Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen mit einer metallischen Trägerplatte, in welcher Durchgangsbereiche für gasförmige und flüssige Medien sowie Schraubendurchgangslöcher eingebracht sind.
Der US-B 6,530,575 ist eine statische Dichtung zu entnehmen, beinhaltend einen aus einem weichen Stahl bestehenden Metallkern, der im Bereich beider Dichtflächen vollständig mit einer Elastomerschicht versehen ist. Zur besseren Nerklammerung des Elastomermateriales weist der Metallkern Durchbrüche und bedarfsweise auch Abbiegungen auf. Das Elastomermaterial wird kalt auf der zugehörigen Oberfläche aufgebracht und in einer erhitzten Form ausgehärtet, ehe es vulkanisiert wird. Im Elastomermaterial sind Profile eingebracht, die einen dreieckigen Querschnitt aufweisen.
In der DE-A 199 32 363 wird ein Dichtungssystem zur Abdichtung von Dichtspalten bei Brennlαaftmaschinen beschrieben, beinhaltend eine Flachdichtung, die in Teilbereichen ihrer Oberfläche einen mikroverkapselten Dichtstoff aufweist. Im Dichtspalt ist ein Aktivator angeordnet, der den Dichtstoff im Dichtspalt mittels einer chemischen Reaktion in einen Schaumkörper umwandelt. Die Flachdichtung ist hierbei so ausgebildet, dass sie über den Dichtspalt hinausragt und auf einem dort vorgesehenen Bauteil ausläuft.
Die DE-C 195 07231 offenbart eine Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen mit seitlich angeschraubtem Ketten- oder Räderkasten. Die Zylinderkopfdichtung weist am stirnseitigen Endbereich eine elastomere Dichtung auf. Ketten- oder radkastenseitig ist ein separates Dichtelement vorgesehen.
Allgemein bekannt ist Zylinderkopfdichtungen in ein oder mehrlagiger Ausführung vorzusehen, wobei die einzelnen Lagen aus Stahl, insbesondere Federstahl, gebildet sind. Die brennraumseitigen Funktionsbereiche sind üblicherweise in der bzw. den einzelnen Lagen vorgesehen und bestehen in der Regel aus dem gleichen Material. Die neuere Technik bei Brennkraftmaschinen sieht vielfach den Einsatz unterschiedlicher Werkstoffe für den Zylinderkopf und den Motorblock, respektive daran angebauten Teilen, vor, so dass es bei dem Einsatz von Stahl-Zylinderkopfdichtungen vielfach zu Kriechströmen kommt, die eine die Dichtfunktion der Zylinderkopfdichtung beeinträchtigende Korrosionswirkung mit sich bringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine gattungsgemäße Zylinderkopfdichtung dahingehend weiterzubilden, dass sie einerseits universell einsetzbar ist und andererseits dem Problem der Kriechströme bei unterschiedlichen Materialien der Brennkraftmaschine entgegenwirkt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Trägerplatte aus einer Leichtmetall- Legierung besteht, und dass die Trägerplatte außerhalb der Durchgangsbereiche für die gasförmigen Medien zumindest im Bereich einer ihrer Dichtflächen Prägebereiche aufweist, die mit einem Elastomermaterial zumindest partiell ausgefüllt sind.
Norteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Leichtmetall-Legierungen sind im Gegensatz zu Stählen, insbesondere Federstählen, leichter bearbeitbar (prägbar), so dass das Elastomermaterial ausschließlich in den geprägten Bereich eingebracht sowie bedarfsweise ausgehärtet und vulkanisiert werden kann. Die angeformten Profile stehen hierbei über einen vorgebbaren Betrag über die jeweilige Stirnfläche der Trägerplatte vor und können bei Druckbeanspruchung durch den Motorblock bzw. den Zylinderkopf elastisch ausweichen, ohne dass der Dichtbereich beschädigt wird.
Durch den Einsatz einer Leichtmetall-Legierung, vorteilhafterweise einer hochfesten Aluminiumlegierung mit einer Zugfestigkeit > 200 MPa, wird dem Problem der Kriechströme begegnet, so dass keine unerwünschte Korrosion an der Trägerplatte, insbesondere den Dichtbereichen, mehr entstehen kann. Zum Aufbringen des Elastomermateriales kommt das sogenannte Liquid-Elostomer-Moulding (LEM) - Verfahren zum Einsatz, welches bereits in der genannten US-B 6,530,575 beschrieben wurde.
Eine derartige Zylinderkopfdichtung, beinhaltend eine aus einer Leichtmetall-Legierung bestehende Trägerplatte in Verbindung mit dem das Elastomermaterial aufnehmenden Prägebereich (en), ist universell einsetzbar.
