DE60319455T2

DE60319455T2 - Metallische Flachdichtung

Info

Publication number: DE60319455T2
Application number: DE60319455T
Authority: DE
Inventors: Kosaku c/o Japan Metal Gasket Co. Kumagaya-shi Ueta; Hideo c/o Japan Metal Gasket Co. Kumagaya-shi Watanabe
Original assignee: Japan Metal Gasket Co Ltd
Current assignee: Japan Metal Gasket Co Ltd
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: KR20030094223A; KR100571631B1; BR0208650B1; CN100449181C; CN1486406A; JPWO2003085293A1; CN100554737C; KR100549913B1; US20050285352A1; AU2002343886A1; EP1350994A3; EP1350994A2; AU2002343888A1; WO2003085292A1; KR20030094229A; BR0208650A; US20040130102A1; KR20030094228A; JP4156526B2; WO2003085294A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Metalldichtung und insbesondere eine solche Metalldichtung, die in eine Passfuge zwischen die Verbindungsoberflächen bzw. Anlageflächen eines Zylinderblocks und eines Zylinderkopfes einer wassergekühlten Brennkraftmaschine gelegt ist und die imstande ist, die Kühlwirkung der Verbindung und der Dichtung selbst zu verbessern. Eine Metalldichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus US-A-5 582 415 bekannt, wobei die Verbundsicke eine Gummibeschichtung auf beiden Seiten der Metallplatte einschließlich auch des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke ist.
Unter den herkömmlichen Metalldichtungen, die darauf abzielen, die Kühlwirkungen der Teile, zwischen die eine Metalldichtung eingelegt ist, zu verbessern, gibt es eine weitere, die in JP-A-60-3465 beschrieben ist.
Wie in 21 und 22 gezeigt ist, umfasst diese Metalldichtung eine Grundplatte 50, die aus einem dünnen, hochfesten, elastischen Metallblech hergestellt ist, mit einer ersten Metallsicke 52, die entlang einer Dichtungslinie SL1 ausgebildet ist, welche die innere Umfangskante jeder Brennkammeröffnung 51 umgibt. In der Grundplatte 50 ist an der Außenseite der ersten Metallsicke 52 eine zweite Metallsicke 55 entlang einer Dichtungslinie SL2 ausgebildet, die Kühlwasserlöcher 53 umgibt, wobei sie jedoch Bolzenlöcher 54 trennt und nicht umgibt. Das Bezugszeichen 56 bezeichnet ein Schmierloch, und es ist eine dritte Dichtungslinie SL3 ausgebildet, welche die innere Umfangskante des Schmierlochs 56 umgibt.
Wenn die Metalldichtung in die Passfuge zwischen der Anlagefläche eines Zylinderblocks 60 und der Anlagefläche eines Zylinderkopfes 61 montiert und mit Bolzen gesichert ist, sind die Metallsicken 52, 55 entsprechend einer Befestigungskraft elastisch verformt, das Verbrennungsgas der Brennkammerbohrung 51 ist durch die erste Metallsicke 52 linienförmig abgedichtet und zwischen den beiden Metallsicken 52, 55 ist ein Zwischenraum S mit einer sehr geringen Höhe ausgebildet, in den nur die Kühlwasserlöcher 53 münden. Wenn die Maschine läuft, wird durch die Kühlwasserlöcher 53 Kühlwasser mit Druck in den Zwischenraum S eingebracht, und infolge der Kühlwasserzirkulation werden die Anlageflächen und die Metalldichtung selbst gekühlt. Außerdem wird durch die Pumpwirkung der Schwingungsamplitude, die durch die Verpuffung des Verbrennungsgases verursacht ist, das Fließen von Kühlwasser zu dem Zwischenraum S begünstigt.
Der sehr kleine Spalt des Zwischenraums S bildet sich durch ein Gleichgewicht der axialen Spannung der Klemmbolzen der Maschine und der drängenden Kraft der Metallsicken 52, 55, die dem Festziehen einen Widerstand entgegensetzen. Da eine Liniendichtung durch Metall verwendet wird, ist es erforderlich, einen hohen Dichtungsfaktor festzusetzen, um ein gewünschtes Dichtungsverhalten sicherzustellen, sodass die axiale Spannung der Bolzen höher festgesetzt werden muss und der Spalt tendenziell schmal wird.
Ferner tritt durch die beim Laufen der Maschine erzeugte Wärme eine dreidimensionale Ausdehnung der Maschine auf, wodurch sich der Befestigungsdruck erhöht, und mit zunehmender Temperatur wird der oben erwähnte Spalt kleiner. Es sind Fortschritte bei der Verringerung der Abmessungen und des Gewichts, bei der technischen Weiterentwicklung und der Energieeinsparung der Maschine gemacht worden und als Material für die Maschinen ist Aluminium in größeren Mengen zur Anwendung gelangt. Infolge des größeren Ausdehnungskoeffizienten wird es bei unterschiedlichen Materialien gewöhnlich schwer, den oben erwähnten Spalt sicherzustellen.
Ferner erfordern bei der Sickenstruktur der oben erwähnten Dichtung die Metallsicken 52, 55, die wie oben beschrieben in der Grundplatte 50 ausgebildet sind, dass ein hoher Flächendruck erzeugt wird. Deshalb muss ein Material mit einer großen Härte verwendet werden, wobei sich bei harten Materialien Eigenspannungen in den Abschnitten des Biegeradius der Metallsicken 52, 55 konzentrieren, und wenn sie wiederholten Beanspruchungen durch eine Schwingungsamplitude ausgesetzt sind, unterliegen sie einem Ermüdungseffekt und die Lebensdauer der Dichtung verkürzt sich.
Angenommen, eine Maschine ist aus Aluminium hergestellt, wobei das Gießen von Aluminium schwierig ist und beim Gießen Lunker entstehen. Folglich werden, wenn die Anlageflächen bearbeitet werden, mitunter benachbarte Lunker bzw. Hohlräume in den Anlageflächen miteinander verbunden. Dabei sind die herkömmlichen Sicken 52, 55 zum Linienabdichten bestimmt und kommen mit den Anlageflächen in Metall-Metalll-Kontakt, und folglich können sich die Hohlräume so ausdehnen, dass sie quer zu der linienförmig abgedichteten Sickenlinie verlaufen, oder die Dichtungslinie kann sich während des Betriebs aufgrund einer unterschiedlichen Ausdehnung der Materialien der Dichtung und der Maschine verlagern, was dazu führt, dass sich die Sicken 52, 55 über den Hohlräumen befinden, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit eines Durchsickerns von Wasser erhöht. Eine aus Aluminium hergestellte Maschine ist auf dem Transportweg verbeulungsempfindlich. Diese Beulen können die oben erwähnten Erscheinungen entstehen lassen.
Ferner ist es schwierig, die Bearbeitungsgenauigkeit der Metallsicken 52, 55 zu verbessern, die durch Biegen der Grundplatte 50 gebildet werden, da die Grundplatte 50 aus einem Material mit einer großen Härte ausgebildet sein muss.
Unter weiteren herkömmlichen Metalldichtungen gibt es eine, die in JP-A-2001-173 791 offenbart ist.
Wie in 23 gezeigt ist, umfasst diese Metalldichtung zwei Grundplatten 50. Anders ausgedrückt: Am inneren Umfangsende auf Seiten der Brennkammeröffnung 51 der dickeren Grundplatte (der oberen Grundplatte) ist ein Abschnitt 52 mit erhöhter Dicke aus den zwei Grundplatten 50 gebildet, an den Grundplatten 50 sind jeweils an der Außenseite des Abschnitts 52 mit erhöhter Dicke und mit einer Höhe, die größer als die Dicke des Abschnitts 52 mit erhöhter Dicke ist, konvexe Sicken 53 ausgebildet und die zwei Grundplatten 50 sind so geschichtet, dass die konvexen Seiten der Grundplattensicken 53 einander gegenüberliegen. Ferner ist ein elastisches Dichtungsmaterial 54 in die nach außen gewandten konkaven Abschnitte der Metallsicke 53 gefüllt.
