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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte
Kopfdichtung, welche hauptsächlich zwischen einem Zylinderblock
und einem Zylinderkopf in einem Automobilmotor eingesetzt wird.
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Vordem war als diese Art von Kopfdichtung eine Dichtung
bekannt, bei der Asbestdichtungslagen oder
Expansionsgraphitlagen auf beiden Seiten einer kaltgestanzten
Weichstahlplatte, einer Stahlplatte oder einer formgestanzten
Aluminiumbasisplatte zu einem Laminat aufeinander geschichtet
wurden.
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Weil eine durch Kaltstanzen einer Weichstahlplatte hergestellte
Metalldichtung einen hohen Elastizitätsmodul aufweist und
schwer deformierbar ist, ist deren dichter Verbund mit der
Oberfläche eines Gegenelements an einem Abschnitt mit niedrigem
Druck an der Oberfläche (ein von den Befestigungsbolzen
entfernter Abschnitt) zwischen dem Zylinderblock und dem
Zylinderkopf schlecht. Deswegen hat sie den Nachteil, daß sie
Deformationen aufgrund thermischer Verwindung oder thermischer
Schwankung nicht folgen kann, was Anlaß für Fluid (Gas, Öl,
Kühlwasser) -Lecks gibt.
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Obwohl die Asbestdichtungslage selbst in einem Abschnitt mit
niedrigem Druck an der Oberfläche einen guten dichten Verbund
zum Gegenelement aufweist, kann bei einem geringen
Kontaktoberflächendruck keine zufriedenstellende Luftdichtheit erzielt
werden, weil sie eine Anzahl sehr kleiner Bläschen im Material
enthält. Zudem ist die Verwendung der Asbestdichtungslage
aufgrund der Umweltverschmutzung durch Asbest eingeschränkt.
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Eine Dichtung unter Verwendung einer Graphitlage ist teuer.
Deshalb werden die Herstellungskosten für die Dichtung
beträchtlich erhöht, wenn die gesamte Kontaktfläche bei einer
großflächigen Dichtung wie einer Zylinderdichtung aus Graphit
hergestellt wird. Ferner ist deren Funktionsfähigkeit schlecht,
weil Graphit leicht verkratzt wird.
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Die US-A-5122214 betrifft einen mehrlagigen Kopfdichtungsaufbau
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Wir haben nun eine Kopfdichtung entwickelt, welche selbst an
einem Kontaktabschnitt mit geringem Druck an der Oberfläche
gute Dichteigenschaften aufweist, in einem Abschnitt mit
geringem Druck an der Oberfläche im Bereich des Materials nicht
leckt, Dichteigenschaften aufweist, die entsprechend der zu
dichtenden Stelle willkürlich ausgelegt werden können, und
welche mit geringen Kosten hergestellt werden kann.
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Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine
Kopfdichtung bereit, bei der ein Innenmaterial für die Dichtung
eine Metallplatte ist oder eine Metallplatte ist, auf deren
einer Seite oder deren beiden Seiten sich eine Gummischicht
oder Gummischichten befinden oder aufgeschichtet sind, und
wobei an beiden Seiten dieses Innenmaterials äußerliche
Materialien für die Dichtung aufgeschichtet sind, wobei sich in
jeder von diesen eine Schaumgummischicht oder
Schaumgummischichten mit einzelnen Bläschen befinden oder auf einer Seite
oder beiden Seiten einer Metallplatte angeordnet sind, und
wobei das Innenmaterial und die äußerlichen Materialien derart
aufeinander geschichtet sind, daß die Metallplatten nie in
direkten Kontakt miteinander gebracht werden und die äußersten
Schichten Schaumgummischichten in den äußerlichen Materialien
sind.
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Durch Verwendung einer wie oben beschrieben aufgebauten
Kopfdichtung kann mit einer kleinen Befestigungskraft ein großer
Kompressionsbetrag erzielt werden, weil es Schaumgummischichten
mit einzelnen Bläschen an der Oberfläche gibt, welche in
Kontakt mit Gegenelementen gebracht werden.
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Ferner können die Dichtungseigenschaften um die Zylinderbohrung
verbessert werden, beispielsweise durch Bildung eines Wulstes
mittels Formstanzen des Innenmaterials.
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Weiterhin wird eine Verschiebung zwischen verschiedenen
Schichten in der Dichtung durch Querbewegung geschaffen, welche
durch Verwerfungen aufgrund von Wärme und Vibration im Bereich
des Zylinderkopfs erzeugt wird, in dem die Dichtung eingesetzt
ist, so daß sich Schäden an der Dichtung verringern.
