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Die vorliegende Erfindung betrifft eine metallische
Zylinderkopfdichtung aus einer Schichtstruktur, umfassend zwei elastische
metallische Grundplatten, zwischen denen eine Unterplatte, die eine Dicke
dünner als diejenige der besagten Grundplatten aufweist, angeordnet ist,
wobei besagte Struktur mit wenigstens zwei Zylinderbohrungsöffnungen
versehen ist, von denen jede von einem flachen Bereich innerhalb einer
Sicke umgeben wird, die sich auswärts von der Außenseite jeder der
besagten Grundplatten erstreckt. Eine derartige Zylinderkopfdichtung ist
in dem zum Stand der Technik gehörigen Dokument EP-B-0 230 804
offenbart.
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In einer Brennkraftmaschine, allgemein als Maschine
bezeichnet, ist eine Dichtung zwischen aneinanderstoßenden Flächen eines
Zylinderblocks und eines Zylinderkopfes angeordnet und diese sind durch
Klemmittel wie Bolzen aneinander befestigt, um eine Dichtung zwischen
diesen zu liefern.
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Bei einer derartigen Dichtung ist eine Abdichtung am Umfang
einer Brennkammer, das heißt einer Zylinderbohrung, besonders wichtig,
und, wenn die Dichtung in diesem Abschnitt fehlerhaft ist, kann das
Verbrennungsgas in der Brennkammer nicht wirksam genutzt werden und
resultiert in einem niedrigeren Gasdruck.
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Daher wird in einer elastischen Grundplatte einer metallischen
Dichtung eine Sicke konzentrisch zu einer Zylinderbohrung und parallel
hierzu ausgebildet, so daß eine Flächenpressung, erzeugt durch die
vorstehend erwähnten Bolzen zwischen Stoßflächen der metallischen Dichtung
und des Zylinderblocks oder des Zylinderkopfes (auch entsprechend als
Maschinenteile bezeichnet), die Abdichtung am Umfang der Zylinderbohrung
verbessert, indem die Reaktionskraft der Sicke genutzt wird, die
resultiert, wenn die metallische Dichtung zwischen dem Zylinderblock und dem
Zylinderkopf eingespannt wird.
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Nebenbei ist ein flacher Bereich wie andere Bereiche der
Grundplatte zwischen der Zylinderbohrungsöffnung und der Sicke, die am
Umfang der Zylinderbohrungsöffnung ausgebildet ist, ausgebildet. Die
Sicke ist ausgebildet, um eine positionelle Abweichung zwischen der
Lochpresse für die Zylinderbohrungsöffnung und der Formpresse für die
Sicke einzustellen und zu kompensieren. Wenn jedoch der Zylinderblock
und der Zylinderkopf mit der dazwischen angeordneten metallischen
Dichtung verspannt werden, wird eine hohe Flächenpressung aufgrund der
Reaktionskraft der Sicke in der Nachbarschaft hiervon erzeugt, wohingegen
Abschnitte des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes in Kontakt mit der
Sicke und eine Position nahe der Zylinderbohrungsöffnung, nämlich
Abschnitte gegenüber oder in Kontakt mit dem flachen Bereich, deformieren,
so daß sie voneinander getrennt werden.
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Obwohl eine Flächenpressung in dem flachen Bereich jeweils
zwischen den Stoßflächen des Zylinderblocks oder des Zylinderkopfes und
der metallischen Dichtung sichergestellt werden kann, wird aufgrund
einer derartigen trennenden Deformation die Anzugskraft des
Zylinderblocks und des Zylinderkopfes gegenüber der metallischen Dichtung
erniedrigt und manchmal resultiert dies in einem Spalt hierzwischen. Wenn die
Maschine in einem solchen Zustand betrieben wird, tritt in der
metallischen Dichtung Vibration von dem flachen Bereich auf, auf dem die
Spannkraft reduziert ist, und schreitet zur Sicke fort. Gleichzeitig variiert
die Anzugskraft zur metallischen Dichtung zusammen mit einem Anstieg
oder Abfall des Zylinderbohrungsdrucks während des Verbrennungsvorgangs
in der Maschine, um eine Vibration der Sicke zu bewirken. Auch variiert
die Einspannkraft zur metallischen Dichtung aufgrund der Vibration der
Massen- oder Volumenänderung in jedem der Maschinenteile, die durch ihre
Temperaturänderung bewirkt wird, so daß die Vibration oder die Änderung
der Anzugskraft möglicherweise Ermüdungsbrüche insbesondere in einem in
bezug auf Bewegung eingeschränkten Bereich der Sicke bewirken kann.
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Aufgrunddessen wurde es beispielsweise vorgeschlagen, wie in
der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Hei 3-56277 (Publikationsnummer
JP-U-5-1064) beschrieben, die Vibrationsamplitude von einem flachen
Bereich zu einer Sicke durch Befestigen einer Beilageplatte (Unterplatte)
bezüglich des flachen Bereichs zu reduzieren. In der vorgeschlagenen
metallischen Dichtung sind, wie in Fig. 12 gezeigt, Sicken 32, die in
zwei Grundplatten 30, 31 ausgebildet sind, einwärts gegeneinander
gerichtet, und eine Unterplatte 36, die eine solche Dicke aufweist, daß
ein Spalt am flachen Bereich 35, der zwischen der in jeder der
Grundplatten 30, 31 ausgebildeten Sicke 32 und einer Zylinderbohrungsöffnung 33
ausgebildet ist, reduziert wird, im flachen Bereich 35 einer der
Grundplatten (untere Grundplatte in der Zeichnung) am Rand der
Zylinderbohrungsöffnung 33 angeordnet und der gesamte Umfang beispielsweise durch
Schweißen befestigt ist, während beide Zylinderbohrungsöffnungen 33 und
34 fluchten.
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In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 37 eine
Befestigungslinie. Dies unterdrückt die Vibrationsamplitude, die vom flachen
Bereich 35 zur Sicke 32 beginnt, wobei außerdem in dem flachen Bereich
35 durch die Unterplatte 36 durch Vergrößerung der Dicke der Unterplatte
36 eine Reaktionskraft erzeugt wird, so daß die auf die Sicke 36
ausgeübte Anzugskraft verteilt wird, um die Vibration oder Fluktuation der
Anzugskraft zu unterdrücken, die durch den Anstieg oder die Abnahme des
Zylinderbohrungsdrucks bewirkt wird, der im Verbrennungsprozeß oder
durch die Volumenänderung aufgrund der Temperaturänderung der
Maschinenteile erzeugt wird, wodurch der Ermüdungsausfall der Sicke 32
unterdrückt wird.
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In einem Fall, in dem zwei oder mehr Zylinderbohrungsöffnungen
ausgebildet sind und der Abstand zwischen benachbarten
Zylinderbohrungsöffnungen abnimmt, überlappen sich die Sicken zwischen den benachbarten
Zylinderbohrungsöffnungen. In einem solchen Fall wird es vorgeschlagen,
zwischen den Zylinderbohrungsöffnungen die Sicken zu einer linearen
Konfiguration zu vereinigen und sie senkrecht zu einer Linie zu
erstrekken, die die Mitten der benachbarten Zylinderbohrungsöffnungen verbinden
(siehe US-Patent Nr. 4815750). Dies stellt ebenfalls Flächenpressungen
zwischen Zylinderbohrungsöffnungen sicher, auf die die Anzugskräfte der
Klemmittel wie Bolzen schwierig aufzubringen ist.