Die Metalldichtung wird zwischen den einander gegenüberliegenden Anlageflächen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks angeordnet, und wenn sie zusammengeschraubt werden, werden die Grundplattensicken 53 zusammengepresst und verformt, bis der Abschnitt mit erhöhter Dicke an der gegenüberliegende Grundpatte auf die Umfangskante der Brennkammeröffnung stößt, und gleichzeitig damit werden die Teile 54 aus in den konkaven Abschnitt gefülltem, elastischem Dichtungsmaterial zusammengepresst und verformt, und folglich werden ein Verbrennungsgas, Öl und Kühlwasser durch einen Dichtungsdruck von einer kombinierten Feder mit der Federkraft der Grundplattensicken 53 und der Federkraft der Teile 54 aus elastischem Dichtungsmaterial abgedichtet. Es versteht sich, dass bei einigen der herkömmlichen Metallsicken kein elastisches Dichtungsmaterial in ihren konkaven Abschnitt gefüllt ist und dass einige herkömmliche Metallsicken bei einer einzigen Grundplatte gebildet sind.
Wenn bei dieser herkömmlichen Metalldichtung die Grundplattensicken 53 und die Teile 54 aus elastischem Dichtungsmaterial verformt sind, wenn die Bolzen festgezogen sind, wirken sie zusammen und entwickeln eine Federwirkung, um dadurch den benötigten Dichtungsdruck entlang den Dichtungslinien zu erzeugen.
Wenn jedoch die Grundplatte 50 mit dem Ziel, einem Ermüdungseffekt der Grundplattensicken 53 vorzubeugen und die Erzeugungskosten zu reduzieren, aus einer Metallplatte geringer Härte geformt ist, wirkt bei der oben erwähnten Metalldichtung, wenn die Bolzen festgezogen sind und das elastische Dichtungsmaterial 54 in dem konkaven Abschnitt unter Druck verformt ist, eine äußere Kraft, die die Grundplatte 50 verformt und die Grundplattensicken 53 in Dickenrichtung verbiegt. Wenn, wie oben erwähnt wurde, die Grundplatte 50 aus einem Metall mit einer geringen Härte hergestellt ist, dann ist das Formbewahrungsvermögen der Sicke gering und der Formänderungswiderstand der Grundplatte ist schwach, sodass das Dichtungsverhalten entsprechend schlechter ist.
Infolge der wiederholten Belastung durch Wiederholen des Betreibens und Abstellens der Maschine treten nach einer langen Nutzungsdauer Probleme auf, wie etwa eine Abnahme der axialen Spannung der Klemmbolzen, Veränderungen mit der Zeit an der Grundplattensicke 53 an der Grundplatte 50 oder eine Alterung des elastischen Dichtungsmaterials 54 des konkaven Abschnitts der Sicke; mithin ist es wahrscheinlich, dass der Dichtflächendruck abnimmt. Solche Probleme treten gewöhnlich insbesondere an vorspringenden Teilen an der Außenseite der Klemmbolzen auf.
Wenn das elastische Dichtungsmaterial 54 durch Einbrennen in die konkaven Abschnitte der Grundplatten gebildet ist, ändert es selbst dann, wenn es bei einer hohen Temperatur in die konkaven Abschnitte gefüllt worden ist, sein Volumen um den Betrag der Wärmedehnung während der folgenden Kühlung mit offenem Kreislauf, der mittlere Abschnitt des elastischen Dichtungsmaterials 54, in dem die Dicke am größten ist, zieht sich um einen Betrag der Wärmeschrumpfung zusammen. Dies ist nachteilig, wenn der Flächendruck wie oben beschrieben abnimmt. Es scheint, dass ein solches Phänomen wie beschrieben insbesondere dann auftritt, wenn die Dichtung in eine Maschine eingebaut ist, die mit einer schwachen axialen Befestigungsspannung zusammengefügt worden ist.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Metalldichtung zu schaffen, die imstande ist, die Bearbeitungsgenauigkeit von Metallsicken zu verbessern und die Kühlwirkungen an der Metalldichtung selbst und an den Anlageflächen, zwischen welche die Metalldichtung eingebaut ist, zu erhöhen.
Um die obige Aufgabe zu lösen, schafft die Erfindung eine Metalldichtung wie durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert.
Übrigens ist es wünschenswert, die größte Breite der Gummisicke an der Seite des konvexen Abschnitts innerhalb von 1,5-mal der Breite der Metallsicke zu begrenzen – mit Ausnahme der verschraubten Abschnitte, die einem hohen Druck ausgesetzt sind. Es ist erforderlich, die Grundplatte dort, wo die Gummisicke eine größere Breite hat, einer stärkeren Belastung auszusetzen. Vom Standpunkt einer Verhinderung einer Belastungszunahme aus betrachtet ist es wünschenswert, die Breite der Sicke aus einem elastischen Dichtungsmaterial innerhalb von 1,5-mal der Breite der Metallsicke zu begrenzen, wie oben erwähnt wurde. Dies gilt nicht dort, wo örtlich beschränkt eine starke Belastung aufgebracht werden soll.
Der erste Abschnitt mit erhöhter Dicke, der aus Metall hergestellt ist, nimmt den größten Teil des Befestigungsflächendrucks auf und dichtet ein Verbrennungsgas, das einen hohen Druck hat, ab. Das Kühlwasser, das durch das Kühlwasserloch in einen Zwischenraum zwischen der ersten Sicke und der zweiten Sicke hinein und aus diesem heraus fließt, wird durch eine Federkraft abgedichtet, die sich aus einer Federkraft der Metallsicke, die höher als die Höhe des Abschnitts mit erhöhter Dicke ist, und einer Federkraft durch die elastische Verformung der auf beiden Oberflächen der Metallsicke ausgebildeten Gummisicke zusammensetzt.
Dabei wird, da das Ausmaß der Verformung durch Zusammenpressen der Sicken durch den ersten Abschnitt mit erhöhter Dicke reguliert wird, ein Zwischenraum durch einen Spalt, der größer als zuvor ist, zwischen der ersten Sicke und der zweiten Sicke gebildet und folglich die Kühlwirkung an der Metallsicke usw. erhöht.
Dabei wendet die erfindungsgemäße Sicke eine Dichtung durch eine zusammengesetzte Federkraft von der Metallsicke und der Gummisicke an, und da die Dichtfläche der Sicken, die die gegenüberliegende Anlagefläche berührt, durch ein elastisches Dichtungsmaterial gebildet ist, ist der Dichtungsfaktor klein, sodass die Verbindung mit einem niedrigen Flächendruck abgedichtet werden kann und kein Problem entsteht, selbst wenn das Ausmaß der Verformung durch Zusammenpressen wie oben erwähnt reguliert wird.
Da die Dichtfläche mit Hilfe von elastischem Dichtungsmaterial gebildet ist, kann selbst dann, wenn es Hohlräume in den Anlageflächen gibt, eine zufriedenstellende Abdichtung erreicht werden, die ein Durchsickern von Wasser verhindert.
Die Gummisicke ist weich, passt sich eigenständig an die Anlageflächen an und ist imstande, die Rauheit der bearbeiteten Oberfläche auszugleichen und in zufriedenstellender Weise die fehlerhaften Stellen, die auf dem Transportweg entstehen, abzudichten.
Da für die Sicke ein kleiner Dichtungsfaktor gewählt werden kann, wie oben erwähnt wurde, kann die Härte der Grundplatte, die für Metallsicken verwendet wird, auf einen niedrigen Wert festgesetzt werden. Beispielsweise kann mit dem Vorsatz, preiswerte Dichtungen zu schaffen, plattierter Weichstahl anstelle von nichtrostendem Stahl großer Härte gewählt werden. Die Menge des verwendeten elastischen Dichtungsmaterials ist klein, da es nur an der oberen und unteren Oberfläche der Sickenlinien zum Abdichten verwendet wird.
Beim Konstruieren der Form ist nur zu beachten, dass die Metallsicken etwas höher als die Höhe des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke sein sollen und die Höhe der Gummisicken so festgesetzt wird, dass sie etwas größer oder gleich der Höhe der Metallsicken ist, und folglich ist die Bearbeitungsgenauigkeit stabil. Wenn die Höhe der Metallsicken 30% größer als jene des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke ist, erfährt das elastische Dichtungsmaterial keinen Verformungsbruch, die hervorgerufene Belastung ist eine zusammengesetzte Kraft von den Metallsicken aus Weichstahl und den Weichgummisicken und ist deshalb nicht stark und es gibt keinen so großen Rückgang der Belastung, dass die Abdichtung gegen den Verbrennungsgasdruck beeinträchtigt werden würde.
Ein zweiter Abschnitt mit erhöhter Dicke kann an einer äußeren Umfangskante der Grundplatte vorgesehen sein.
Der größte Teil des Befestigungsflächendrucks wird durch die zwei Abschnitte mit erhöhter Dicke, die aus Metall hergestellt sind, aufgenommen. Bei einem zusätzlichen Abschnitt mit erhöhter Dicke an der äußeren Umfangskante der Grundplatte kann das Ausmaß der Verformung durch Zusammenpressen der Sicken stabil auf einen spezifizierten Wert eingestellt werden.
