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Die
Erfindung betrifft eine Flachdichtung, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung
für eine Brennkraftmaschine.
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Für
derartige Dichtungen werden derzeit vielfach metallische Elemente
eingesetzt. Die Materialauswahl für eine solche Dichtung
orientiert sich dabei sehr stark hinsichtlich der Anforderung zur
Abdichtung der Brennräume und somit nach der höchsten
Temperatur bzw. der Dauereinsatztemperatur. Aufgrund der Tatsache,
dass moderne Triebwerke bzw. Motoren immer höhere Ansprüche
an die Dichtungstechnik stellen, da sowohl die Verbrennungsdrücke
als auch die Verbrennungstemperaturen stetig steigen, müssen
immer höherwertigere Materialien eingesetzt werden, um
diesen Anforderungen gerecht zu werden.
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In
der
EP 0 955 489 B1 wird
eine Metalldichtung mit verschiedenen Oberflächendruckbereichen beschrieben,
beinhaltend eine erste, eine zweite und eine dritte Metallplatte,
wobei die erste und die zweite Metallplatte gesickte Bereiche aufweisen
und die dritte Metallplatte mit der ersten und zweiten Metallplatte durch
Umbördeln eines inneren Bereiches in Wirkverbindung steht.
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Der
JP 02286859 A ist
eine Zylinderkopfdichtung zu entnehmen, die im Bereich von Mediendurchgangslöchern
Arretierelemente zur Aufnahme von Einlagen aufweist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung, insbesondere
eine Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine,
bereit zu stellen, bei welcher durch Optimierung der zum Einsatz gelangenden
Werkstoffe einerseits eine Preisreduzierung gegenüber herkömmlichen
Flachdichtungen erzielt wird und andererseits ein einfacher konstruktiver
Aufbau gegeben sein soll.
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Darüber
hinaus soll auch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen
Flachdichtung vorgeschlagen werden, wobei eine einfache Verbindungstechnik
zwischen einzelnen Bauteilen der Flachdichtung herbeigeführt
werden soll.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Flachdichtung, insbesondere
Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine, bestehend
aus einem zumindest einlagigen, mit mindestens einer Durchgangsöffnung
versehenen Trägerelement sowie mindestens einem mit einer
Ausnehmung versehenen, zumindest einlagigen Dichtelement, wobei
das Dichtelement aus einem hochwertigeren, insbesondere einem sehr
temperaturbeständigen, metallischen Werkstoff, das Trägerelement
aus einem geringerwertigeren metallischen Werkstoff besteht und
die Verbindung zwischen Dichtelement und Trägerelement
auf mechanische Weise durch Verklammern herbeigeführt ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen
gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Mit
dem Erfindungsgegenstand wird somit eine Art Hybridlösung,
bestehend aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen bereitgestellt,
wobei lediglich der höheren Temperaturen ausgesetzte Dichtbereich
durch ein Dichtelement aus sehr hochwertigem temperaturbeständigem
Werkstoff gebildet wird. Als Trägerelement für
dieses Dichtelement kann ein Blech aus wesentlich günstigerem
Material verwendet werden als es heute noch eingesetzt wird. Das Blech
dient in der der Hauptsache nur dazu, entsprechende Einbaudicken
zu realisieren, bedarfsweise mehrere Dichtelemente miteinander zu
verbinden und die gesamte Dichtung montier- und fixierbar zu gestalten.
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Die
Abdichtung der Brennräume und der Fluide kann somit mit
Dichtelementen und Werkstoffen durchgeführt werden, die
hinsichtlich Eigenschaften und Kosten ideal auf die jeweiligen Anforderungen abgestimmt
sind. Die Verbindung der Dichtelemente mit dem Trägerblech
wird auf mechanischer Basis durch Verklammern erzielt. Das bedeutet,
aus dem Trägerblech wird zum einen die entsprechende Kontur
der Dichtung ausgestanzt und zum anderen werden Nasen mit ausgestanzt.
