DE19721063A1 - Metalldichtung - Google Patents
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- F16J15/0818—Flat gaskets
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Description
Die Erfindung betrifft eine Metalldichtung, die zum Einbau zwischen
gegenüberliegende Flächen von Teilen eines Mehrzylindermotors und zur
Abdichtung eines Zwischenraums zwischen den Teilen ausgebildet ist.
Bisher wurde eine Metalldichtung dazu verwendet, einen Zwischenraum
zwischen gegenüberliegenden Flächen eines Zylinderkopfs und eines
Zylinderblocks eines Motors abzudichten. Es wurden verschiedene Arten
von Metalldichtungen entwickelt. Ein in jüngerer Zeit verwendeter Motor
hat Forderungen nach einer höheren Ausgangsleistung und einem gerin
geren Gewicht gestellt. Mit der Absicht, diese Anforderungen zu erfüllen,
besteht die Tendenz, den Zylinderkopf und den Zylinderblock aus einem
Aluminiummaterial mit einer geringeren spezifischen Dichte herzustellen
anstatt aus herkömmlicherweise verwendetem Stahl und Gußeisen mit
einer größeren spezifischen Dichte. Da ein Aluminiumkonstruktions
element eines Motors ein geringeres Gewicht, aber auch eine geringere
Steifigkeit besitzt, wird die relative Verlagerung des Zylinderkopfs und
des Zylinderblocks während des Motorbetriebs leicht größer.
Die Metalldichtung ist in der Nähe des Umfangs von Zylinderbohrungen
und Durchgangslöchern für Wasser und Öl mit Rippen oder Sicken
versehen, die ringförmige Abschnitte elastischen Kontakts bezüglich der
gegenüberliegenden Flächen des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks
bilden, wenn die Metalldichtung durch Anziehen von Bolzen, welche mit
dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock in Eingriff stehen, fixiert wird,
wodurch der Zwischenraum zwischen den gegenüberliegenden Flächen
des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks abgedichtet wird. Im Fall einer
Zylinderkopf-Metalldichtung werden auf sie wiederholte Belastungen, d. h.
mechanische Belastungen und thermische Belastungen, ausgeübt, da der
Zwischenraum zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock wäh
rend eines Verbrennungszyklus des Motors wiederholt größer und kleiner
wird. Die Beanspruchungen aufgrund schwankender Belastung durch den
Motor treten in hohem Maße in denjenigen Abschnitten des Zylinder
blocks und des Zylinderkopfs auf, die die geringste Steifigkeit besitzen.
Als Folge treten eine dauerhafte Ermüdung und Risse in den auf einer
Rippengrundplatte ausgebildeten Rippen oder Sicken auf, was eine
Verschlechterung der Dichtfähigkeit der Metalldichtung bewirkt.
Eine herkömmliche Zylinderkopf-Metalldichtung ist in der japanischen
offengelegten Patentschrift Nr. 61506/1996 offenbart. Sie ist dadurch
gebildet, daß in der folgenden Reihenfolge übereinander angeordnet sind:
eine Rippengrundplatte, welche eine elastische Metallplatte umfaßt, die
mit längs des Umfangs von Öffnungen verlaufenden Rippen oder Sicken
versehen ist, eine Regulierplatte, welche eine elastische Metallplatte
umfaßt, die mit entlang des Umfangs von Öffnungen verlaufenden
Rippen oder Sicken versehen ist, sowie eine mit Löchern versehene
Dichtplatte. Bei dieser Dichtung wird ein Innenumfangsrand einer Öff
nung der Regulierplatte fest durch die Dichtplatte gehalten. Die zwischen
Öffnungen verlaufenden Rippen auf der Rippengrundplatte umfassen
Vollrippen; die gleichen Rippen, die um die anderen Abschnitte der
Öffnungen herum verlaufen, umfassen Halbrippen. Die Rippen auf der
Regulierplatte umfassen Vollrippen in bezug auf diejenigen Abschnitte
von ihnen, die um den gesamten Umfang der Öffnungen herum ver
laufen. Die Abschnitte der Rippen auf der Rippengrundplatte, die zwi
schen den Öffnungen verlaufen, überlagern sich mit den entsprechenden
Abschnitten der Rippen auf der Regulierplatte.
Bei einer Metalldichtung dienen die geeignete Konzentrierung des Flä
chendrucks, d. h. des Drucks von Fläche zu Fläche, auf die Bereiche um
die Öffnungen und die Gewährleistung eines Zustands für den durch
schnittlichen Druck von Fläche zu Fläche, bei dem ein erforderlicher
Flächedruck um die Wasserlöcher und die Öllöcher herum gewährleistet
ist, zur Verbesserung der Dichtfähigkeit der Dichtung; sie sind er
wünscht, um den Druck von Fläche zu Fläche gleichmäßig zu verteilen.
Bei einer herkömmlichen Metalldichtung ist jedoch der Druck von Fläche
zu Fläche in übermäßiger Weise auf die Dichtbereiche konzentriert, wobei
ein erforderlicher oder nötiger Druck von Fläche zu Fläche um die Was
serlöcher und Öllöcher herum nicht gewährleistet werden kann. Es wird
daher schwierig, einen Zustand eines durchschnittlichen Drucks von
Fläche zu Fläche zu gewährleisten, so daß auch kein hervorragender
Abdichtungszustand erhalten werden kann. Wenn der Druck von Fläche
zu Fläche auf die Rippenabschnitte der Metalldichtung konzentriert ist,
verschlechtert sich die Gleichmäßigkeit des Drucks von Fläche zu Fläche,
wobei die Dichtfähigkeit der Dichtung abnimmt.
