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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Motordeckel wie etwa Ventildeckel
und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Anbringen
des Motordeckels an einem Motor.
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Die
Verwendung von Motoren mit oben liegenden Ventilen oder oben liegenden
Nocken ist in der Auto- und Motorradindustrie wohl bekannt. Diese Motoren
weisen mehrere unterschiedliche Merkmale auf, wovon eines der am
Zylinderkopf angebrachte Ventildeckel ist. Der Ventildeckel definiert
den oberen Abschnitt entweder der Zylinderkopfhaube (bei Motoren
mit oben liegenden Ventilen) oder des Nockengehäuses (bei Motoren mit oben
liegenden Nocken).
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Der
Ventildeckel ist im Allgemeinen eine gegossene, geprägte oder
geformte einteilige, steife Struktur, die einen unteren Umfangsrand
aufweist, der der Form nach dem oberen Umfangsrand des Zylinderkopfs
entspricht. Der Ventildeckel ist über dem Ventilantrieb (z. B.
den Kipphebeln oder Nocken und den Ventilen) am Zylinderkopf angebracht.
Zum Abdichten der Verbindungsstelle zwischen dem Zylinderkopf und
dem Ventildeckel wird gewöhnlich
eine Dichtung verwendet.
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Im
Allgemeinen erfordern herkömmliche Dichtungen,
um eine wirksame Abdichtung zu ergeben, eine relativ hohe Druckbelastung
zwischen den abzudichtenden Elementen. Beispielsweise wird eine zwischen
zwei stationären
Elementen wie etwa einem Motorblock und einer Ölwanne oder einem Zylinderkopf
und einem Ventildeckel angebrachte Dichtung zwischen diesen Elementen
zusammengedrückt.
Jedoch können
diese stark zusammengedrückten
Dichtungen, obwohl sie eine wirksame Abdichtung bewirken, zu einem
Medium werden, das zwischen den beiden Elementen Geräusche (noise), Vibrationen
(vibration) und Stöße (harshness) überträgt (NVH-Merkmale).
Das heißt,
dass sich eine von einem Element eingeführte Vibrationsbelastung entweder über die
Dichtung oder durch direkten Kontakt mit dem anderen Element überträgt. Darüber hinaus müssen bei
diesen Anwendungen, die eine hohe kompressive Abdichtungsbelastung
erfordern, die Anzahl und die Anordnung von Befestigungselementen
die durch die hohen Lasten hervorgerufenen Durchbiegungen des Deckels
ausgleichen, um eine gute Abdichtung sicherzustellen.
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Beispiele
solcher herkömmlichen
Dichtungen, die eine hohe Abdichtungsbelastung zwischen den Elementen
erfordern, umfassen eine elastomere Dichtung, die als O-Ring oder
in einer ähnlichen Form
ausgebildet ist, sowie eine Randverbindungsdichtung, eine Trägerdichtung
und eine gummibeschichtete Metalldichtung (RCM-Dichtung; RCM = rubber
coated metal). Da alle diese herkömmlichen Dichtungen eine hohe
kompressive Abdichtungsbelastung erfordern, um eine wirksame Abdichtung
zwischen den Elementen sicherzustellen, ist die Wirksamkeit der
Isolation gegen Vibration gering. Ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen
Dichtung ist jene, die durch Vulkanisieren bei Zimmertemperatur
(RTV, room temperature vulcanization) zwischen den zwei Elementen
gebildet ist. RTV erfolgt durch Auftragen einer dünnen Schicht
und ihrem Aushärten,
wenn sie Luft ausgesetzt wird. Um durch RTV wirksam abzudichten,
ist jedoch eine harte Fassung zwischen den Elementen erforderlich,
die gleichfalls nur eine geringe Isolation gegen Vibration bewirkt.
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Im
Zusammenhang mit Ventildeckeln für
Motoren ist es an sich bekannt, eine Dichtungs- und Dichtscheibenmontage
in einem Geräuschisolations system
vorzunehmen, das in einem robusten Deckelentwurf Abdichtleistung
und Geräuschisolation
vereint. Die Geräuschisolation
wird durch Montage eines Deckels mit einer an jedem Ort einer Niederhalteschraube
befindlichen Dichtscheibe und durch eine geformte Dichtung am Umfang
zwischen dem Deckel und dem Zylinderkopf oder dem Zylinderblock
des Motors, die den Deckel vor einem direkten Kontakt von Metall
zu Metall schützt,
bewirkt (siehe 3). Jedoch stellen sich noch
immer Fragen hinsichtlich der richtigen Anzahl von Schrauben, des
Abstands zwischen den Schrauben, überbelasteter Dichtscheiben,
unterbelasteter Dichtungen und der strukturellen Integrität des Deckels.
Insbesondere können
die zum Abdichten der geformten Dichtung erforderlichen Kräfte wegen
der Unterschiede im Schraubenmuster und Schraubenabstand, die zu
verschiedenen Dichtscheibenbelastungen und Unterschieden in der
Abdichtung an verschiedenen Orten um jedes Teil führen, ungleichmäßig aufgebracht
sein. Ein Steuern der Geräuschisolation
kann durch die ungleichmäßige Kompressionsabdichtung
der Dichtung, die unterschiedlichen Dichtscheibenbelastungen und
die sich ergebende Verformungen im Deckel bedingt schwierig sein.