Um den Flächendruck auszugleichen, wenn die Dichtung zwischen die Anlageflächen eingefügt ist, kann sich die Höhe des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke teilweise ändern und die Höhe des zweiten Abschnitts mit erhöhter Dicke kann kleiner als die kleinste Höhe des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke werden.
Im Ergebnis dessen, dass der Dichtungsdruck durch den ersten Abschnitt mit erhöhter Dicke ausgeglichen wird, kann die Bolzen-Befestigungskraft effektiv genutzt werden. Ein Ausgleichen des Dichtungsdrucks in Umfangsrichtung am inneren Umfangsabschnitt der Brennkammeröffnung bedeutet, dass der Druck auf diesen Abschnitt der Anlagefläche, der nämlich der erste Abschnitt mit erhöhter Dicke am inneren Umfangsabschnitt der Brennkammeröffnung ist, ebenfalls in Umfangsrichtung ausgeglichen ist, wodurch die Formverzerrung der Bohrung an der Anlagefläche durch den Dichtungsdruck am ersten Abschnitt mit erhöhter Dicke vermieden wird. Falls die Öffnung in der Anlagefläche verformt oder formverzerrt wird, führt dies zu einem Leistungsverlust oder es steigt der Ölverbrauch.
Bei dem ersten und zweiten Abschnitt mit erhöhter Dicke, die einen größeren Teil der Bolzen-Befestigungskraft aufnehmen, wird es durch Festsetzen einer verhältnismäßig geringeren Dicke des zweiten Abschnitts mit erhöhter Dicke möglich, dass die größte Belastung auf den ersten Abschnitt mit erhöhter Dicke aufgebracht wird, wodurch ein hoher Dichtungsdruck erzeugt wird.
Der erste Abschnitt mit erhöhter Dicke kann durch Zurückbiegen der Umfangskante auf Seiten der Brennkammeröffnung der Grundplatte gebildet werden, und es wird ein Abstandshalter bzw. eine Beilageplatte in den Falzabschnitt eingepasst, um dadurch die Höhe des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke einzustellen.
Auf diese Weise wird es möglich, die Härte der Grundplatte wie oben beschrieben zu verringern, und folglich wird das Bilden des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke durch Biegen einfacher und es wird möglich, die Höhe des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke mit Hilfe eines Abstandshalters bzw. einer Beilageplatte einzustellen.
Wenn der zweite Abschnitt mit erhöhter Dicke durch Biegen und durch das oben erwähnte Einfügen eines Abstandshalters bzw. einer Beilageplatte gebildet ist, wird es möglich, für den zweiten Abschnitt mit erhöhter Dicke eine Höhe festzusetzen, die kleiner als die Höhe des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke ist, ohne den zweiten Abschnitt mit erhöhter Dicke einer Massivumformung zu unterwerfen.
Der erste Abschnitt mit erhöhter Dicke kann durch Zurückbiegen des Umfangsendes auf Seiten der Brennkammeröffnung der Grundplatte gebildet sein, wobei eine Blattfeder für eine Federwirkung in Dickenrichtung in den Falzabschnitt eingesetzt sein kann.
Indem der Gesamtheit oder einem Teil des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke durch die Blattfeder Elastizität verliehen wird, kann der Flächendruck in Umfangsrichtung leicht ausgeglichen werden, und indem der erste Abschnitt mit erhöhter Dicke mit der Feder versehen wird, kann der erste Abschnitt mit erhöhter Dicke der Wärmeverformung, die während des Betriebs der Maschine auftritt, folgen, und folglich findet der Flächendruckausgleich in dem ersten Abschnitt mit erhöhter Dicke derart statt, dass der Wärmeverformung gefolgt wird.
Durch teilweises Ändern der Höhe des Überstands und/oder der Breite der Sicken in ihrer Erstreckungsrichtung wird der Dichtflächendruck durch die Sicken in ihrer Erstreckungsrichtung ausgeglichen.
Eine korrosionsbeständige dünne Schicht kann an jenem Abschnitt der Grundplatte, der sich zwischen der ersten Sicke und der zweiten Sicke befindet, und wenigstens auf der Oberfläche der Seite des konvexen Abschnitts der Metallsicken an der Grundplatte befestigt sein.
Eine oder nicht weniger als zwei Dichtungslinien können auf der Oberfläche des elastischen Dichtungsmaterials, das an der Oberfläche der Seite des konvexen Abschnitts befestigt ist, und/oder auf der Oberfläche des elastischen Dichtungsmaterials, das in den konkaven Abschnitt gefüllt ist, angeordnet sein, wobei das Dichtungsmaterial verwendet wird, um die Gummisicken zu bilden.
Es ist möglich, eine Linie oder nicht weniger als zwei Linien von Überständen vorzusehen, wobei der Dichtungsdruck an der Oberfläche des elastischen Dichtungsmaterials, das an der Oberfläche der Seite des konvexen Abschnitts befestigt ist, und/oder der Oberfläche des Dichtungsmaterials, das in den konkaven Abschnitt der Grundplatte gefüllt ist, verhältnismäßig niedrig ist, wobei das Dichtungsmaterial verwendet wird, um die Gummisicken zu bilden.
Bei den oben erwähnten Überstandslinien kann sich die Höhe des Überstandes und/oder die Breite in seiner Erstreckungsrichtung in Übereinstimmung mit dem Dichtungsdruck an gebildeten Positionen der Überstände ändern und die Höhe des Überstandes und/oder die Breite kann dort, wo der Dichtungsdruck niedriger ist, auf einen größeren Wert festgesetzt werden.
Es können mehrere Überstände an der Oberfläche des elastischen Dichtungsmaterials, das an der Oberfläche der Seite des konvexen Abschnitts befestigt ist, und/oder an der Oberfläche des elastischen Dichtungsmaterials, das in den konkaven Abschnitt der Sicken gefüllt ist, vorgesehen sein, und bei den mehreren Überständen kann eine Fläche pro Überstandhöhe und/oder die Einheitslänge in Übereinstimmung mit dem Dichtungsdruck an gebildeten Positionen der Überstände veränderlich sein.
Es können mehrere Grundplatten in einer Mehrschichtstruktur gestapelt sein.
Weitere Ausführungsformen können der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen entnommen werden.
Die Erfindung wird nun in Verbindung mit Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, ausführlich beschrieben.
1 ist ein Grundriss zur Erläuterung einer Metalldichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Schnittansicht längs der Linie A-A in 1.
3 ist eine Schnittansicht längs der Linie B-B in 1.
4 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung einer weiteren Form der Verwirklichung eines ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke.
5 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung noch einer weiteren Form der Verwirklichung des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke.
6 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Form der Verwirklichung einer Sicke.
7 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung noch einer weiteren Form der Verwirklichung des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke.
8 ist eine Schnittansicht, die eine Sicke gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein weiteres Beispiel für eine Überstandsbildung.
10 ist noch ein anderes Beispiel für die Überstandsbildung.
11 ist noch ein weiteres Beispiel für die Überstandsbildung.
12 ist ein zusätzliches Beispiel für eine Überstandsbildung.
13 ist noch ein weiteres Beispiel für die Überstandsbildung.
14 ist ein anderes Beispiel für die Überstandsbildung.
15 ist noch ein anderes Beispiel für die Überstandsbildung.
16 ist noch ein anderes Beispiel für die Überstandsbildung.
17 ist ein weiteres Beispiel für die Überstandsbildung.
18 ist ein Beispiel dafür, dass die Grundplattensicke eine Halbsicke ist.
19 ist ein weiteres Beispiel dafür, dass die Grundplattensicke eine Halbsicke ist.
20 ist eine Modifikation eines zweiten elastischen Dichtungsmaterials. 21 ist ein Grundriss zur Erläuterung einer herkömmlichen Metalldichtung.
22 ist eine Schnittansicht längs der Linie D-D in 21. 23 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer herkömmlichen Metallsicke.
Eine Metalldichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist eine Ausführungsform einer Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine. Eine Grundplatte 20 der Metalldichtung 1 umfasst eine dünne Metallplatte wie etwa eine Platte aus nichtrostendem Stahl, eine Weichstahlplatte oder eine Stahlplatte. Hier wird die erste Ausführungsform ausgehend von der Annahme beschrieben, dass mit dem Ziel einer Bereitstellung eines preiswerten Produkts eine Weichstahlplatte als Material für die Grundplatte 20 verwendet wird.
