DE102014111763A1

DE102014111763A1 - Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung, sowie Verfahren zum Herstellen einer Dichtung bzw. Dichtlage

Info

Publication number: DE102014111763A1
Application number: DE102014111763.8A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Stecher
Original assignee: fur Dichtungstechnik Mbh Soc Ges; STE Gesellschaft fur Dichtungstechnik mbH
Current assignee: fur Dichtungstechnik Mbh Soc Ges; STE Gesellschaft fur Dichtungstechnik mbH
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung aus Metall, die wenigstens einen abstützenden und abdichtenden Bereich (AA) aufweist, der im bestimmungsgemäßen Einbau elastisch und plastisch verformbar ist, wobei dieser Bereich (AA) mit einer gegenüber der ursprünglichen Blechdicke (h) erhöhten Dicke (hAA) ausgeführt ist, an der Unterseite des Bereiches (AA) eine Aussparung (AU) vorgesehen ist, und der Übergang zwischen dem Bereich (AA) und der sich an diesem Bereich anschließenden Fläche der Dichtung durch relativ dünne Verbindungsstege (VER) mit einer Blechstärke (hVER) von kleiner als der Hälfte der ursprünglichen Blechdicke ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung aus Metall.
Metalldichtungen benötigen eine gewisse Steifigkeit, um eine Abstützung bezüglich der beiden abzudichtenden Flächen zu erzielen und auch eine gewisse elastische und plastische Anpassungsverformung, um Unebenheiten oder Verformungen im Betrieb aufgrund von Temperatureinwirkungen ausgleichen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung aus Metall vorzuschlagen, die einfach herzustellen ist und als Zylinderkopfdichtung verwendet werden kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung aus Metall, die hier wenigstens einen abstützenden und abdichtenden Bereich AA aufweist, der im bestimmungsgemäßen Einbau elastisch und plastisch verformbar ist, wobei dieser Bereich AA mit einer gegenüber der ursprünglichen Blechdicke erhöhten Dicke ausgeführt ist,
an der Unterseite des Bereiches AA eine Aussparung vorgesehen ist, und der Übergang zwischen dem Bereich AA und der sich an diesen Bereich anschließenden Fläche der Dichtung durch relativ dünne Verbindungsstege mit einer Blechstärke von zirka der Hälfte der ursprünglichen Blechdicke ausgebildet ist.
Durch die gegenüber der ursprünglichen Blechdicke erhöhte Dicke dieser Bereiche AA wird erzielt, dass diese eine abstützende und abdichtende Funktion in der Dichtung übernehmen. Mit der Aussparung an der Unterseite wird erreicht, dass die Bereiche eine erhöhte Elastizität aufweisen, da das Material in die Aussparung hinein verdrängt werden kann.
Des Weiteren wird durch das Merkmal der relativ dünnen Verbindungsstege der Bereiche AA mit der umgebenden Dichtung erzielt, dass sich die Bereiche AA auch in der Breite ausdehnen können und die Verformung in den relativ dünnen Verbindungsstegen aufgenommen wird.
Als Metall wird für die Dichtung vorzugsweise Stahlblech verwendet.
Die Verbindungsstege sind vorzugsweise an der Unterseite der Bereiche AA ausgebildet. Dies erlaubt, dass die Aussparung an der Unterseite der Bereiche AA relativ groß ausgebildet werden kann und die Unterseite der Verbindungsstege für die Abstützung der Bereiche zur Verfügung steht.
Umfangreiche Tests haben ergeben, dass die Werte für eine derartige Dichtlage in den nachfolgenden angegebenen Bereichen vorzugsweise liegen beziehungsweise in diesem Verhältnis zueinander stehen sollten.
Die unverformte Blechdicke beträgt vorzugsweise h = 0,5 bis 1 mm, die Dicke der aufgedickten Bereiche h_AA = 1,2 bis 1,25 mm, die Höhe der Aussparung zur Unterseite des unverformten Bleches h_AU = 0,5 bis 0,6 mm und die Höhe des Verbindungssteges h_VER = 0,2 bis 0,3 mm.
Des Weiteren hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Seiten s_AA der Bereiche AA mit einem Winkel α = zirka 10° zur Vertikalen abgeschrägt sind.
Zudem hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Oberseite der Bereiche AA in der Mitte eben ausgeführt ist und die Seiten mit einem Winkel von β = zirka 10° zur Horizontalen abgeschrägt sind.
Die Ausbildung des Bereiches AA mit einer ebenen Oberfläche in der Mitte und den abgeschrägten Seiten erlaubt die Krafteinleitung mittig oberhalb der Aussparung.