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In
der
US 55 13 603 A ist
eine Dichtungsanordnung für
den Ventildeckel eines Motors beschrieben, bei welcher die Dichtungsmasse
durch die Befestigungslöcher
des Deckels hindurch bis an die der Dichtungsfläche abgewandte Seite des Befestigungsflansches
reicht und somit elastische Buchsen bildet, in die Abstandshülsen einsetzbar
sind.
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Die
US 43 94 853 offenbart eine
Anordnung aus Ölwanne
und Dichtung zur Befestigung an einem Motorblock. Am oberen Wannenrand
ist ein Befestigungsflansch ausgebildet, auf dem die Dichtung angeordnet
ist. Zusätzlich
erstreckt sich die Dichtung zur Außenseite hin über den Flansch
hinaus und umgreift diesen. Die Ölwanne
wird über
Klemmleisten mit integrierten Abstandshaltern an dem Motorblock befestigt.
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In
der
JP 55-75 552 A ist
ein Dichtungsring mit einsetzbaren Abstandshülsen zum Befestigen einer Ölwanne an
einem Motorblock offenbart.
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Es
wird ein Deckelanbringungssystem benötigt, das die NVH-Isolation
maximiert, eine hinreichende Abdichtungsfunktion gewährleistet
und konstruktive Anforderungen minimiert.
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Die
hier offenbarte abgedichtete Deckelbaugruppe für einen Fluid enthaltenden
Hohlraum eines Motors umfasst einen Deckel, der eine Fluid enthaltende
Wand mit einem Umfangsrand aufweist, der eine Dichtungsfläche, die
so ausgebildet ist, dass sie einer entsprechenden Dichtungsfläche des
Motors gegenüberliegt,
und mehrere Befestigungsöffnungen in
dem Umfangsrand besitzt, eine Dichtung aus einem nachgiebigen Dichtungsmaterial,
die zwischen den Dichtungsflächen
angeordnet ist, ein separates Druckpolster, das an jede der Öffnungen
angrenzt und auf einer der Dichtungsfläche abgewandten Fläche längs einer
den Deckel definierenden äußeren Begrenzung
an dem Umfangsrand angeordnet ist, ein Verspannelement, das längs der
den Deckel definierenden äußeren Begrenzung
an dem Druckpolster angeordnet ist, und mechanische Befestigungselemente,
die durch das Druckpolster und das Verspannelement führen, um
den Deckel an einem damit zusammenpassenden Rand des Motorhohlraums
zu befestigen, wobei die Befestigungselemente, wenn sie in Eingriff
sind, über
das Verspannelement im Wesentlichen gleiche Druckkräfte auf
das Druckpolster ausüben
und die Deckelabdichtfläche
mit einem vorbestimmten Spalt von dem damit zusammenpassenden Hohlraumrand
für einen
Eingriff mit dem Dichtungsmaterial stützen.
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Ferner
wird eine Motordeckelbaugruppe offenbart, die einen Fluid enthaltenden
Hohlraum definiert und umfasst: eine Motorkomponente, die eine einen
Rand des Hohlraums definierende Dichtungsfläche aufweist, einen Deckel,
der eine Fluid enthaltende Wand, die von einem Umfangsrand umgeben ist
und eine Dichtungsfläche,
die der Dichtungsfläche der
Motorkomponente gegenüberliegt,
besitzt, und mehrere Befestigungsöffnungen in der Wand aufweist,
eine Dichtung aus einem nachgiebigen Dichtungsmaterial, die zwischen
den Dichtungsflächen angeordnet
ist, ein separates Druckpolster, das an jede der Öffnungen
angrenzt und auf einer der Dichtungsfläche abgewandten Fläche längs einer
den Deckel definierenden äußeren Begrenzung
an dem Umfangsrand angeordnet ist, ein Verspannelement, das längs der
den Deckel definierenden äußeren Begrenzung
an dem Druckpolster angeordnet ist, wobei das Verspannelement mehrere
Höhenbegrenzer
aufweist, die von ihm herab stehen und jeweils auf eine der Öffnungen
ausgerichtet sind, und mechanische Befestigungselemente, die durch
das Druckpolster und den jeweiligen Höhenbegrenzer führen, um
mit der Motorkomponente in Eingriff zu gelangen und den Deckel daran
zu befestigen, wobei die Befestigungselemente, wenn sie in Eingriff
sind, über
das Verspannelement im Wesentlichen gleiche Druckkräfte auf
das Druckpolster ausüben
und die Deckelabdichtfläche
mit einem vorbestimmten Spalt von dem damit zusammenpassenden Hohlraumrand
für einen
Eingriff mit dem Dichtungsmaterial stützen.