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Jedoch wurde mit der Anforderung zur
Maschinengrößenverringerung zusammen mit neueren bemerkenswerten technischen Innovationen der
Abstand zwischen den Brennkammern reduziert und der
Zylinderbohrungsdurchmesser vergrößert, so daß der Abstand zwischen den
Zylinderbohrungen
beträchtlich vermindert wurde. Zusätzlich mit der Forderung nach
Gewichtsreduzierung, Leistungserhöhung und Brennstoffökonomie einer
Maschine wurde die Verwendung von Aluminiummaterial für die
Maschinenteile entwickelt, Hilfsausrüstungen wie Turbolader angebracht und die
Gasmischung wurde magerer. Durch eine Kombination derartiger Faktoren
hat die Vibrationsamplitude, die in der metallischen Dichtung erzeugt
wird, eine Tendenz anzusteigen.
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Mit dem Fortschritt der Verwendung von Aluminiummaterial für
die Maschinenteile wird zusätzlich die Steifigkeit der Materialien
verringert. Obwohl weiter ein Anstieg der Wärmekapazität des Materials,
bewirkt durch die Größen- und Gewichtsreduktion, beispielsweise durch
Vergrößerung des Kühlwasserkanals entgegengewirkt wird, reduziert dies
die Steifigkeit der Maschine noch mehr. Da zusätzlich der
Kühlwasserkanal näher an die Zylinderbohrung herangerückt wird, wird die
Einspannposition durch die Klemmittel wie die Bolzen weiter von der
Zylinderbohrung abgerückt, so daß die Neigung in bezug auf geringere
Einspannkraft der metallischen Dichtung in einer Position zwischen den
Zylinderbohrungen deutlich wird.
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Zieht man diese verschiedenen Faktoren in Betracht, besteht
ein großer Unterschied zwischen der Einspannkraft bezüglich der
metallischen Dichtung nahe den Klemmitteln wie Bolzen und der Einspannkraft in
einer Position entfernt von den Klemmitteln, insbesondere zwischen den
Bolzen. Wenn die Einspannkraft, wie oben beschrieben, stark differiert,
wird eine Spaltänderung um die Zylinderbohrung zwischen den Grundplatten
der metallischen Dichtung oder zwischen der Grundplatte und dem
Zylinderblock oder dem Zylinderkopf bewirkt. Wenn die Unterplatte, die am
Rand der Zylinderbohrungsöffnung zwischen den Grundplatten der
metallischen Dichtung angeordnet ist, in bezug auf Breite und Dicke gleichmäßig
ausgebildet wird, verliert die Deformation der Maschinenteile wie des
Zylinderblocks oder des Zylinderkopfes am Rand der Zylinderbohrung
Gleichmäßigkeit und als Ergebnis hiervon wird die
Zylinderbohrungskreisform beeinträchtigt, wodurch die Verbrennungseffizienz reduziert,
Reibungsverluste, Verbrennungsdruckfluktuationen und Verschlechterung der
Dauerhaftigkeit vergrößert werden.
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Das Problem ist insbesondere zwischen den Zylinderbohrungen
beachtlich, da dort eine Grenze für die Breite der Unterplatte aufgrund
des engen Raums zwischen den Zylinderbohrungen und die Schwierigkeit der
Kontrolle der Reaktionskraft der metallischen Dichtung zwischen den
Zylinderbohrungsöffnungen besteht.
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Diese Erfindung wurde im Hinblick auf die vorgenannten
Probleme entwickelt und es ist eine Aufgabe hiervon, eine metallische Dichtung
zu schafen, die in der Lage ist, der hohen Leistung einer Maschine
Rechnung zu tragen.
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Um die vorgenannten Problem zu beseitigen, wurde vom
vorliegenden Erfinder eine ernsthafte Untersuchung vorgenommen und die
vorliegende Erfindung basierend auf den folgenden Erkenntnissen
zustandegebracht.
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Somit ist die Zylinderkopfdichtung dadurch gekennzeichnet, daß
für jede Grundplatte die Sicken zwischen zwei benachbarten
Zylinderbohrungsöffnungen einen gemeinsamen geradlinigen Sickenabschnitt besitzen,
der sich senkrecht zu einer Linie erstreckt, die die Mittelpunkte beider
besagten Zylinderbohrungsöffnungen verbindet, wobei besagte Unterplatte
aus im wesentlichen kreisförmigen umfänglichen Randabschnitten besteht,
die besagte Zylinderbohrungsöffnungen umgeben, wobei besagte
Randabschnitte zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungsöffnungen vereinigt
sind, wobei besagte Unterplatte über den gesamten Umfang an der
Innenseite einer der besagten Grundplatten auf einem Abschnitt des besagten
flachen Bereichs befestigt sind, wobei das außenumfängliche Ende an dem
umfänglichen Randabschnitt besagter Unterplatte innerhalb der Breite der
in besagter Grundplatte gebildeten Sicke variiert, wodurch die Breite
jedes umfänglichen Randabschnitts variiert wird.
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Wenn eine Anzugskraft eine Sicke zusammendrückt, die einen
hügelartigen seitlichen Querschnitt aufweist, tritt, wie allgemein
bekannt ist, ein Verbiegen in der Mitte der hügelartigen sicke auf und die
Sicke deformiert, wobei die Anzahl von Hügeln von einem auf zwei, vier,
etc. vergrößert wird, und der Oberflächendruck an den Scheiteln in
Kontakt mit den Maschinenteilen ist höher un in den Tälern graduall
niedriger. Wenn die Breite der Unterplatte innerhalb des konkaven Bereichs
der Sicke, wie oben beschrieben, variiert, wird die Anzahl der Hügel der
Sicke entsprechend der Breite der Unterplatte vergrößert oder
verringert, und zwar entsprechend der Deformation, indem die Reaktionskraft
der Sicke mit der Anzahl der Hügel der Sicke entsprechend der
Vergrößerung der Unterplatte, das heißt der Breite hiervon, vergrößert wird,
wobei die Reaktionskraft der Sicke abnimmt, wenn die Anzahl der Hügel
der Sicke entsprechend der Unterplatte abnimmt, das heißt, wenn die
Breite der Unterplatte kleiner wird.
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Andererseits ist es sehr schwierig, die Reaktionskraft
zwischen den Zylinderbohrungsöffnungen zu kontrollieren, da hier eine
begrenzte Breite der Unterplatte vorhanden ist. Wenn jedoch die Dicke
beispielsweise durch Stapeln von Unterplatten eingestellt wird, wird die
Zylinderkreisförmigkeit herabgesetzt. Dann werden die Unterplatten in
einem Bereich zwischen benachbarten Zylinderbohrungsöffnungen
kontinuierlich ausgeführt und die Reaktionskraft der metallischen Dichtung
wird durch die Sicke, die in dem kontinuierlichen Bereich ausgebildet
ist, kontrolliert. Wie oben beschrieben, wird die Sicke der Grundplatte
im engen Bereich zwischen Zylinderbohrungsöffnungen linear ausgebildet.
In diesem Fall, wenn beide seitlichen Enden des kontinuierlichen
Abschnitts nahe den Zylinderbohrungsöffnungen an einem flachen Bereich
nahe den benachbarten Zylinderbohrungsöffnungen befestigt werden, wird,
wenn der kontinuierliche Abschnitt flach gelassen wird, wie er ist, die
Kraft, die die Deformation der Sicke reguliert, zu groß, so daß die
Reaktionskraft der metallischen Dichtung in diesem Bereich iibermäßig
groß und die Abweichung von der Kreisförmigkeit der Zylinderbohrung
unangemessen hoch wird.