Wenn eine Metalldichtung, die eine Rippengrundplatte mit von einer
Außenfläche der Rippengrundplatte vorstehenden Rippen aufweist,
zwischen einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock eingespannt wird,
stehen die vorstehenden Flächen der Rippen in unmittelbarem Kontakt
mit dem Zylinderkopf oder dem Zylinderblock, wobei nur diejenigen
Bereiche, mit denen die vorstehenden Flächen der Rippen in Kontakt
stehen, einen hohen linearen Druck von Fläche zu Fläche erzeugen.
Folglich treten Eindrückungen und Brüche an und in dem Zylinderblock
und dem Zylinderkopf auf, mit denen die vorstehenden Flächen der
Rippen in Kontakt stehen. Zudem verschlechtert sich das Dichtverhalten.
Der Erfindung liegt demnach das technische Problem zugrunde, eine
Metalldichtung mit einem Schichtaufbau aus einer Rippengrundplatte,
einer Zwischenplatte und einer dünnen Platte bereitzustellen, die alle von
elastischen Metallplatten gebildet sind, welche mit Rippen oder Sicken
versehen sind, die entlang des Umfangs von Öffnungen oder Durch
bohrungen verlaufen, wobei an der Rippengrundplatte Vollrippen und an
der Zwischenplatte Anschlagrippen ausgebildet sind, wobei die Anschlag
rippen die volle Komprimierung der Vollrippen und den Eintritt eines
Gases in zwischen den Rippen gebildete Zwischenräume verhindern und
dadurch die Korrosion der Rippen verhindern, wobei umgeschlagene
Abschnitte die Unregelmäßigkeit der Bereiche der Platten um die Öff
nungen herum kompensieren, um so eine dauerhafte Ermüdung der
Anschlagrippen und den Eintritt eines Gases in durch die Anschlagrippen
begrenzte Zwischenräume zu verhindern und die Haltbarkeit der Rippen
und der Anschlagrippen zu verbessern.
Zur Lösung dieser Problemstellung schlägt die Erfindung eine Metall
dichtung vor mit einer Rippengrundplatte, einer auf der Rippengrundplatte
angeordneten Zwischenplatte und einer auf der Zwischenplatte angeord
neten dünnen Platte mit einer Dicke, die kleiner als die Dicke der Rippen
grundplatte ist, wobei die Rippengrundplatte, die Zwischenplatte und die
dünne Platte von elastischen Metallplatten gebildet sind, die mit parallel
angeordneten Öffnungen versehen sind, welche jeweils unter gegen
seitiger Überdeckung zueinander ausgerichtet sind, wobei die Rippen
grundplatte mit Vollrippen versehen ist, welche um den gesamten Um
fang der Öffnungen herum verlaufen, wobei die Zwischenplatte in ihren
näher als die Vollrippen an den Öffnungen liegenden Bereichen mit
Anschlagrippen versehen ist, welche entlang des Umfangs der Öffnungen
verlaufen, wobei die Anschlagrippen mit einer Höhe ausgebildet sind, die
kleiner als die der Vollrippen ist, wobei die dünne Platte in ihren entlang
des Umfangs der Öffnungen der Zwischenplatte verlaufenden Bereichen
umgeschlagen ist, so daß sie umgefaltete Abschnitte bildet, die zwischen
der Rippengrundplatte und der Zwischenplatte angeordnet sind.
Die dünne Platte kann mit Vollrippen versehen sein, welche in Vertiefun
gen der Anschlagrippen an der Zwischenplatte eingesetzt sind. Bei einem
anderen Ausführungsbeispiel können diejenigen Abschnitte der dünnen
Platte, die solchen Vertiefungen der Anschlagrippen an der Zwischen
platte gegenüberliegen, mit flachen Oberflächen ausgebildet sein.
Die Vollrippen an der Rippengrundplatte und die Anschlagrippen an der
Zwischenplatte können bei der Metalldichtung in partiellem Kontakt
miteinander stehen.
Die umgeschlagenen Abschnitte der dünnen Platte stehen mit den
Anschlagrippen an der Zwischenplatte vorzugsweise nicht in Kontakt, so
daß Zwischenräume zwischen den Endflächen der umgeschlagenen
Abschnitte und inneren Grenzen der Anschlagrippen gebildet sind.
Die Höhe der Anschlagrippen an der Zwischenplatte ist vorzugsweise im
wesentlichen gleich oder etwas größer als die Höhe der umgeschlagenen
Abschnitte der dünnen Platte. Wenn die Höhe der Anschlagrippen viel
größer als die der umgeschlagenen Abschnitte ist, tritt eine Konzentration
des Flächendrucks in diesen Bereichen auf, was die Gleichmäßigkeit des
Flächendrucks verschlechtert. Bei der erfindungsgemäßen Metalldichtung
tritt daher bei den Anschlagrippen keine Konzentration des Flächendrucks
auf. Aufgrund der Zusammenwirkung der Anschlagrippen und der umge
schlagenen Abschnitte ist die Gleichmäßigkeit des Flächendrucks verbes
sert. Dies ermöglicht eine verbesserte Dichtfunktion der Dichtung.
Die Dicke der Zwischenplatte ist vorzugsweise größer als die der Rippen
grundplatte. Das Verhältnis der Dicke der Zwischenplatte zu der der
Rippengrundplatte beträgt beispielsweise 2 bis 4.