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Außerdem wird
ein Verfahren zum Abdichten eines Motorhohlraums offenbart, das
die folgenden Schritte umfasst: Bilden eines Deckels, der eine Fluid enthaltende
Wand mit einem Umfangsrand aufweist, der eine Dichtungsfläche besitzt,
die so ausgebildet ist, dass sie einer entsprechenden Dichtungsfläche des
Motors gegenüberliegt,
Bilden mehrerer Befestigungsöffnungen
in dem Umfangsrand; Anordnen einer Dichtung aus einem nachgiebigen
Dichtungsmaterial zwischen den Dichtungsflä chen, Anordnen eines separaten
Druckpolsters, das an jede der Öffnungen
angrenzt und auf einer der Dichtungsfläche abgewandten Fläche längs einer
den Deckel definierenden äußeren Begrenzung
an dem Umfangsrand angeordnet ist, Anordnen eines Verspannelements an
dem Druckpolster längs
der den Deckel definierenden äußeren Begrenzung;
und Hindurchführen mechanischer
Befestigungselemente durch das Druckpolster und das Verspannelement,
um den Deckel an einem damit zusammenpassenden Rand des Motorhohlraums
zu befestigen, wobei die Befestigungselemente, wenn sie in Eingriff
sind, über
das Verspannelement gleiche Druckkräfte auf das Druckpolster ausüben und
die Deckelabdichtfläche
mit einem vorbestimmten Spalt von dem damit zusammenpassenden Hohlraumrand
für einen
Eingriff mit dem Dichtungsmaterial stützen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben; in diesen zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ventildeckels im Stand der Technik,
der in einer in ihm ausgebildeten Rille eine Dichtung enthält, fest
an einem Zylinderkopf angebracht ist und durch den direkten Kontakt
mit dem Zylinderkopf bedingt keine Deckelabstandshöhe besitzt;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Ventildeckels im Stand der Technik,
der in einer in ihm ausgebildeten Rille eine Dichtung enthält, nur
an Schraubenaugen des Deckels fest an einem Zylinderkopf angebracht
ist und zwischen den Schraubenaugen eine Deckelabstandshöhe belässt;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Ventildeckels im Stand der Technik,
der in einer in ihm ausgebildeten Rille eine Dichtung enthält, vom Zylinderkopf
isoliert ist, wobei er zwischen der Dichtung und einzelnen Dichtscheiben
schwebt, und durch die unterschiedliche Kompression der einzelnen
Dichtscheiben bedingt eine unterschiedliche Deckelabstandshöhe längs einer äußeren Begrenzung des
Deckels aufweist;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Ventildeckelbaugruppe, bei der der
Deckel nach 1 und 3 vom Zylinderkopf
isoliert ist, zwischen einer Dichtung und einem Druckpolster schwebt
und dadurch, dass durch ein Verspannelement gemäß einem Ausführungsbeispiel
eine gleichmäßige Gegenkraft
ausgeübt
wird, eine gleichmäßige Deckelabstandshöhe längs einer äußeren Begrenzung
des Deckels aufweist; und
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5 eine
Teilansicht in einem Querschnitt eines der Schraubenaugen der in 4 gezeigten Ventildeckelbaugruppe
und eines Motor zylinderkopfs, mit dem sie gemäß einem Ausführungsbeispiel
wirksam gekoppelt ist.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Deckelbaugruppe für einen
Motor, die längs
einer die Deckelbaugruppe definierenden äußeren Begrenzung eine gleichmäßige Abstandshöhe belässt, die ein
hydraulisches Anheben der Deckelbaugruppe verhindert, wenn sich
eine Dichtung zwischen der Deckelbaugruppe und dem Motor erwärmt und
wie ein dickes Fluidmedium ausdehnt. Die gleichmäßige Abstandshöhe belässt einen
Raum, in dem die Dichtung fließen
kann, ohne die Deckelbaugruppe vom Motor abzuheben. Die Abstandshöhe ermöglicht außerdem eine
von der Höhe
einer Begrenzung und/oder eines Druckpolstermaterials zwischen der Begrenzung
und der Deckelbaugruppe abhängenden
Isolation des von der Deckelbaugruppe ausgehenden Motorgeräuschs oder
zumindest das Einschränken
dieses Geräuschs.
Die Deckelbaugruppe beseitigt durch eine gleichmäßige Gegenkraft längs einer äußeren Begrenzung
der Deckelbaugruppe eine Feldmittendurchbiegung der Deckelbaugruppe zwischen
den Schraubenaugen.
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Die 1–3 zeigen
perspektivische Teilansichten von Deckelbaugruppen 10, 30 bzw. 50 im
Stand der Technik für
einen Motorzylinderkopf (nicht gezeigt). 1 zeigt
eine Ventildeckelbaugruppe 10 mit einer in einer Rille
befindlichen Dichtung, wobei die Ventildeckelbaugruppe an einem
Zylinderkopf fest angebracht ist. Die Deckelbaugruppe 10 umfasst
einen Deckel 12 mit einer Lippe 14, die einen
Umfangsrand des Deckels 12 definiert. Die Lippe 14 weist
eine Rille 16 auf, die zur Aufnahme einer Dichtung ausgebildet
ist. Der Deckel 12 enthält
mehrere beabstandete Schraubenaugen 20, die von der Lippe 14 ausgehen
und so beschaffen sind, dass sie jeweils ein mechanisches Befestigungselement 22 aufnehmen.
