DE976345C - Weichstoff-Flachdichtung - Google Patents

Description

AUSGEGEBENAM 18. JULI 1963

L 23641 XII/47f

Weichstoff-Flachdichtung

Die Erfindung bezieht sich auf mit Hilfe von Schrauben zwischen Dichtflächen zu spannende Weichstoff-Flachdichtungen, insbesondere Zylinderkopfdichtungen zum Einspannen zwischen den Zylinderblock und den Zylinderkopf mit Hilfe von Schrauben.

Bei der üblichen Bauweise der Verbrennungskraftmaschinen entstehen beim Anziehen der den Zylinderkopf festspannenden Schrauben ungleich auf die Dichtflächen an Block und Kopf verteilte Anpreßkräfte (Pressungen). Wenn eine im Sinne einer Weichstoffdichtung nachgiebige Dichtung verwendet wird, verformen sich die Dichtung und damit auch die Dichtflächen von Kopf und Block entsprechend dem nachgiebigen Verhalten dieser Bauteile. Dieses Verziehen der Dichtflächen löst häufig auch ein Verziehen der Zylinderlaufbahnen, Lagerstellen, Ventilsitzflächen usw. entsprechend dem elastischen Verhalten der jeweiligen Bauteilgruppe aus.

Eine zu große Verformung der Dichtflächen — und damit im Zusammenhang eine zu große Veränderung der Dicke der Dichtung bzw. des Abstandes der Dichtflächen — bewirkt oftmals einen Abbau der Pressung an anderen Stellen, insbesondere in einem gewissen einem Schraubenloch benachbarten Umfangsabschnitt des Brennraumrandes von Verbrennungskraftmaschinen. Wenn eine Weichstoff-Flachdichtung an manchen Stellen, besonders in der Nähe der Schrauben, wesentlich stärker zusammengepreßt wird, als es dem Mittelwert der Zusammendrückung entspricht, so kann

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sich die Biegelinie bzw. Biegefläche der Dichtfläche des Zylinderkopfes unter der Hebelwirkung der Spannschrauben so ausbilden, daß sie — vom Brennraum aus gesehen — zunehmend absinkt (zunehmende Abnahme der Dichtungsdicke), wobei sich ein — vom Brennraum aus gesehen — hinter dem Schraubenloch besonders starkes Absinken der Biegelinie ergibt. Dafür stellt man aber im Bereich vor dem Schraubenloch eine wesentlich geringere ίο Abnahme der Dichtungsdicke fest, die einem Abbau der Dichtpressung in diesem nahe dem Umfang des Brennraumes liegenden Bereiche entspricht. Als Ergebnis ist an solchen Stellen besonders geringer Dickenabnahme der eingebauten Dichtung keine ausreichende Dichtheit mehr gewährleistet. Zweifellos ist diese Gefahr zwar geringer, wenn ein steifer Zylinderkopf verwendet wird; bei der herrschenden Tendenz zum Leichtbau muß jedoch immer mehr mit einer besonders großen Nachgiebigkeit von Bauteilen dieser Art gerechnet werden.

Die Erfindung strebt also danach, die Weichstoff-Flachdichtung im Sinne einer möglichst gleichmäßigen Dickenverteilung zusammenzupressen.

Es ist bekannt, die Dichtung an geeigneten Stellen mit Durchbrechungen zu versehen, wodurch die umliegenden Zonen der Dichtung unter erhöhte Pressung gesetzt werden. Ferner ist bekanntgeworden, die Dichtungen bei ihrer Herstellung teilweise stärker zu pressen, um dadurch an diesen Stellen ihre Stärke von vornherein zu verringern. Auf diese Weise soll an den betreffenden Stellen eine geringere Verformung der Dichtflächen von Block und Kopf erreicht werden. Diese bekannten Maßnahmen lassen sich jedoch bei der gedrängten Bauweise der Motoren nicht in ausreichendem Maße durchführen.

Gemäß der Erfindung sind an Weichstoff-Flachdichtungen der eingangs erwähnten Art gesonderte Abstützelemente, die widerstandsfähiger gegen Verformung sind als der eigentliche Dichtungswerkstoff, in Ausnehmungen der Dichtung angeordnet, die von dem abzudichtenden Raum im Bereich der jeweils zugeordneten Schraube einen größeren Abstand haben als diese Schraube selbst. Bei dieser Anordnung eines härteren Abstützelementes in einer Ausnehmung des weichen Dichtungswerkstoffes ergibt sich innerhalb dieses Weichstoffes nach einer gewissen Zusammenpressung plötzlich eine im Vergleich zum Weichstoff mehr oder weniger starre Stütze, die beim weiteren Anziehen der Schraube — bezogen auf die Einführungsachse der Schraubenkraft — ein Gegenbiegemoment in dem Sinne ergibt, daß die bei bekannten Weichstoffdichtungen ständig nach außen hin abfallende Biegelinie jenseits des Schraubenloches — vom Brennraum aus gesehen — wieder angehoben wird. Die Folge davon ist, daß in dem zwischen Brennraum und Schraube liegenden Abschnitt der Biegelinie ein Absinken der Biegelinie bzw. der Dichtungsdicke eintritt.