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Wenn andererseits die Kraft, die die Deformation der Sicke
reguliert, klein ist, resultiert eine ungenügende Flächenpressung
zwischen den Zylinderbohrungsöffnungen, wo die Spannkräfte durch die
Klemmmittel wie Bolzen minimal sind, wie oben beschrieben wurde, und die
Abdichtung verschlechtert sich. Es wurde gefunden, daß die Kraft, die
die Deformation der Sicke der Grundplatte reguliert, das heißt die
Reaktionskraft der metallischen Dichtung in diesem Abschnitt, durch Bildung
einer linearen Sicke kontrolliert werden kann, die in der linearen Sicke
der Grundplatte zum kontinuierlichen Abschnitt der Unterplatte enthalten
ist, und ferner durch Kontrollieren der Höhe der Sicke. Wenn weiter die
Beulfestigkeit gegenüber der Anzugskraft durch Änderung der Sickenbreite
wie gewöhnlich geändert wird, wird spezifisch durch Einengen der
Sickenbreite, da dann die Beulfestigkeit erhöht wird, die Reaktionskraft der
metallischen Dichtung in diesem Abschnitt erhöht, während die
Reaktionskraft der metallischen Dichtung in diesem Abschnitt durch Erhöhen der
Sickenbreite reduziert wird, da dann die Beulfestigkeit reduziert wird.
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Die obigen Phänomene werden geeignet kombiniert und verwendet,
um die Flächenpressung am Rand der Zylinderbohrung adäquat zu vergrößern
und um die Zylinderbohrung herum zu vergleichmäßigen, wodurch die
Kreisförmigkeit der Zylinderbohrung sichergestellt und die Abdichtung um die
Zylinderbohrung herum verbessert wird.
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Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird eine metallische
Dichtung geschaffen, die eine Schichtstruktur umfassend zwei elastische
Grundplatten aus metallischem Material und aufeinandergeschichtet sowie
eine Unterplatte mit einer Dicke dünner als die Grundplatte und zwischen
den Innenseiten der Grundplatten umfaßt, wobei wenigstens zwei
Zylinderbohrungsöffnungen in jeder der Grundplatten und der Unterplatte im
geschichteten Zustand angebracht sind, eine Sicke sich auswärts von der
Außenseite jeder der Grundplatten im Randbereich jeder
Zylinderbohrungsöffnung in jeder der Grundplatten von einem flachen Bereich aus und
längs des Außenumfangs dieses flachen Bereichs herausragt, während eine
lineare Sicke, die die Sicken für beide der benachbarten
Zylinderbohrungsöffnungen verbindet und sich senkrecht zu einer Linie erstreckt,
die die Mitten beider Zylinderbohrungsöffnungen verbindet, zwischen den
benachbarten Zylinderbohrungsöffnungen in jeder der Grundplatten
ausgebildet ist, wobei die Unterplatte eine im wesentlichen kreisförmige
Umfangskante umfaßt, die nur im Randbereich jeder der
Zylinderbohrungsöffnungen existiert, sowie einen kontinuierlichen Abschnitt umfaßt,
damit ein Abschnitt der Unterplatte kontinuierlich zur benachbarten
Zylinderbohrungsöffnung verläuft, wobei die Unterplatte über den gesamten
Umfang an der Innenseite einer der Grundplatten im flachen Bereich der
Grundplatte benachbart zur Zylinderbohrungsöffnung befestigt ist, wobei
die Innenumfangskante der Zylinderbohrungsöffnung in der Unterplatte mit
der Innenumfangskante der Zylinderbohrungsöffnung in der Grundplatte
ausgerichtet ist, wobei das außenumfängliche Ende des
Umfangskantenabschnitts der Unterplatte innerhalb der Breite der Sicke, die in der
Grundplatte ausgebildet ist, variabel gestaltet ist, wodurch die Breite
jedes Randbereichsabschnitts variiert wird, und wobei eine lineare
Sicke, die in einer linearen Sicke der Grundplatte enthalten sein kann,
nur in dem kontinuierlichen Bereich der Unterplatte ausgebildet ist.
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Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird die beschriebene, oben charakterisierte metallische Dichtung
vorgeschlagen, bei der die Sickenbreite am Umfangsrandbereich der
Zylinderbohrungsöffnung, die in jeder der beiden Grundplatten ausgebildet ist,
variiert.
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Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird die beschriebene, oben charakterisierte metallische Dichtung
vorgeschlagen, bei der die zwischen den Zylinderbohrungsöffnungen in der
Unterplatte gebildete Sicke derart ausgebildet ist, daß der
Überstandsbetrag auf der konvexen Seite kleiner als die konkave Tiefe auf der
konkaven Innenseite der zwischen den Zylinderbohrungsöffnungen in der
Grundplatte, an der die Unterplatte befestigt ist, ausgebildeten Sicke ist.
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Die Basis der metallischen Dichtungsstruktur der Erfindung,
bei der zwei Stücke von Grundplatten, die jeweils zwei oder mehr
Zylinderbohrungsöffnungen besitzen, übereinander plaziert und zwischen ihnen
eine dünne Unterplatte angeordnet ist, die mit zwei oder mehr
Zylinderbohrungsöffnungen ausgebildet ist, besteht darin, daß eine Sicke in
jeder Grundplatte ausgebildet ist, die sich auswärts von jeder
Außenseite jeder Grundplatte am Außenumfang der flachen Abschnitte, die die
Zylinderbohrungsöffnung hierin wie beim Stand der Technik definieren,
und eine lineare Sicke ausgebildet sind, die die Sicken für zwei
benachbarte Zylinderbohrungsöffnungen verbindet und sich senkrecht zu einer
Linie, die die Mitten der Zylinderbohrungsöffnungen verbindet, erstreckt
und zwischen zwei Zylinderbohrungsöffnungen wie beim Stand der Technik
ausgebildet ist.
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Daher kann bei der vorgenannten Struktur, wenn die metallische
Dichtung zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angeordnet und
diese durch einen Klemmechanismus wie Bolzen gegeneinander verspannt
werden, die Flächenpressung um die Zylinderbohrungen einer Maschine
herum verbessert werden.
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Andererseits umfaßt die Unterplatte einen im wesentlichen
kreisförmigen umfänglichen Randabschnitt, der nur am Rand der
Zylinderbohrungsöffnungen vorhanden ist, und einen kontinuierlichen Abschnitt,
um einen kontinuierlichen Abschnitt zwischen den benachbarten
Zylinderbohrungsöffnungen herzustellen. Dann wird die Unterplatte über den
gesamten Umfang an dem flachen Bereich der Grundplatte an der Seite nahe
der Zylinderbohrungsöffnung befestigt, wobei die innere Umfangskante der
Zylinderbohrungsöffnung in einer der Grundplatten mit der Umfangskante
der Zylinderbohrungsöffnung in der Unterplatte fluchtet. In einer
metallischen Dichtung, in der die Grundplatten übereinander gestapelt und
auch die Unterplatte laminiert ist, ist der Umfangsrandabschnitt der
Unterplatte in dem flachen Bereich um die Zylinderbohrungsöffnung und an
der Rückseite der Sicke vorhanden, das heißt an der Innenseite der
Grundplatte, und der kontinuierliche Abschnitt der Unterplatte ist auch
an der Rückseite vorhanden, das heißt der Innenseite der linearen Sicke
der Grundplatte zwischen den Zylinderbohrungsöffnungen.
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Der äußere umfängliche Rand des Umfangsrandabschnitts der
Unterplatte wird dann innerhalb der Breite der Sicke um die
Zylinderbohrungsöffnung der Grundplatte variiert. Die Vergrößerung der
Anzugskraft vergrößert oder verkleinert die Anzahl von Hügeln der Sicke
entsprechend der Unterplatte. Wenn die Anzahl von Hügeln der Sicke
ansteigt, wird die Reaktionskraft der Sicke proportional zur Anzahl der
Hügel der Sicke entsprechend der Unterplatte vergrößert, das heißt in
dem Maße wie die Breite der Unterplatte größer wird, während die
Reaktionskraft der Sicke reduziert wird, wie die Anzahl von Hügeln der Sicke
entsprechend der Unterplatte verringert wird, das heißt in dem Maße wie
die Breite der Unterplatte kleiner wird. Dementsprechend ist es möglich,
die erzeugte Flächenpressung um die Zylinderbohrung herum auf
Maschinenteile zu vergleichmäßigen, indem die Breite der Unterplatte in einem
Abschnitt entfernt von den Klemmitteln wie Bolzen, und indem die
Anzugskraft
kleiner wird, vergrößert und indem die Breite der Unterplatte in
einem Bereich nahe den Klemmitteln wie Bolzen, indem die Anzugskraft
größer ist, verringert wird.