Jedes mechanische Befestigungselement 22 ist durch Einschrauben
in einer entsprechenden Gewindeöffnung
des Motorzylinderkopfs aufgenommen, um eine Dichtung 18 zusammenzudrücken und
eine Abdichtung zwischen dem Deckel 12 und dem Zylinderkopf
herbeizuführen.
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Zum
obigen Entwurf sei angemerkt, dass keine Abstandshöhe vorhanden
ist und dass das Motorgeräusch
vom Deckel 12 ausgeht, was durch den Kontakt der Lippe 14 mit
dem Zylinderkopf über
die gesamte äußere Begrenzung
bedingt ist. Wenn die Dichtung 18 die Rille 16 ausfüllt, hebt
sie zudem die Verbindungsstelle hydraulisch an, wodurch sie möglicherweise
zerstört
wird und/oder die Dichtung 12 beschädigt wird. Schließlich wird
die die Feldmittendurchbiegung des Deckels 12 (z. B. zwischen
den Schraubenaugen 20) durch seine Struktur gesteuert. Mit
anderen Worten, der Deckel 12 biegt sich weniger durch,
wenn er beispielsweise durch ein Metall anstelle von Kunststoff
(z. B. einem Duroplast) konstruktiv steifer gemacht ist. Selbstverständlich tritt auch
dann eine geringere Feldmittendurchbiegung auf, wenn der jeweilige
Abstand zwischen benachbarten Schraubenaugen 20 durch Erhöhen deren
Anzahl und der Anzahl von mechanischen Befestigungselementen 22 verringert
wird.
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2 zeigt
eine perspektivische Teilansicht einer Ventildeckelbaugruppe 30 mit
einer in einer Rille befindlichen Dichtung, wobei die Ventildeckelbaugruppe
lediglich an Schraubenaugen 32, die sich unter eine Lippe 14 erstrecken,
fest angebracht ist. Die Deckelbaugruppe 30 umfasst einen
Deckel 12 mit einer Lippe 14, die einen Umfangsrand
des Deckels 12 definiert. Die Lippe 14 weist eine
Rille 16 auf, die zur Aufnahme einer Dichtung 18 ausgebildet
ist. Der Deckel 12 weist mehrere beabstandete Schraubenaugen 32 auf,
die von einem die Lippe 14 definierenden Umfangsrand ausgehen
und so beschaffen sind, dass sie ein mechanisches Befestigungselement 22 aufnehmen.
Die Schraubenaugen 32 sind mit einer unteren Fläche 23 ausgebildet,
die sich weiter zum Zylinderkopf erstreckt als eine die Lippe 14 definierende
untere Fläche 36,
um einen Kontakt mit dem Zylinderkopf herzustellen.
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Es
sei angemerkt, dass der oben beschriebene Entwurf für eine gesteuerte
Abstandshöhe sorgt,
die durch die Länge
von Augen 32, die sich unter die die Lippe 14 definierende
untere Fläche 36 erstrecken,
bestimmt ist. Somit geht von der Deckelbaugruppe ein Motorgeräusch aus,
das durch den Kontakt des Zylinderkopfs mit den Augen 32 bedingt ist,
obwohl es durch die Dichtung 18 in den Feldmitten 40 zwischen
benachbarten Augen 32 gedämpft wird. Wegen des durch
die Augen 32 geschaffenen Abstands in den Feldmitten 40,
der eine Ausdehnung der Dichtung 18 in der Verbindungsstelle
zwischen benachbarten Augen 32, die den Feldmitten entspricht,
erlaubt, hebt die Dichtung 18 die Verbindungsstelle nicht
hydraulisch an. Schließlich
wird, wie bei 1 beschrieben worden ist, die
Feldmittendurchbiegung des Deckels 12 (z. B. zwischen den Schraubenaugen 20)
durch die Struktur des Deckels 12 gesteuert.
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3 zeigt
eine perspektivische Teilansicht einer Ventildeckelbaugruppe 50 mit
einer in einer Rille befindlichen Dichtung, wobei die Ventildeckelbaugruppe
vom Zylinderkopf isoliert ist. Die Deckelbaugruppe 50 weist
wie in 1 einen Deckel 12, eine Lippe 14,
eine Rille 16, eine Dichtung 18 und Augen 20 auf.
Jedoch enthält
die Deckelbaugruppe 50 ferner mechanische Befestigungselemente 22 (z.
B. Schrauben), die jeweils durch einen Höhenbegrenzer 52 und
eine Dichtscheibe 54 führen,
bevor sie sich durch ein entsprechendes Schraubenauge 20 in
die Gewindeöffnung
des Zylinderkopfs erstrecken. Somit schwebt der Deckel 12 zwischen
der Dichtung 18 und den mehreren Dichtscheiben 54.
Da die Länge
jedes Höhenbegrenzers 52 mehr
als die Hälfte
der Lippe 14 beträgt
und kleiner oder gleich der kombinierten Höhen einer nicht zusammengedrückten Dichtscheibe 54 und
einer Lippe 14 ist, schafft sie außerdem einen Abstand, der die
Möglichkeit
der Dichtung 18, die Verbindungsstelle hydraulisch anzuheben,
ausräumt.