Für spezielle Anwendungsfalle, wie beispielsweise bei Brennkraftmaschinen, bei denen die Antriebskette ölgeschmiert in einem separaten Kettenkasten geführt wird, können darüber hinaus noch folgende vorteilhafte Modifikationen an der Zylinderkopfdichtung vorgenommen werden:
Die Trägerplatte kann zur Abdichtung von T-formig ausgebildeten Dichtspalten bei Brennkraftmaschinen im Bereich der dem Dichtspalt zugewandten Begrenzungskante enden und dort mit Elastomermaterial versehen werden, das im Bereich mindestens einer, vorteilhafter Weise jedoch im Bereich beider Dichtflächen der Trägerplatte in zugehörigen Prägebereichen in der Trägerplatte ausläuft.
Alternativ kann die Trägerplatte zur Abdichtung von T-formig ausgebildeten Dichtspalten bei Brennkraftmaschinen über den Dichtspalt hinausragen, wobei die Trägerplatte im Bereich des Dichtspaltes mindestens eine korrespondierende Ausnehmung aufweist, die mit Elastomermaterial zumindest partiell gefüllt ist, das im Bereich mindestens einer, vorteilhafter Weise jedoch im Bereich beider Dichtflächen der Trägerplatte in zugehörigen Prägebereichen in der Trägerplatte ausläuft.
Durch diese im Bereich der Trägerplatte vorgesehenen Maßnahmen kann das Dichtproblem im Anbindungsbereich des Kettenkastengehäuses an den Motorblock und Zylinderkopf in einfacher Weise gelöst werden, wobei auch hier aufgrund der aus einer Leichtmetall-Legierung bestehenden Trägerplatte keine die Dichtwirkung beeinträchtigenden Kriechströme entstehen können.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung besteht die Möglichkeit den jeweiligen brennraumseitigen Funktionsbereich der Zylmderkopfdichtung aus einem von dem Material der Trägerplatte abweichenden Material, beispielsweise in herkömmlicher Weise aus Stahl, insbesondere Federstahl, in ein- oder mehrlagiger Ausführung herzustellen. Der bzw. die Funktionsbereiche können entweder lose innerhalb der Trägerplatte geführt oder aber mit selbiger fest verbunden werden. Der jeweilige Funktionsbereich kann in üblicher Weise Sicken (Halbsicken oder Nollsicken), bedarfsweise in Nerbindung mit Stopperelementen, beinhalten.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 Prinzipskizze einer Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine
Figur 2 Schnitt entlang der Linie A-A der Figur 1
Figur 3 Schnitt gemäß Linie B-B der Figur 1
Figur 4 Prinzipskizze einer möglichen Bauform einer Brennkraftmaschine
Figur 5 Prinzipskizze einer Trägerplatte, in Nerbindung mit einem Dichtbereich zur Abdichtung des T-Spaltes gemäß Figur 4
Figur 6 Alternative Bauform einer Brennkrafm aschine samt Zylinderkopfdichtung
Figur 7 Prinzipskizze einer Trägerplatte mit zusätzlicher Dichtstelle zur Abdichtung des T-Spaltes gemäß Figur 6
Figur 1 zeigt als Prinzipskizze eine Zylinderkopfdichtung 1 für eine nicht weiter dargestellte Brennkraftmaschine. Die Zylinderkopfdichtung 1 beinhaltet eine Trägerplatte 2, in diesem Beispiel aus einer hochfesten Aluminiumlegierung mit einer Zugfestigkeit von 250 MPa, die Durchgangsbereiche 3 für gasförmige Medien, Durchgangsbereiche 4 für flüssige Medien sowie eine geeignete Anzahl an Schraubendurchgangslöchern 5 aufweist. Der brennraumseitige Funktionsbereich 6 besteht aus einem vom Material der Trägerplatte 2 abweichenden Werkstoff, in diesem Beispiel aus Federstahl und soll in diesem Beispiel mit der Trägerplatte 2 fest verbunden sein. Außerhalb der Durchgangsbereiche 3 für die gasförmigen Medien ist die Trägerplatte 2 mit Prägebereichen versehen (in dieser Figur nicht erkennbar), die zumindest partiell mit einem Elastomermaterial 7,8,9 ausgefüllt sind. Die Prägebereiche, in Nerbindung mit dem Elastomermaterial 7,8 gehen zumindest partiell ineinander über.