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Da die metallische Dichtung eine derartige Konstitution
aufweist, daß die Breite der Sicke, die längs des Umfangskantenabschnitts
der Zylinderbohrungsöffnung in der Grundplatte angeordnet ist, variiert
wird, kann bei dieser Ausführungsform die Reaktionskraft in dem
Abschnitt entfernt von den Klemmitteln wie Bolzen, indem die Anzugskraft
geringer ist, durch Verengen der Breite der Sicke und dadurch bewirktes
Vergrößern der Beulfestigkeit vergrößert werden, wohingegen die
Reaktionskraft in dem Abschnitt nahe den Klemmitteln wie Bolzen, indem die
Anzugskraft größer ist, durch Verengen der Breite der Sicken und dadurch
bewirktes Reduktieren der Beulfestigkeit vermindert werden. Dann kann
die Flächenpressung um die Bohrungsöffnungen herum durch Verwenden von
diesen und der Unterplattenbreite zur Kontrolle vergleichmäßigt werden.
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Da eine lineare Sicke der Unterplatte, die in einer linearen
Sicke der Grundplatte enthalten sein kann, zu einem kontinuierlichen
Abschnitt geformt ist, durch den die Umfangskanten der benachbarten
Zylinderbohrungsöffnungen kontinuierlich ausgebildet werden, selbst wenn
der Verbindungsabschnitt an dem flachen Abschnitt der benachbarten
Zylinderbohrungsöffnungen befestigt ist, ist sie zusätzlich bezüglich
eines übermäßigen Anstiegs in der Reaktionskraft in dem Teil der
metallischen Dichtung frei, der durch übermäßigen Anstieg der Kraft bewirkt
wird, die die Deformation der Sicke in der Grundplatte kontrolliert,
oder aber frei bezüglich einer Beeinträchtigung der Kreisförmigkeit der
Zylinderbohrung.
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In einer anderen Ausführungsform der metallischen Dichtung
wird der Auskragungsbetrag auf der Auskragungsseite der linearen Sicke,
die zwischen den Zylinderbohrungsöffnungen in der Unterplatte gebildet
sind, kleiner als die konkave Tiefe der hohlen Innenseite der linearen
Sicke gemacht, die zwischen den Zylinderbohrungsöffnungen in der
Grundplatte ausgebildet ist, an der die Unterplatte befestigt ist, wodurch es
möglich wird, den Spalt, der zwischen den beiden Sicken gebildet wird,
zu kontrollieren, wodurch die Kraft reguliert wird, die die lineare
Sicke der Unterplatte ausübt, um die lineare Sicke der Grundplatte zu
verformen. Dementsprechend ist es möglich, die notwendige Reaktionskraft
zwischen den Zylinderbohrungen, in deren Bereich die Spannkraft durch
Klemmittel gering ist, die die gesickte Platte verformt, durch die Sicke
der Unterplatte gesteuert wird, so daß die Flächenpressung um die
Zylinderbohrung herum durch eine geeignete Kombination der Faktoren, wie oben
beschrieben, vergleichmäßigt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1(a), (b), (c) zeigen eine bevorzugte Ausführungsform
einer metallischen Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, in der
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(a) eine Draufsicht auf eine untere Grundplatte und eine daran
befestigte Unterplatte ist,
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(b) ein mittiger Längsquerschnitt ist,
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(c) eine Ansicht von unten ist;
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Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie Y-Y von Fig. 1;
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Fig. 3 ist ein Querschnitt mit einer geringen Breite der
Unterplatte von Fig. 2;
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Fig. 4 illustriert einen Zustand, in dem eine Einspannkraft in
Fig. 2 vergrößert ist;
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Fig. 5 illustriert einen Zustand, in dem eine Einspannkraft in
Fig. 3 vergrößert ist;
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Fig. 6 ist ein Querschnitt längs der Linie X-X in Fig. 1;
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Fig. 7 illustriert die Verteilung der Flächenpressung in Fig.
2;
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Fig. 8 illustriert die Verteilung der Flächenpressung in Fig.
6;
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Fig. 9 illustriert die Verteilung der Flächenpressung in Fig.
8 mit einer Unterplatte geringer Breite;
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Fig. 10 ist ein Querschnitt längs der Linie Z-Z in Fig. 1;
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Fig. 11 illustriert einen Zustand, in dem ein Spalt zwischen
der Sicke einer Grundplatte und der Sicke einer Unterplatte in Fig. 10
vorgesehen ist; und
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Fig. 12 ist ein Längsquerschnitt einer Ausführungsform einer
metallischen Dichtung nach dem Stand der Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer
metallischen Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser
Ausführungsform wird die Metalldichtung in Schichtstruktur gebildet, in der zwei
elastische Grundplatten 1 und 2 aus Metall übereinander angeordnet und
eine Unterplatte 3 an der unteren Grundplatte 2 zwischen den
Grundplatten 1 und 2 angeordnet befestigt ist.
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In den Grundplatten 1 und 2 und der Unterplatte 3 sind zwei
oder mehr Zylinderbohrungsöffnungen 4 und 5 entsprechend ausgebildet,
die durch diese hindurchgehen und miteinander zusammenfallen, wenn sie
als metallische Dichtung laminiert werden. Die Zylinderbohrungsöffnungen
4 und 5 sind in solchen Positionen angeordnet, daß sie mit
Zylinderbohrungen einer Maschine übereinstimmen, wenn die Maschine durch Anordnen
der metallischen Dichtung zwischen einem Zylinderblock und einem
Zylinderkopf gebildet wird. Dementsprechend sind Ölbohrungen 20 in den
Grundplatten 1 und 2 in Übereinstimmung mit Ölstrecken, die in der Maschine
ausgebildet sind, Wasseröffnungen 21, die in den Grundplatten 1 und 2 in
Übereinstimmung mit einer Wassertasche, die in der Maschine ausgebildet
ist, und Bolzenlöcher 22 vorgesehen, die in den Grundplatten in solchen
Positionen angeordnet sind, daß sie mit in der Maschine ausgebildeten
Bolzenlöchern übereinstimmen.
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Die beiden Grundplatten 1 und 2 sind symmetrisch zueinander
ausgebildet. In Fig. 1 sind eine Bolzenlochsickenlinie 23, die am Umfang
des Bolzenlochs 22 gebildet ist, um die Mittellinie für die
Bolzenlochsicke zu repräsentieren, eine Ölbohrungssickenlinie 24, die am Umfang
der Ölbohrung 20 ausgebildet ist, um die Mittellinie der ölbohrungssicke
zu repräsentieren, und eine Außenkantensickenlinie 25 gezeigt, die längs
der Außenkante der Grundplatte ausgebildet ist, um die Mittellinie der
Außenkantensicke entsprechend zu repräsentieren.
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Weiterhin ist eine im wesentlichen kreisförmige
Bohrungsöffnungssicke 7 am Umfang jeder Zylinderbohrungsöffnung 4 der Grundplatten
1 und 2 längs des Außenumfangs eines flachen Bereichs 6, der wie andere
Abschnitte flach ist, ausgebildet, wie in Fig. ib dargestellt, ist die
Bohrungsöffnungssicke 7 ein streifenartiger gekrümmter Wulst, der sich
auswärts von jeweils den Außenseiten 1a und 2a der Grundplatten 1 und 2
erstreckt und durch Prägen oder dergleichen hauptsächlich geformt ist
und eine konkave Nut auf der Innenseite hiervon hat.