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Jedoch
verändert
sich bei dieser Gestaltung der Abdichtdruck der Dichtung 18 mit
dem Schraubenmuster. Folglich ist die Deckelabstandshöhe längs einer äußeren Begrenzung
des Deckels 12, bedingt durch die jeweiligen Schwankungen
der Kompression der einzelnen Dichtscheiben 54, ungesteuert.
Somit verändert
sich das von der Deckelbaugruppe 50 ausgehende Motorgeräusch mit
der Kompression der Dichtscheiben 54 und der Dichtung 18.
Ferner kann eine ungleichmäßige Kompression
die langfristige Unversehrtheit der Dichtung 18 und der
Dichtscheiben 54 nicht gewährleisten. Wie zuvor wird die Feldmittendurchbiegung
durch die Deckelstruktur gesteuert.
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4 zeigt
eine Deckelbaugruppe 100 mit einer in einer Rille befindlichen
Dichtung, die die mit Bezug auf 3 oben angeführten Mangel
nicht besitzt. Die Deckelbaugruppe 100 weist wie in den 1 und 3 einen
Deckel 12, eine Lippe 14, eine Rille 16,
eine Dichtung 18 und Schraubenaugen 20 auf. Die
Deckelbaugruppe 100 definiert über den Deckel 12,
der von einem Umfangsrand umgeben ist, der durch die Lippe 14 mit
einer nach innen gerichteten Dichtungsfläche 36 definiert ist,
eine Fluid enthaltende Wand. Die Deckelbaugruppe 100 weist
ferner ein Verspannelement 110 auf, das an einer oberen Fläche 112,
die der die Lippe 14 definierenden unteren Dichtungsfläche 36 gegenüberliegt,
angeordnet ist. Das Verspannelement 110 umfasst einen starren Stab 116,
der um einen Umfang, der eine äußere Begrenzung
des Deckels 12 definiert, verläuft und an der die Lippe 14 definierenden
oberen Fläche 112 angeordnet
ist. Der Stab 116 weist mehrere Höhenbegrenzer 120 auf,
die von ihm herab stehen und auf die entsprechenden Schraubenaugen 20 ausgerichtet sind.
Jeder Höhenbegrenzer 120 ist
als Zylinder ausgebildet, jedoch nicht darauf beschränkt, und weist
eine Öffnung 122 zur
Aufnahme eines entsprechenden mechanischen Befestigungselements 22 auf
(siehe 5). Wie in 5 am besten
zu erkennen ist, ist zwischen dem Verspannelement 110 und der
Lippe 14 ein Druckpolster 124 angeordnet, damit über dieses
Druckpolster ein Kompressionsdruck von dem Verspannelement 110 auf
die Lippe 14 entsteht.
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Obwohl
die Zeichnungen eine Rille 16 in der Dichtungsfläche 36 zeigen,
ist diese Rille optional. Die Dichtungsfläche 36 des Deckels 12 weist
optional eine Rille 16 auf, in der ein Teil einer Dichtung 18 angeordnet
ist, damit die Wechselwirkung mit der Rille verhindert, dass das
Dichtungsmaterial oder die Dichtung 18 einfach aus dem
Spalt zwischen den Dichtungsflächen
verdrängt
wird, und dafür
sorgt, dass das Dichtungsmaterial unter allen Betriebsbedingungen
des Motors an Ort und Stelle gehalten wird.
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Der
Stab 116 ist vertikal orientiert, so dass sich ein erster
Zylinder 125, der jeweils einen Höhenbegrenzer 120 definiert,
von einer breiten, außen
liegenden Fläche,
die den Stab 116 definiert, erstreckt. In dieser vertikalen
Orientierung ist der Stab 116, wenn auf ihn durch die mechanischen
Befestigungselemente 22 eine vertikale Kraft ausgeübt wird,
für Biegung
weniger anfällig
und ermöglicht
ein gleichmäßiges Aufbringen
der vertikalen Kraft längs
einer den Stab 116 definierenden äußeren Begrenzung. In einem
Ausführungsbeispiel
sind der Stab 116 und jeder Höhenbegrenzer 120 zur
Vereinfachung der Herstellung des Verspannelements 110 und
aus Kostengründen
aus Stahl gefertigt. Jedoch kommt jeder Werkstoff in Betracht, der
geeignet ist, eine gleichmäßige Belastung
auf die Lippe 14 längs
einer äußeren Begrenzung
von dieser zu bewirken, ohne eine wesentliche Durchbiegung in den
Feldmittenbereichen zwischen benachbarten Befestigungselementen 22 hervorzurufen.
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In
den 4 und 5 erstreckt sich jedes mechanische
Befestigungselements 22 (z. B. eine Schraube) durch die Öffnung 122 eines
entsprechenden Höhenbegrenzers 120 und
durch eine in dem Druckpolster 124 ausgebildete Öffnung 126.