Vorzugsweise sind auch die Seiten s_WAB des weniger aufgedickten Bereiches WAB mit einem Winkel von ε = zirka 10 bis 20° zur Vertikalen abgeschrägt.
Mittels einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der aufgedickte Bereich AA an der Unterseite beidseitig im Winkel δ = zirka 10° zur Horizontalen nach innen ansteigend abgeschrägt und in der Mitte eine Aussparung mit einer Breite bAU^{= 0,6 mm und einer Höhe h}AU^{= zirka 0,5 mm vorgesehen.}
Durch das Anschrägen des Bereiches AA seitlich der Aussparung wird eine zusätzliche Elastizität in dem Bereich AA eingebaut. Vorzugsweise sind auch die Seitenwände s_AU der Aussparung mit einem Winkel von λ = zirka 10 bis 20° zur Vertikalen abgeschrägt, sodass sich die Aussparung nach unten aufweitet. Hierdurch wird auch an der Unterseite des Bereiches AA der Kraftfluss bei der Verformung in Richtung der Verbindungsstege erzielt.
Vorzugsweise ist der Bereich AA symmetrisch zur Mittelachse ausgebildet, jedoch eine alternative Ausführungsform sieht auch eine nichtsymmetrische Ausbildung des Bereiches AA vor. Durch die nichtsymmetrische Ausbildung des Bereiches AA kann die Verformung des Bereiches AA individuell angepasst werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Oberseite nach innen gewölbt und an der Unterseite stehen die Bereiche zwischen der Aussparung AU und den Verbindungsstegen VER stehen über die Unterseite der unverformten Dichtlage über.
Durch diese Formgebung dehnt sich der Bereich AA bei der Montage nicht in der Breite aus, sondern bleibt konstant oder zieht sich sogar zusammen. Diese nach innen gerichtete Verformungskraft im Bereich AA ermöglicht eine Dichtung auf engstem Spaltmaß, wie. z.B. zwischen zwei Brennraumöffnung zu realisieren.
Die Erfindung ist auch gekennzeichnet durch ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtlage, wobei hierzu eine Blechlage mit konstanter Materialdicke in ein Prägewerkzeug eingelegt wird und die Herstellung der aufgedickten Bereiche der Dichtlage durch eine Kombination von Querprägen und senkrechten Verdrängungsprägen in einem einzigen Prägevorgang erfolgen kann.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie in den Unteransprüchen offenbart.
In den Zeichnungen zeigen:
1 schematisch eine Zylinderkopfdichtung in der Ansicht von oben,
2 den Schnitt AA von 1,
3 den Schnitt BB aus 1,
4 in schematischer Darstellung das Presswerkzeug mit eingelegter Dichtlage,
5 in Schrägansicht den aufgedickten Bereich AA mit HP-Linien und
6 in schematischer Darstellung den Schnitt AA in alternativer Ausführungform.
1 zeigt in einer Ansicht von oben eine Zylinderkopfdichtung mit vier Brennraumöffnungen 1, Schraubenöffnungen 2 und Öffnungen für Fluidleitungen 3. Die Dichtung weist um die abzudichtenden Öffnungen 1 bis 3 sogenannte abstützende und abdichtende Bereiche AA auf, welche in 1 gestrichelt dargestellt sind und in den nachfolgenden Figuren näher erläutert werden.
2 zeigt den Schnitt AA aus 1. Der abstützende und abdichtende Bereich AA ist mittig dargestellt, wobei dieser beidseitig von weniger aufgedickten Bereichen WAB umgeben ist. Zur linken Seite schließt sich neben dem weniger aufgedickten Bereich WAB die Brennraumöffnung 1 an. Rechts schließt sich neben dem weniger aufgedickten Bereich WAB die unverformte Dichtlage mit der Höhe h an. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat die unverformte Dichtlage eine Blechdicke von h = 0,5 bis 1 mm.
Die Dicke des aufgedickten Bereiches AA beträgt beispielsweise h_AA = zirka 1,2 bis 1,25 mm. Die Höhe des weniger aufgedickten Bereiches h_WAB liegt zwischen der Dicke des unverformten Bleches h und der Höhe h_AA des aufgedickten Bereiches AA.
Der aufgedickte Bereich AA ist über relativ dünne Verbindungsstege VER an der Unterseite der Dichtlage mit den weniger aufgedickten Bereichen WAB verbunden.
An der Unterseite weist der aufgedickte Bereich AA eine Aussparung AU auf, welche eine Höhe zur Unterseite des unverformten Bleches von beispielsweise h_AU = 0,5 bis 0,6 mm aufweist. Die Breite der Aussparung AU beträgt an der Oberseite zirka b_AU = 0,6 mm.