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In Fig. 1a bezeichnen die strichpunktierten Linien 7CL die
Mittellinien der Bohrungsöffnungssicken 7, und beide
Bohrungsöffnungssicken 7 sind in einem Abschnitt zwischen benachbarten
Zylinderbohrungsöffnungen 4 zu einer linearen Bohrungsöffnungssicke 8 verbunden, die
sich senkrecht zu einer Linie erstreckt, die die Mitten beider
benachbarter Zylinderbohrungsöffnungen 4 verbindet, wie in Fig. 1c gezeigt.
Dies ist so gemacht, da der Abstand zwischen den Zylinderbohrungen
aufgrund der Maschinengrößenreduzierung und vergrößertem Durchmesser der
Zylinderbohrung, wie oben beschrieben, eingeengt ist. Wenn der flache
Bereich 6 am Umfang der Zylinderbohrungsöffnung 4 zum Einstellen und
Kompensieren der positionellen Abweichung, die durch einen
Stanzpreßvorgang, wie oben beschrieben, bewirkt wird, und die
Bohrungsöffnungssicke 7 auf dem äußeren Umfang hiervon ausgebildet wird, überlappen die
Bohrungsöffnungssickenlinien 7CL einen Abschnitt zwischen den
Zylinderbohrungsöffnungen 4, wie in Fig. 1a gezeigt. Dementsprechend ist die
lineare Bohrungsöffnungssicke 8, die aus zwei der Sicken zusammengesetzt
ist, die miteinander verbunden sind, in dem Überlappungsabschnitt
ausgebildet. Mit anderen Worten, sind die Bohrungsöffnungssicken 7 zwischen
den Zylinderbohrungsöffnungen 4 linear ausgebildet, da die benachbarten
Bohrungsöffnungssicken 7 zwischen den Zylinderbohrungsöffnungen 4
verbunden/verzweigt sind.
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Die Breite der Bohrungsöffnungssicken 7 und 8 wird außer für
die lineare Bohrungsöffnungssicke 8 zwischen den
Zylinderbohrungsöffnungen 4 variiert. Die Breite der Bohrungsöffnungssicke 7 wird
spezifischerweise größer als ein Abschnitt nahe der Bolzenöffnung 22 gewählt,
wohingegen die Breite der Bohrungsöffnungssicke 7 in einem Abschnitt
entfernt hiervor kleiner ist, das heißt in einem Abschnitt zwischen den
Bolzenlöchern 22. Diese Breitenvariation dient zum Ändern und Steuern
der Reaktionskraft in den Abschnitten durch Ändern der Beulfestigkeit,
die durch die Breitenvariation für die Bohrungsöffnungssicke 7 bewirkt
wird, und die Funktion und die Wirkung hiervon werden in größeren
Einzelheiten später beschrieben.
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Andererseits besitzt die Unterplatte 3 einen im wesentlichen
kreisförmigen Umfangsrandabschnitt 9, der nur am Rand jeder der
Zylinderbohrungsöffnungen 5 ausgebildet ist, und einen kontinuierlichen
Abschnitt 10, um einen Abschnitt der Unterplatte 3 kontinuierlich zu
einem Abschnitt zwischen benachbarten Zylinderbohrungsöffnungen 5 zu
machen. Die Unterplatte 3 ist aus einer metallischen Platte hergestellt,
die eine Dicke aufweist, die geringer als jede der Grundplatten 1 und 2
ist, und ist in einer Stanzpresse oder dergleichen ausgebildet, um eine
flache Platte gleichmäßiger Dicke in dieser Ausführungsform zu bilden.
Die Unterplatte 3 ist vorgesehen, um den Spalt zwischen den Stoßflächen
des Zylinderblocks und des Zylinderkopfs als Maschinenteile und den
Grundplatten 1 und 2 oder zwischen den Grundplatten 1 und 2
gegeneinander als Ergebnis der Deformation der Maschinenteile zu reduzieren, die
durch die Bohrungsöffnungssicke 7 bewirkt wird (das heißt als ein
Ergebnis derartiger Deformation, daß Abschnitte der Maschinenteile nahe der
Zylinderbohrung voneinander separiert werden), wodurch die
Vibrationsamplitude in dem flachen Bereich 6 und der Bohrungsffnungssicke 7
reduziert wird, um den Ermüdungsausfall hiervon zu vermeiden, wobei dies
zugleich Flächenpressung am Umfang der Zylinderbohrung der Maschine
liefert, da ein Keil zwischen den beiden Grundplatten 1 und 2 angeordnet
ist.
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Dementsprechend ist die Unterplatte 3 über den gesamten Umfang
am Rand der Zylinderbohrungsöffnung 4 durch Strahlschweißen oder
dergleichen in dem flachen Bereich 6 auf der Seite nahe der
Zylinderbohrungsöffnung 4 befestigt, wobei die Innenumfangskante der
Zylinderbohrungsöffnung 5 hiervon mit der inneren Umfangskante der
Zylinderbohrungsöffnung 4 der unteren Grundplatte 2 ausgerichtet ist. Die
Befestigungslinie ist durch eine doppelpunktstrichpunktierte Linie 12 in Fig.
1a dargestellt.
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Dementsprechend werden beide seitlichen Enden des
kontinuierlichen Abschnitts 10 in der Unterplatte 3, der zwischen den benachbarten
Zylinderbohrungsöffnungen 5 ausgebildet ist, an einem Abschnitt des
flachen Bereichs 6 in der unteren Grundplatte 2 nahe der Bohrungsöffnung
4 befestigt. Wenn die lineare Bohrungsöffnungssicke 8, die zwischen
benachbarten Zylinderbohrungsöffnungen 4 in den Grundplatten 1 und 2
ausgebildet ist, zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf
eingespannt wird und wenn der kontinuierliche Abschnitt 10 flach ist, wie er
ist, wird dies einen Haupteffekt auf die begleitende Beuldeformation der
linearen Bohrungsöffnungssicke 8 haben. Das heißt, wenn die lineare
Bohrungsöffnungssicke 8 der Grundplatten 1 und 2 einer Verbeulung
unterliegt, wird eine Streckung zwischen den flachen Bereichen 6 bewirkt, an
denen die Unterplatte 3 befestigt ist, und die Streckung resultiert in
einer Materialbeanspruchung als reine Spannung auf den kontinuierlichen
Abschnitt 10 der Unterplatte 3. Da die Zugkraft der Unterplatte 3
natürlich größer als die Dehnung ist, wird eine große Hemmkraft gegen die
Deformation erzeugt, die das Ausbeulen der linearen
Bohrungsöffnungssicke 8 bewirkt, das heißt die Einspannkraft.
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Da dies einen starken Anstieg in der Reaktionskraft zwischen
den Zylinderbohrungsöffnungen 4 bewirkt, wenn die metallische Dichtung
eingespannt wird, und eine große Verformungskraft zwischen den
Zylinderbohrungen der Maschinenteile, das heißt des Zylinderblocks und des
Zylinderkopfs, ausübt, wird die Kreisförmigkeit der Zylinderbohrung
beeinträchtigt. Als eine Gegenmaßnahme wird bei der vorliegenden
Erfindung eine lineare Sicke 11, die in der linearen Bohrungsöffnungssicke 8
der unteren Grundplatte 2 enthalten ist, ebenfalls in der Unterplatte 3
ausgebildet, so daß eine Kraft, die die Deformation der linearen
Bohrungsöffnungssicke 8 in der unteren Grundplatte 2 beschränkt,
eingestellt werden kann. Wie später bezügich der Funktion im einzelnen
ausgeführt, wird eine Verlängerung, die durch Abflachen der linearen
Bohrungsöffnungssicke 8 der unteren Grundplatte 2 bewirkt wird, durch die
Verlängerung der linearen Sicke 11 der Unterplatte 3 kompensiert, durch
die die Kraft, um die Verformungskraft zu beschränken, das heißt die
Reaktionskraft als auch der Betrag der Verlängerung, reduziert wird, das
heißt die Höhe beider Sicken 8 und 11 wird variiert, wodurch es
ermöglicht wird, die Reduktion der Reaktionskraft zu steuern.
