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Die Erfindung bezieht sich auf eine Metalldichtung zur
Abdichtung eines Zwischenraums zwischen den gegenüberliegenden Flächen
eines Zylinderkopfes und eines Zylinderblocks in einem
Mehrzylindermotor.
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In einem neueren Verbrennungsmotor sind eine höhere
Ausgangsleistung und ein reduziertes Gewicht gefordert. Daher wurden ein
Zylinderkopf und ein Zylinderblock mit geringeren Abmessungen
geformt, da der Abstand zwischen benachbarten Zylindern, d.h.
der Abstand zwischen benachbarten Zylinderbohrungen, zunehmend
reduziert worden ist. Der Abstand zwischen benachbarten
Zylinderbohrungen, der am Zylinderblock gemessen wird, beträgt
gegenwärtig rund 6 mm. Um darüber hinaus das Motorgewicht weiter
zu reduzieren, werden der Zylinderkopf und der Zylinderblock
häufig aus einem Aluminiummaterial mit geringem spezifischem
Gewicht hergestellt. Die geringe Festigkeit eines
Aluminiummaterials und der kleine Abstand zwischen benachbarten
Zylinderbohrungen haben bewirkt, daß die Festigkeit eines Zylinderkopfes
und eines Zylinderblocks neuerer Verbrennungsmotoren geringer
wurde.
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Im Hinblick auf diese Tendenz wurde eine in Fig. 10 gezeigte
Metalldichtung vorgeschlagen. Diese Metalldichtung hat ein
Basisteil 21, das aus einem elastischen Material besteht und mit
den Zylinderbohrungen ausgerichtete Löcher aufweist, d.h. mit
der Verbrennungskammer ausgerichtete Löcher 23 und Wülste 24,
welche die mit der Verbrennungskammer ausgerichteten Löcher 23
umgeben, und sie ist zur Abdichtung des Zwischenraums zwischen
dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock geeignet. In der
Metalldichtung 20 ist ein Hilfsteil 22 auf diejenige Seite des
Basisteils 21 aufgeschichtet, die der Oberfläche entgegengesetzt
ist, aus der ein Wulst 24 vorsteht, und die Ränder des
Hilfsteils
22, die auf den Seiten der mit der Verbrennungskammer
ausgerichteten Löcher 23 angeordnet sind, sind auf die
Oberfläche des Basisteils 21 derart umgefalzt, daß sie den
Randabschnitt des Basisteils 21 umfassen, wodurch
Kompensationsabschnitte 25 mit einer vorbestimmten Dicke an Stellen auf der
Seite der mit der Verbrennungskammer ausgerichteten Löcher 23
und entfernt von den Wülsten 24 vorgesehen sind. Die in der
beschriebenen Weise ausgebildete Metalldichtung 20 verhindert,
daß ein Verbrennungsgasdruck und Motorwärme einen Zwischenraum
zwischen den gegenüberliegenden Flächen des Zylinderblocks und
des Zylinderkopfes erweitert und verschmälert, und verringert
die auf den Wulst 24 einwirkende abwechselnde Belastung, wodurch
die Belastung des Wulstes 24 reduziert wird. Da der
Oberflachendruck auf die Kompensationsabschnitte verteilt wird, wird eine
Ermüdung der Metalldichtung verhindert. Die primäre Dichtungen
bildenden Kompensationsabschnitte wirken als Anschläge gegen die
Verformung des eine sekundäre Dichtung bildenden Wulstes 24. Da
die Abschnitte rings um die mit der Verbrennungskammer
ausgerichteten Löcher 23 sowohl durch die Kompensationsabschnitte 25
als auch den Wulst 24 abgedichtet werden, wird das Austreten
eines Verbrennungsgases zuverlässiger verhindert. Die
Metalldichtungen mit dem oben beschriebenen Aufbau umfassen
Metalldichtungen, wie sie beispielsweise in der Japanischen Patent-
Offenlegungsschrift Nr. 155376/1987 und in der US-Patentschrift
Nr. 3 817 540 beschrieben und gezeigt sind.
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In der Metalldichtung 20 besteht ein Kompensationsabschnitt 25,
der eine Lochdichtung bildet, aus insgesamt drei Schichten
einschließlich des Basisteils 21 und eines umgefalzten
Hilfsteils 22, d.h. eines zweischichtigen Hilfsteils 22. Andererseits
besteht ein Wulst aus zwei Schichten mit einem
dazwischenliegenden geschlossenen Hohlraum, und der zwischen dem
Kompensationsabschnitt 25 und dem Wulst 24 gelegene Abschnitt besteht aus
zwei Schichten, die vom Basisteil 21 und dem damit in Kontakt
stehenden Hilfsteil 22 gebildet sind. Dementsprechend sind der
Abschnitt eines Hilfsteils 22, der auf der Oberseite eines
Falzabschnitts desselben angeordnet ist, und ein Falzabschnitt,
d.h. ein Kompensationsabschnitt 25, direkt der Änderung der
Belastung und Vibration ausgesetzt, welche zwischen dem
Zylinderkopf und dem Zylinderblock auftreten. Wenn daher ein
Hilfsteil 22 mit einer geringen Dicke über eine lange Zeitspanne
verwendet wird, neigt ein Falzabschitt zur Rißbildung.