Die Seiten des aufgedickten Bereiches AA sind nach außen zu den Verbindungsstegen hin mit dem Winkel α = zirka 10° abgeschrägt, sodass die Seiten s_AA in Richtung Verbindungsstege VER verlaufen. Die Oberseite des Bereiches AA ist in der Mitte über die Breite b_EAA eben ausgebildet und seitlich davon mit einem Winkel von β = zirka 10° zur Horizontalen abgeschrägt.
Die Verbindungsstege sind an der Oberseite mit einem Winkel γ = zirka 20° und an der Unterseite mit einem Winkel δ = zirka 10° jeweils zur Horizontalen abgeschrägt. Die Unterseite der Verbindungsstege VER geht über in die Unterseite der Aussparung AU.
Im eingebauten Zustand wird durch diesen Bereich AA insbesondere durch die Aussparung AU an der Unterseite eine gewisse Elastizität erzeugt. Da der Bereich AA gegenüber der ursprünglichen unverformten Blechdicke aufgedickt ist, fungiert dieser als abstützender und abdichtender Bereich in der Dichtung.
3 zeigt den Schnitt BB aus 1. Bei Zylinderkopfdichtungen ist insbesondere der Bereich zwischen zwei Brennräumen 1 kritisch, da hier die größten thermischen Belastungen auftreten.
Wie 3 zeigt, sind in diesem Bereich zwei Bereiche AA nebeneinander angeordnet, wobei die beiden Bereiche AA in der Mitte über einen weniger aufgedickten Bereich WAB verbunden sind. Werden die Maße wie folgt gewählt, h = 0,5 bis 1 mm, h_AA = 1,2 bis 1,25 mm, h_AU = 0,5 bis 0,6 mm, h_VER = 0,2 bis 0,3 mm, b_AU = 0,6 mm und h_VER = 0,5 mm, lassen sich zwei Bereiche b_AA an der Außenkante des einen Verbindungssteges VER bis zur Außenkante des im anderen Bereich AA gegenüberliegenden Verbindungssteges VER auf einer Breite von bM = 7 mm erzielen.
4 zeigt schematisch ein Presswerkzeug zur Herstellung einer Dichtlage, wie sie in den vorherigen Figuren beschrieben wurde. Das Presswerkzeug weist ein Oberteil 4 und ein Unterteil 5 auf, wobei dazwischen ein Stahlblech mit der unverformten Blechdicke h eingelegt ist. Auf der Unterseite ist ein Vorsprung 6 ausgebildet, um in der Dichtlage die Aussparung AU herzustellen. Des Weiteren sind sowohl im Oberteil als auch im Unterteil Auskerbungen 7 vorgesehen, um sogenannte High Pressure Linien hp-L in den Bereichen AA sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite auszubilden.
5 zeigt schematisch in Schrägansicht den Bereich AA, wie er nach einem Prägeschritt entsteht. Das Prägeverfahren und insbesondere die Ausbildung der Verbindungsstege an der Unterseite des Bereiches AA hat den Vorteil, dass die geprägte Dichtung keinerlei Welligkeit aufweist und in einem Schritt herstellbar ist.
6 zeigt schematisch den Bereich AA. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Oberseite nach innen gewölbt, d.h. konkav über die Breite b_AA ausgebildet. An der Unterseite ist eine Aussparung AU ausgebildet und die Bereiche zwischen der der Aussparung AU und den Verbindungsstegen VER stehen über die Unterseite der unverformten Dichtlage (angedeutet durch die gestrichelte Linie) über. Beim Einbau wir über den Zylinderkopf seitlich der Aussparung AU, an den Stellen die mit dem Pfeil F gekennzeichnet sind, die Kraft eingeleitet. An der Oberseite wird den äußeren Bereichen aufgrund der nach innen gewölbten Form die Kraft über den Zylinderkopf eingeleitet. Der Bereich AA dehnt sich bei der Montage nicht in seiner Breite aus, sondern bleibt konstant oder zieht sich sogar zusammen. Diese nach innen gerichtete Verformungskraft im Bereich AA bringt große Vorteile mit sich. Eine Dichtung kann auf engstem Spaltmaß, wie. z.B. zwischen zwei Brennraumöffnung realisiert werden. Im Schnitt BB (siehe 3) sind hierzu beide Bereiche AA, wie in 6 gezeigt, ausgebildet.
Günstigerweise sind die Bereiche AA entsprechend den oben erläuterten Abmessungen und Eigenschaften entlang den Abdichtlinien als geschlossener Dichtring ausgebildet. Die örtliche Dichtkraft und sonstige Eigenschaften können durch eine Variation der örtlichen Breite den motorischen Verhältnissen angepasst werden.