Figur 2 zeigt einen Schnitt gemäß Linie A-A der Figur 1. Erkennbar ist die aus der Aluminiumlegierung bestehende Trägerplatte 2, der Funktionsbereich 6, Prägebereiche 10,11 im Bereich beider Dichtflächen 12,13 der Trägerplatte 2 sowie das Elastomermaterial 7. Die Prägebereiche 10,11 haben eine vorgegebene Breite. Das Elastomermaterial 7 ist in die Prägebereiche 10,11 nach dem LEM-Nerfahren eingebracht worden, wobei im Verlauf der Vulkanisation Profile 14,15 im Bereich des Elastomermateriales 7 angeformt wurden, die geringfügig über die zugehörige Dichtfläche 12,13 der Trägerplatte 2 hinausragen und beim Verpressen von Motorblock und Zylinderkopf elastisch in das Elastomermaterial 7 ausweichen können. Eine Beschädigung des Elasomermateriales 7 ist somit nicht gegeben. Der Funktionsbereich 6 ist in diesem Beispiel mehrlagig ausgebildet, wobei die einzelnen Lagen mit Sicken 6' versehen sind. Zusätzlich ist ein Stopperelement 6" vorgesehen. Der Funktionsbereich 6 ist in diesem Beispiel fest mit der Trägerplatte 2 verbunden.
Figur 3 zeigt einen Schnitt gemäß Linie B-B der Figur 1. Erkennbar ist die aus der Aluminiumlegierung bestehende Trägerplatte 2 sowie das darin eingebrachte Elastomermaterial 8, welches ebenfalls Profile 14',15' aufweist, die um einen vorgebbaren Betrag über die Dichtfläche 12,13 der Trägerplatte 2 vorstehen. Beim Verpressen kann das Elastomermaterial 8 elastisch in den zugehörigen Durchgangsbereich 4 ausweichen, so dass auch hier keine Beschädigung des Elastomermateriales 8 gegeben ist. Zur besseren Verklammerung des Elastomermateriales 8 an der Trägerplatte 2 ist selbige durchgangsbereichsseitig mit Prägebereichen 16,17 im Bereich beider Dichtflächen 12,13 versehen, in welche das Elastomermaterial 8 ausläuft.
Figur 4 zeigt eine mögliche Bauform einer Brennkraftmaschine, beinhaltend einen Zylinderkopf 18, einen Motorblock 19 sowie einen Kettenkasten 20. Im Spalt 21 zwischen Zylinderkopf 18 und Motorblock 19 wird eine hier nicht dargestellte Zylinderkopfdichtung (beispielsweise eine gemäß Figur 1) positioniert, die auch den Spalt 22 zwischen Zylinderkopf 18, Motorblock 19 und Kettenkasten 21 zumindest partiell übergreift. Die Spalten 21,22 definieren die sogenannte T-Schnittstelle.
Figur 5 zeigt wiederum die aus der Aluminiumlegierung bestehende Trägerplatte 2, die zum Einsatz für die Bauform gemäß Figur 4 dient. Im Bereich der dem Spalt 22 zugewandten Begrenzungskante 23 der Trägerplatte 2 ist ein weiterer elastischer Dichtbereich 24 angeformt. Auch hier sind Prägebereiche 25,26 im Bereich beider Dichtflächen 12,13 vorgesehen, in welche das Elastomermaterial 27 des Dichtbereiches 24 ausläuft. Der Dichtbereich 24 ist auch hier mit Profilen 14', 15' versehen.
Figur 6 zeigt einen Ausschnitt eines Dichtsystems in einer perspektivischen Ansicht, das zur Abdichtung des Dichtspaltes bei einer alternativ ausgebildeten Brennkraftmaschine einsetzbar sein soll. Das Dichtungssystem besteht aus einer Zylinderkopfdichtung 1', die eine aus einer hochfesten Aluminiumlegierung bestehende Trägerplatte 2' beinhaltet. Seitlich an einem Motorblock 28 ist ein Bauteil 29 angeflanscht, welches als Ketten- oder Räderkasten fungiert. Die Abdichtung zwischen
Motorblock 28 und Bauteil 29 erfolgt über eine separate vertikal verlaufende Flachdichtung 30. Der abzudichtende Dichtspalt 31 ergibt sich toleranzbedingt durch die Bauteile 1 ',28,29,30. Die Zylinderkopfdichtung 1' ist von ihrer Form her so ausgelegt, dass sie den Dichtspalt 31 überragt und am Ende des Bauteiles 29 ausläuft.
Figur 7 zeigt nun die aus der Aluminiumlegierung bestehende Trägerplatte 2', die im Bereich des kritischen Dichtspaltes 31 mit einer entsprechenden Ausnehmung 32 versehen und mit einem Elastomermaterial 33 zumindest partiell ausgefüllt wird, das geringfügig über die Stirnflächen 12', 13' der Trägerplatte 2' vorsteht, bei Verpressung in den Dichtspalt 31 eindringt und somit die entsprechende Dichtung in diesem Beispiel sicherstellt. Auch hier sind Prägebereiche 34,35 vorgesehen, in die das Elastomermaterial 33 ausläuft.