Die Rippen an der Rippengrundplatte können einander in den Bereichen
zwischen benachbarten Öffnungen treffen. Die Rippengrundplatte kann
auf der Seite eines Zylinderkopfs angeordnet sein, die dünne Platte auf
der Seite des Zylinderblocks. Dementsprechend stellt sich ein gut ausge
wogener Flächendruck ein, der zwischen dem Zylinderblock und der
dünnen Platte auftritt und der zwischen dem Zylinderkopf und der Rip
pengrundplatte auftritt, wobei entlang des Umfangs der Öffnungen ein
hervorragendes Dichtvermögen gegeben ist.
Das Verhältnis der Dicke der Rippengrundplatte zu der der Zwischen
platte und die Höhe der umgeschlagenen Abschnitte der dünnen Platte
und der Anschlagrippen an der Zwischenplatte können optimal eingestellt
werden, so daß die Gleichmäßigkeit des Flächendrucks ebenso wie das
Dichtvermögen verbessert werden können. Da das Dichtvermögen der
Dichtung durch die Anschlagrippen und die umgeschlagenen Abschnitte
verbessert wird, wird es möglich, den Eintritt eines heißen und unter
hohem Druck stehenden Gases in durch die Vollrippen an der Rippen
grundplatte begrenzte Zwischenräume und das Entstehen von Korrosion
an den Rippen zu verhindern, das Dichtvermögen der Vollrippen für eine
lange Zeitdauer sicherzustellen und die Haltbarkeit der Dichtung zu
verbessern.
Die dauerhafte Ermüdung der Vollrippen wird dadurch verhindert, daß
durch die Anschlagrippen ihre volle Komprimierung vermieden wird.
Darüber hinaus kompensieren die umgeschlagenen Abschnitte der dün
nen Platte, die die Randabschnitte der Öffnungen der Zwischenplatte
halten, die Unregelmäßigkeit der Bereiche dieser Platte um die Öffnungen
herum und verhindern die dauerhafte Ermüdung der Vollrippen und der
Anschlagrippen sowie den Eintritt eines heißen und unter hohem Druck
stehenden Gases in die durch die Anschlagrippen begrenzten Zwischen
räume, wodurch ein ausgewogener Flächendruck erreicht und seine
Konzentration vermieden wird und eine ideale Flächendruckverteilung
erhalten wird.
Die vorstehenden Flächen der Rippen werden in Kontakt mit der Rippen
grundplatte und der Zwischenplatte und nicht mit einem Zylinderkopf
oder einem Zylinderblock gebracht, so daß das Auftreten von Eindrückun
gen und Brüchen an dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock verhindert
werden kann. Da die umgeschlagenen Abschnitte und die Anschlagrippen
das Eindringen eines Gases in die durch die Rippen begrenzten Zwischen
räume verhindern, wird die Korrosion der Vollrippen und der Anschlagrip
pen verhindert. Dies ermöglicht eine ordnungsgemäße Funktion der
Rippen für alle Zeiten, die Gewährleistung einer exzellenten Gleichmäßig
keit des Flächendrucks, selbst wenn die Dichtung über einen langen
Zeitraum hinweg benutzt wird, und die Verbesserung der Haltbarkeit der
Dichtung.
Da die Metalldichtung wie vorstehend beschrieben ausgeführt ist, wird
der von den Vollrippen an der Rippengrundplatte erzeugte Flächendruck
auf einen Zylinderkopf und über die Zwischenplatte und die dünne Platte
auf einen Zylinderblock aufgebracht. So kann ein stabiler Flächendruck
sichergestellt werden. Der aufgrund der Anschlagrippen an der Zwischen
platte und der umgeschlagenen Abschnitte der dünnen Platte auftretende
Flächendruck wird über die Rippengrundplatte auf den Zylinderkopf
übertragen, wodurch ein stabiles und sehr gutes Gleichgewicht des
Flächendrucks sichergestellt werden kann. Die umgeschlagenen Ab
schnitte der dünnen Platte und die Anschlagrippen an der Zwischenplatte
bilden Kompensationsabschnitte für die Dichtfunktion und die Anschlag
funktion hinsichtlich der Vollrippen an der Rippengrundplatte, wodurch es
möglich wird, die Vollrippen zu schützen, indem ihre volle Komprimierung
verhindert wird, und das Auftreten einer dauerhaften Ermüdung und von
Rissen in den Vollrippen zu verhindern.
Die Vollrippen, die Anschlagrippen und die umgeschlagenen Abschnitte
bilden bei der Metalldichtung eine Dreifachdichtlinie, was das Dichtver
mögen der Dichtung verbessert. Die umgeschlagenen Abschnitte und die
Anschlagrippen verhindern eine übermäßige Komprimierung der Voll
rippen an der Rippengrundplatte. Das Auftreten einer dauerhaften Ermü
dung und von Rissen in den Vollrippen an der Rippengrundplatte, die
einer übermäßigen Komprimierung der Vollrippen zuzuschreiben sind,
kann verhindert werden. Darüber hinaus wird der Eintritt eines Gases in
die durch die Vollrippen an der Rippengrundplatte begrenzten Zwischen
räume verhindert, was es möglich macht, die Korrosion dieser Rippen
durch Gas zu unterbinden. Die von den umgeschlagenen Abschnitten der
dünnen Platte gebildeten Kompensationsabschnitte können die Dicht
funktion, die Flächendruckregulierfunktion und die Anschlagfunktion zur
Vermeidung einer vollen Komprimierung der Vollrippen erfüllen. Wenn die
umgeschlagenen Abschnitte niedriger als die Anschlagrippen ausgeführt
sind, können sie die Anschlagfunktion zur Verhinderung einer vollen
Komprimierung der Anschlagrippen erfüllen.