Jede Öffnung 126 des
Druckpolsters 124 ist auf eine Öffnung 130 ausgerichtet,
die durch ein jeweiliges Schraubenauge 20 verläuft. Jedes
Befestigungselements 22 führt durch den Höhenbegrenzer 120 und ein
entsprechendes Schraubenauge 20 in eine entsprechende Gewindeöffnung 138 des
Motorzylinderkopfs 140. In dieser Weise schwebt der Deckel 12 zwischen
der an einer den Zylinderkopf 140 definierenden Fläche 142 angeordneten
Dichtung 18 und dem Druckpolster 124, das längs seiner äußeren Begrenzung
durch das Verspannelement 110 komprimiert bzw. angedrückt wird.
Somit ist um eine den Deckel 12 definierende äußere Begrenzung
ein gleichmäßiger Abstand
geschaffen und die Möglichkeit
der Dichtung 18, die Verbindungsstelle zwischen der den
Zylinderkopf 140 definierenden Fläche 142 und der eine
Unterseite des Deckels 12 definierenden Fläche 114 hydraulisch
anzuheben, ausgeräumt.
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5 zeigt
eine Teilansicht in einem Querschnitt wenigstens eines Zylinderkopfs 140,
der eine offene Oberseite mit einer nach außen gerichteten, im Allgemeinen
ebenen Dichtungsfläche 142 aufweist.
Die offene Oberseite ist durch die abgedichtete Deckelbaugruppe 100,
die zusammen mit dem Zylinderkopf einen inneren, Fluid enthaltenden
Hohlraum definiert, der allgemein bei 144 angegeben ist,
verschlossen. 5 zeigt eine Deckelbaugruppe 110 vor
dem Befestigen der Befestigungselemente 22, um das Verspannelement 110 in
Richtung der Fläche 142 des
Zylinderkopfs 140 zu schwenken und eine Druckkraft auf
das Druckpolster 124 und die Dichtung 18 zu bewirken.
Daher wird die Veränderung
des Abdichtdrucks der Dichtung längs
einer die Dichtung 18 definierenden äußeren Begrenzung durch die
Festigkeit des Verspannelements 110 gesteuert und ist nicht
wie in 3 vom Schraubenmuster abhängig. Jedoch verbessert der
durch das Verspannelement 110 mit Hilfe eines im Wesentlichen
gleichmäßigen Schraubenmusters
bewirkte gleichmäßige Druck selbstverständlich die
Leistung auf lange Zeit. Es sei außerdem angemerkt, dass bei
Verwendung des Verspannelements 110 ungleichmäßige Schraubenmuster
nur einen geringen Einfluss auf die Abdichtleistung haben.
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In
dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeder Höhenbegrenzer 120 als
Hülse 150 gestaltet,
die einen höhenbegrenzenden
rohrförmigen Körper 152 besitzt,
der durch ein erstes Ende 156 definiert ist und an einem
entgegengesetzten Ende 158 endet. Das zweite Ende 158 erstreckt
sich durch die Öffnung 130 eines
Schraubenauges 20, das der Zylinderkopf-Dichtungsfläche 142 zugewandt
ist. Das mechanische Befestigungselement 22 umfasst eine Schraube
mit einem Kopf 160, der einen Flansch 162 enthält, der
mit dem ersten Ende des höhenbegrenzenden
rohrförmigen
Körpers 152 in
Eingriff gelangt. Der Hauptkörper
der Schraube erstreckt sich durch den Hülsenkörper 152 (d. h. die Öffnung 126),
wobei ein Gewindeende 164 über die Dichtungsfläche 36 der
Lippe 14 vorsteht. In jeder der Deckelöffnungen ist ein mechanisches
Befestigungselements 22 eingesetzt, das durch ein geeignetes
Mittel in seiner jeweiligen Öffnung
gehalten wird, um die zur Montage auf den Zylinderkopf angepasste
abgedichtete Deckelbaugruppe zu bilden.
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Zur
Anbringung der Deckelbaugruppe 100 am Zylinderkopf 140 sind
in diesem zusammenwirkende Gewindeöffnungen 138 vorgesehen,
in die die Enden 164 der Schrauben eingeschraubt werden, um
den Deckel 12 am Zylinderkopf 140 anzubringen. Vor
dem Zusammenbauschritt wird ein Dichtungsmaterial oder eine Dichtung 18 in
der Rille 16 des Deckels 12 angeordnet. Die Deckelbaugruppe 100 wird dann
gegenüber
der Motordichtungsfläche 142 angeordnet.
Die Schrauben 22 werden dann in ihre jeweiligen Öffnungen 138 im
Zylinderkopf eingeschraubt und festgezogen, bis die Schraubenkopfflanschen 162 mit
den Hülsen 150 in
Eingriff gelangen und die entgegengesetzten Enden 158 mit
der Dichtungsfläche 142 des
Zylinderkopfs 140 in Eingriff gelangen, wodurch die vorbestimmte
Kompression der Dichtung 18 wie auch die Teilkompression
des Druckpolsters 124 herbeigeführt werden. In einem Ausführungsbeispiel
ist die Kompression der Dichtung, wenn das Druckpolster 124 und
die Dichtung 18 eine gleiche Federkonstante besitzen, gleich
der Kompression bzw. Andrückung
des Druckpolsters, so dass die durch die Dichtung 18 und
das Druckpolster 124 auf den Deckel 12 ausgeübten Anbringungskräfte ausgeglichen
sind. Der Deckel wird dadurch in einer Position gehalten, bei der
seine Dichtungsfläche 36 um
eine vorbestimmte Spaltabmessung oder Abstandshöhe von der Dichtungsfläche 142 des
Zylinderkopfs nach außen
beabstandet ist.