Umgekehrt, wenn ein mit großer Dicke ausgebildetes Hilfsteil 22
verwendet wird, neigt eine Einspannbelastung, die beim
Festziehen des Zylinderkopfes gegen den Zylinderblock auftritt, zur
vergleichsweisen Konzentrierung auf einen dreischichtigen
Kompensationsabschnitt 25, so daß keine gleichförmige
Flächendruckverteilung rings um die mit den Zylinderbohrungen
ausgerichteten Löcher gewährleistet werden kann. Dementsprechend kann
kein hervorragender Dichtungszustand über eine lange Zeitspanne
aufrechterhalten werden.
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Bekannt sind auch Metalldichtungen, wie sie in Fig. 11
dargestellt sind. Diese Metalldichtung 30 weist in ihrem oberen Teil
ein metallisches Oberteil 31, das mit Wülsten 34 versehen ist,
die die mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten Löcher 33
umfassen, und in ihrem unteren Teil ein Unterteil 32 auf, das
auf die untere Fläche des Oberteils 31 aufgeschichtet und an
seinen Randabschnitten auf der Seite der mit den
Zylinderbohrungen ausgerichteten Löcher 33 zum Oberteil 31 hin gebogen ist, so
daß die mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten Löcher 33 mit
Beilagscheiben 36 einer hohen Festigkeit in den von den inneren
Randabschnitten des Oberteils 31 und den umgebogenen Abschnitten
des Unterteils 32 umfaßten Räumen gebildet werden. Wenn eine
solche Metalldichtung 30 vom Zylinderkopf zusammengedrückt und
auf eine Höhe verformt wird, die nicht geringer ist als eine
vorbestimmte Höhe, so steht der Zylinderkopf in Kontakt mit den
Beilagscheiben 36. Da die Beilagscheiben 36 eine hohe Starrheit
besitzen, wird die Metalldichtung 30 nicht weiter verformt, und
es wird erwartet, daß die Wülste 34 nicht ermüden. Diese Art von
Metalldichtungen ist beispielsweise in der Japanischen
Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 134966/1987 beschrieben.
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In der Metalldichtung 30 sind die Beilagscheiben 36 in Räumen
unbeweglich angeordnet, die vom inneren Randabschnitt des
Oberteils 31 und den umgebogenen Abschnitten 35 umfaßt sind, die
aus den Randabschnitten des Unterteils 32 bestehen, welche sich
auf der Seite der mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten
Löcher 33 befinden und nach oben zum Oberteil 31 umgebogen sind.
Es ist daher erforderlich, die Beilagscheiben 36 zusätzlich
vorzubereiten, und die Anzahl von Teilen für die Herstellung der
Metalldichtung 30 sowie die Herstellungskosten derselben erhöhen
sich. Der Hauptabschnitt des Unterteils 32 und die Abschnitte
desselben, die die Beilagscheiben 36 umfassen, stehen in Kontakt
mit dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock, wie bei der vorher
beschriebenen bekannten Metalldichtung. Wenn daher das Unterteil
32 mit kleiner Dicke ausgebildet wird, treten leicht Risse auf,
und umgekehrt, wenn das Unterteil 32 mit großer Dicke
ausgebildet wird, kann eine gleichförmige Flächendruckverteilung
rings um die mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten Löcher 32
nicht gewährleistet werden.
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Es wurde auch eine Metalldichtung gemäß Fig. 12 vorgeschlagen.
Eine Metalldichtung 40 besteht aus einem Basisteil 41,
hergestellt aus einer elastischen Metallplatte und versehen mit einem
Wulst 44, der ein mit einer Zylinderbohrung ausgerichtetes Loch
43 umfaßt, um dieses Loch 43 abzudichten. Ein Hilfsteil 42,
dessen Dicke größer ist als diejenige des Basisteils 41, wird
auf diejenige Seite des Basisteils 41 aufgeschichtet, die der
Seite desselben gegenüberliegt, auf der der Wulst 44 ausgebildet
ist, und der Randabschnitt des Hilfsteils 42, der auf der Seite
des mit der Zylinderbohrung ausgerichteten Loches 43 angeordnet
ist, wird auf sich selbst umgefalzt, um einen
Kompensationsabschnitt 45 mit vorbestimmter Dicke rings um das mit der
Zylinderbohrung ausgerichtete Loch 43 zu bilden, wobei das
innere Ende des Basisteils und das Ende des
Kompensationsabschitts 45 in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet
sind. Obwohl daher der Wulst 44 im Basisteil 41 durch Druck
verformt wird, wenn der Zylinderkopf am Zylinderblock
festgezogen wird, wird der Falzabschnitt 45 nicht beschädigt und
zerbrochen, da die Stirnfläche des inneren Umfangsabschnitts des
Basisteils 41 nicht in Kontakt mit dem Falzabschnitt 45 des
Hilfsteils 42 steht. Dementsprechend kann erwartet werden, daß
die Lebensdauer der Metalldichtung 40 verlängert wird. Diese Art
von Metalldichtungen ist beispielsweise in der Japanischen
Patent-Offenlegungsschrift Nr. 211660/1989 beschrieben.