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Andererseits wird das außenumfängliche Ende am
Außenumfangsrandabschnitt 9 der Unterplatte 3 innerhalb der Breite der
Bohrungsöffnungssicke 7 in den Grundplatten 1 und 2 plaziert und die Position des
Außenumfangsrandes wird weiterhin innerhalb der Breite der
Bohrungsöffnungssicke 7 und der Breite, variiert innerhalb des
Umfangsrandabschnittes 9 der Unterplatte 3, bei der vorliegenden Erfindung variiert. Wie
später im einzelnen beschrieben wird, wird dann, wenn eine Einspannkraft
den konvexen Abschnitt der wulstartigen Bohrungsöffnungssicke 7
komprimiert, in der Bohrungsöffnungssicke 7 in einem Mittelabschnitt hiervon,
indem die Anzahl von Kämmen auf 2, 4 und so weiter erhöht wird, ein
Verbeulen bewirken. Die Flächenpressung der Maschinenteile ist in einem
Abschnitt in Kontakt mit einer großen Anzahl von Kämnien größer, während
sie in dem Tal abnimmt. Wenn, wie oben beschrieben, die Position des
Außenumfangs der Unterplatte 3 innerhalb der Breite der
Bohrungsöffnungssicke 7 variiert und die Breite des Umfangsrandabschnitts 9 der
Unterplatte 3 geändert wird, vergrößert sich die Anzahl von Kämmen der
Bohrungsöffnungssicke 7 in der Grundplatte mit der Einspannkraft, wobei
sich die Anzahl der Kämme der Grundplatte über der Unterplatte 3 ändert.
Da dann die Kämme über der Unterplatte 3 einer Deformationseinschränkung
unterliegen, das heißt einer relativ starken Einspannkraft unterliegen,
wird die Reaktionskraft, die als eine Reaktion gebildet wird, natürlich
vergrößert. Da dementsprechend die Breitenänderung der Unterplatte 3 die
Reaktionskraft ändert, kann die Flächenpressung um die Zylinderbohrung
der Maschinenteile geändert und gesteuert werden.
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Nun wird eine Beschreibung der Wirkungsweise basierend auf dem
fundamentalen Prinzip gemäß der vorliegenden Erfindung, das oben
beschrieben wurde, unter Bezugnahme auf die Querschnittsansichten gegeben,
die Details für jeden Querschnitt in dieser Ausführungsform zeigen,
indem derartige Techniken geeignet kombiniert und verwendet werden.
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Zunächst wird die Beschreibung in der Nachbarschaft eines
Bolzenlochs 22 der metallischen Dichtung gegeben, das heißt für den
Querschnittsabschnitt längs der Linie Y-Y von Fig. 1c unter Bezugnahme
auf Fig. 2 und 3 und Fig. 4 und 5.
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Wie oben beschrieben wurde, wird der Umfangsrandabschnitt 9
der Unterplatte 3 über den gesamten Umfang hiervon längs der
Befestigungslinie 12 in einer Position des flachen Bereichs 6 der Grundplatte 2
nahe der Zylinderbohrungsöffnung 4 befestigt, wobei die
Innenumfangskante der Zylinderbohrungsöffnung 5 in der Unterplatte 3 mit der
Innenumfangskante der Zylinderbohrungsöffnung 4 in der unteren Grundplatte 2
ausgerichtet ist, wie im einzelnen in Fig. 2 dargestellt.
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Andererseits befindet sich die Außenumfangskante am
Außenumfangsbereich 9 der Unterplatte 3 frei innerhalb einer Konkavität 25
der Bohrungsöffnungssicke 7 in den aufeinandergestapelten Grundplatten 1
und 2, wobei die Position der Außenumfangskante innerhalb der Breite der
Bohrungsöffnungssicke 7 variiert wird, wodurch eine Variation in der
Breite des Umfangsrandabschnitts 9 der Unterplatte 3 geliefert wird.
Innerhalb dieser Variation ist die Breite des Umfangsrandabschnitts 9
der Unterplatte 3 nahe dem Bolzenloch 22 der Dichtung relativ klein. Im
Gegensatz hierzu zeigt Fig. 3 einen Umfangsrandabschnitt 9 der
Unterplatte 3 mit relativ großer Breite. Zur Vereinfachung der Erläuterung
wird angenommen, daß die Breite der Bohrungsöffnungssicke 7 konstant B&sub1;
und die Breite der schmalen Unterplatte 3, wie in Fig. 2 gezeigt, b&sub1; und
die Breite der breiten Unterplatte 3 b&sub0; ist.
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Zunächst wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 ein Zustand
erläutert, in dem eine metallische Dichtung, die eine Unterplatte 3 mit
schmaler Breite, gezeigt in Fig. 2, aufweist, die zwischen den
Grundplatten angeordnet ist, sich zwischen Maschinenteilen wie einem
Zylinderblock und einem Zylinderkopf befindet und eine Einspannkraft auf die
Bohrungsöffnungssicke 7 hiervon ausgeübt wird. Wie in Fig. 4a
dargestellt, verbeult sich, wenn eine Einspannkraft auf den Rücken der
wulstartigen Bohrungsöffnungssicken 7, die in den Grundplatten 1 und 2
ausgebildet sind, ausgeübt wird, ein mittlerer Abschnitt des Wulstes in
eine konkave Form und die Anzahl von Wülsten der Bohrungsöffnungssicke 7
steigert sich von eins auf zwei, wie in Fig. 4b dargestellt ist. Wenn
die Einspannkraft weiter erhöht wird, wird die Anzahl der Wülste der
Bohrungsöffnungssicke 7 allmählich auf 4, 8 und so weiter vermehrt, wie
in Fig. 4c dargestellt ist. Die Höhe und die Breite der Wülste nimmt
natürlich mit dem Ansteigen der Anzahl der Wülste ab. Wenn in diesem
Fall die Unterplatte 3 nicht da ist, ist die Flächenpressung an einer
Kontaktstelle am deformierten und vergrößerten Scheitel der Kämme der
Wülste der Bohrungsöffnungssicke 7 und die Kontaktfläche jedes der
Maschinenteile größer und die Flächenpressung wird gegen das Tal graduell
reduziert.
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Wenn die Unterplatte 3 zwischen die Bohrungsöffnungssicke 7 in
den beiden Grundplatten 1 und 2 eingeschaltet ist, werden die Wülste,
die auf der Unterplatte 3 aufliegen, unter der ansteigenden Zahl von
Wülsten der Bohrungssicke 7 in ihrer Verformung reguliert, wie in Fig.
4c dargestellt ist, sowie in bezug auf die sich noch vergrößernde
Einspannkraft, wodurch eine größere Reaktionskraft als in anderen Teilen
der Sicke erzeugt wird, um die Flächenpressung zu erhöhen. Eine lokale
Beanspruchungskonzentration tritt dann auf einem Abschnitt der
Bohrungsöffnungssicke 7 der Grundplatten 1 und 2 entsprechend zum
Außenumfangsrand der Unterplatte 3 auf, um in einem lokalen Anstieg der
Flächenpressung in diesem Abschnitt zu resultieren. Die Verformung der
Maschinenteile steigt in diesem Fall lokal in dem Abschnitt, wo die
Unterplatte 3 existiert, jedoch ein Neigungswinkel als Ganzes (Tendenz zur
Verformung unter Annahme des Maschinenteils als ein elastisches Teil,
das bis zu einem gewissen Ausmaß Starrheit aufweist) wird kleingemacht.