Selbst wenn die relative Verlagerung eines Zylinderkopfs und eines
Zylinderblocks, die einen Motor bilden und aus einem Aluminiummaterial
hergestellt sind, groß wird und Unregelmäßigkeiten zwischen den Eingriffs- oder
Anlageflächen dieser Motorteile auftreten, entstehen keine Ein
drückungen und Schäden an dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock,
wobei die Unregelmäßigkeiten der vorgenannten Anlage- oder Eingriffs
flächen kompensiert werden können, da bei der Metalldichtung, wenn sie
zwischen den Zylinderkopf und den Zylinderblock eingebaut ist, die
Vollrippen an der Rippengrundplatte zur Anlage an der Zwischenplatte
kommen und die Anschlagrippen an der Zwischenplatte zur Anlage an
der Rippengrundplatte kommen, wobei sich die umgeschlagenen Ab
schnitte zwischen die Rippengrundplatte und die Zwischenplatte er
strecken.
Die umgeschlagenen Abschnitte verhindern den Eintritt eines Verbren
nungsgases in die durch die Vollrippen begrenzten Zwischenräume und
schützen die Vollrippen vor durch das heiße Gas bedingter Korrosion. Das
Auftreten einer dauerhaften Ermüdung und von Rissen in den Vollrippen
und die Abnahme der Dichtfunktion der Vollrippen können so verhindert
werden, wobei durch die umgeschlagenen Abschnitte, die Anschlagrip
pen und die Vollrippen die Gleichmäßigkeit des Flächendrucks über einen
langen Zeitraum hinweg zuverlässig sichergestellt werden kann. Die an
der dünnen Platte ausgebildeten umgeschlagenen Abschnitte können die
Dichtfunktionen hinsichtlich der Rippen erfüllen, das Dichtvermögen
hinsichtlich der Rippen sicherstellen, eine gasbedingte Korrosion der
Rippen verhindern, die ordnungsgemäße Funktion der Rippen zu allen
Zeiten gewährleisten und die Haltbarkeit der Dichtung verbessern.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 eine partielle Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Metalldich
tung,
Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht auf den in Fig. 1 mit dem Bezugs
zeichen A bezeichneten Bereich einer Rippengrundplatte,
Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf den durch das Bezugszeichen A
bezeichneten Bereich zweier übereinander angeordneter Platten, nämlich
einer Zwischenplatte und einer dünnen Platte,
Fig. 4 eine längs der Linie B-B in Fig. 1 genommene vergrößerte
Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 5 eine längs der Linie C-C in Fig. 1 genommene vergrößerte
Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht des mit dem Bezugszeichen D in
Fig. 5 bezeichneten Bereichs der Zwischenplatte und der dünnen Platte
des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 7 eine längs der Linie B-B in Fig. 1 genommene vergrößerte
Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig. 8 eine längs der Linie C-C in Fig. 1 genommene vergrößerte
Schnittansicht des zweiten Ausführungsbeispiels und
Fig. 9 eine vergrößerte Schnittansicht des mit dem Bezugszeichen E in
Fig. 8 bezeichneten Bereichs der Zwischenplatte und der dünnen Platte
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Es werden nun Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Metall
dichtung beschrieben. Zunächst wird ein erstes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Metalldichtung anhand der Fig. 1 bis 6 beschrie
ben.
Die Metalldichtung wird vorzugsweise als Kopfdichtung verwendet,
welche zwischen einem Zylinderkopf (nicht gezeigt) und einem Zylinder
block (nicht gezeigt) gehalten ist, die aus Aluminium gebildet sind, und
welche so eingespannt ist, daß sie einen Zwischenraum zwischen gegen
überliegenden Flächen des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks ab
dichtet. Die Dichtung ist von parallel angeordneten Öffnungen oder
Durchbohrungen durchsetzt, deren Anzahl der Zylinderzahl eines Mehr
zylindermotors, beispielsweise eines Vier- oder Sechszylindermotors,
entspricht.
Die Metalldichtung umfaßt eine Rippengrundplatte 1, eine Zwischenplatte
2, die eine Regulier- oder Ausgleichsplatte bildet und in Schichtbauweise
auf der Rippengrundplatte 1 angeordnet ist, sowie eine dünne Platte 3,
welche in Schichtbauweise auf der Zwischenplatte 2 angeordnet ist und
eine Dicke besitzt, die kleiner als die der Rippengrundplatte 1 ist. Die
Rippengrundplatte 1, die Zwischenplatte 2 und die dünne Platte 3 sind
von elastischen Metallplatten gebildet, welche von parallel angeordneten
Öffnungen oder Durchbohrungen 7, 8 bzw. 9 durchsetzt sind, die jeweils
einander gegenüberliegend ausgebildet sind. Die Rippengrundplatte 1, die
Zwischenplatte 2 und die dünne Platte 3 sind mit Bolzenlöchern 12,
Wasserlöchern 13, Öllöchern 14 und Klopflöchern 15 um die Öffnungen
7, 8, 9 versehen. Die Metalldichtung wird so zwischen dem Zylinderkopf
und dem Zylinderblock angeordnet, daß beispielsweise die Rippengrund
platte 1 auf der Seite des Zylinderkopfs angeordnet ist, während die
dünne Platte 3 auf der Seite des Zylinderblocks angeordnet ist.