Wie in 1 gezeigt ist die Grundplatte 20 mit mehreren Brennkammeröffnungen 2 versehen, die in der Längsrichtung in gerader Linie angeordnet sind, und ein erster Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke ist durch Zurückbiegen der Gesamtheit der inneren Umfangskante auf Seiten jeder Brennkammeröffnung 2 der Grundplatte nach oben gebildet. Die Höhe des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke ändert sich in seiner Erstreckungsrichtung, etwa durch Verringerung der Höhe an Positionen in der Nähe der Bolzenlöcher, um dadurch den Flächendruck in der vorliegenden Richtung erhöhter Dicke auszugleichen.
An der Außenseite des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke ist eine erste Dichtungslinie SL1 derart vorgesehen, dass sie die Brennkammeröffnung 2 entlang dem Umfangsabschnitt der Brennkammeröffnung 2 endlos umgibt. An der Außenseite der ersten Dichtungslinie SL1 sind mehrere Kühlwasserlöcher 8 entlang dem Umfangsabschnitt jeder Brennkammer 2 angeordnet.
An der Außenseite der mehreren Kühlwasserlöcher 8 ist eine zweite Dichtungslinie SL2 derart vorgesehen, dass sie alle Kühlwasserlöcher 8 umgibt. Die zweite Dichtungslinie SL2 ist so angeordnet, dass es keine anderen Löcher als die Kühlwasserlöcher 8 in der Fläche der Grundplatte 20, die sich zwischen der ersten Dichtungslinie SL1 und der zweiten Dichtungslinie SL2 befindet, gibt.
An der Außenseite der Dichtungslinie SL2 befinden sich die Bolzenlöcher 6. Ein Schmierloch ist mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet.
Eine dritte Dichtungslinie SL3 ist derart vorgesehen, dass sie die Bolzenlöcher 6 und das Schmierloch 7 umgibt.
Die Dichtungslinien SL1 bis SL3 sind dort, wo sie nebeneinander verlaufen, zu einer einzigen gemeinsamen Dichtungslinie zusammengefasst.
Ein zweiter Abschnitt 9 mit erhöhter Dicke ist durch Zurückbiegen der äußeren Umfangskante der Grundplatte 20 nach oben an einigen Teilen der Grundplatte 20 gebildet. Die Höhe des zweiten Abschnitts 9 mit erhöhter Dicke ist durch Massivumformen so eingerichtet, dass sie etwas kleiner als die kleinste Höhe des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke ist.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist längs der Dichtungslinien SL1 bis SL3 eine Sicke BD ausgebildet. Wie in 2 und 3 gezeigt ist die Sicke BD in dieser Ausführungsform als ein Verbund aus einer Metallsicke 4 oder 5 und einer Gummisicke gebildet.
Die Metallsicken 4, 5 sind in dieser Ausführungsform Vollsicken, die durch Biegen der Grundplatte 20 so gebildet sind, dass sie an nur einer Oberflächenseite (der Oberseite) der Grundplatte 20 vorstehen, und die Sicken sind so eingerichtet, dass sie höher als der erste Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke sind. Folglich kann, wenn die Sicken in Dickenrichtung elastisch verformt werden, ein Dichtungsdruck erzeugt werden.
Die oben erwähnte Gummisicke umfasst Teile 11a, 11b, 13a, 13b aus elastischem Dichtungsmaterial, die auf Seiten des konvexen Abschnitts der Metallsicken 4, 5 an der Oberfläche der Grundplatte 20 befestigt sind, und Teile 10 und 12 aus elastischem Dichtungsmaterial, die in den konkaven Abschnitt an der Rückseite des konvexen Abschnitts gefüllt sind. Die Teile 11a, 11b, 13a, 13b und 10, 12 aus elastischem Dichtungsmaterial können mit Hilfe eines korrosionsbeständigen, elastischen Materials, z. B. eines Gummimaterials wie etwa Fluorkautschuk, NBR, Siliconkautschuk, oder eines Harzes gebildet sein.
Die auf Seiten des konvexen Abschnitts der Metallsicken 4, 5 befestigten Teile 11a, 11b, 13a, 13b aus elastischem Dichtungsmaterial sind derart an der Oberfläche der Grundplatte 20 befestigt, dass sie wenigstens beide Seiten jenseits der Breite der Metallsicken 4, 5 bedecken. Die Höhe der Teile 11a, 11b, 13a, 13b aus elastischem Dichtungsmaterial, die auf Seiten des konvexen Abschnitts der Metallsicken 4, 5 befestigt sind, ist der Höhe des konvexen Abschnitts der Metallsicken gleich oder im Wesentlichen gleich, und die Oberseite ist im Wesentlichen parallel zur ebenen Oberfläche der Grundplatte 20. Die Höhe der Teile 11a, 11b, 13a, 13b aus elastischem Dichtungsmaterial kann ein wenig größer als die Höhe des konvexen Abschnitts der Metallsicken 4, 5 sein. Es ist jedoch zu beachten, dass die oben erwähnte Höhe der Teile aus elastischem Dichtungsmaterial derart sein muss, dass das Ausmaß der Verformung durch Zusammenpressen, das durch die Höhe des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke reguliert wird, nicht mehr als 35% (das bekannte Ausmaß der Verformung durch Zusammenpressen eines spezifischen Materials, das kein Verziehen zur Folge hat) beträgt.
Andererseits ist das Ausmaß der Teile 10 und 12 aus elastischem Dichtungsmaterial, die in die konkaven Abschnitte der Metallsicken 4, 5 gefüllt sind, im Wesentlichen gleich den Volumina der konkaven Abschnitte, wobei ihre Rückfläche im Wesentlichen bündig mit der ebenen Rückfläche der Basisplatte 20 ist.
Als Nächstes wird eine Beschreibung der Funktionsweise und der Wirkung usw. der oben erwähnten Metalldichtung gegeben.
Wenn eine wie beschrieben aufgebaute Metalldichtung 1 zwischen den einander gegenüberliegenden Anlageflächen eines Zylinderblocks und eines Zylinderkopfes angeordnet ist und mit Klemmbolzen befestigt wird, werden die Teile 11a, 11b, 13a, 13b aus elastischem Dichtungsmaterial und die Teile 10, 12, die die Gummisicken bilden, zusammengepresst und im Zusammenwirken mit den Metallsicken 4, 5 in Dickenrichtung verformt, und am Ende des Befestigens konzentriert sich der größte Flächendruck bzw. wirkt die stärkste Belastung auf den ersten Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke, und zwar infolge eines Dickenunterschieds zwischen dem ersten Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke, der die größte Dicke der Grundplatte 2 darstellt, und den übrigen Abschnitten.
Somit kann ein Verbrennungsgas auf dem höchsten Druck durch den ersten Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke, der gegen die Anlagefläche gepresst ist, abgedichtet werden. An der Außenseite des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke wird durch die Federkraft der Sicken BD (Metallsicken 4, 5 und Gummisicken), die entlang der ersten und zweiten Dichtungslinie, SL1 und SL2, als ein Schutz gegen Kühlwasser, das zwischen den Dichtungslinien heraussickert, gebildet sind, eine Flächendichtung aufgebracht.
Und da das größte Ausmaß der Verformung durch Zusammenpressen der Sicken BD durch den ersten Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke reguliert wird, entsteht ein breitester permanenter Zwischenraum, spezieller ein Zwischenraum SP, der dem Spielraum eines Teils der gesamten Grundplatte 20 entspricht, zwischen der ersten Dichtungslinie SL1 und der zweiten Dichtungslinie SL2, wodurch sich die Kühlwirkungen der Metalldichtung 1 erhöhen. Mit anderen Worten: Da eine Wasserpumpe mittels Druck das Kühlwasser aus einem Kühlwasserloch 8 in den Zwischenraum SP befördert und das Kühlwasser, während es fließt, die durch den Betrieb der Maschine erzeugte und von der Maschine übertragene Wärme absorbiert und gleichzeitig die Dichtung 1 kühlt, wird folglich verhindert, dass die Gummisicken der Dichtung durch Wärme beschädigt werden.
Dabei dichten die Sicken BD in dieser Ausführungsform die Anlageflächen durch eine zusammengesetzte Federkraft von den Metallsicken 4, 5 und den Gummisicken ab, und da die Dichtflächen der Sicken, die mit der oberen und unteren Anlagefläche in Kontakt kommen, durch die Teile 11a, 11b, 13a, 13b und 10, 12 aus elastischem Dichtungsmaterial gebildet sind, kann ein kleiner Dichtungsfaktor festgesetzt werden und die Dichtung kann bei einem niedrigen Flächendruck angewendet werden, und selbst wenn das Ausmaß der Verformung durch Zusammenpressen so reguliert ist, dass sich das Ausmaß des Zwischenraums SP wie oben beschrieben vergrößert, entsteht kein Problem.