Durch das Hochbiegen der Nasen entsteht eine Art Nest oder Korb,
in das bzw. den das Dichtelement eingelegt wird. Dabei liegt das
Dichtelement jedoch ganz oder teilweise auf dem Trägerblech
auf. Anschließend wird das Dichtelement mit den ausgestanzten
Nasen verklammert und dadurch bezüglich seiner Position
fixiert. Durch das Herunterbiegen der Nasen bzw. einem Teil der
Nasen entsteht eine mechanische Verklammerung, aus der das zuvor
eingelegte Dichtelement nicht mehr herausfallen kann.
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Durch
geeignete Kombination dieser Verbindungstechnik können
sowohl weitere Dichtelemente als auch weitere Blechlagen miteinander
kombiniert und verklammert werden.
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Darüber
hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Flachdichtung vorgeschlagen,
wobei mindestens ein zumindest einlagiges metallisches Dichtelement
vorgebbarer Kontur ausgestanzt wird, ein zumindest einlagiges metallisches
Trägerelement ausgestanzt wird, dergestalt, dass das Trägerelement
mit mindestens einer Durchgangsöffnung und das Dichtelement
mit mindestens einer Ausnehmung versehen ist, wobei trägerelementseitig
Nasen ausgestanzt und aufgeweitet werden, das Dichtelement auf das
Trägerelement aufgelegt wird und zumindest ein Teil der
aufgeweiteten Nasen unter Bildung einer Klemmverbindung in Richtung
des Dichtelementes rückverformt wird.
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Die
Art der mechanischen Verbindung ist leicht herstellbar und kann
mit am Markt gängigen Technologien herbeigeführt
werden.
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Die
Nasen können durch entsprechende Verpressung sehr klein
gehalten werden. Diese können beispielsweise auch für
die Mikroabdichtung genutzt werden, wenn ein Material als Trägerblech
verwendet wird, das weich genug ist und entsprechend fließt.
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Die
Nasen können auch als Stopperelemente dienen, sofern das
Material des Trägerbleches fest bzw. steif genug ist. Ein
weiterer Vorteil der Verklammerung von Dichtelement und Trägerelement
bzw. Trägerelement mit mindestens einer weiteren Blechlage
mit solchen Nasen ist, dass durch die Anzahl und Form der Nasen
die Wärmeleitung bzw. der Wärmetransport eingestellt
werden kann. Dadurch lassen sich auch sehr unterschiedliche Materialien
mit sehr unterschiedlichen Temperatureinsatzbereichen miteinander
kombinieren.
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Infolge
der Verklammerung lässt sich ebenfalls einstellen, ob und
wie viel Spiel zwischen dem Dichtelement und dem Trägerblech
vorhanden ist. Auf diese Weise können Unterschiede bezüglich
des thermischen Ausdehnungsverhaltens und der damit verbundenen
thermisch bedingten Spannungen der beiden Materialien ausgeglichen
werden.
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Mit
Hilfe des Erfindungsgegenstandes lassen sich Kosten einsparen, weil
die Fertigung einfach und günstig ist und weil nur ein
relativ klein bauendes Dichtelement aus teurem, hochwertigem, temperaturbeständigem
Material benötigt wird.
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Mit
Hilfe dieser Verklammerungstechnik ist es auch möglich,
ein Dichtelement aus sehr hartem und steifem Material zu verwenden,
ohne den Zylinderkopf oder den Motorblock durch die Montage bzw. während
des Betriebes zu schädigen. Bei manchen Dichtungen oder
Dichtelementen kommt es aufgrund der gewählten Materialien
zu so genannten Eingrabungen. Diese können mittels der
vorliegenden Erfindung zumindest einseitig verhindert werden. Soll
das Dichtelement komplett umschlossen sein, um beidseitig keine
Schäden bzw. Eingrabungen zu verursachen, so müsste
das Trägerblech entweder noch zusätzlich umgebördelt
werden oder eine weitere Blechlage mit dem Trägerblech
verklammert werden.