Die Rippengrundplatte 1 ist mit im Querschnitt konvexen Vollrippen (oder
-sicken) 5 ausgeführt, welche längs des Umfangs der Öffnungen 7
verlaufen und im wesentlichen konzentrisch zu diesen sind. Die Zwi
schenplatte 2 ist mit Anschlagrippen (oder -sicken) 6 ausgeführt, welche
näher als die Vollrippen 5 an den Öffnungen 7 angeordnet sind und
entlang des Umfangs der Öffnungen 8 verlaufen. Die dünne Platte 3 ist
mit umgefalteten oder umgeschlagenen Abschnitten 4 versehen, die so
gebogen sind, daß sie entlang der Umrandungsabschnitte 11 der parallel
angeordneten Öffnungen 8 der Zwischenplatte 2 verlaufen und an diesen
Umrandungsabschnitten 11 gehalten sind. Die umgeschlagenen Ab
schnitte 4 sind dabei zwischen der Rippengrundplatte 1 und der Zwi
schenplatte 2 angeordnet, wobei die gebogenen Begrenzungsflächen der
umgeschlagenen Abschnitte 4 die Öffnungen 9 bilden.
Die Rippengrundplatte 1 ist mit einer vorbestimmten Dicke t₁ ausgeführt
und mit Vollrippen 5 versehen, welche entlang des gesamten Umfangs
der Öffnungen 7 ausgebildet sind, um so einen richtigen und geeigneten
Flächendruck um die Zylinderbohrungen herum zu gewährleisten. Die
Zwischenplatte 2 besitzt die Funktion einer Regulierplatte, um Streu
ungen der Bearbeitungsgenauigkeit von Motoren auszugleichen und ein
vorbestimmtes Komprimierungsverhältnis sicherzustellen, und kann mit
verschiedenen Dicken t₂ ausgeführt sein. Diese Platte 2 ist mit Anschlag
rippen 6 ausgeführt, die näher als die Vollrippen 5 an den Öffnungen 7
liegen, so daß sie eine Anschlagfunktion und zugleich eine Dichtfunktion
hinsichtlich der Vollrippen 6 an der Rippengrundplatte 1 besitzen. Die
dünne Platte 3 ist mit Dichtabschnitten ausgeführt, nämlich den umge
schlagenen Abschnitten 4, die Kompensationsabschnitte für die Voll
rippen 5 an der Rippengrundplatte 1 und die Anschlagrippen 6 an der
Zwischenplatte 2 bilden.
Die Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1 und die Anschlagrippen 6 an
der Zwischenplatte 2 sind so ausgebildet, daß Teile von ihnen einander
berühren. Die Dicke der Zwischenplatte 2 ist größer als die der Rippen
grundplatte 1. Die Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1 treffen
einander in den Bereichen zwischen benachbarten Öffnungen 7, wo sie in
jedem dieser Bereiche eine einzelne Verbindungsrippe oder -sicke 16
bilden. In einem Bereich zwischen benachbarten Öffnungen 7 bilden
daher ein Paar umgeschlagener Abschnitte 4, ein Paar Anschlagrippen 6
und eine Verbindungsrippe 16 eine fünffache Dichtlinie, so daß eine
wirksame Abdichtung erreicht werden kann, wenn die Bereiche zwischen
den Öffnungen 7, also die Bereiche zwischen den Zylinderbohrungen,
eine geringe Breite besitzen.
Die dünne Platte 3 ist mit Vollrippen oder -sicken 10 ausgeführt, und
zwar so, daß diese Vollrippen 10 in Zurückversetzungen oder Vertiefun
gen 17 der Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 passen. Die
umgeschlagenen Abschnitte 4 der dünnen Platte 3 berühren die An
schlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 nicht, weshalb Zwischenräume S
zwischen den Endflächen 18 der umgeschlagenen Abschnitte 4 und den
inneren Grenzen 19 der Anschlagrippen 6 gebildet sind. Die Höhe h₂ der
Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 ist kleiner als die Höhe h₁ der
Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1. Die Höhe h₂ der Anschlagrippen
6 an der Zwischenplatte 2 ist im wesentlichen gleich der Höhe h₃ der
umgeschlagenen Abschnitte 4 der dünnen Platte 3 oder etwas größer.
Auf diese Weise wird das Auftreten einer Konzentration des Flächen
drucks bzw. der Flächenpressung an den Anschlagrippen 6 verhindert (h₁
< h₂ h₃).
Der von den Vollrippen 6 an der Rippengrundplatte 1, den Anschlagrip
pen 6 an der Zwischenplatte 2 und den umgeschlagenen Abschnitten 4
an der dünnen Platte 3 erzeugte Flächendruck bewirkt, daß in den
Bereichen zwischen benachbarten Öffnungen 7 ein Flächendruck durch
die umgeschlagenen Abschnitte 4, und zwar beidseitig, die Anschlagrip
pen 6 und die ineinandergelaufenen Vollrippen 16 auftritt und in den
anderen Bereichen als den zwischen benachbarten Öffnungen 7 liegen
den Bereichen ein Flächendruck durch die inneren umgeschlagenen
Abschnitte 4, die Anschlagrippen 6 und die Vollrippen 5 auftritt, so daß
eine sehr gute Gleichmäßigkeit oder Ausgewogenheit des Flächendrucks
sichergestellt werden kann. Die Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1
sind vor dem Gas in den Öffnungen und den Verbrennungskammern
durch Zweistufen-Kompensationsbereiche geschützt, nämlich durch die
umgeschlagenen Abschnitte 4 der dünnen Platte 3 und die Anschlagrip
pen 6 an der Zwischenplatte 2. Der an den konvexen Flächen 21 der
Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1 auftretende Flächendruck wird
auf die Bauteile übertragen, nämlich den mit der Rippengrundplatte 1 in
Kontakt stehenden Zylinderkopf und den Zylinderblock (über die Zwi
schenplatte 2 und die dünne Platte 3). Auch der an den konvexen Flä
chen 22 der Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 auftretende
Flächendruck und der an den umgeschlagenen Abschnitten 4 der dünnen
Platte 3 auftretende Flächendruck werden auf die Bauteile übertragen,
nämlich den mit der Rippengrundplatte 1 in Kontakt stehenden Zylin
derkopf (und zwar über die Rippengrundplatte 1) und den Zylinderblock.