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In der Metalldichtung 40 ist die Dicke des auf das Basisteil 41,
das mit dem Wulst 44 versehen ist, welcher das mit der
Zylinderbohrung ausgerichtete Loch 43 umgibt, aufgeschichteten
Hilfsteils 42 größer als diejenige des Basisteils 41. Wenn daher der
Zylinderkopf am Zylinderblock festgezogen wird, konzentriert
sich eine Einspannbelastung vergleichweise leicht auf den
Kompensationsabschnitt 45, so daß keine gleichförmige
Flächendruckverteilung rings um das mit der Zylinderbohrung
ausgerichtete Loch 43 gewährleistet werden kann. Die Gründe liegen darin,
daß, wenn die Dicke des wulsttragenden Teils und diejenige des
Hilfsteils gleich eingestellt werden, eine Einspannbelastung
nicht notwendigerweise auf den umgefalzten
Kompensationsabschnitt konzentriert wird. Es ist in jedem Fall bei dieser
Metalldichtung 40 erforderlich, daß die Dicke des Hilfsteils 42
größer eingestellt wird als diejenige des Basisteils 41. Da die
Dicke des Hilfsteils 42 groß ist, ist seine Bearbeitbarkeit
gering, und es treten im Falzabschnitt leicht Risse auf und die
Herstellungskosten werden hoch. Ferner wird die Gesamtdicke der
Metalldichtung groß. Da die Dicke des Hilfsteils 42 groß ist,
ist es schwierig, daß die Flächendruckverteilung auf der Seite
des Hilfsteils 42 (z.B. der Zylinderblockfläche, wenn die
Hilfsplatte 42 auf der Seite des Zylinderblocks angeordnet ist)
richtig eingestellt wird, und es ist unmöglich, die
Konzentration des Flächendrucks an einer vorbestimmten Stelle zu
erzeugen. Daher verteilt sich der Flächendruck mehr als erforderlich,
und es kann eine hervorragende Abdichtwirkung demnach nicht
aufrechterhalten werden.
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Die Erfindung sucht diese Probleme zu lösen.
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Demgemäß schafft die Erfindung eine Metalldichtung mit einem
wulsttragenden Basisteil, der aus einem elastischen
Metallmaterial geformt ist und eine ebene Fläche aufweist, ersten mit
Zylinderbohrungen ausgerichteten Löchern, die parallel
zueinander im wulsttragenden Basisteil ausgebildet sind, einem
Hilfsteil, der auf den wulsttragenden Basisteil aufgeschichtet
und aus einem Metallmaterial ausgebildet ist, und zweiten mit
Zylinderbohrungen ausgerichteten Löchern, die in dem Hilfsteil
derart ausgebildet sind, daß die zweiten Löcher parallel
zueinander und in Ausrichtung mit den ersten Löchern angeordnet sind;
sowie mit Wülsten, die so geformt sind, daß sie von den
Abschnitten der ebenen Fläche der wulsttragenden Basisteile
vorstehen, welche sich längs der Umfangsränder der ersten mit
Zylinderbohrungen ausgerichteteten Löcher erstrecken; dadurch
gekennzeichnet, daß die Metalldichtung ferner aufweist:
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Falzabschnitte, die durch Umfalzen derjenigen Abschnitte des
Teils, die den Umfangsrandabschnitten der zweiten mit
Zylinderbohrungen ausgerichteten Löcher entsprechen, zum wulsttragenden
Basisteil hin gebildet sind; wobei das Hilfsteil auf die Seite
des wulsttragenden Basisteils aufgeschichtet ist, aus der die
Wulste vorstehen, wobei freie Endabschnitte der Falzabschnitte
sich nicht mit den Wulsten überdecken und wobei die
Falzabschnitte des Hilfsteils in einem unbelasteten Zustand einen
Abstand von der ebenen Fläche des wulsttragenden Basisteils
aufweisen.
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Wenn das wulsttragende Basisteil und das Hilfsteil zwischen
einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock eingespannt werden,
stehen die Falzabschnitte mit einem ebenen Flächenteil des
wulsttragenden Basisteils in Kontakt, um die Verformung der
Wulste zu begrenzen und ein vollständiges Zusammendrücken der
Wulste zu verhindern. Die Dichtung kann den Flächendruck
gleichmäßig verteilen und das Dichtungsvermögen verbessern, während
die Festigkeit der Wulste ohne Verursachung von Rissen in den
Wulsten gewährleistet wird und eine Einspannbelastung auf die
Falzabschnitte des Hilfsteils konzentriert wird.
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Das wulsttragende Basisteil wird so verformt, daß die Wulste
infolge der elastischen Wirkung des elastischen Metallmaterials
davon zusammengedrückt werden. Während dieser Zeit werden die
Abschnitte des wulsttragenden Basisteils, die zwischen den
Wulsten und den Endabschnitten auf der Seite der mit den ersten
mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten Löchern angeordnet
sind, derart verformt, daß sie gegen die ersten mit den
Zylinderbohrungen ausgerichteten Löcher gedrückt werden. Die
Falzabschnitte des Hilfsteils sind in einem freien Zustand von und
zu einem wulsttragenden Basisteil einfach so gerichtet, daß sie
nicht auf die Wulste aufgeschichtet werden, und das Hilfsteil
umfaßt nicht das wulsttragende Basisteil. Die Falzabschnitte
können sich nämlich zwischen den inneren Enden derselben und den
gegenüberliegenden Enden der Wulste relativ bewegen und nehmen
keine Zugbelastung oder Verschiebungskraft vom wulsttragenden
Basisteil in einer Anfangsstufe eines Einspannvorgangs auf. Die
Falzabschnitte wirken als Anschläge für das wulsttragende
Basisteil, schränken die Verformung der Wulste ein und machen
das Auftreten von Ermüdungsrissen in den Wulsten so klein wie
möglich, schützen die Wulste im wulsttragenden Basisteil und
sichern die Festigkeit der Wulste.
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Da die Randteile der Falzabschnitte des Hilfsteils, die auf der
Seite der zweiten mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten
Löcher angeordnet sind, in dem Raum zwischen dem Hilfsteil und
dem wulsttragenden Basisteil umgefalzt sind, steht entweder das
wulsttragende Basisteil oder das Hilfsteil in Berührung mit dem
Zylinderkopf, und das andere Teil jeweils mit dein Zylinderblock.