Da die obere und untere Dichtfläche die durch die Teile 11a, 11b, 13a, 13b und 120, 12 aus elastischem Dichtungsmaterial geschaffenen Dichtflächen sind, kann, wenn es Hohlräume oder dergleichen in den Anlageflächen gibt, eine ausreichende Abdichtung gegen ein Durchsickern von Wasser erhalten werden. Ferner sind die Gummisicken imstande, die Rauheit durch die Oberflächenbearbeitung oder die fehlerhaften Stellen, die auf dem Transportweg entstehen, ausreichend abzudichten.
Wie oben erwähnt wurde, tritt dadurch, dass für die Sicken BD ein kleiner Dichtungsfaktor festgesetzt werden kann, kein Problem auf, wenn die Grundplatte 20 durch eine preiswertere Weichstahlplatte geringer Härte gebildet ist. Die Teile 11a, 11b, 13a, 13b und 10, 12 aus elastischem Dichtungsmaterial werden nur am oberen und unteren Abschnitt der zum Abdichten erforderlichen Sickenlinien verwendet, und folglich ist die verbrauchte Menge klein.
Beim Konstruieren der Form ist nur zu beachten, dass die Metallsicken 4, 5 etwas höher als die Höhe des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke sein sollen, und die Höhe der Gummisicken so festgesetzt ist, dass sie etwas größer oder gleich der Höhe der Metallsicken 4, 5 ist, und folglich ist die Bearbeitungsgenauigkeit stabil. Wenn die Höhe der Metallsicken 30% größer als jene des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke ist, erleidet das elastische Dichtungsmaterial keinen Verformungsbruch, die erzeugte Belastung stellt eine zusammengesetzte Kraft von den Metallsicken aus Weichstahl und den Weichgummisicken dar und ist deshalb nicht stark, und es gibt keine so große Entlastung, dass sie sich auf die Abdichtung gegen den Verbrennungsgasdruck auswirken würde.
Durch Ändern der Dicke in Umfangsrichtung des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke wird der Dichtungsdruck ausgeglichen, und folglich kann die Befestigungskraft der Bolzen effizient genutzt werden. Als Ergebnis davon, dass der Druck in Umfangsrichtung im Umfangsabschnitt der Brennkammeröffnung 2 ausgeglichen ist, ist der Druck der Anlagefläche in Kontakt mit dem ersten Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke auf den Öffnungsrand der Brennkammer (Bohrung) in Umfangsrichtung ausgeglichen und folglich wird verhindert, dass sich die Rundheit der Brennkammerbohrung durch ein Ungleichgewicht des Dichtungsdrucks an dem ersten Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke verschlechtert. Die Verschlechterung der Rundheit der Brennkammer (Bohrung) führt zu einer Zunahme bei Leistungsverlust und Ölverbrauch. Zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 3, 9 mit erhöhter Dicke, die einen großen Teil der Bolzen-Befestigungskraft aufnehmen, kann dadurch, dass der zweite Abschnitt 9 mit erhöhter Dicke mit einer verhältnismäßig geringeren Dicke ausgebildet wird, die höchste Belastung auf den ersten Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke aufgebracht werden, um dadurch einen hohen Dichtungsdruck zu erzeugen.
Da die Grundplatte 20 durch eine Weichstahlplatte geringer Härte gebildet ist, ist es leicht, den ersten Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke und den zweiten Abschnitt 9 mit erhöhter Dicke durch Biegen zu bilden.
Die Änderung der Höhe des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke in Umfangsrichtung kann durch Massivumformen eingestellt werden oder kann, wie in 4 gezeigt ist, durch Einfügen einer Beilageplatte 14a in den Falzabschnitt eingestellt werden. Wenn die Beilageplatte 14a in den Falzabschnitt entlang dem gesamten Umfang des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke eingefügt ist, weist der erste Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke dort, wo sich der Abschnitt geringster Dicke der Beilageplatte 14a befindet, seine geringste Dicke auf. Demzufolge kann die Höhe des zweiten Abschnitts 9 mit erhöhter Dicke ohne Massivumformen kleiner als jene des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke gemacht werden. Anders ausgedrückt: Durch das Einsetzen der Beilageplatte 14a in den ersten Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke wird die Notwendigkeit umgangen, an dem zweiten Abschnitt 9 mit erhöhter Dicke das Massivumformen auszuführen. Die in den ersten Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke eingesetzte Beilageplatte 14a vergrößert die Höhe des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke um ihre Dicke, und folglich kann der Zwischenraum SP, in dem Kühlwasser zirkuliert, im Verhältnis zur Dicke der Beilageplatte 14a breiter gemacht und dadurch die Kühlwirkungen verbessert werden.
Dabei kann, wie in 5 gezeigt ist, eine Blattfeder 14b, die in Dickenrichtung elastisch verformbar ist, als Beilageplatte 14a in den ersten Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke eingefügt sein. In diesem Fall wird zusätzlich zu der oben erwähnten Wirkung der Flächendruck in Umfangsrichtung des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke leichter durch die Federkraft der Blattfeder 14b ausgeglichen, und durch diese hinzugefügte Feder des ersten Abschnitts 3 mit erhöhter Dicke kann dieser Letztere der Wärmeverformung, die während des Betriebs der Maschine auftritt, folgen und folglich findet der Flächendruckausgleich in dem ersten Abschnitt 3 mit erhöhter Dicke derart statt, dass der Wärmeverformung gefolgt wird.
Die Metallsicken 4, 5 sind in dieser Ausführungsform als Vollsicken beschrieben worden, aber wie in 6 gezeigt ist, kann bei der Sicke BD, die entlang der zweiten Dichtungslinie SL2 ausgebildet ist, die Metallsicke 5 durch eine Halbsicke gebildet sein. Anders ausgedrückt: In den Bereichen, in denen die zur Verfügung stehende Dichtungsbreite zu gering ist, um eine Vollsicke 5 vorzusehen, kann die Metallsicke 5 als eine Halbsicke ausgebildet sein, damit sie zu der geringen Dichtungsbreite passt.
Der Abschnitt mit erhöhter Dicke ist in dieser Ausführungsform als durch Zurückbiegen der Grundplatte gebildet beschrieben worden, wobei jedoch nicht beabsichtigt ist, dadurch eine Definition der Grenzen der Erfindung zu geben. Zum Beispiel kann, wie in 7 gezeigt ist, der zweite Abschnitt 9 mit erhöhter Dicke durch Schweißen einer dünnen Platte, die dünner als die Grundplatte 20 ist, an die äußere Umfangskante gebildet werden, wodurch die Notwendigkeit des oben erwähnten Massivumformens umgangen wird. Oder der zweite Abschnitt mit erhöhter Dicke kann durch Zurückbiegen des Umfangsabschnitts jedes Bolzenlochs gebildet sein.
Der Dichtflächendruck durch die Metallsicken 4, 5 kann durch teilweises Ändern der Überstandshöhe und/oder der Breite der Sicken in ihrer Erstreckungsrichtung ausgeglichen werden. Beispielsweise sind die Überstände der Sicken in der Nähe von Bolzen verhältnismäßig niedrig oder die Sickenbreite ist verhältnis mäßig gering. Durch ein Ausgleichen des Dichtungsdrucks kann die Dichtung hochgenau abgedichtet werden.
An dem Grundplattenteil zwischen den zwei Sicken BD entlang SL1 und SL2 kann eine korrosionsbeständige dünne Schicht fest angebracht sein, die ein Rosten an der Oberfläche der Grundplatte, die ständig mit Wasser in Kontakt ist, verhindert.
Der Grundaufbau der zweiten Ausführungsform ist der gleiche wie jener der ersten Ausführungsform, sie weicht jedoch beim Aufbau der Sicke etwas von der ersten Ausführungsform ab.
Sicken sind entlang den Dichtungslinien SL1 und SL2 ausgebildet.
Wie in 8 und 9 gezeigt ist die Sicke BD gemäß dieser Ausführungsform eine Verbundsicke, die durch eine Grundplattensicke 6 als eine Vollsicke und Gummisicken 8, 10 gebildet ist.
Die Grundplattensicke 6 ist durch Biegen der Grundplatte in Dickenrichtung gebildet und ist konvex geformt, d. h. dass ihre Höhe größer als jene des Abschnitts 16 mit erhöhter Dicke ist.