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Die vorliegende Erfindung wird ferner mit Bezug auf die
beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Fig. 1A und 1B eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigen, wobei Fig. 1A eine Querschnittsansicht
eines laminierten Aufbaus einer Dichtung ist,
und wobei Fig. 1B eine Querschnittsansicht
einer davon abgetrennten Struktur ist;
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Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht der
Dichtung ist;
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Fig. 3 eine Draufsicht einer fertiggestellten Kopfdichtung
ist;
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Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines laminierten Teils
einer Dichtung entsprechend einer weiteren
Ausführungsform ist;
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Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines laminierten Teils
einer Dichtung entsprechend noch einer weiteren
Ausführungsform ist;
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Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines laminierten Teils
einer Dichtung entsprechend noch einer weiteren
Ausführungsform ist;
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Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines laminierten Teils
einer Dichtung entsprechend noch einer weiteren
Ausführungsform ist;
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Fig. 8 eine Querschnittsansicht eines laminierten Teils
einer Dichtung entsprechend noch einer weiteren
Ausführungsform ist;
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Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines Zylinderbohrungsteils
einer Dichtung entsprechend noch einer weiteren
Ausführungsform ist;
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Fig. 10 eine Querschnittsansicht eines Zylinderbohrungsteils
einer Dichtung entsprechend noch einer weiteren
Ausführungsform ist; und
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Fig. 11 eine Querschnittsansicht eines Zylinderbohrungsteils
einer Dichtung entsprechend noch einer weiteren
Ausführungsform ist.
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In den Fig. 1A, 1B und 2 kennzeichnet a&sub1; ein Innenmaterial und
b&sub1; ein äußerliches Material. Zwei äußerliche Materialien sind
an beiden Seiten des Innenmaterials a&sub1; aufgeschichtet. Ein
Kopfdichtungsmaterial ist mittels Aufeinanderschichtung des
Innenmaterials a&sub1; und der äußerlichen Materialien b&sub1; wie oben
beschrieben in einer Sandwich-Form aufgebaut.
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Das Innenmaterial a&sub1; ist aus einer Metallplatte 1 und an beiden
Seiten davon angeordneten Gummischichten 2 zusammengesetzt.
Obwohl die Gummischichten bei dem in der Figur gezeigten
Beispiel auf beiden Seiten angeordnet sind, kann eine
Gummischicht auch an einer Seite angeordnet sein.
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Die Metallplatte 1, welche das Innenmaterial a&sub1; bildet, kann
aus einer Platte aus rostfreiem Stahl (SUS), einer
kaltgewalzten Stahlplatte (SPCC) oder einer Aluminiumplatte etc.
hergestellt sein, aber dies ist nicht darauf beschränkt. Die
Dicke der Metallplatte 1 beträgt vorzugsweise etwa 0,10 bis
3,0 mm. Nitrilgummi, Acrylgummi, Fluorgummi usw. können als
Gummimaterial zur Bildung der Gummischicht 2 erwähnt werden,
aber es können auch andere Gummimaterialien zur Verwendung
willkürlich gewählt werden. Die Dicke der Gummischicht 2
beträgt vorzugsweise etwa 200 bis 1000 µm.
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Die das äußerliche Material b&sub1; bildende Metallplatte 3 kann die
gleiche wie die zuvor beschriebene Metallplatte a&sub1; für das
Innenmaterial werden.
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Das Gummimaterial für die Schaumgummischichten 4 mit einer
Anzahl von einzelnen Bläschen wird gebildet durch Zusatz eines
Schaummittels zu einem Gummimaterial, welches ähnlich zu den
vorher beschriebenen ist, um es zu schäumen. Die Dicke der
Metallplatte 3 und der Schaumgummischicht 4 sind vorzugsweise
in der gleichen Größenordnung wie diejenigen, welche für das
Innenmaterial verwendet sind.
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Die Dichtung, gebildet durch die Aufeinanderschichtung:
äußerliches Material b&sub1; - Innenmaterial a&sub1; - äußerliches
Material b&sub1; in einer Sandwich-Form wie vorher beschrieben, wird
mittels Kaltstanzen zu einer vorbestimmten Form für eine
Zylinderdichtung bearbeitet, wie in Fig. 3 gezeigt. Die
Dichtung wird durch Anbringen eines U-förmigen Rings 5 aus
einem Metallmaterial wie rostfreiem Stahl am Umfangsbereich
jeder Zylinderbohrung fertiggestellt.
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Die Fig. 4 bis 8 zeigen mehrere andere Beispiele des Aufbaus
aus einem Innenmaterial a&sub1; und zwei äußerlichen Materialien b&sub1;
und Beispiele des Aufbaus mit einem Wulst.
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Fig. 4 zeigt ein Beispiel des Aufbaus, bei welchem die
äußerlichen Materialien b&sub1;, b&sub1; auf einem Innenmaterial a&sub2;
geschichtet sind, welches eine Metallplatte 1 und eine auf
einer Seite davon angeordnete Gummischicht 2 umfaßt.