Daher wirkt eine Verschiebung zwischen dem Zylinderkopf und dem
Zylinderblock infolge einer Belastungsänderung sowie der
Schwingung von Teilen nicht direkt auf das den Falzabschnitt
enthaltende Hilfsteil allein. Sie kann durch den Abschnitt zwischen
dem Falzteil und dem Basisteil absorbiert werden. Daher tritt
eine Belastungsänderung selten im Falzabschnitt auf, und es
treten Risse und Ermüdungen in der Metalldichtung nicht auf,
auch wenn sie über längere Zeitspannen verwendet wird.
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Diese Metalldichtung hat einen einfachen Aufbau, jedoch haben
die Teile der Dichtung, in der die Falzabschnitte des Hilfsteils
angeordnet sind, drei Schichten. Obwohl die Anzahl von Wulsten,
die zwischen den ersten mit den Zylinderbohrungen ausgestatteten
Löchern vorgesehen sind, nur Eins beträgt, ist die Anzahl von
Dichtungsflächen, in denen ein Oberflächendruck auftritt, Drei
einschließlich der zwei Falzabschnitte plus dem Wulst. Wenn
daher der Zylinderkopf und der Zylinderblock mit zwischen die
gegenüberliegenden Flächen derselben eingelegter Metalldichtung
festgezogen werden, wird der Wulst stark gegen das Hilfsteil
gepreßt, um die Höhe des Wulstes zu reduzieren und gleichzeitig
die Falzabschnitte des Hilfsteils gegen die ebenen
Flächenabschnitte des wulsttragenden Basisteils zu pressen, die auf der
Seite der ersten mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten Löcher
angeordnet sind. Auch wenn der Wulst durch Druck verformt wird,
wird er nicht vollständig zusammengedrückt, d.h. die unteren
Abschnitte des Wulstes, deren Höhe der Dicke eines
Falzabschnitts, d.h. der Dicke einer Schicht der Dichtung,
entspricht, verbleiben unkomprimiert. Dies ermöglicht, daß ein
Auftreten von Ermüdung und Rissen im Wulst verhindert wird, die
ausgezeichnete Dichtungswirkung der Metalldichtung gegen ein
Verbrennungsgas hoher Temperatur und hohen Drucks sich zeigt und
das Lecken eines Verbrennungsgases verhindert wird.
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Der Bereich, über den sich ein Falzabschnitt erstreckt, kann
wahlweise eingestellt werden, so lange nicht der Falzabschnitt
den Wulst überlappt. Wenn daher eine Metalldichtung entworfen
wird, kann die Verteilung des Flächendrucks auf dem Wulst und
den Falzabschnitten reguliert werden. Da die Dicke des
Hilfsteils wahlweise eingestellt werden kann, kann dieses Teil seine
Wirkung als Beilagscheibe ausüben. Es arbeitet auch als Teil zum
hervorrgenden Einpassen der Metalldichtung in den Zwischenraum
zwischen dem Zylinderkopf und dein Zylinderblock und verbessert
dessen Dichtungswirkung in dem Raum zwischen den
gegenüberliegenden Flächen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks.
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Vorzugsweise sind das wulsttragende Basisteil und das Hilfsteil
jeweils auf ihren beiden Oberflächen oder auf der Oberfläche
derselben, die in Kontakt mit dem Zylinderkopf oder dem
Zylinderblock steht, mit hitzebeständigem und ölbeständigem Kautschuk
oder Harz beschichtet, so daß eine direkte
Metall-Metall-Berührung zwischen dem Basisteil und Hilfsteil sowie dem Zylinderkopf
und Zylinderblock vermieden wird, wodurch die
Korrosionsbeständigkeit und Dauerhaftigkeit der Dichtung verbessert wird, ihre
Festigkeit gewährleistet und die Dichtungswirkung derselben
zufriedenstellend erfüllt wird.
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Vorzugsweise ist ein Weichteil mit gleichförmiger Dicke zwischen
das Hilfsteil und dessen Falzabschnitte eingesetzt, so daß es
sich über die ganze Umfangslänge derselben erstreckt, oder es
ist ein abgestuftes Weichteil zwischen das Hilfsteil und dessen
Falzabschnitte so eingefügt, daß ein Abschnitt desselben mit
größerer Dicke zwischen benachbarten mit den Zylinderbohrungen
ausgerichteten Löchern angeordnet ist, oder es ist ein Weichteil
nur zwischen die Teile des Hilfsteils und die Falzabschnitte
desselben eingesetzt, die zwischen benachbarten mit den
Zylinderbohrungen ausgerichteten Löchern angeordnet sind.