Wenn die Metalldichtung im Einsatz ist, d. h. zwischen dem Zylinderkopf
und dem Zylinderblock eingespannt ist und sich in einem Zustand befin
det, in dem Druck auf sie ausgeübt wird, können die umgeschlagenen
Abschnitte 4 der dünnen Platte 3 die Dichtfunktion und die Anschlag
funktion zwischen den Kontaktflächen hinsichtlich der Vollrippen 5 und
der Anschlagrippen 6 erfüllen. Die Anschlagrippen 6 können die Dicht
funktion und die Anschlagfunktion zwischen den Kontaktflächen hinsicht
lich der Vollrippen 5 erfüllen. Wenn die Anschlagrippen 6 an der Zwi
schenplatte 2 und die Vollrippen 10 an der dünnen Platte 3 unter Bildung
einer Doppelstruktur schichtartig übereinander angeordnet werden,
unterstützen die Vollrippen 10 an der dünnen Platte 3 die Anschlagrippen 6
an der Zwischenplatte und können ein dauerhaftes Setzen oder Nach
geben der Anschlagrippen 6 verhindern, also eine Form der Ermüdung der
Anschlagrippen 6.
Es gibt Motoren, bei denen der Zylinderkopf aus einer Aluminiumlegie
rung und der Zylinderblock aus Gußeisen gebildet sind oder bei denen der
Zylinderkopf und der Zylinderblock aus einer Aluminiumlegierung gebildet
sind. Wenn auf die Oberfläche eines Aluminiummaterials ein konzen
trierter Flächendruck ausgeübt wird, entstehen darauf und darin leicht
Eindrückungen und Brüche, da die Härte des Aluminiummaterials gering
ist. Wenn auf einer solchen Fläche Eindrückungen auftreten, sinkt die
Dichtfähigkeit des Materials, wenn es über einen langen Zeitraum hinweg
verwendet wird. Daher wird bei einem Motor, dessen Zylinderkopf aus
einer Aluminiumlegierung gebildet ist und dessen Zylinderblock aus
Gußeisen gebildet ist, eine Metalldichtung vorzugsweise so eingebaut
daß die Rippengrundplatte 1 auf der Seite des Zylinderkopfs 1 angeord
net ist und die dünne Platte 3 auf der Seite des Zylinderblocks angeord
net ist.
Bei der Metalldichtung sind die Rippengrundplatte 1 beispielsweise aus
SUS301 (Kennzeichnung nach japanischem Industriestandard JIS) und
die Zwischenplatte aus SECC (nach JIS) gebildet, wobei die dünne Platte
3 aus SUS304 (nach JIS) gebildet ist. Die Oberflächen der die Rippen
grundplatte 1 und die dünne Platte 3 bildenden Metallplatten sind mit
einer wärmebeständigen und ölbeständigen nichtmetallischen Schicht
einer Dicke von beispielsweise etwa 10 bis 50 µm beschichtet, um so
einen Metall-Metall-Kontakt des Zylinderkopfs bzw. des Zylinderblocks zu
vermeiden und die Korrosionsbeständigkeit, die Haltbarkeit und die
Festigkeit der Metalldichtung zu gewährleisten. Beispielsweise sind die
Oberflächen der Rippengrundplatte 1 und der dünnen Platte 3 mit wärme
beständigem und ölbeständigem Fluorgummi beschichtet, wobei die
Oberflächen des Fluorgummi dann mit einem Acrylsilikonharz beschichtet
sein können. Selbst wenn kleine Vertiefungen und Vorsprünge in und auf
den Oberflächen der Rippengrundplatte 1, der Zwischenplatte 2 und der
dünnen Platte 3 bei deren mechanischer Bearbeitung auftreten, über
decken die auf den Oberflächen der Rippengrundplatte 1 und der dünnen
Platte 3 ausgebildeten nichtmetallischen Schichten diese Vertiefungen
und Vorsprünge und können ihre Dichtfunktion hinreichend erfüllen.
Durch ihren vorstehend beschriebenen Aufbau besitzt die Metalldichtung
Dreifachdichtlinien mit den Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1, den
Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 und den umgeschlagenen Ab
schnitten 4 der dünnen Platte 3, wodurch eine sehr starke Dichtstruktur
entsteht. Die Rippengrundplatte 1 umfaßt bei der Metalldichtung eine
elastische Metallplatte einer Dicke t₁ im Bereich von beispielsweise 0,2
bis 0,3 mm und vorzugsweise um 0,20 mm. Die Zwischenplatte 2
umfaßt eine elastische Metallplatte einer Dicke t₂ im Bereich von bei
spielsweise 0,5 bis 0,8 mm und vorzugsweise um 0,70 mm. Die dünne
Platte 3 umfaßt eine elastische Metallplatte einer Dicke t₃, die kleiner als
die der Rippengrundplatte 1 ist und im Bereich von beispielsweise 0,10
bis 0,15 mm liegt und vorzugsweise etwa 0,12 mm beträgt. Die Dicke t₁
der Rippengrundplatte 1 ist kleiner als die Dicke t₂ der Zwischenplatte 2.
Ein Verhältnis t₂/t₁ der Dicke t₂ der Zwischenplatte 2 zur Dicke t₁ der
Rippengrundplatte 1 liegt im Bereich von 1,5 bis 4 und vorzugsweise bei
etwa 3,5. Demgemäß herrscht zwischen der Dicke t₁ der Rippengrund
platte 1, der Dicke t₂ der Zwischenplatte 2 und der Dicke t₃ der dünnen
Platte 3 die folgende Beziehung:
t₂ < t₁ < t₃.