Die Gummisicke umfasst einen ersten Teil 10 aus elastischem Dichtungsmaterial, der in den konkaven Abschnitt der Grundplattensicke 6 gefüllt ist, und einen zweiten Teil 8 aus elastischem Dichtungsmaterial, der auf der Seite des konvexen Abschnitts der Grundplattensicke befestigt ist.
Der erste Teil 10 aus elastischem Dichtungsmaterial ist so eingerichtet, dass seine Unterseite eben und mit der Unterseite der Grundplatte 2 bündig ist. Etwa in der Mitte der Breitenrichtung der Sicke und an ihrer Unterseite ist entlang den Dichtungslinien SL1 und SL2 ein konvexer Überstand 11 ausgebildet.
Das zweite Teil 8 aus elastischem Dichtungsmaterial ist mit einer Breite ausgebildet, die etwas größer als jene der Grundplattensicke 6 ist, und zwar an der Oberfläche des konvexen Abschnitts der Sicke und an der ebenen Oberfläche in Fortsetzung des konvexen Abschnitts. Das zweite Teil 8 aus elastischem Dichtungsmaterial ist so gestaltet, dass seine Höhe nahezu gleich der Höhe der Grundplattensicke 6 ist und die Oberfläche (die Oberseite) im Wesentlichen eben ist.
Die Breite des zweiten Teils 8 aus elastischem Dichtungsmaterial ist vorzugsweise nicht größer als 1,5-mal die Breite der Grundplattensicke 6. Wenn die Breite übermäßig vergrößert wird, nimmt die Belastung übermäßig zu. Die Höhe des Teils 8 aus elastischem Dichtungsmaterial liegt vorzugsweise im Bereich von 0,9- bis 1,1-mal die Höhe der Grundplattensicke 6.
Die Anzahl und die Art der Löcher, wie etwa der Bolzenlöcher 4, die in der Grundplatte 2 ausgebildet sind, und der Ort der Dichtungslinien SL1 und SL2 unterscheidet sich selbstverständlich je nach der Art des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes, zwischen denen die Metalldichtung 1 angeordnet ist.
Die wie beschrieben aufgebaute Metalldichtung 1 befindet sich an ihrer Verwendungsstelle, wenn sie zwischen den Anlageflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes einer Maschine angeordnet und mit Klemmbolzen befestigt ist. Die Sicken werden durch die Befestigungskraft der Klemmbolzen verformt und der erforderliche Dichtungsdruck wird entlang den Dichtungslinien erzeugt, um dadurch Öl, Wasser usw. abzudichten.
Wenn die Dichtung befestigt ist, dienen die Abschnitte 16 mit erhöhter Dicke, die am Umfangsendabschnitt der Brennkammeröffnung 3 vorgesehen sind, dazu, das Ausmaß der Verformung durch Zusammenpressen der Sicken zu begrenzen; an den Abschnitten 16 mit erhöhter Dicke tritt ein hoher Flächendruck auf, sodass der Abschnitt 16 mit erhöhter Dicke ein Verbrennungsgas auf einer hohen Temperatur und unter hohem Druck abdichtet.
Wenn auf die Oberfläche des Abschnitts 16 mit erhöhter Dicke kein Überzug aufgebracht wird, um die Dichtung zu einem niedrigen Preis zu liefern, kommt der Abschnitt 16 mit erhöhter Dicke der Dichtung in Metall-Metall-Kontakt mit den maschinell bearbeiteten Oberflächen (Anlageflächen) der Maschine, und folglich gibt es durch Bearbeitungsriefen eine Ungleichmäßigkeit von 3 bis 6 Mikrometern an den maschinell bearbeiteten Oberflächen.
Der Verpuffungsdruck durch den Betrieb der Maschine ist kein dauernd anliegender Druck, sondern ein pulsierender Druck; deshalb gibt es einen Druckverlust von dem Abschnitt 16 mit erhöhter Dicke zur Seite des äußeren Umfangs hin. Der Druck ist jedoch durch die Sicke BD an der Außenseite des Abschnitts 16 mit erhöhter Dicke abgedichtet.
Die Sicke BD gemäß dieser Ausführungsform ist so aufgebaut, dass durch eine Feder, zusammengesetzt aus der Grundplattensicke 6 und der Gummisicke, wenn diese zusammengepresst und verformt werden, ein erforderlicher Dichtungsdruck erzeugt wird; und diese Verbundstruktur macht es möglich, die Härte der Grundplatte 2, die die Grundplattensicke 6 bildet, zu verringern. Die Sicken berühren die obere und die untere Anlagefläche an den ebenen Oberflächen der zusammengepressten und verformten Teile 8 und 10 aus elastischem Dichtungsmaterial, und die Teile 8 und 10 aus weichelastischem Dichtungsmaterial kommen in engen Kontakt mit den Anlageflächen, wobei sie alle kleinen Zwischenräume der Bearbeitungsriefen verschließen und dadurch das Verbrennungsgas abdichten, das unter dem oben erwähnten pulsierenden Druck aus dem Abschnitt 16 mit erhöhter Dicke entweicht.
Bei einer Dichtung mit einem Aufbau, bei dem ein elastisches Dichtungsmaterial nur in den konkaven Abschnitt der Grundplattensicke 6 gefüllt ist, wird dann, wenn das elastische Dichtungsmaterial 10 zusammengepresst und verformt wird, eine äußere Kraft erzeugt, die dazu dient, die Grundplattensicke 6 und den ebenen Abschnitt an jeder Seite in Fortsetzung der Grundplattensicke 6 derart zu verformen, dass sie nach oben verzogen werden. Je geringer die Härte der Grundplatte 2 ausgelegt ist, um einen Ermüdungseffekt der Grundplattensicke 6 zu unterdrücken und die Kosten der Grundplatte 2 niedrig zu halten, desto deutlicher ist die Verformung, wobei es an sich wahrscheinlich ist, dass ein Verziehen nach oben auftritt. Jedoch ist in dieser Ausführungsform das zweite elastische Dichtungsmaterial 8 auch auf Seiten des konvexen Abschnitts vorgesehen, und das zweite elastische Dichtungsmaterial 8 wird verformt, um eine Verformung der Grundplattensicke 6 und der Grundplatte 2 zu verhindern, wodurch der Verschlechterung der Abdichtung durch das erste elastische Dichtungsmaterial 10 in dem konkaven Abschnitt vorgebeugt wird.
Bei der Füllung aus dem ersten elastischen Dichtungsmaterial 10 ist es wahrscheinlich, dass ihr mittlerer Abschnitt bei einem Übergang von einer hohen Temperatur zu einer Kühlung mit offenem Kreislauf ein wenig ausgehöhlt wird. In dieser Ausführungsform sind Überstände 11 und 9 an dem obigen mittleren Abschnitt ausgebildet; auch wenn die Dichtung bei einer Maschine verwendet wird, deren axiale Befestigungsspannung schwach ist, kann eine stabile Abdichtung bei geringem Verlust in dem Bereich an der Außenseite der Brennkammeröffnung 3 gesichert werden. Nach dem Festziehen der Bolzen sind die Überstände 11 und 9 in einem zermalmten und flach gedrückten Zustand.
Es treten keine Befestigungsprobleme in der Nähe der Bolzen 4 auf, sofern die Bolzen ordnungsgemäß befestigt sind. Jedoch sind die Schmierlöcher 5 und der Kettenschacht 17 in einem unangemessen befestigten Zustand, da sie weit weg von den Klemmbolzen sind. Da die Maschine wiederholten Temperaturzyklen unterworfen ist, so oft sie verwendet wird, nimmt die axiale Befestigungsspannung bis zu einem gewissen Grade ab. Die Dichtung wird während des Betriebs der Maschine durch Wärme verformt, wodurch die Abdichtung erschwert wird.
Um unter diesen widrigen Bedingungen eine völlige Abdichtung zu verwirklichen, wird im Stand der Technik bei der Sickenstruktur mit dem in den konkaven Abschnitt der Grundplattensicke gefüllten elastischen Dichtungsmaterial, wenn die Härte der Grundplatte 2 erhöht wird, die Federkraft zunehmen, aber die Sicke kann einem Ermüdungseffekt durch die Schwingungsamplitude unterliegen, und es ist nicht wünschenswert, die Härte so weit zu erhöhen; andererseits, wenn die Härte der Grundplattensicke 6 verringert wird, wird die oben erwähnte Verformung auftreten und zu einer Abnahme der Federkraft führen. Um diese Schwäche auszugleichen ist bei dieser Ausführungsform, wie oben beschrieben, zusätzlich zu dem ersten elastischen Dichtungsmaterial 10, das in den konkaven Abschnitt der Grundplattensicke 6 gefüllt ist, das zweite elastische Dichtungsmaterial 8 an dem konvexen Abschnitt an der Rückseite des konkaven Abschnitts ausgebildet, und das zweite elastische Dichtungsmaterial 8, das so strukturiert ist, dass seine Breite größer als jene der Sicke ist und seine Höhe im Wesentlichen gleich der Höhe der Grundplattensicke 6 ist, dient dazu, eine Verformung der Grundplatte 2 und der Grundplattensicke 6 zu vermeiden.