Man erreicht also durch das Anordnen eines auch bezüglich des Materials dichtungsfremden härteren Abstützelementes in einem Bereich, der weit entfernt liegt vom Brennraum, z. B. eine Dickenabnahme im Bereich dieses Brennraumumfanges im Rahmen der Vergleichmäßigung der Dickenverteilung.

Durch die Erfindung kann mit außerordentlich einfachen, noch nachträglich anbringbaren Mitteln an einer Weichstoff-Flachdichtung erreicht werden, daß eine möglichst gleichmäßige Zusammenpressung der Dichtung im Sinne einer über ihren ganzen Bereich möglichst gleichbleibenden Dicke erzielt wird, was wiederum mit der Ausschaltung des Verziehens der miteinander verspannten Bauteile Hand in Hand geht.

Als Werkstoffe für die Abstützelemente kommen Hartstoffe in Frage, z. B. Metalle, wie Stahl, Aluminium, Kupfer, Eisen, Messing usw., oder Nichtmetalle, wie Kunststoffe, Faserstoffe, soweit sie eine härtere Verformungscharakteristik aufweisen als der eigentliche Dichtungswerkstoff. Die Bemessung der Dicke der z. B. als Distanzscheiben ausgebildeten Abstützelemente ist in erster Linie abhängig vom Verhalten der verwendeten Zylinderkopfdichtung und richtet sich nach deren Dicke im eingebauten Zustand. Beispielsweise ist bei einer nach dem Einbau im Durchschnitt 1,2 mm dicken Weichstoffdichtung bekannter Bauart die Stärke der Abstützelemente vorzugsweise mit 1,05 bis 1,15 ^mm> j^e nach der vorgesehenen Schraubenkraft, zu bemessen. Das Maß der Abstützelemente muß nicht für alle Stellen der Dichtung das gleiche sein und wird vorzugsweise durch entsprechende Messungen ermittelt.

Die Abstützelemente können als solche — wenn sie nur eine größere Härte als der eigentliche Dichtungsstoff haben — auch durch besondere Formgebung elastisch gestaltet werden, z. B. dadurch, daß man sie nach Art der bekannten Federringe ausbildet. Auch gewellte oder gesickte Blechringe können für diesen Zweck verwendet werden.

Die Erfindung läßt sich in besonders einfacher Weise verwirklichen, wenn die Abstützelemente erst bei der Montage in entsprechende Ausnehmungen der Dichtung eingebracht werden. Es ist aber auch denkbar und ebenfalls vorteilhaft, wenn die Abstützelemente im Zuge der Fertigung in die Dichtung eingebracht sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der no Erfindung schematisch dargestellt. Darin zeigt

Abb. ι einen Ausschnitt aus einer Zylinderkopfdichtung bekannter Art,

Abb. 2 einen Schnitt hierzu längs der Schnittlinie A-B in Abb. 1,

Abb. 3 unter vereinfachender Annahme die Verformung des Zylinderkopfes unter den in dieser Figur angedeuteten Kräften,

Abb. 4 wiederum einen Ausschnitt aus einer Zylinderkopfdichtung, jedoch in einer Ausbildung gemäß der Erfindung,

Abb. 5 einen Schnitt hierzu längs der Schnittlinie C-D in Abb. 4,

Abb. 6 in einer Darstellung entsprechend Abb. 3 die zugehörige Kräfteverteilung und Biegungslinie und

Abb. 7 drei Beispiele von federnd ausgebildeten sowie gemäß der Erfindung in den Dichtungsaussparungen unterzubringenden Abstützelementen. In Abb. ι bedeutet b ein Schraubenloch, während α und c Wasserdurchgänge sind. Die in Abb. ι angegebenen Zahlen bedeuten die Dicke der Dichtung im eingebauten Zustand an der jeweils durch ein Kreuz angedeuteten Stelle.