Die Höhe h₁ der Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1 beträgt bei
spielsweise etwa 0,24 mm, die Höhe h₂ der Anschlagrippen 6 an der
Zwischenplatte 2 beispielsweise etwa 0,14 mm. Die Höhe h₃ (die derjeni
gen der umgeschlagenen Abschnitte 4 der dünnen Platte 3 entspricht) ist
im wesentlichen gleich der Höhe h₂ der Anschlagrippen 6 oder geringfü
gig kleiner. Die Breite T₁ der Vollrippen 5 an der Rippengrundplatte 1,
d. h. der Abstand T₁ zwischen der inneren Grenze 23 jeder Vollrippe 5
und deren äußerer Grenze 24, beträgt beispielsweise etwa 1,8 mm. Die
Breite T₂ jeder Anschlagrippe 6 an der Zwischenplatte 2, d. h. der Ab
stand T₂ zwischen der inneren Grenze 19 jeder Anschlagrippe 6 und
deren äußerer Grenze 25, beträgt beispielsweise etwa 0,8 mm. Die Breite
T₃ jeder Vollrippe 10 an der dünnen Platte 3 ist im wesentlichen gleich
derjenigen der Anschlagrippen 6.
Bei der Metalldichtung überlappen die umgeschlagenen Abschnitte 4 und
die Anschlagrippen 6 an der Zwischenplatte 2 einander nicht. Zwischen
den Endflächen 18 der umgeschlagenen Abschnitte 4 und den inneren
Grenzen 19 der Anschlagrippen 6 sind Zwischenräume S gebildet. Wenn
die Metalldichtung zwischen einen Zylinderkopf und einen Zylinderblock
eingesetzt wird und in einen komprimierten Zustand versetzt wird,
überdecken die umgeschlagenen Abschnitte 4 und die Anschlagrippen 6
aufgrund der in der Dichtung gebildeten Zwischenräume S einander nicht,
wobei die umgeschlagenen Abschnitte 4 und die Anschlagrippen 6 ohne
Übereinanderschichtung jeweilige Dichtlinien bilden können. Dies er
möglicht es, die Dichtfunktion sicherzustellen und die Ausgewogenheit
des Flächendrucks zu gewährleisten.
Die Dicke t₁ der Rippengrundplatte 1 kann einen konstanten Wert im
Bereich von beispielsweise 0,2 bis 0,3 mm besitzen; wenn es die Gege
benheiten erfordern, kann sie mit der relativen Position der Platte 1
geändert werden, d. h. unter Berücksichtigung der zylinderblockseitigen
Position und der zylinderkopfseitigen Position, an denen die Platte 1
anzuordnen ist. Wenn die Dicke t₁ der Rippengrundplatte 1 und die Höhe
der umgeschlagenen Abschnitte 4 der dünnen Platte 3, d. h. die Dicke t₃
der dünnen Platte 3, geändert werden, nehmen die Freiheitsgrade beim
Kombinieren und Entwerfen zu. Die Höhe h₁ der an der Rippengrundplatte 1
ausgebildeten Vollrippen 5 kann in den Bereichen der zwischen benach
barten Öffnungen 7 ausgebildeten Verbindungsrippen 11 größer sein und
in den übrigen Bereichen kleiner sein. Damit die Metalldichtung an die
Steifigkeit eines Zylinderkopfs angepaßt ist, wenn die Dichtung zwischen
dem Zylinderkopf und einem Zylinderblock eingespannt ist, kann der an
den Vollrippen 5, den Anschlagrippen 6 und den umgeschlagenen Ab
schnitten 4 auftretende Flächendruck durch Verändern der Höhe der
Vollrippen 5, der Anschlagrippen 6 und der umgeschlagenen Abschnitte
4 sowie der Dicke der Rippengrundplatte 1, der Zwischenplatte 2 und der
dünnen Platte 3 auf einen geeigneten Wert eingestellt werden. Auf diese
Weise kann die Gleichmäßigkeit des Flächendrucks der Metalldichtung
bezüglich des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks geeignet kontrolliert
werden.
Es wird nun anhand der Fig. 7, 8 und 9 ein zweites Ausführungs
beispiel der erfindungsgemäßen Metalldichtung beschrieben. Bei diesem
zweiten Ausführungsbeispiel besitzen diejenigen Abschnitte der dünnen
Platte 3, die den Vertiefungen 17 der Anschlagrippen 6 an der Zwischen
platte 2 gegenüberliegen, flache Oberflächen 20. Die dünne Platte 3 ist
bei diesem Ausführungsbeispiel im Gegensatz zu dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel nicht mit Vollrippen ausgeführt, so daß die dünne Platte
nicht die Funktion der Vermeidung eines dauerhaften Nachgebens der
Anschlagrippen 6 besitzt. Was die anderen Gesichtspunkte anbelangt,
sind die Wirkungen des zweiten Ausführungsbeispiels identisch zu denen
des ersten Ausführungsbeispiels.
