DE102004020446B3

DE102004020446B3 - Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102004020446B3
Application number: DE102004020446A
Authority: DE
Inventors: Ralf Flemming
Original assignee: Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Current assignee: Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: US20070216103A1; WO2005106294A1

Abstract

Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen, mit einer metallischen Trägerplatte, in welcher Durchgangsbereiche für gasförmige und flüssige Medien sowie Schraubendurchgangslöcher eingebracht sind, wobei die Trägerplatte aus einer Leitmetall-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.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen mit einer metallischen Trägerplatte, in welcher Durchgangsbereiche für gasförmige und flüssige Medien sowie Schraubendurchgangslöcher eingebracht sind wobei die Trägerplatte aus einer Leichtmetall-Legierung besteht.

Der US 65 30 575 B2 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 Verklammerung 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.

Eine ähnliche Metallplatte ist aus der US 5 267 740 A zu entnehmen, dort ist ein Prägebereich vorgesehen in dem sich das Elastomermaterial erstreckt.

Die DE 965 27 237 T2 offenbart eine Metall-Elastomer- Verbunddichtung. Auf einer Metallplatte ist eine dünne Elastomerschicht aufvulkanisiert. Damit die Elastomerkörper eine ausreichende Starrheit aufweisen, wirken sie mit starren Vorsprüngen der Metallplatte zusammen. Maßnahmen zum Korrosionsschutz sind dieser Schrift nicht zu entnehmen.

In der DE 199 32 363 A1 wird ein Dichtungssystem zur Abdichtung von Dichtspalten bei Brennkraftmaschinen 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 195 07 231 C1 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.

Die DE 195 40 533 A1 offenbart eine metallische Flachdichtung mit einer Zischenlage aus einer Aluminium Knet-Legierung. Die Zwischenlage liegt nicht auf dem Motorblock auf und kann somit eine Korrosionswirkung nicht verhindern.

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 durch die Merkmale des Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte 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 65 30 575 B2 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 Anwendungsfälle, 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-förmig 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-förmig 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 Zylinderkopfdichtung 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 Vollsicken), bedarfsweise in Verbindung mit Stopperelementen, beinhalten.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 Prinzipskizze einer Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine;
2 Schnitt entlang der Linie A-A der 1;
3 Schnitt gemäß Linie B-B der 1;
4 Prinzipskizze einer möglichen Bauform einer Brennkraftmaschine;
5 Prinzipskizze einer Trägerplatte, in Verbindung mit einem Dichtbereich zur Abdichtung des T-Spaltes gemäß 4;
6 Alternative Bauform einer Brennkraftmaschine samt Zylinderkopfdichtung; und
7 Prinzipskizze einer Trägerplatte mit zusätzlicher Dichtstelle zur Abdichtung des T-Spaltes gemäß 6.
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 Elastomermateria 7,8,9 ausgefüllt sind. Die Prägebereiche, in Verbindung mit dem Elastomermaterial 7,8 gehen zumindest partiell ineinander über.
2 zeigt einen Schnitt gemäß Linie A-A der 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-Verfahren 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..
3 zeigt einen Schnitt gemäß Linie B-B der 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.
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 1) positioniert, die auch den Spalt 22 zwischen Zylinderkopf 18, Motorblock 19 und Kettenkasten 20 zumindest partiell übergreift. Die Dichtspalten 21,22 definieren die sogenannte T-Schnittstelle.
5 zeigt wiederum die aus der Aluminiumlegierung bestehende Trägerplatte 2, die zum Einsatz für die Bauform gemäß 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.
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.
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 Dichtflächen 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.

Claims

Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmschinen, mit einer metallischen Trägerplatte (2), in welcher Durchgangsbereiche (3,4) für gasförmige und flüssige Medien sowie Schraubendurchgangslöcher (5) eingebracht sind wobei die Trägerplatte (2,2') aus einer Leichtmetall-Legierung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (2,2') außerhalb der Durchgangsbereiche für die gasförmigen Medien (3) zumindest im Bereich einer ihrer Dichtflächen (12,13,12',13'), Prägebereiche (10,11,16,17,25,26,34,35) aufweist, die mit einem Elastomermaterial (7,8,9,27,33) zumindest partiell ausgefüllt sind wobei die Prägebereiche (10,11,16,17,25,26,34,35) durch Siebdrucken mit dem Elastomermaterial (7,8,9,27,33) zumindest partiell ausgefüllt sind und wobei Profile (14,15,14',15') im Verlauf des Aushärtevorganges im Elastomermaterial (7,8,9,27,33) eingebracht werden.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (2,2') zumindest mit einem im Bereich mindestens einer Dichtfläche (12,13,12',13') vorgesehenen, insbesondere in den Randbereichen umlaufend ausgebildeten, Prägebereich versehen ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbereich (4) für die flüssigen Medien und/oder die Schraubendurchgangslöcher (5) zumindest teilweise mit umlaufenden Prägebereichen (16,17) versehe sind, die zumindest partiell mit Profile (14',15') aufweisendem Elastomermaterial (9) ausgefüllt sind.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägebereiche (10,11,16,17), in Verbindung mit den jeweiligen Elastomermaterialien (7,8) zumindest partiell ineinander übergehen.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (14,15) rippenartig mit dreieckigem Querschnitt ausgebildet sind.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (2,2') aus einer hochfesten Aluminiumlegierung besteht.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hochfeste Aluminiumlegierung eine Zugfestigkeit > 200 MPa aufweist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (2) zur Abdichtung von T-förmig ausgebildeten Dichtspalten (21,22) bei Brennkraftmaschinen mit dem ihrer Begrenzungskante (23) dichtspaltseitig endet und dort mit Elastomermaterial (27) versehen ist, das im Bereich mindestens einer, insbesondere jedoch im Bereich beider Dichtflächen (12,13) der Trägerplatte (2 in den zugehörigen Prägebereichen (25,26) in der Trägerplatte (2) ausläuft.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (2') zum Abdichten von T-förmig ausgebildeten Dichtspalten (31) bei Brennkraftmaschinen über den Dichtspalt (31) hinausragt, und dass die Trägerplatte (2') im Bereich des Dichtspaltes (31) mindestens eine korrespondierende Ausnehmung aufweist, die mit dem Elastomermaterial (33) gefüllt ist, das im Bereich mindestens einer, insbesondere jedoch im Bereich beider Dichtflächen (12',13') der Trägerplatte (2') in zugehörigen Prägebereichen (34,35) in der Trägerplatte (2') ausläuft.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial (27,33) zumindest im Bereich des Dichtspaltes (22,31) über die zugehörige Dichtfläche (12,13,12',13') der Trägerplatte (2,2') vorsteht.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial (27,33) mit den Profilen (14',15') versehen ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige brennraumseitige Funktionsbereich (6) der Zylinderkopfdichtung (1) aus einem von dem Material der Trägerplatte (2,2') abweichenden Material, insbesondere Federstahl, hergestellt ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilie brennraumseitige Funktionsbereich (6) in der Trägerplatte (2,2') in die vorgesehenen Durchgangsbereiche (3) eingelegt und bedarfsweise mit der Trägerplatte (2,2') verbunden ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen brennraumseitigen Funktionsbereiche (6) zu einem durchgängig ausgebildeten Funktionsbereich zusammengefasst sind.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Funktionsbereich (6) mehrlagig ausgebildet ist, wobei brennraumseitig mindestens eine Sicke (6') vorgesehen ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass brennraumseitig mindestens ein Stoppelement (6'') vorgesehen ist.