Weil die Härte der Grundplatte 2 herabgesetzt ist, ist die Federkraft gering, aber da das erste elastische Dichtungsmaterial 8 an dem konvexen Abschnitt mit einer Höhe ausgebildet ist, die gleich der Höhe der Grundplattensicke 6 ist, um dadurch die Verformung durch das in den konkaven Abschnitt gefüllte elastische Dichtungsmaterial 10 zu regulieren, ist folglich die Sicke BD mit einer Federkraft versehen, die größer oder gleich einer Federkraft durch eine Struktur ist, welche die Grundplatte 2 aus einem Material großer Härte verwendet.
Ferner wird, wenn das elastische Dichtungsmaterial 10 durch Formen gebildet wird, die Seite des konkaven Abschnitts der Grundplattensicke 6 so bearbeitet, dass sie mit der ebenen Oberfläche der Grundplatte 2 bündig ist. Während des Formens dehnt sich das Dichtungsmaterial 10 durch eine hohe Temperatur aus, aber wenn es mit offenem Kreislauf gekühlt wird, schrumpft der mittlere Abschnitt des Gummis, der eine große Dicke aufweist, um einen Betrag, der der Wärmedehnung entspricht, und sinkt leicht ein, und in den Abschnitten, die von einem Klemmbolzen entfernt sind und die nicht ordnungsgemäß befestigt sind und hervorstehen, kann der Flächendruck abnehmen, wodurch ein Druckabfall auftreten könnte.
Bei der vorliegenden Patentanmeldung wird als Gegenmaßnahmen gemäß der Erfindung, wie in 8 gezeigt ist, ein kleiner Überstand 11 in der Mitte der Oberfläche des elastischen Dichtungsmaterials 10 in dem konkaven Abschnitt der Grundplatte 6 gebildet, die Sicke verformt sich, ohne die Belastung durch die Befestigung so sehr zu erhöhen, und wenn der Flächendruck abnimmt, wölbt sich der Überstand 11, der an der Oberfläche des ersten elastischen Dichtungsmaterials 10 gebildet ist, auf und verformt sich gleichzeitig. Obwohl der Überstand der Fläche nach klein ist, erzeugt er einen hohen Flächendruck und dient dazu, auf eine völlige Abdichtung abzustellen. Anders ausgedrückt: An einer Stelle, die sich vom Klemmbolzen entfernt auf Seiten des äußeren Umfangs befindet, wird der Flächendruck tendenziell verhältnismäßig klein, das elastische Dichtungsmaterial an beiden Oberflächen der Grundplatte 6 wird normalerweise zu den gegenüberliegenden Anlageflächen gepresst, um sie mittels der Sicke abzudichten, die durch die Belastung durch die Befestigung zusammengepresst und verformt ist. Dabei wird der Überstand 11, der an dem elastischen Dichtungsmaterial 10 auf der Seite des konkaven Abschnitts ausgebildet ist, derart verformt, dass er in den konkaven Abschnitt gedrängt wird, passt sich eigenständig an die ebene Oberfläche der Anlagefläche an und wird im Wesentlichen bündig mit der ebenen Oberfläche (Unterseite) der Grundplatte 2.
Wenn aus diesem stabilen Zustand heraus der Spielraum zwischen den gegenüberliegenden Anlageflächen an der Sickenposition beispielsweise durch Schwingung größer wird, nimmt der Flächendruck vorübergehend ab, das Ausmaß der Verformung durch Zusammenpressen der Sicke wird kleiner, wodurch sich der Dichtungsdruck verringert. An dem elastischen Dichtungsmaterial 10 auf Seiten des konkaven Abschnitts wölbt sich automatisch der Überstand 11 entsprechend der Vergrößerung des Spielraums vor, um sicher in Kontakt mit der gegenüberliegenden Anlagefläche zu bleiben, und hat die Kontaktfläche verkleinert und kann das Abdichten durch eine Vergrößerung des Flächendrucks durch den Überstand aufrechterhalten. Mit der Verkleinerung des Spielraums wird der stationäre Zustand wiederhergestellt.
Die vorangehende Beschreibung bezieht sich auf einen Fall, in dem der Flächendruck mit Änderungen des Spielraums zwischen den einander gegenüberliegenden Anlageflächen abnimmt. Selbst wenn der Spielraum zwischen den einander gegenüberliegenden Anlageflächen unverändert bleibt oder auch wenn die Federkraft mit der Verschlechterung mit der Zeit abnimmt und der Flächendruck kleiner wird, wie oben beschrieben ist, da sich die Belastung auf den Überstand 11 konzentriert, wenn der Flächendruck abnimmt (die Überstände 11 und 9 wölben sich in diesem Fall nicht zwangsläufig auf), steigt der Flächendruck an der Position des Überstands 11 und ermöglicht, einen spezifizierten Dichtungsdruck aufrechtzuerhalten.
Wenn die Änderung bei dem Spalt an der Sickenposition zwischen den Anlageflächen groß ist, dann ist es vorzuziehen, auch auf dem elastischen Dichtungsmaterial in dem konvexen Abschnitt der Grundplattensicke 6 einen Überstand 9 zu bilden, wie in 10 gezeigt ist.
Die in Sickenbreitenrichtung angeordneten Überstände 11, 9 beschränken sich nicht auf einen, sondern es kann zwei oder mehr geben, wie in 11 bis 13 gezeigt ist. Wenn zwei oder mehr Überstände vorgesehen sind, kann die Höhe der Überstände 11, 9 verschieden ausgelegt sein. Das Ausmaß der Überstände kann ebenfalls verschieden sein. Wenn mehrere Überstände gebildet sind, kann die Belastung durch den Flächendruck verringert werden, oder falls der Flächendruck abnimmt, kann durch die mehreren Überstände 11, 9 ein Labyrinth-Effekt erhalten werden oder die faktische Zunahme der Dichtungslinien SL sorgt für eine Wirkung einer stabilen Abdichtung für eine lange Zeitdauer.
Was die mehreren Überstände 11, 9 anbelangt, so ist es ferner möglich, durch Variieren der Größe oder Gestalt (der Fläche pro Längeneinheit in einem Längsschnittprofil oder einer Draufsicht) der Überstände 11, 9, um eine Optimierung der Überstände 11, 8 anzustreben, wie in 31 bis 34 gezeigt ist, die oben erwähnten Effekte auszuweiten. Anders ausgedrückt: Wenn zwei oder mehr Überstände parallel der Breite nach vorgesehen sind, ist es vorzuziehen, die Höhe der Überstände 11, 9 verhältnismäßig niedrig auszulegen oder die Fläche pro Längeneinheit auf der Seite des höheren Flächendrucks zu reduzieren.
Was einen Einzellinien-Überstand 11, 9 angeht, der sich entlang der Dichtungslinie erstreckt, so ist es möglich, die Höhe oder die Gestalt des Überstands 11, 9 entsprechend dem Flächendruck am Ort des Überstands 11, 9 zu ändern. Anders ausgedrückt: In den Bereichen, in denen der Flächendruck verhältnismäßig kleiner ist, können die Höhe und die Breite des Überstands 11, 9 vergrößert werden.
Die Überstände 11, 9 können ununterbrochen entlang der gesamten Länge der Dichtungslinien SL1 und SL2 oder in spezifizierten Intervallen periodisch gebildet sein.
Wenn die Überstände 11, 9 nur zum Teil auf den Dichtungslinien SL1, SL2 gebildet sind, sollten sie an Positionen gebildet sein, die vom Bolzenloch entfernt sind und einem verhältnismäßig niedrigen Flächendruck unterliegen, oder in Teilen, in denen Änderungen des Spielsraums zwischen den einander gegenüber liegenden Anlageflächen verhältnismäßig groß sind (die Amplitude der Flächendruckänderung ist verhältnismäßig groß).