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Wenn ein Weichteil zwischen das Hilfsteil und die
Falzabschnitte desselben in dieser Metalldichtung eingesetzt ist, erhöht
sich die Dicke der Dichtungsabschnitte, welche die
Falzabschnitte enthalten, und das Weichteil wirkt als Pufferorgan, so daß
ein für die Steifheit eines Zylinderkopfes geeigneter
Flächendruck gewährleistet werden kann, wobei die Verteilung des
Flächendrucks auf der Metalldichtung geeignet kompensiert wird,
sowie die Flächendrücke auf den mit dem Zylinderkopf und dem
Zylinderblock in Kontakt stehenden Flächen der Dichtung und
derjenige auf den Wulsten miteinander ausgeglichen werden. Um
einen Flächendruck auf der Dichtung, der für die Steifheit des
Zylinderkopfes geeignet ist, die richtige Kompensation der
Flächendruckverteilung und den Ausgleich der Flächendrücke auf
den mit dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock in Kontakt
stehenen Flächen und des Flächendrucks auf den Wulsten zu
gewährleisten, wird ein Weichteil gleichförmiger Dicke zwischen
das Hilfsteil und die Falzabschnitte desselben derart
eingesetzt, daß es sich über die ganze Umfangslänge derselben
erstreckt, oder es wird ein abgestuftes Weichteil zwischen das
Hilfsteil und die Falzabschnitte derselben derart eingesetzt,
daß ein Abschnitt desselben mit größerer Dicke zwischen
benachbarten mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten Löchern
angeordnet ist, oder es wird ein Weichteil in ein bestimmtes Fach
lediglich zwischen den Teilen des Hilfsteils und den
Falzabschnitten desselben eingesetzt, die zwischen benachbarten mit
den Zylinderbohrungen ausgerichteten Löchern angeordnet sind.
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Bei Betrieb des Motors tritt eine Kraft, wie eine Zugkraft,
infolge von Vibration und Explosion zwischen dem Zylinderkopf
und Zylinderblock auf. Da jedoch das Hilfsteil auf das
wulsttragende Basisteil aufgeschichtet ist, wirkt insbesondere die
seitliche Schwingung nicht nur auf das wulsttragende Basisteil
ein, so daß eine Beschädigung des wulsttragenden Basisteils
infolge seiner Reibung auf dem Zylinderkopf oder Zylinderblock
vermieden wird. Die Schwingung oder ein Stoß in vertikaler
Richtung, d.h. senkrechter Richtung des wulsttragenden
Basisteils, wird vom Zylinderkopf oder Zylinderblock nicht direkt auf
beide Flächen des Basisteils ausgeübt, und das Hilfsteil hat
daher eine Art von Pufferwirkung gegen das wulsttragende
Basisteil. Da die Falzabschnitte des Hilfsteils das wulsttragende
Basisteil nicht umfassen, werden die direkt von der Änderung von
Belastung und Vibration beeinflußten Teile nicht auf das
Hilfsteil eingeschränkt, und die Falzabschnitte des Hilfsteils
ermüden und reißen nicht. Anders als bei Hauptkörper und
Falzabschnitten eines Hilfsteils einer bekannten Metalldichtung
nehmen die entsprechenden Teile des erfindungsgemäßen Hilfsteils
keine große Belastung und Beanspruchung auf, so daß billige
Materialien guter Verarbeitbarkeit wahlweise verwendet werden
können.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit
Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt
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Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Metalldichtung;
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Fig. 2 einen Schnitt durch die Ausführungsform der
Metalldichtung längs der Line A-A in Fig. 1;
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Fig. 3 einen Schnitt der Ausführungsform der Metalldichtung
längs der Linie B-B oder C-C in Fig. 1;
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Fig. 4 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der
Metalldichtung längs einer Linie, die der Linie A-A in Fig. 1
entspricht;
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Fig. 5 einen Schnitt der Ausführungsform gemäß Fig. 4 längs
einer Linie, die der Linie B-B oder C-C in Fig. 1 entspricht;
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Fig. 6 einen Schnitt noch einer weiteren Ausführungsform
der Metalldichtung längs einer Linie, welche der Linie A-A in
Fig. 1 entspricht;
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Fig. 7 einen Schnitt der Ausführungsform gemäß Fig. 6 längs
einer Linie, die der Linie B-B oder C-C in Fig. 1 entspricht;
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Fig. 8 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der
Metalldichtung längs einer Linie, die der Linie A-A in Fig. 1
entspricht;
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Fig. 9 einen Schnitt der Ausführungsform gemäß Fig. 8 längs
einer Linie, die der Linie B-B oder C-C in Fig. 1 entspricht;
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Fig. 10 einen Schnitt eines Ausführungsbeispiels einer
bekannten Metalldichtung;
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Fig. 11 einen Schnitt eines weiteren Beispiels einer
bekannten Metalldichtung; und
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Fig. 12 einen Schnitt noch eines weiteren Beispiels einer
bekannten Metalldichtung.
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Die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Metalldichtung
werden nun mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Fig. 1
ist eine Aufsicht auf eine allgemeine Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Metalldichtung.
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Die Metalldichtung 1 wird zum Abdichten eines Zwischenraums
zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen eines Zylinderkopfes
und eines Zylinderblocks in einem Mehrzylindermotor, wie einem
Vier-Zylinder-Motor, verwendet. Diese Metalldichtung 1 besteht
hauptsächlich aus einem wulsttragenden Basisteil 10 und einem
Hilfsteil 11. Das wulsttragende Basisteil 10 ist mit auf die
jeweilige Zylinderbohrung ausgerichteten Löchern 2 versehen,
deren Anzahl derjenigen der Zylinderbohrungen im Zylinderblock
entspricht, und die parallel zueinander ausgerichtet sind, und
das Hilfsteil 11 ist mit einer Anzahl von mit den
Zylinderbohrungen ausgerichteten Löchern 3 entsprechend den mit den
Zylinderbohrungen ausgerichteten Löchern 2 versehen, die parallel
zueinander ausgebildet sind. Die Metalldichtung 1 ist ferner mit
einer Anzahl von Bolzenlöchern 4, 6 zum Verbinden des
Zylinderblocks und des Zylinderkopfes miteinander, sowie einer Anzahl
von Löchern zum Durchleiten von Kühlwasser durch dieselben,
Löchern zum Durchleiten eines Öls durch dieselben,
Rückführlöchern 5, Ausdrücklöchern (knock holes) 7 und Nietlöchern 8
versehen.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Metalldichtung im Schnitt
längs der Linie A-A in Fig. 1, wobei sich diese Linie quer über
einen Grenzbereich zwischen benachbarten, mit den
Zylinderbohrungen ausgerichteten Löchern 2, 3 erstreckt und verbindet die
Mitten dieser Löcher 2, 3. Fig. 3 zeigt die gleiche
Ausführungsform der Metalldichtung im Schnitt längs der Linie B-B oder C-C
in Fig. 1, wobei diese Linie durch die Mitte der am äußersten
Ende angeordneten, mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten
Löcher 2, 3 verläuft und sich über einen Abschnitt zwischen
diesen mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten Löchern 2, 3 und
den äußersten Randteil der Metalldichtung 1 erstreckt.