Wie man sieht, ist die Dichtung in der Nähe des

ίο Schraubenloches wesentlich dünner und geht an einer Stelle des Außenrandes bis auf 1,63 mm zusammen. Demgegenüber ist an anderen Stellen, z. B. bei d, eine Dicke von 1,77 mm vorhanden.
Die vereinfachende Annahme in Abb. 3 besteht darin, daß sich nur der Zylinderkopf verformt, während der Zylinderblock steif bleibt. Die Biegelinie des Zylinderkopfes im Bereich der Linie A-B der Abb. 1 sinkt dabei unter der Einwirkung der Schraubenkraft P_s, von dem Rand des Brennraumes ausgehend bis zum äußeren Dichtungsrand, ständig ab, was mit einer ständigen Abnahme der Dicke der eingebauten Dichtung und auch mit einer entsprechenden Verformung des Zylinderkopfes gleichbedeutend ist.

»5 Abb. 4 zeigt den gleichen Dichtungsausschnitt wie Abb. r, jedoch nach Einlegen eines als Distanzscheibe e ausgebildeten Abstützelementes in einer Ausnehmung, die in der Nähe des Schraubenloches b jedoch in einem Bereich vorgesehen ist, der — vom Brennraum aus gesehen — so weit jenseits des Schraubenloches b liegt, daß sich die Ausnehmung und das Schraubenloch nicht überschneiden. Auch im Falle der Abb. 4 sind die an der Dichtung gemessenen örtlichen Dicken durch Kreuze und Zahlen angegeben, wie sie sich im eingebauten Zustand ergeben haben. Aus einem Vergleich mit Abb. ι erkennt man, daß bei Anwendung der Erfindung die Ecke der Dichtung weniger stark zusammengedrückt, d. h. der Zylinderkopf weniger stark nach unten gebogen ist. Dafür ist aber im Bereich des der Schraube benachbarten Umfangsabschnittes des Brennraumes die Dichtung örtlich stärker zusammengepreßt als im Falle der Abb. i, wodurch sich an dieser Stelle eine Erhöhung und kein Abbau der Pressung ergibt, d. h. an Stellen, wo eine solche Erhöhung besonders wünschenswert ist.

Aus einem Vergleich der Biegelinien in Abb. 3 und 6 ergibt sich, daß in letzterem Falle die Biegelinie des Zylinderkopfes mit der Schraubenkraft P_s durch die Abstützkraft P₀ des Abstützelementes jenseits der Schraubenwirkungslinie angehoben ist, daß dort also ein Gegenbiegemoment ausgeübt wird.

Die angestrebte Vergleichmäßigung der örtlichen Dicken der Dichtung ergibt sich bei dem Vergleich von Abb. 3 und Abb. 6 schon dadurch, daß sich in Abb. 3 die Biegelinie über 0,07 mm des Abstandes der Dichtungsflächen erstreckt, während bei Anwendung der Erfindung in Abb. 6 die Biegelinie nur noch einen Bereich von rund 0,02 mm beansprucht.

Auch durch einen Vergleich der örtlich eingetragenen Dickenmessungen in Abb. 1 einerseits und Abb. 4 andererseits ergibt sich eine Vergleichmäßigung der Dicken. Während in Abb. 1 noch Werte zwischen 1,63 und 1,76 mm, also einem Bereich von 0,13 mm, gemessen werden, erstreckt sich in Abb. 4 dieser Bereich vom Tiefstwert 1,67 mm bis zum Höchstwert von 1,73 mm, also nur innerhalb eines Bereiches von 0,06 mm. Eine solche erfindungsgemäß angestrebte Vergleichmäßigung der durch die Pressung der eingebauten Dichtung erlangten Dichtungsdicke hat ihrerseits wiederum die außerordentlich wichtige Wirkung, daß einem Verziehen der miteinander verspannten Bauteile (Zylinderkopf und Zylinderblock) in erheblichem Maß unter Anwendung besonders einfacher Mittel entgegengewirkt wird.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Mit Hilfe von Schrauben zwischen Dichtflächen zu spannende Weichstoff-Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung zum Einspannen zwischen Zylinder und Zylinderkopf mit Hilfe von Schrauben, dadurch gekennzeich net, daß gesonderte Abstützelemente (e), die widerstandsfähiger gegen Verformung sind als der eigentliche Dichtungswerkstoff, in Ausnehmungen der Dichtung angeordnet sind, die vom abzudichtenden Raum im Bereich der jeweils zugeordneten Schraube größeren Abstand haben als diese Schraube selbst.

2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützelemente erst bei der Montage in entsprechende Ausnehmungen der Dichtung eingebracht sind.

3. Flachdichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützelemente federnd ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 814977, 893598, 922452;

deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1300 817;
französische Patentschrift Nr. 1 085 492.

110 In Betracht gezogene ältere Patente:

Deutsches Patent Nr. 970950.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 506/183 4.56 (309 641/1 a 7.63)