiten können. Diese Formen können zum Beispiel als um­ laufende Spitzen oder Krallen ausgebildet sein.

Vorzugsweise werden die Aussparungen durch Prägung der metallischen Flachdichtung erzielt. Hierbei können die Aussparungen derartig ge­ staltet werden, dass die durch die Aussparungen gebildeten Verdrän­ gungsräume der unterschiedlichen Dichtungsbereiche volumenmäßig so aufeinander abgestimmt sind, dass sich beim Prägen eine gleichmäßige Höhe der Dichtung ergibt.

Es kann aber auch gezielt, wie z. B. in Fig. 4 gezeigt, eine örtlich unterschiedliche Höhe der Oberfläche verursacht werden. Gegebenen­ falls kann diese unterschiedliche Dicke durch einen weiteren Ar­ beitsgang wieder auf gleiche Höhe gebracht werden. Dies ist z. B. durch spanende Bearbeitung oder einen weiteren Prägevorgang möglich.

Wie bereits erwähnt, können die erfindungsgemäß ausgebildeten Dich­ tungsbereiche insbesondere bei einer Flachdichtung gemäß der EP 0 485 693 A1 verwendet werden, bei der eine zur Durchbiegung der abzu­ dichtenden Fläche komplementäre dreidimensionale, sprungfreie Dichtfläche bleibend ausgeformt ist. Die erfindungsgemäßen Dichtungsbe­ reiche eignen sich hier insbesondere für die Bereiche in denen Flus­ sigkeiten unter niedrigerem Druck durchgeleitet werden.

Schließlich kann die metallische Flachdichtung einer Oberflächenbe­ handlung unterzogen werden. Für den Fall, dass Mikrodichteigenschaf­ ten erforderlich sind, wird die Dichtung dann noch mit Kunststoff oder Lack beschichtet.

Claims (10)

1. Metallische Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung (1), welche einstückig ausgebildet ist und in beiden Oberflächen (12, 13) jeweils mehrere konzentrisch zueinander verlaufende Aussparungen (11) aufweist, die jeweils einen Verdrängungsraum bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (11) so ausgebildet sind, dass sich zwischen ihnen Dichtungsteilflächen (12a, 12b, 13c, 13d) mit voneinander verschiedener Breite und/oder zwischen einer Aussparung (11) und den nächstliegenden Aussparungen (11) der gegenüberliegenden Oberfläche (12, 13) verbleibende Wände mit an sich entsprechenden Stellen voneinan­ der abweichenden Dicken (Q1, Q3) ergeben.

2. Metallische Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (11) kreisförmig um eine zu dichtende Öffnung (4, 5) ausgebildet sind.

3. Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (11) sich gegenüberliegend in den einander gegenüberliegenden Ober­ flächen (12, 13) vorgesehen sind.

4. Metallische Flachdichtung nach einem der Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (11) in der einen Oberfläche (12) gegenüber den Aussparungen (11) in der gegenüberliegenden Oberfläche (13) horizontal versetzt sind.

5. Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (11) in den gegenüberliegende Oberflächen (12, 13) unterschiedlich stark ausgeprägt sind.

6. Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Oberflä­ che (12, 13) der Flachdichtung an der mit den Aussparungen (11) versehenen Stelle örtlich unterschiedlich hoch ist.

7. Metallische Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Aussparun­ gen (11) gebildeten Verdrängungsräume eingeprägt werden, wobei sie volumenmäßig so aufeinander abgestimmt sind, dass sich beim Einprägen eine gleichmäßige Höhe der Dichtung ergibt.

8. Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen derart ausgebildet sind, dass sich die zwischen jeweils zwei Aussparun­ gen (11) befindliche Oberfläche der Dichtung in jeweils die zu dichtende Gegenfläche einarbeiten kann.

9. Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachdichtung we­ nigstens einseitig als eine zur Durchbiegung der abzudichtenden Flächen komplementäre dreidimensionale, sprungfreie Dichtfläche bleibend ausgeformt ist.

10. Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Anspru­ che, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Beschichtung aus weicherem Material zur Mikroabdichtung aufweist.