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Aufbaus, bei welchem ein Wulst 6
in dem in Fig. 4 gezeigten Innenmaterial a&sub2; gebildet ist.
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Fig. 6 zeigt ein Beispiel des Aufbaus, bei welchem ein Wulst 7
in dem Innenmaterial a&sub1; und den äußerlichen Materialien b&sub2;
gebildet ist, in denen jeweils eine Schaumgummischicht 4 auf
einer Seite einer Metallplatte 3 angeordnet ist.
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Fig. 7 zeigt ein Beispiel des Aufbaus, in welchem die
äußerlichen Materialien b&sub2;, b&sub2;, in welchen jeweils ein Wulst 8
gebildet ist, auf dem Innenmaterial a&sub1; geschichtet sind,
welches keinen Wulst aufweist.
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Fig. 8 zeigt ein Beispiel des Aufbaus, bei welchem die
äußerlichen Materialien b&sub1; auf beiden Seiten des Innenmaterials
a&sub3; geschichtet sind, welches lediglich von einer Metallplatte
1 gebildet ist.
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Die Fig. 9 bis 11 zeigen zwei Beispiele des Aufbaus, bei
welchem jeweils ein Wulst im Zylinderbohrungsteil in einer
Kopfdichtung gebildet ist und ein Beispiel des Aufbaus, bei
welchem ein Ring in der Nähe des Wulstes angebracht ist.
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Fig. 9 zeigt ein Beispiel des Aufbaus, bei welchem die
äußerlichen Materialien b&sub1;, b&sub1; im Bohrungsbereich entfernt
wurden und ein Wulst 9 im Innenmaterial a&sub2; gebildet ist.
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Fig. 10 zeigt ein Beispiel des Aufbaus, bei welchem die
äußerlichen Materialien b&sub2;, b&sub2; im Bohrungsbereich entfernt
wurden und ein Wulst 10 im Innenmaterial a&sub1; gebildet ist.
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Fig. 11 zeigt ein Beispiel des Aufbaus, bei welchem ein Ring 11
an das in Fig. 9 gezeigte Innenmaterial a&sub1; angebracht ist.
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Weil - wie oben erklärt - die Dichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung derart aufgebaut ist, daß zwei äußerliche
Materialien, bei denen jeweils Schaumgummischichten an einer
Metallplatte vorgesehen sind, an beiden Seiten eines
Innenmaterials aufgeschichtet sind, wobei eine oder zwei Gummilagen
an einer Metallplatte angeordnet sind, können folgende
Wirkungen erzielt werden:
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(1) Gemäß des Dichtungsaufbaus, bei welchem zwei äußerliche
Materialien an einem Innenmaterial im Zentrum in einer
Sandwich-Form aufeinander geschichtet sind, ist es
möglich, Dichtungswirkung um jede Zylinderbohrung herum
durch Vorsehen eines Wulstes am Innenmaterial
aufrechtzuerhalten, den Kompressionsbetrag durch Verwendung von
Schaumgummischichten in den äußerlichen Materialien zu
erhöhen und somit Dichtungseigenschaften bei niedrigem
Oberflächendruck beträchtlich zu steigern.
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(2) Es ist möglich, die Dichtungseigenschaften für eine
Wasseröffnung und eine Ölöffnung bei kleiner Anpreßkraft
durch Aufschichten der äußerlichen Materialien auf das
Innenmaterial sicherzustellen.
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(3) Bei einer Dichtung, bei welcher die äußerlichen
Materialien an dem Innenmaterial aufgeschichtet sind, wird
eine Verschiebung zwischen unterschiedlichen Schichten
durch Querbewegung geschaffen, welche durch Verwerfungen
aufgrund von Wärme und Vibration im Bereich des
Zylinderkopfs erzeugt werden, was Schäden an der Dichtung
reduzieren kann.
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(4) In Anbetracht einer herkömmlichen Dichtung aus einer Lage,
ist bei einer Dichtung mit einer laminierten Struktur das
Dichten mittels eines Wulstes im Innenmaterial oder das
Dichten durch Verwendung von Schaumgummischichten in den
äußerlichen Materialien möglich, und zwar entsprechend den
bei einer Kopfdichtung zu dichtenden Stellen, was die
Freiheit für die Auslegung vergrößert.
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(5) Obwohl das Innenmaterial und die äußerlichen Materialien
zu einem laminierten Aufbau aufeinander geschichtet
werden, besteht keine Gefahr, daß ein Leck an einer
Kontaktgrenzfläche zwischen unterschiedlichen Schichten
entsteht, weil an keiner Stelle Metallplatten direkt
aufeinander geschichtet werden.
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(6) Weil das Innenmaterial und die äußerlichen Materialien
einzeln mittels eines Durchlaufprozesses hergestellt
werden können, ist es möglich, eine beträchtliche
Kostenreduzierung zu schaffen.