Eine Metalldichtung umfaßt eine Rippengrundplatte, eine Zwischenplatte
und eine dünne Platte und gewährleistet eine stabile langanhaltende
Dichtfunktion unter Aufrechterhaltung eines gleichmäßig verteilten
Flächendrucks. Die Metalldichtung ist mit Vollrippen an der Rippengrund
platte, mit Anschlagrippen an der Zwischenplatte und mit umgeschlage
nen Abschnitten, welche die Umrandungsbereiche von Öffnungen der
Zwischenplatte umgreifen, sowie mit Vollrippen, welche mit den An
schlagrippen der Zwischenplatte überlappen, an der dünnen Platte
versehen. Die umgeschlagenen Abschnitte sind so ausgebildet, daß sie
nicht über den Anschlagrippen liegen, wenn die Metalldichtung im
praktischen Einsatz ist, d. h. wenn die umgeschlagenen Abschnitte sich in
einem eingespannten Zustand befinden. Die umgeschlagenen Abschnitte
und die Anschlagrippen besitzen eine Anschlagfunktion zur Verhinderung
einer vollständigen Komprimierung der Vollrippen an der Rippengrund
platte sowie eine Dichtfunktion zur Verhinderung des Eintritts von Ver
brennungsgasen in durch die Vollrippen gebildete Freiräume. Der an den
umgeschlagenen Abschnitten, den Anschlagrippen und den Vollrippen
auftretende Flächendruck kann unter Bewahrung einer gleichmäßigen
Verteilung des Flächendrucks geeignet kontrolliert werden.
Claims (10)
1. Metalldichtung, umfassend:
- - eine von einer elastischen Metallplatte gebildete Rippen grundplatte (1),
- - eine auf der Rippengrundplatte (1) angeordnete und von einer elastischen Metallplatte gebildete Zwischenplatte (2) und
- - eine auf der Zwischenplatte (2) angeordnete und von einer elastischen Metallplatte gebildete dünne Platte (3), deren Dicke kleiner als die der Rippengrundplatte (1) ist,
wobei die Rippengrundplatte (1), die Zwischenplatte (2) und die
dünne Platte (3) mit parallel angeordneten Öffnungen (7, 8, 9)
versehen sind, die jeweils unter gegenseitiger Überdeckung zuein
ander ausgerichtet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rippengrundplatte (1) mit Voll rippen (5) versehen ist, die entlang des gesamten Umfangs der Öffnungen (7) verlaufen und mit der Zwischenplatte (2) in Kontakt stehen, daß die Zwischenplatte (2) mit Anschlagrippen (6) ver sehen ist, die in näher als die Vollrippen (5) an den Öffnungen (8) liegenden Bereichen der Zwischenplatte (2) ausgebildet sind und entlang des Umfangs der Öffnungen (8) mit der Rippengrundplatte (1) in Kontakt stehen, daß die Höhe der Anschlagrippen (6) kleiner als die der Vollrippen (5) ist und daß die dünne Platte (3) in Umran dungsbereichen (11) der Öffnungen (8) der Zwischenplatte (2) entlang des Umfangs dieser Öffnungen (8) umgebogen ist unter Bildung von umgeschlagenen Abschnitten, welche zwischen der Rippengrundplatte (1) und der Zwischenplatte (2) angeordnet sind.
dadurch gekennzeichnet, daß die Rippengrundplatte (1) mit Voll rippen (5) versehen ist, die entlang des gesamten Umfangs der Öffnungen (7) verlaufen und mit der Zwischenplatte (2) in Kontakt stehen, daß die Zwischenplatte (2) mit Anschlagrippen (6) ver sehen ist, die in näher als die Vollrippen (5) an den Öffnungen (8) liegenden Bereichen der Zwischenplatte (2) ausgebildet sind und entlang des Umfangs der Öffnungen (8) mit der Rippengrundplatte (1) in Kontakt stehen, daß die Höhe der Anschlagrippen (6) kleiner als die der Vollrippen (5) ist und daß die dünne Platte (3) in Umran dungsbereichen (11) der Öffnungen (8) der Zwischenplatte (2) entlang des Umfangs dieser Öffnungen (8) umgebogen ist unter Bildung von umgeschlagenen Abschnitten, welche zwischen der Rippengrundplatte (1) und der Zwischenplatte (2) angeordnet sind.
2. Metalldichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
dünne Platte (3) mit Vollrippen (10) versehen ist, welche in Ver
tiefungen (17) auf der entgegengesetzten Seite der Anschlagrippen
(6) der Zwischenplatte (2) eingreifen.
3. Metalldichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
diejenigen Abschnitte der dünnen Platte (3), die Vertiefungen (17)
auf der entgegengesetzten Seite der Anschlagrippen (6) der Zwi
schenplatte (2) gegenüberliegen, mit flachen Oberflächen (20)
ausgebildet sind.
4. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Vollrippen (5) an der Rippengrundplatte (1)
und die Anschlagrippen (6) an der Zwischenplatte (2) einander
teilweise überlappen.
5. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die umgeschlagenen Abschnitte (4) der dünnen
Platte (3) mit den Anschlagrippen (6) an der Zwischenplatte (2)
nicht überlappen, sondern so verlaufen, daß zwischen Endflächen
(18) der umgeschlagenen Abschnitte (4) und inneren Grenzen (19)
der Anschlagrippen (6) Zwischenräume (S) gebildet sind.
6. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Höhe der Anschlagrippen (6) im wesentli
chen gleich oder etwas größer als die Höhe der umgeschlagenen
Abschnitte (4) der dünnen Platte (3) ist.
7. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Dicke der Zwischenplatte (2) größer als die
Dicke der Rippengrundplatte (1) ist, wobei das Verhältnis zwischen
den Dicken dieser beiden Platten etwa 2 bis 4 beträgt.
8. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Vollrippen (5) an der Rippengrundplatte (1)
in zwischen benachbarten Öffnungen (7) der Rippengrundplatte (1)
liegenden Plattenbereichen aufeinander treffen.
9. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Rippengrundplatte (1) auf der Seite eines
Zylinderkopfs angeordnet ist und die dünne Platte (3) auf der Seite
eines Zylinderblocks angeordnet ist.
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