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Diese Metalldichtung 1 besteht grundsätzlich aus einem
wulsttragenden Basisteil 10 und einem Hilfsteil 11, wie in den
Figuren 2 und 3 gezeigt. Das wulsttragende Basisteil 10 besteht
aus einer metallischen Federplatte mit einer Dicke von etwa 0,25
mm, und das Material für die Federplatte ist ausgewählt aus SUS
301 und SUS 304 oder SK1-7, das eine Vickers-Härte HV von 350-
500 aufweist. Das Hilfsteil 11 besteht aus einer metallischen
Federplatte mit einer Dicke von etwa 0,12 mm, und das Material
für die Federplatte ist ausgewählt aus SUS 304,
aluminiumplattiertem
Stahlblech SA1C, gewöhnlichem Stahlblech SPCC und
zinkplattiertem Stahlblech SECC, dessen Vickers-Härte HV
wahlweise auf nicht mehr als 200 eingestellt ist.
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In dieser Metalldichtung 1 sind die Oberflächen des
wulsttragenden Basisteils 10 und des Hilfsteils mit hitzebeständigem und
ölbeständigem Kautschuk oder Harz in einer Dicke von
beispielsweise etwa 10-50 um beschichtet. Dieser Beschichtungsvorgang
kann für beide Oberflächen des wulsttragenden Basisteils und des
Hilfsteils oder nur für die Kontaktflächen des Zylinderkopfes
und des Zylinderblocks in bestimmten Fällen durchgeführt werden.
Wenn die Oberflächen des wulsttragenden Basisteils 10 und
Hilfsteils 11 in dieser Weise beschichtet sind, wird ein Metall-
Metall-Kontakt der Dichtung mit dem Zylinderkopf und dem
Zylinderblock vermieden, wodurch die Korrosionsbeständigkeit und
Dauerhaftigkeit der Dichtung verbessert werden kann. Es wird
auch möglich, eine zufriedenstellende Festigkeit der Dichtung
und eine ausreichende Erfüllung ihrer Dichtungsfunktion zu
gewährleisten.
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Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, ist das wulsttragende
Basisteil 10 mit einem Wulst 12 rings um jedes mit einer
Zylinderbohrung ausgerichtete Loch 2 versehen, wobei die Höhe dieses
Wulstes 12 0,2-0,3 mm beträgt. Die Abschnitte von zwei
benachbarten Wulsten 12 rings um benachbarte, mit Zylinderbohrungen
ausgerichtete Löcher 2, die einander treffen, sind zu einem
zusammengefaßt und bilden einen gemeinsamen Wulstabschnitt. Ein
mit dem Buchstaben a in Fig. 2 bezeichneter Bereich des
wulsttragenden Basisteils 10 hat eine ebene Oberfläche, d.h. er
bildet einen ebenen Abschnitt 14, und ein durch den Buchstaben
b bezeichneter Bereich ist ein gekrümmter Abschnitt, der den
Wulst 12 am Basisteil 10 bildet. Die Länge jedes der Bereiche a,
b ist z.B. 2,0 mm, und eine minimale Weite W des mit der
Zylinderbohrung ausgerichteten Lochs 2 in der Metalldichtung 1
beträgt 6,0 mm einschließlich der Längen der Bereiche a, b.
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Das Hilfsteil 11 ist auf diejenige Seite des wulsttragenden
Basisteils 10 aufgeschichtet, aus der die Wulste 12 vorstehen.
Das Hilfsteil 11 ist insgesamt mit im wesentlichen der gleichen
Form ausgebildet wie das wulsttragende Basisteil 10. Ein
Hauptteil des Hilfsteils verläuft im wesentlichen eben, und der
Umfangsrand des Hilfsteils, der sich rings um jedes mit einer
Zylinderbohrung ausgerichtete Loch 3 erstreckt, ist auf die
Seite des wulsttragenden Basisteils 10 zur Bildung eines
Falzabschnitts 13 umgefalzt. Die Breite d des Falzabschnitts 13
beträgt 1,5 mm, und das freie Ende des Falzabschnitts 13
überdeckt nicht den Wulst 12 am Basisteil 10. Das Hilfsteil 11 steht
in einem freien Zustand, in welchem es bezüglich des
wulsttragenden Basisteils 10 noch nicht festgezogen ist, d.h. in einem
unbelasteten Zustand in Kontakt mit dem Basisteil 10 längs
geschlossener Kurven, die mit dem Scheitel des Wulstes 12
verbunden sind. Das Hilfsteil 11 ist nämlich auf diejenige Seite
des Basisteils 10 aufgeschichtet, aus der der Wulst 12 vorsteht,
und weist an den Endabschnitten desselben, die auf der Seite der
mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten Löcher 3 liegen, einen
Abstand vom ebenen Abschnitt 14 des wulsttragenden Basisteils 10
auf. Der Falzabschnitt 13 des Hilfsteils 11 wird durch Umfalzen
des Endabschnitts desselben, der sich auf der Seite der mit den
Zylinderbohrungen ausgerichteten Löcher 3 befindet, zum
wulsttragenden Basisteil 10 hin derart gebildet, daß der
Falzabschnittt nicht über dem Wulst 12 liegt. Während der
Herstellung einer Metalldichtung 1 können das wulsttragende Basisteil
10 und das Hilfsteil 11 vorläufig aneinander festgelegt werden,
nachdem sie hergestellt sind, und zwar an mehreren Abschnitten
der Oberseite jedes Wulstes 12, so daß sie zusammengefaßt
werden.