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Als
Werkstoffe für das Dichtelement eignen sich insbesondere
Ni-Cr-Fe-Legierungen, wobei auch auf andere temperaturbeständige
Legierungen zurückgegriffen werden kann. Das Trägerelement kann
aus einem handelsüblichen Stahl, z. B. Kaltband, bestehen.
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Der
Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels
in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.
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Die
einzige Figur zeigt als Prinzipskizze eine nur angedeutete Zylinderkopfdichtung 1.
Die Zylinderkopfdichtung 1 wird gebildet durch ein, beispielsweise
aus Kaltband bestehendes Trägerelement 2 sowie
einem aus einer Ni-Cr-Fe-Legierung bestehendes Dichtelement 3.
Die angesprochenen Materialien sind nur beispielhaft, so dass auch
andersartige Materialkombinationen zur Erzeugung der Zylinderkopfdichtung 1 verwendet
werden können. Das Trägerelement 2 ist
in diesem Beispiel einlagig ausgebildet, wobei auch hier mehrere
aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen bestehende metallische Trägerelemente
miteinander, beispielsweise durch Verklammern, in Wirkverbindung
gebracht werden können. Die Prinzipskizze beinhaltet lediglich
eine einzelne Brennraumdurchgangsöffnung 4 im
Trägerelement 2. Das Dichtelement 3 soll
in diesem Beispiel mit einer kreisförmigen Ausnehmung 5 versehen
sein, so dass ein Ring gebildet wird. Andersartige äußere
Umfangskonturen sind ebenfalls denkbar. Außerhalb der Brennraumdurchgangsöffnung 4 weist das
Trägerelement 2 in diesem Beispiel vier durch Ausstanzen
erzeugte Nasen 6 auf, die zur Aufnahme des Dichtelementes 3 aufgeweitet
werden. In diesem Beispiel soll der Durchmesser der Brennraumdurchgangsöffnung 4 derjenigen
der Ausnehmung 5 entsprechen. Nach Aufweiten der Nasen 6 kann
das Dichtelement 3 mit seiner radialen Wandstärke
d auf das Trägerelement 2 aufgelegt werden. Anschließend
wird das Dichtelement 3 mit den ausgestanzten Nasen 6 durch
Rückverformung der Nasen 6 verklammert und dadurch
bezüglich seiner Position fixiert. Durch das Herunterbiegen
der Nasen 6 entsteht eine mechanische Verklammerung, aus
der das zuvor eingelegte Dichtelement 3 nicht mehr herausfallen
kann. Je nach Anzahl der Zylinder einer Brennkraftmaschine kann
das Trägerelement 2 mit einer entsprechenden Anzahl
von Brennraumdurchgangsöffnungen versehen werden. Eine
Anzahl entsprechender Dichtelemente 3 wird dann im Bereich
der jeweiligen Brennraumdurchgangsöffnung 4 positioniert
und die Verbindung zwischen Trägerelement 2 und
Dichtelement 3 – wie oben angesprochen – herbeigeführt.
Auf diese Weise lassen sich Kosten einsparen, weil die Fertigung
einfach und günstig ist und weil nur ein von seiner Baugröße
her relativ kleines Dichtelement aus teurem hochwertigem temperaturbeständigem
Material benötigt wird.
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Wie
bei den Brennraumdurchgangsöffnungen 4 können
jegliche weitere Durchgangsöffnungen, wie Fluidöffnungen
(Öl oder Wasser), in entsprechender Weise mit der Kontur
der jeweiligen weiteren Durchgangsöffnung entsprechenden
Dichtelementen bestückt werden, soweit dies von Nöten
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0955489
B1 [0003]
- - JP 02286859 A [0004]