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Es
sei ferner hervorgehoben, dass aufgrund dessen, dass das Druckpolster 124 kontinuierlich und
mit einer durch das Verspannelement 110 bewirkten gleichmäßigen Belastung
längs einer äußeren Begrenzung
des Deckels 12 verläuft,
das Druckpolster 124 weicher sein kann oder einen niedrigeren Härtegrad
besitzen kann als die Dichtscheiben 54 von 3.
Das Verspannelement 110 verteilt die Gegenkraft der härteren Dichtscheiben 54 von 3 über ein
größeres und
weicheres Druckpolster 124, durch die kleinere Spannungspegel
verwirklicht sind. Ferner übt
das Druckpolster 124 einen kleineren Kompressionsdruck
als die Dichtscheiben 54 aus, weshalb ein schwächeres Motorgeräusch auf
den Deckel 12 übertragen
wird. Das vom Deckel 12 ausgehende Motorgeräusch kann
durch Einstellen der Höhe
der Höhenbegrenzer 120,
die durch die Öffnungen 126 und 130 führen, reguliert
werden. Alternativ oder zusätzlich
kann das vom Deckel 2 ausgehende Motorgeräusch durch
Wahl eines Werkstoffs für
das Druckpolster 124 mit einem niedrigeren oder höheren Härtegrad
reguliert werden. Ein Druckpolster 124 mit einem höheren Härtegrad
lässt ein
stärkeres
vom Deckel 12 ausgehendes Motorgeräusch zu, während ein niedrigerer Härtegrad
das auf den Deckel 12 übertragene
und von diesem ausgehende Motorgeräusch begrenzt. In einem Ausführungsbeispiel
besteht das Druckpolster 124 aus einem Silikonwerkstoff,
der dem für
die Dichtung 18 verwendeten Werkstoff ähnlich ist, jedoch kommen auch
andere Werkstoffe in Betracht, die geeignet sind, eine auf die Lippe 14 des
Deckels 12 einwirkende gleichmäßige Gegenkraft herbeizuführen.
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Das
Druckpolster 124 ist vorzugsweise als einteiliges integrales
Element geformt. Die Härte
und der Grad der Kompression des Druckpolstermaterials sind vorzugsweise über das
gesamte geformte Druckpolster 124 gleichmäßig, so
dass sich beide Seiten, die die Dicke der Dichtscheibe definieren, gleichmäßig aus
einer anfänglichen
ausgedehnten Länge,
die in 5 gezeigt ist, zu der Einbaulänge (nicht gezeigt) verdichten.
Die Härte
und die Kompression des Druckpolsters 124 werden wie gewünscht im
Voraus gewählt,
um den Deckel 12 zu unterstützen und die Geräuschisolation
des Deckels gegenüber
Vibrationen des Zylinderkopfs und des Motors zu steuern.
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Wie
oben beschrieben worden ist, beseitigt die Deckelbaugruppe 100 wegen
der gleichmäßigen Gegenkraft
durch das Verspannelement 110 längs einer den Deckel 12 definierenden äußeren Begrenzung
die Feldmittendurchbiegung. Mit anderen Worten, das Verspannelement 110 erfüllt sämtliche
der konstruktiven Belastungsanforderungen, die die Dichtung 18 an
den Deckel 12 stellt. Da durch das Verspannelement 110 längs der äußeren Begrenzung
des Deckels 12 eine gleichmäßige Gegenkraft bewirkt wird,
ist nur gefordert, dass die Deckelstruktur des Deckels 12 ihre
Form bewahrt.
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Der
Entwurf der Deckelbaugruppe fördert
einen langzeitigen Einbau, da die Position des Deckels durch die
Dichtung 18 und das Druckpolster 124 an allen
Anbringungspunkten ausbalanciert ist, so dass keine durch die sich
ergebenden Belastungen der Dichtung bedingte Verwindung oder Drehung
des Deckels eintritt. Folglich können
auch alternative Deckelwerkstoffe verwendet werden, die Überlegungen nach
idealer Masse und Kostenüberlegungen
entgegenkommen, ohne Sorge, dass dadurch, dass ein Dichtungsmaterial
gegen den Zylinderkopf gelegt werden muss, wesentliche Spannungen
auf den Deckel ausgeübt
werden. Beispielsweise ermöglicht dies
eine Herstellung des Deckels 12 aus einem wieder verwertbaren
Thermoplast anstatt aus einem gegenwärtig verwendeten nicht wieder
verwertbaren Duroplast oder aus einem Metall. Die Verwendung eines
Deckels 12 aus wieder verwertbarem Thermoplast führt zu einer
großen
Kosteneinsparung.