Die hier in den Ausführungsbeispielen angegebenen Abmessungen beziehen sich auf den Einsatz als Zylinderkopfdichtung von Verbrennungsmotoren.
Eine Weiterentwicklung hat gezeigt, dass die Anwendung dieser Erfindung weit über diesen Bereich möglich ist, z.B. für Großdiesel und andere Einsätze. Hierzu gelten dafür selbstverständlich auch entsprechend andere Abmessungen.

Claims

Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung aus Metall, die wenigstens einen abstützenden und abdichtenden Bereich (AA) aufweist, der im bestimmungsgemäßen Einbau elastisch und plastisch verformbar ist, wobei dieser Bereich (AA) mit einer gegenüber der ursprünglichen Blechdicke (h) erhöhten Dicke (h_AA) ausgeführt ist, an der Unterseite des Bereiches (AA) eine Aussparung (AU) vorgesehen ist, und der Übergang zwischen dem Bereich (AA) und der sich an diesem Bereich anschließenden Fläche der Dichtung durch relativ dünne Verbindungsstege (VER) mit einer Blechstärke (h_VER) von zirka der Hälfte der ursprünglichen Blechdicke (h) ausgebildet ist.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus Stahlblech hergestellt ist.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (VER) an der Unterseite der Bereiche (AA) ausgebildet sind.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhen in etwa folgende Werte haben beziehungsweise in diesem Verhältnis zueinander sind: – die unverformte Blechdicke h = 0,5 mm bis 1 mm, – die Dicke der aufgedickten Bereiche (AA) h_AA = 1,2 bis 1,25 mm, – die Höhe der Aussparung (AU) zur Unterseite des unverformten Bleches h_AU = 0,5 bis 0,6 mm, – die Höhe der Verbindungsstege h_VER = 0,2 bis 0,3 mm.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (AA) Seiten (s_AA) aufweisen, die mit einem Winkel von α = zirka 10° zur Vertikalen abgeschrägt sind.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgedickten Bereiche (AA) an der Oberseite eine Breite (b_AA) aufweisen, welche zirka dem Doppelten der unverformten Blechdicke (h) entspricht.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite der Bereiche (AA) in der Mitte über die Breite (b_EAA) eben ausgebildet ist und seitlich mit einem Winkel β = zirka 10° zur Horizontalen abgeschrägt sind.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (VER) an der Oberseite mit einem Winkel γ = zirka 20° und an der Unterseite mit einem Winkel δ = zirka 10° zur Horizontalen und zum Bereich (AA) hin ansteigend abgeschrägt sind.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verbindungssteg (VER) und dem unverformten Blech ein weniger aufgedickter Bereich (WAB) mit einer Dicke von h_WAB größer h und kleiner h_AA ausgebildet ist.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weniger aufgedickten Bereiche (WAB) Seiten (s_WAB) aufweisen, die mit einem Winkel von ε = zirka 10 bis 20° vorzugsweise zirka 15° zur Vertikalen abgeschrägt sind.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgedickte Bereich (AA) an der Unterseite beidseitig im Winkel δ = zirka 10° zur Horizontalen nach innen ansteigend abgeschrägt ist und der in der Mitte eine Aussparung (AU) mit der Breite von b_AU = zirka 0,6 mm und einer Höhe von h_AU = 0,5 mm zur Unterseite der unverformten Dichtung aufweist.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (AU) Seitenwände (s_AU) aufweist, die mit einem Winkel von λ = zirka 10 bis 20° zur Vertikalen abgeschrägt sind.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgedickten Bereiche (AA) symmetrisch ausgebildet sind oder zur Einstellung der Anpassungsverformung nicht symmetrisch ausgebildet sind.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite der Bereiche (AA) über die Breite (b_AA) nach innen gewölbt ausgebildet ist.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite der Bereiche (AA) über die Unterseite der unverformten Dichtlage übersteht und seitlich der Aussparung AU die am weitesten nach unten vorstehenden Bereiche des Bereiches AA ausgebildet sind.
Einlagige Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche AA entsprechend den definierten Abmessungen und Eigenschaften entlang den Abdichtlinien als geschlossener Dichtring ausgebildet sind und die örtliche Dichtkraft und sonstige Eigenschaften durch eine Variation der örtlichen Breite den motorischen Verhältnissen angepasst werden können.
Verfahren zum Herstellen einer einlagigen Dichtung oder Dichtlage einer mehrlagigen Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahlblech mit konstanter Materialdicke (h) in ein Prägewerkzeug eingelegt wird und die Herstellung der aufgedickten Bereiche (AA) der Dichtlage durch eine Kombination von Querprägen und senkrechten Verdrängungsprägen in einem einzigen Prägevorgang erfolgt.