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Die Metalldichtung 1 wird zwischen dem Zylinderkopf und dem
Zylinderblock eingespannt, aber es ist vorderhand nicht streng
entschieden, welches der beiden, d.h. des Basisteils 10 und des
Hilfsteils 11, auf der Seite des Zylinderkopfes angeordnet
werden soll. Wenn Bolzen durch die Bolzenlöcher 4, 6 geführt
werden, um die Metalldichtung 1 zwischen dem Zylinderkopf und
dem Zylinderblock einzuspannen, wird jeder Wulst 12 unter
Kraftausübung gegen das Hilfsteil 11 gedrückt, so daß er eine
Belastung erfährt und die Höhe des Wulstes 12 reduziert wird. Da
der Wulst 12 in Richtung seiner Höhe verformt wird, werden die
Falzabschnitte 13 des Hilfsteils 11 gegen die ebenen Abschnitte
14 gepreßt, die sich auf der Seite der mit den Zylinderbohrungen
ausgerichteten Löcher 2 des wulsttragenden Basisteils 10
befinden.
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Wenn das Hilfsteil 11 Falzabschnitte 13 aufweist, besteht die
Metalldichtung notwendigerweise aus drei Schichten, und die
Dicke der Teile der Metalldichtung 1, welche mit den
Falzabschnitten 13 versehen ist, ist daher größer als diejenige der
anderen. Dementsprechend wirken die Falzabschnitte 13 als
Anschläge, und es wird verhindert, daß der Wulst 12 vollständig
zusammengedrückt wird, d.h. er wird so dick gehalten, wie es der
Dicke eines Falzabschnitts 13 entspricht. Dies kann eine
Ermüdung und das Auftreten von Rissen im Wulst 12 des wulsttragenden
Basisteils 10 verhindern. Die Breite der Falzabschnitte 13 kann
wahlweise eingestellt werden, wenn nicht die Falzabschnitte 13
über den Wulst 12 des Basisteils 10 zu liegen kommen. Da die
Breite, bis zu der das Hilfsteil 11 zur Bildung dieser Teile 13
gefalzt wird, weitgehend freisteht, kann die Verteilung des
Oberflächendrucks desselben bezüglich des Wulstes 12 reguliert
werden. Da die Dicke des Hilfsteils 11 wahlweise eingestellt
werden kann, kann dieses Teil seine Wirkung als Beilagscheibe
und seine Einpaßfunktion der Metalldichtung 1 in den
Zwischenraum zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock ausüben und
verbesert dessen Dichtungswirkung an den gegenüberliegenden
Flächen des Zylinderkopfes und des Zylinderblockes.
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Bei Betrieb des Motors tritt eine Zugkraft infolge von Vibration
und Explosion zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock
auf. Da jedoch das Hilfsteil 11 auf das wulsttragende Basisteil
10 aufgeschichtet ist, wirkt insbesondere die seitliche
Schwingung nicht nur auf das Basisteil 10 ein, so daß eine
Beschädigung des Basisteils 10 infolge von dessen Reibung auf dem
Zylinderkopf und Zylinderblock vermieden wird. Die Schwingung
oder ein Stoß in der vertikalen Richtung, d.h. der Richtung
senkrecht auf der Oberfläche des wulsttragenden Basisteils 10,
wird vom Zylinderkopf oder Zylinderblock nicht direkt auf beide
Oberflächen des Basisteils 10 ausgeübt, und das Hilfsteil 11 übt
eine Art von Pufferwirkung gegen das Basisteil 10 aus. Da die
Falzabschnitte 13 des Hilfsteils 11 das wulsttragende Basisteil
10 nicht umfassen, sind die Teile, die direkt von der
Verschiebung des Basisteils infolge der Kompression des Wulstes 12 und
der Änderung von Belastung und Vibration zwischen dem
Zylinderkopf und dem Zylinderblock direkt beeinflußt werden, nicht auf
das Hilfsteil 11 eingeschränkt. Daher treten weder Ermüdung noch
Risse in den Falzabschnitten 13 des Hilfsteils 11 auf.
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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Metalldichtung wird nunmehr mit Bezugnahme auf die Figuren 4 und 5
beschrieben. Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs einer Linie, die der
Linie A-A in Fig. 1 entspricht, und Fig. 5 einen Schnitt längs
einer Linie, die der Linie B-B oder C-C in Fig. 1 entspricht.
Die Bestandteile dieser Ausführungsform, die mit denjenigen der
Ausführungsform gemäß Figuren 2 und 3 identisch sind, sind mit
den gleichen Bezugszeichen versehen, und die Wiederholung der
Beschreibung wird weggelassen.