Die lokale Verformung der Maschine liegt in diesem Fall innerhalb eines
sogenannten elastischen Verformungsbereichs und wird keine Eindrückung
bilden.
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Dies wird mit einer metallischen Dichtung verifiziert, die
eine breite Unterplatte 3 aufweist, die zwischen den Grundplatten 1 und
2 angeordnet ist, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Unterschiedlich zu dem
in Fig. 4 gezeigten Fall wird unter der Anzahl der Wülste, die sich mit
der Deformation der Bohrungsöffnungssicke 7 erhöht, die Anzahl von
Wülsten, die auf der Unterplatte 3 aufsitzen, erhöht, wie in Fig. 5
dargestellt, und die Gesamtflächenpressung wird ebenfalls erhöht. Wenn man
weiter annimmt, daß eine identische Einspannkraft wie in Fig. 4 ausgeübt
wird, wird, da eine weitere größere lokale Beanspruchungskonzentration
in einem Abschnitt der Bohrungsöffnungssicke 7 der Grundplatten 1 und 2
entsprechend dem Außenumfangsrand der Unterplatte 3 auftritt, die lokale
Flächenpressung in diesem Abschnitt drastisch erhöht. Die Verformung der
Maschinenteile wird in diesem Fall den Gesamtneigungswinkel vergrößern.
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Zieht man die vorstehenden Situationen zusammen in Betracht,
besteht ein allgemeiner Trend, daß die Einspannkraft nahe dem Bolzenloch
größer und die Einspannkraft zwischen den Bolzenlöchern entsprechend der
elastischen Verformung der Maschinenteile kleiner ist, und ein
derartiger Trend wird seit kurzem besonders wichtig, wo die Starrheit von
Maschinenteilen aufgrund des Trends der Verwendung von Aluminiummaterial
für die Maschinenteile und der Vergrößerung der Wasserkanäle allmählich
vermindert wird. Dementsprechend wird der Außenumfangsrand des
Umfangsrandabschnitts 9 der Unterplatte 3 innerhalb der Breite der
Bohrungsöffnungssicke 7 variiert, um die Breite der Unterplatte 3 in einem
Bereich nahe des Bolzenlochs 22, wo die Einspannkraft groß ist, gering zu
halten, wohingegen der Außenumfangsrand des Umfangsrandabschnitts 9 der
Unterplatte 3 innerhalb der Breite der Bohrungsöffnungssicke 7 variiert
wird, um so die Breite der Unterplatte 3 für einen Abschnitt zwischen
den Bolzenlöchern 22 zu vergrößern, wo die Einspannkraft kleiner ist,
wodurch die Flächenpressung, die um die Zylinderbohrungen der
Maschinenteile erzeugt werden, vergleichmäßigt werden können.
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Erläuterungen werden nun unter Bezugnahme auf Fig. 6 bezüglich
eines Abschnitts zwischen Bolzenlöchern 22 der metallischen Dichtung
gegeben, das heißt einem Querschnitt längs der Linie X-X in Fig. 1c. In
dem Abschnitt zwischen den Bolzenlöchern 22 wird die Breite B&sub0; der
Bohrungsöffnungssicke 7 in den Grundplatten 1 und 2 enger als die Breite B&sub1;
der Bohrungsöffnungssicke 7 nahe dem Bolzenloch 22, dargestellt in Fig.
2, gemacht.
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Wie oben beschrieben wurde, unterliegt die
Bohrungsöffnungssicke 7 der Grundplatten 1 und 2 einer Verbeulungsdeformation, so daß
die Anzahl von Wülsten der Sicke durch die Verspannkraft der
Maschinenteile vergrößert wird. Da sich die Verbeulungsdeformation innerhalb
einer elastischen Grenze entwickelt, kann die Verbeulungsfestigkeit der
Bohrungsöffnungssicke 7 auch als eine Federkonstante der Sicke
betrachtet werden. Wenn in diesem Fall die Breite der Bohrungsöffnungssicke 7
verengt wird, wird die Verbeulungsfestigkeit der Sicke unter der Wirkung
von Fabrikationshärtung oder dergleichen vergrößert, was natürlich die
Federkonstante der Sicke vergrößert, und dementsprechend ist die
Reaktionskraft in der Bohrungsöffnungssicke 7 schmaler Breite größer als in
der Bohrungsöffnungssicke 7 größerer Breite, wenn die Einspannkraft
konstant ist. Da weiterhin in dem Abschnitt der metallischen Dichtung
zwischen den Bolzenlöchern 22 die Unterplatte 3, die in Fig. 3 gezeigt
ist, von der Breite b&sub0; größer als die enge Breite b&sub1; der Unterplatte 3,
wie in Fig. 2 dargestellt, eingefügt ist, ist die Gesamtreaktionskraft
unter der Bedingung konstanter Einspannkraft beträchtlich vergrößert.
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Fig. 7 und 8 zeigen den Zustand der Verteilung der
Flächenpressung in der metallischen Dichtung dieser Ausführungsform, in der die
kombinierten vorstehend beschriebenen Techniken verwendet werden. Fig.
7a zeigt eine Flächenpressungsverteilung in einem Zylinderkopf nahe des
Bolzenlochs 22 längs der diametralen Richtung zur Zylinderbohrung, Fig.
8a zeigt eine Flächenpressungsverteilung im Zylinderkopf zwischen den
Bolzenlöchern 22 längs der diametralen Richtung zur Zylinderbohrung und
weiterhin zeigt Fig. 9a eine Flächenpressungsverteilung in einem
Zylinderkopf zwischen den Bohrungslöchern 22 längs der diametralen Richtung
der Zylinderbohrung ähnlich zu einem Fall der Verwendung einer schmalen
Unterplatte 3 wie diejenige in Fig. 7. Jede der Figuren b zeigen den
Zustand der Bohrungsöffnungssicke 7 und der Unterplatte 3 in der
Grundplatte.
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Aus den Figuren ist ersichtlich, daß, da die Einspannkraft
nahe dem Bolzenloch 22 größer ist, die am Umfangsrand des
Umfangsrandabschnitts 9 der Unterplatte 3 erzeugte Flächenpressung natürlich hoch,
jedoch die Deformation der Maschinenteile, das heißt der Neigungswinkel
zur Zylinderbohrung, klein ist. Andererseits ist die
Maschinenteiledeformation, das heißt der Neigungswinkel zur Zylinderbohrung, zwischen
den Bolzenlöchern 22 wegen der geringen Einspannkraft groß und als
Ergebnis hiervon wird eine große Flächenpressung gleich derjenigen nahe
des Bolzenlochs 22 am Außenumfangsrand des Umfangsrandabschnitts 9 der
Unterplatte 3 erzeugt. Wenn im Gegensatz hierzu die schmale Unterplatte
3 zwischen den Bolzenlöchern 22 eingesetzt ist, wird die
Flächenpressung, die auch am Außenumfangsrand des Umfangsrandabschnitts 9 der
Unterplatte 3 erzeugt wird, gering und es wird vorhergesagt, daß die
Flächenpressung um die Zylinderbohrung variieren wird, um die
Kreisförmigkeit der Zylinderbohrung zu beeinträchtigen.
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Dann wird ein Abschnitt zwischen Zylinderbohrungsöffnungen 4
der metallischen Dichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11
erläutert, das heißt ein Querschnitt längs der Linie Z-Z in Fig. 1c.
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Zwischen den Zylinderbohrungsöffnungen 4 und 5 wird eine
lineare Sicke 11 in der Unterplatte 3, wie oben beschrieben,
ausgebildet, die in einer linearen Bohrungsöffnungssicke 8 enthalten sein
kann, die an einer unteren Grundplatte 2 ausgebildet ist. Es ist in Fig.