Bei dieser Ausführungsform ist eine Beschreibung der Grundplattensicke 6 als Vollsicke vorgenommen worden, aber diese Ausführungsform ist auch anwendbar, wenn die Grundplattensicke 6 eine Halbsicke mit einer stufigen Struktur ist. Insbesondere wird, wie in 18 und 19 gezeigt ist, ein zweites elastisches Dichtungsmaterial 12 an dem konvexen Abschnitt (dem Abschnitt, der sich von dem ebenen Teil der Grundplatte erhebt) der Grundplattensicke 6 in einer stufigen Form befestigt, ein erstes elastisches Dichtungsmaterial 14 wird auf den konkaven Abschnitt an der Rückseite des konvexen Abschnitts aufgebracht und dann werden die Überstände 13, 15 in den dicken Abschnitten ausgebildet. Die Funktionsweise und die Wirkung sind die gleichen wie bei der oben erwähnten Ausführungsform.
Bei der Sicke BD in der Nähe des Abschnitts 1 mit erhöhter Dicke braucht das zweite elastische Dichtungsmaterial nicht notwendig an beiden schrägen Seiten des konvexen Abschnitts angebracht werden, wie in 20 gezeigt ist. Anders ausgedrückt: Da er einen verhältnismäßig hohen Flächendruck aufnimmt und eine die Grundplatte zwingende Kraft hat, verhindert der Abschnitt 16 mit erhöhter Dicke, dass sich die Grundplatte verformt. Dies gilt für die Abschnitte in der Nähe von Klemmbolzen.
Die Höhe der Überstände 11, 9 sollte so bemessen sein, dass das Formänderungsverhältnis nicht mehr als 25% beträgt, wenn die Überstände so verformt werden, dass sie ungeachtet ihrer Gestalt die Dicke des Abschnitts 16 mit erhöhter Dicke erreichen.
Bei dem obigen Beispiel ist die Beschreibung einer Metalldichtung mit einer einzigen Grundplatte vorgenommen worden. Bei einer Metalldichtung können mehrere Grundplatten, wovon jede die oben erwähnte Struktur aufweist, entsprechend dem Zwischenraum zwischen den Anlageflächen übereinandergestapelt sein. In diesem Fall brauchen die Grundplatten nicht unbedingt so gestapelt zu sein, dass die konvexen Abschnitte der Grundplattensicken, wie beim Stand der Technik, einander gegenüber angeordnet sind.
Die weiteren Aspekte des Aufbaus, der Funktionsweise und der Wirkung sind die gleichen wie bei den oben erwähnten Ausführungsformen.
Wie beschrieben worden ist, können durch Anwenden der vorliegenden Erfindung die Bearbeitungsgenauigkeit der Metallsicken verbessert und die Kühlwirkungen an der Metalldichtung selbst und an den Anlageflächen, zwischen die die Metalldichtung gelegt ist, erhöht werden.

Claims

Metalldichtung, die eine aus einem dünnen Metallblech hergestellte Grundplatte (20) umfasst, wobei die Grundplatte versehen ist mit wenigstens einer Brennkammeröffnung (2) und einem Kühlwasserloch (8) sowie mit einem ersten Abschnitt (3) mit erhöhter Dicke, der aus Metall hergestellt ist, eine erhöhte Dicke besitzt und eine Umfangskante der Brennkammeröffnung umgibt, einer ersten Sicke (4), die an der Außenseite des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke der Grundplatte in der Weise ausgebildet ist, dass sie die Brennkammeröffnung endlos umgibt, und einer zweiten Sicke (5), die an der Außenseite der ersten Sicke in der Weise ausgebildet ist, dass sie die Brennkammeröffnung und das Kühlwasserloch endlos umgibt, wobei in einem Bereich der Grundplatte zwischen der ersten Sicke und der zweiten Sicke keine anderen Löcher als das Kühlwasserloch vorhanden sind und sowohl die erste als auch die zweite Sicke eine Verbundsicke aus einer Metallsicke und einer Gummisicke ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallsicke nur auf einer Oberflächenseite der Grundplatte durch Biegen der Grundplatte in einer Dickenrichtung gebildet ist, um einen konvexen Abschnitt zu erzeugen, dessen Höhe größer als jene des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke ist, wobei die Gummisicke aus einem elastischen Dichtungsmaterial (11a, 11b) gebildet ist, das an der Seitenoberfläche des konvexen Abschnitts der Metallsicke befestigt ist, und wobei in einen konkaven Abschnitt auf der Rückseite des konvexen Abschnitts ein elastisches Dichtungsmaterial (10) gefüllt ist und die Gummisicke in Dickenrichtung in Zusammenwirkung mit einer Verformung der Metallsicke komprimiert und verformt wird und wobei das elastische Dichtungsmaterial (11a, 11b) auf der Oberfläche auf Seiten des konvexen Abschnitts wenigstens an der Oberfläche des konvexen Abschnitts der Metallsicke befestigt ist und so angeordnet ist, dass seine Höhe gleich oder im Wesentlichen gleich der Höhe der Metallsicke ist.
Metalldichtung nach Anspruch 1, wobei ein zweiter Abschnitt mit erhöhter Dicke an einer äußeren Umfangskante der Grundplatte vorgesehen ist.
Metalldichtung nach Anspruch 2, wobei zum Ausgleichen des Oberflächendrucks, wenn die Dichtung zwischen zwei Verbindungsoberflächen eingefügt ist, die Höhe des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke sich teilweise ändert und die Höhe des zweiten Abschnitts mit erhöhter Dicke niedriger als die geringste Höhe des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke ist.
Metalldichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Abschnitt mit erhöhter Dicke durch Zurückbiegen einer Umfangskante auf Seiten der Brennkammeröffnung der Grundplatte gebildet ist und ein Abstandshalter in den gebogenen Abschnitt eingepasst ist, um dadurch die Höhe des ersten Abschnitts mit erhöhter Dicke einzustellen.
Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Abschnitt mit erhöhter Dicke durch Zurückbiegen des Umfangsendes auf Seiten der Brennkammeröffnung der Grundplatte gebildet ist und eine Blattfeder für eine Federwirkung in Dickenrichtung in den gebogenen Abschnitt eingesetzt ist.
Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei durch teilweises Ändern wenigstens einer Höhe des Überstandes und einer Breite der Sicken in ihrer Erstreckungsrichtung der Dichtungsoberflächendruck durch die Sicken in ihrer Erstreckungsrichtung ausgeglichen ist.
Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine korrosionsbeständige dünne Schicht an jenem Abschnitt der Grundplatte, der sich zwischen der ersten Sicke und der zweiten Sicke befindet, und wenigstens auf der Oberfläche der Seite des konvexen Abschnitts der Metallsicken an der Grundplatte befestigt ist.
Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine oder nicht weniger als zwei Dichtungslinien auf der Oberfläche des elastischen Dichtungsmaterials, das an der Oberfläche der Seite des konvexen Abschnitts befestigt ist, und/oder auf der Oberfläche des elastischen Dichtungsmaterials, das in den konkaven Abschnitt gefüllt ist, angeordnet sind, wobei das Dichtungsmaterial verwendet wird, um die Gummisicken zu bilden.
Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine oder nicht weniger als zwei Linien von Überständen vorgesehen sind, wobei der Dichtungsdruck an der Oberfläche des elastischen Dichtungsmaterials, das an der Oberfläche der Seite des konvexen Abschnitts befestigt ist, und/oder der Oberfläche des Dichtungsmaterials, das in den konkaven Abschnitt der Grundplatte gefüllt ist, verhältnismäßig niedrig ist, wobei das Dichtungsmaterial verwendet wird, um die Gummisicken zu bilden.
Metalldichtung nach Anspruch 8, wobei in den oben genannten Überstandslinien die Höhe des Überstandes und/oder die Breite in Erstreckungsrichtung in Übereinstimmung mit dem Dichtungsdruck an gebildeten Positionen der Überstände geändert wird und die Höhe des Überstandes und/oder die Breite dort auf einen größeren Wert gesetzt ist, wo der Dichtungsdruck niedriger ist.
Metalldichtung nach Anspruch 8, wobei mehrere Überstände an der Oberfläche des elastischen Dichtungsmaterials, das an der Oberfläche der Seite des konvexen Abschnitts befestigt ist, und/oder an der Oberfläche des elastischen Dichtungsmaterials, das in den konkaven Abschnitt der Sicken gefüllt ist, vorgesehen sind und in den mehreren Überständen die Fläche pro Überstandshöhe und/oder die Einheitslänge in Übereinstimmung mit dem Dichtungsdruck an gebildeten Positionen der Überstände veränderlich ist.
Metalldichtung nach einem der Ansprüche 8, 10 und 11, bei der mehrere Grundplatten in einer Mehrschichtstruktur gestapelt sind.