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Gemäß Figuren 4 und 5 wird eine Beilagscheibe 15, die aus einem
ringförmigen Weichteil besteht, dessen Dicke in Richtung des
ganzen Umfangs desselben gleichförmig ist, zwischen die
Hauptabschnitte des Hilfsteils 11 und die Falzabschnitte 13
desselben eingesetzt und von diesen Falzabschnitten 13 umfaßt. Die
Breite des Ringkörpers der Beilagscheibe 15 wird geringer
eingestellt als diejenige des Falzabschnitts 13, um die
Umfassungskraft zu gewährleisten. Die Randteile der Falzabschnitte 13
können weiter zum Hauptabschnitt des Hilfsteils 11 gebogen sein,
um die Beilagscheibe 15 vollständig einzuschließen. Da die
Beilagscheibe 15 zwischen dem Hauptabschnitt des Hilfsteils 11
und den Falzabschnitten 13 desselben vorgesehen ist, kann die
Dicke des Hilfsteils 11 an den Falzabschnitten 13 durch die
Beilagscheibe 15 reguliert werden. Die Beilagscheibe 15 kann aus
einem weichen Metallblech, wie auch das Hilfsteil 11, oder aus
einem Material bestehen, dessen Eigenschaften gleich denen eines
Weichmetalls sind, wie einer wärmeisolierenden Graphitfolie,
einer Aramid-Walzschicht (beater sheet), einem Harz oder
Kautschuk. Ferner wirkt die Beilagscheibe 15 als Pufferorgan und es
kann erwartet werden, daß sie zwischen dem Zylinderkopf und dem
Zylinderblock auftretende Schwingungen absorbiert.
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Noch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Metalldichtung wird nunmehr mit Bezugnahme auf die Figuren 6 und 7
beschrieben. Fig. 6 zeigt einen Schnitt längs einer Linie, die
der Linie A-A in Fig. 1 entspricht, und Fig. 7 einen Schnitt
längs einer Linie, die der Linie B-B oder C-C in Fig. 1
entspricht. Die Bestandteile dieser Ausführungsform, die mit
denjenigen der Ausführungsform gemäß Figuren 2 und 3 identisch
sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und die
Wiederholung der Beschreibung wird weggelassen.
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Gemäß den Figuren 6 und 7 ist ein Weichteil 16 zwischen dem
Hauptabschnitt des Hilfsorgans 11 und den Falzabschnitten 13
desselben vorgesehen, wobei das Weichteil 16 so geformt ist, daß
diejenigen Teile desselben, die zwischen benachbarten, mit den
Zylindern ausgerichteten Löchern 3 angeordnet sind, dicker sind
als die anderen Abschnitte desselben. Die Dicke t&sub1; der
Abschnitte des Weichteils 16, die zwischen benachbarten, mit den
Zylindern ausgerichteten Löchern 3 angeordnet und in Fig. 6
dargestellt sind, ist nämlich größer als die Dicke t&sub2; (d.h. t&sub1; > t&sub2;)
des in Fig. 7 dargestellten Abschnitts desselben, der sich von
den oben erwähnten Abschnitten unterscheidet. Da das Weichteil
16 derart geformt ist, kann ein Oberflächendruck entsprechend
der Starrheit der Abschnitte des wulsttragenden Basisteils 10
und des Hilfsteils 11 gewährleistet werden, die rings um die
mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten Löcher 2, 3 angeordnet
sind.
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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Metalldichtung wird nunmehr mit Bezugnahme auf die Figuren 8 und 9
beschrieben. Fig. 8 zeigt einen Schnitt längs einer Linie, die der
Linie A-A in Fig. 1 entspricht, und Fig. 9 einen Schnitt längs
einer Linie, die der Linie B-B oder C-C in Fig. 1 entspricht.
Die Bestandteile dieser Ausführungsform, die mit denjenigen der
Ausführungsform gemäß Figuren 2 und 3 identisch sind, sind mit
den gleichen Bezugszeichen versehen, und die Wiederholung der
Beschreibung wird weggelassen.
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Gemäß den Figuren 8 und 9 ist ein Weichteil 17 lediglich
zwischen den Abschnitten des Hilfsteils 11 und den Falzabschnitten
desselben vorgesehen, die sich zwischen benachbarten, mit den
Zylindern ausgerichteten Löchern 3 befinden. Das Weichteil 17
ist nur in den Bereichen vorgesehen, die in Fig. 8 gezeigt sind
und welche zwischen benachbarten, mit den Zylinderbohrungen
ausgerichteten Löchern 3 angeordnet sind, und es ist nicht in
den in Fig. 9 gezeigten Bereichen vorgesehen, im Unterschied zu
den zwischen benachbarten Zylinderbohrungs-Löchern gelegenen
Bereichen. Da das Weichteil 17 nur in den Bereichen zwischen
benachbarten, mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten Löchern
3 vorgesehen ist, kann ein Oberflächendruck viel besser
entsprechend der Starrheit der Abschnitte des wulsttragenden
Basisteils 10 und des Hilfsteils 11 gewährleistet werden, die
rings um die mit den Zylinderbohrungen ausgerichteten Löcher 2,
3 angeordnet sind.
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Diese Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Metalldichtung
werden bezüglich eines Vier-Zylinder-Motors beschrieben. Der
Motor, auf den die erfindungsgemäße Metalldichtung anwendbar
ist, ist jedoch nicht auf einen Vier-Zylinder-Motor
eingeschränkt. Sie kann natürlich auch auf andere
Mehrzylindermotoren, wie einen Sechs-Zylinder-V-Motor angewendet werden.