11 definiert, daß der konkave Betrag (Tiefe) in der hohlen Innenseite
der linearen Bohrungsöffnungssicke 8 in der unteren Grundplatte 2 gleich
h&sub0; und der Ausstülpungsbetrag auf der vorstehenden Außenseite der Sicke
11 in der Unterplatte 3 gleich h&sub1; ist. In dem kontinuierlichen Abschnitt
10 der Unterplatte 3 sind dann beide seitlichen Enden nahe der
benachbarten Zylinderbohrungsöffnungen 5 über eine Befestigungslinie 12 an
einem flachen Bereich 6 der benachbarten Zylinderbohrungsöffnung 4 in
der unteren Grundplatte 2 befestigt. In einem Fall, in dem der konkave
Betrag h&sub0; für die hohle Innenseite der linearen Bohrungsöffnungssicke 7
in der Grundplatte 2 gleich dem Auswölbungsbetrag h&sub1; an der ausgewölbten
Außenseite der Sicke 11 in der Unterplatte 3 ist, das heißt die
ausgewölbte Außenseite der Sicke 11 in der Unterplatte 3 in Kontakt mit der
Innenseite des konkaven Abschnitts 25 der linearen Bohrungsöffnungssicke
8 in der Grundplatte 2 ist, wie in Fig. 10 dargestellt, wird
dementsprechend die Summe der Reaktionskraft in Übereinstimmung mit der
Beulfestigkeit der linaren Bohrungsöffnungssicke 8 in der unteren
Grundplatte 2 und die Reaktionskraft in Übereinstimmung mit der
Beulfestigkeit der Sicke 11 in der Unterplatte 3 als Reaktionskraft der unteren
Grundplatte 2 der metallischen Dichtung zwischen den
Zylinderbohrungsöffnungen 4 gegenüber der Einspannkraft, die von den Außenseiten 1a und
2a der Grundplatten 1 und 2 ausgeübt wird, ausgeübt.
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In diesem Fall werden die Reaktionskraft in Übereinstimmung
mit der Beulfestigkeit der Bohrungsöffnungssicke 8 in der Grundplatte 2
und die Reaktionskraft in Übereinstimmung mit der Beulfestigkeit der
Sicke 11 in der Unterplatte 2 unabhängig definiert, da die Wirkungen wie
etwa Fabrikationshärtung aufgrund der Differenz zwischen dem Material,
das die Grundplatte 2 bildet, und dem Material, das die Unterplatte 3
bildet, und dem Unterschied im Betrag der Prägung unabhängig definiert.
Da eine feine Differenz für den Betrag der Verlängerung vorhanden sein
muß, die mit der Verbeulungsdeformation zwischen diesem einhergeht, wird
die Gesamtreaktionskraft nicht genau gerade entsprechend der Theorie
auftreten, da auch andere Faktoren eine Rolle spielen können.
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In einem Fall, in dem der Ausstülpungsbetrag h&sub1; für die
ausgespülpte Außenseite der Sicke 11 in der Unterplatte 3 kleiner als der
konkave Betrag h&sub0; an der hohlen Innenseite der linearen
Bohrungsöffnungssicke 8 in der unteren Grundplatte 2 ist, das heißt, wenn ein Spalt
zwischen der inneren Konkavität 25 der linearen Bohrungsöffnungssicke 8
in der Grundplatte 2 und der vorstehenden Außenseite der Sicke 11 in der
Unterplatte 3 ist, wie in Fig. 11 gezeigt, ist die Länge der
Befestigungslinie 12 in dem flachen Bereich der benachbarten
Zylinderbohrungsöffnung 4 in der Grundplatte 2 länger als in der Unterplatte 3. Wenn
eine Einspannkraft vom Zylinderblock oder Zylinderkopf in Kontakt mit
dem Scheitel auf der anderen Seite der linearen Bohrungsöffnungssicke 8
in einer solchen Grundplatte 2 ausgeübt wird, unterliegt ein mittlerer
Abschnitt der Bohrungsöffnungssicke 8 in der Grundplatte 2 einem
Verbeulen in eine konkave Form, in der der konkave Mittelteil der
Bohrungsöffnungssicke 8 in der Grundplatte 2 den Scheitel der Sicke 11 in die
Unterplatte 3 drückt, so daß ein Mittelabschnitt der Sicke 11 in der
Unterplatte 3 einer Verbeulung unterliegt, um die Sicke 11 in der
Unterplatte 3 ebenfalls in eine konkave Form zu deformieren.
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Durch aufeinanderfolgendes Wiederholen einer solchen
Deformation unterliegen die Sicken der Grundplatte und der Unterplatte 3 einem
Verbeulen, so daß die Anzahl von Kämmen von 1 auf 2, 4 und so weiter
erhöht wird. Dann ist die Sicke 11 in der Unterplatte 3 vollständig
verbeult. Da die Länge der Befestigungslinie 12 im flachen Bereich 6 der
benachbarten Zylinderbohrungsöffnung 4 länger in der Grundplatte 2 als
in der Unterplatte 3 ist, wird die Bohrungssicke 8 in der Grundplatte 2
noch nicht vollständig verbeult. Die lineare Bohrungsöffnungssicke 8 der
bodenseitigen Grundplatte 2 unterliegt einer stärkeren Verbeulung unter
der Einspannkraft, das Material der Unterplatte 3 deformiert, um zu
reagieren, und wird gezwungen, unter reiner Spannung einzureißen, wie
sie durch Zugbeanspruchung bewirkt wird. Da jedoch die Dehnungszugkraft
der Unterplatte 3 größer als die Beulfestigkeit der
Bohrungsöffnungssicke 8 in der Grundplatte 2 ist, hat die Einspannkraft, die die
Bohrungsöffnungssicke 8 der Bohrungsplatte 2 beeinträchtigt, einen Einfluß
auf die große Reaktionskraft, die die Verformung der Sicke 8
unterdrückt. Dies vergrößert die Flächenpressung, die zwischen den
Zylinderbohrungen der Maschinenteile wie dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf
aufgrund der Bohrungsöffnungssicke 8 in der Grundplatte 2 erzeugt wird.
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Anders ausgedrückt, kann die Reaktionskraft der metallischen
Dichtung zwischen den Zylinderbohrungsöffnungen 4 durch Steuern der
Länge der Unterplatte 3 gesteuert werden, die das Verbeulen der linearen
Bohrungsöffnungssicke 8 der Grundplatten 1 und 2 steuert, nämlich den
Spalt zwischen dem konkaven Betrag h&sub0; auf der hohlen Innenseite der
linearen Bohrungsöffnungssicke 8 in der Grundplatte 2 und der
Ausstülpungshöhe h&sub1; auf der ausgestülpten Außenseite der Sicke 11 in der
Unterplatte 1.
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Die Breite der Unterplatte und die Breite der
Bohrungsöffnungssicke können durch tatsächliches Messen des Spaltes um die
zusammengefügte Zylinderbohrung und der Steuerung derselben hiermit gesteuert
werden. Sie können auch durch einen vorher bestimmten Zustand der
Belastungsverteilung in den Maschinenteilen durch die sogenannte finite
Elementmethode (FEM) und entsprechend einer Gleichung basierend auf der
Beanspruchungsverteilung bestimmt werden, um eine gleichförmige
Flächenpressung entsprechend der Einspannkraft zu erhalten.
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Wie oben beschrieben wurde, kann die metallische Dichtung der
vorliegenden Erfindung die Oberflächenpressung wenigstens um die
Zylinderbohrung herum vergleichmäßigen, hierdurch die Abdichtung verbessern
als auch die Kreisförmigkeit der Zylinderbohrungen sicherstellen,
wodurch zur Verbesserung der Maschinenleistung beigetragen wird.