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Wie
der Name nahe legt, ist ein Duroplast ein Werkstoff (wie etwa Gummi),
der im Allgemeinen unter Aufbringung von Wärme (bei Zunahme der Wärme) zu
einer gegeben Form aushärtet
oder verfestigt. Das Aushärten
(das auch als Vulkanisieren bezeichnet wird) ist eine irreversible
chemische Reaktion, bei der dauerhafte Verbindungen (die als Vernetzungen bekannt
sind) zwischen den Molekülketten
des Werkstoffs hergestellt werden. In Wärme aushärtende Polymere übertreffen
in der Leistung andere Werkstoffe wie etwa Thermoplaste in vielen
Bereichen einschließlich
der mechanischen Eigenschaften, der chemischen Beständigkeit,
der Wärmebeständigkeit und
der Haltbarkeit insgesamt. Aus diesem Grund führen Duroplastteile zu wirksameren
Dichtungen. Jedoch schmilzt ein Du roplastwerkstoff nicht mehr und
gewinnt auch anderweitig nicht die Verarbeitbarkeit zurück, die
er vor dem Aushärten
hatte, da das Aushärten
das Material unwiederbringlich verändert.
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Ein
Thermoplastwerkstoff erweicht (wird nachgiebig und plastisch), wenn
er erwärmt
wird, jedoch härtet
er weder aus noch verfestigt er. Ein Thermoplast entsteht häufig in
Form von Kügelchen
und wird dann mit zunehmender Wärme
weicher und fließender.
Diese Fluidität
ermöglicht
sein Einspritzen unter Druck aus einem erwärmten Hohlraum in eine kalte
Form. Wenn er sich abkühlt,
härtet
der Thermoplast in der Gießform
aus, jedoch ist hier keine chemische Vulkanisierung beteiligt. Es
werden keine Vernetzungen wie bei einem Duroplastwerkstoff gebildet.
Die an dem Thermoplast erkennbaren Veränderungen sind rein physikalischer
Natur und bei erneuter Aufbringung von Wärme insgesamt reversibel. Ein
Thermoplastwerkstoff kann daher viele Male wiederverarbeitet werden,
obwohl eine fortgesetzte Wiederverwertung das Polymer eventuell
verschlechtert. Ferner kann durch Verwendung des Verspannelements 110 in
Verbindung mit einem Thermoplastdeckel 12 die durch Verwendung
eines Thermoplasts anstelle eines Duraplasts verloren gegangene
Festigkeit wieder gewonnen werden, weshalb durch Verwendung eines
wieder verwertbaren Thermoplasts eine große Kosteneinsparung verwirklicht wird.
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Obwohl
der gezeigte beispielhafte Deckelbaugruppenentwurf mehrere spezifische
Entwurfsüberlegungen
beinhaltet, kann das Verspannelement- und Deckelkonzept bei anderen Deckelentwürfen angewandt
werden, um einen Deckel beliebigen Typs von einer zugeordneten Motorkomponente,
an der er angebracht ist, zu isolieren. Falls erwünscht könnten die
integralen Höhenbegrenzer 120 durch
getrennte, individuelle Höhenbegrenzer 120 ersetzt
werden, die am Stab 116 angebracht werden können und
variable Höhenbegrenzerbaueinheiten
bilden, die gleiche Kompressionseigenschaften besitzen, um die ausbalancierte
Montagebaugruppe der Erfindung zu schaffen. Jedoch wird zur Erleichterung
der Herstellung, der Montage und der Ersatzteilhaltung ein einziger Höhenbegrenzer,
der für
jeden Anbringungsort am Stab 116 fest angebracht ist, bevorzugt.
Falls erforderlich kann anstelle des variablen Höhenbegrenzerentwurfs ein Druckpolster 124 veränderlicher
Dicke verwendet werden, das die gleiche Funktion wie die getrennten,
individuellen Höhenbegrenzer 120 variabler
Höhe ausübt.
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Zusammengefasst
betrifft die Erfindung eine abgedichtete Deckelbaugruppe für einen
Fluid enthaltenden Hohlraum eines Motors, die umfasst: einen Deckel,
der eine Fluid enthaltende Wand mit einem Umfangsrand aufweist,
der eine Dichtungsfläche,
die so ausgebildet ist, dass sie einer entsprechenden Dichtungsfläche des
Motors gegenüberliegt,
und mehrere Befestigungsöffnungen
in dem Umfangsrand besitzt, ein Druckpolster, das an jede der Öffnungen
angrenzt und auf einer der Dichtungsfläche abgewandten Fläche längs einer
den Deckel definierenden äußeren Begrenzung
an dem Umfangsrand angeordnet ist, ein Verspannelement, das längs der
den Deckel definierenden äußeren Begrenzung
an dem Druckpolster angeordnet ist, und mechanische Befestigungselemente,
die durch das Druckpolster und das Verspannelement führen, um den
Deckel an einem damit zusammenpassenden Rand des Motorhohlraums
zu befestigen, wobei die Befestigungselemente, wenn sie in Eingriff
sind, über das
Verspannelement im Wesentlichen gleiche Druckkräfte auf das Druckpolster ausüben und
die Deckelabdichtfläche
mit einem vorbestimmten Spalt von dem damit zusammenpassenden Hohlraumrand für einen
Eingriff mit einem zwischen den Flächen angeordneten nachgiebigen
Dichtungsmaterial stützen.