DE19725986A1 - Metallische Zylinderkopfdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Zylinderkopfdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der EP 0 306 766 C1 bzw. der EP 0 230 804 C1 ist eine der­ artige metallische Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschine be­ kannt, bei der ein Trägerblech zusammen mit mindestens einem gesickten Deckblech als Funktionsblech vorgesehen ist. Da sich der Dichtspalt zwi­ schen Zylinderkopf und -block einer Brennkraftmaschine im Betrieb in Ab­ hängigkeit vom Arbeitstakt des jeweils betrachteten Zylinders ändert, ist die Dichtung ständigen Pressungsänderungen unterworfen und muß zur Aufrechterhaltung einer einwandfreien Abdichtung dauerhafte Federungsei­ genschaften aufweisen.

Die Abdichtung wird hierbei durch eine Überhöhung der Zylin­ derkopfdichtung entlang des Brennraums und durch eine dahinter liegende Sicke vorgenommen. Letztere wirkt als Federelement und folgt den infolge des Zünddrucks auftretenden vertikalen Relativbewegungen des Zylinder­ kopfs gegenüber dem Zylinderblock. Einerseits darf bei maximal belaste­ ter Sicke keine unzulässig große Verformung auftreten, andererseits darf die Entlastung nicht vollständig, sondern nur soweit erfolgen, daß eine Mindestverformung beim höchsten auftretenden Brennraumdruck die erfor­ derliche Abdichtung sicherstellt. Zwischen diesen beiden Eckpunkten der Verformung liegt der Arbeitsbereich der Sicke.

Um die Funktion der Sicke sicherzustellen, darf die Sicke so­ mit weder beim Einbau der Dichtung, noch im Betriebszustand vollständig bzw. unzulässig stark verformt werden. Eine unzulässig große Verformung der Sicke vertikal zur Dichtungsebene wird bei den bekannten Dichtungen durch einen Verformungsbegrenzer gleichbleibender Stärke verhindert, der zugleich zur Überhöhung der Dichtung entlang des Brennraums dient.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Abdichtung derartiger Zy­ linderkopfdichtungen bei neueren, gewichtssparend ausgelegten und lei­ stungsstarken Motoren nicht immer ausreichend ist. Dies liegt offenbar an den unterschiedlichen Steifigkeiten der Motorbauteile, durch die sich im eingebauten Zustand der Dichtung hinsichtlich der Sicke eine unter­ schiedliche Kraftverteilung entlang des Brennraumumfangs ergibt. Im Schraubenbereich, wo der Zylinderkopf mit dem Zylinderblock verschraubt ist, treten hohe Verspannungskräfte auf, so daß die Sicke dort bei Zünd­ druck nur geringfügig aus ihrer vom Verformungsbegrenzer festgelegten Position der maximal zulässigen Verformung herausfedern kann. Dagegen kann die Sicke im Zwischenschraubenbereich, wo niedrigere Verspannungs­ kräfte herrschen, aus einem vergleichsweise niedrigeren Verformungsgrad heraus weiter ausfedern.

Hierdurch und infolge der geringen Auflagefläche der gesickten Funktionslage (Deckblech) auf dem Verformungsbegrenzer kommt es zu Ver­ tiefungen oder Eingrabungen des Bereichs des Verformungsbegrenzers in den Zylinderkopf. Hierdurch werden aber die Eckpunkte des Arbeitsbe­ reichs der Sicke verändert, so daß die maximal zulässige Verformung der Sicke überschritten werden kann. Dies kann zum Bruch im Sickenbereich führen.

Werden für Zylinderkopf und -block Materialien mit unter­ schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt (etwa ein Grauguß­ block mit einem Leichtmetallkopf), wird die Sicke noch zusätzlich in Richtung der Dichtungsebene beansprucht.

Außerdem werden aufgrund der Motordynamik Zylinderkopfdichtun­ gen im motorischen Betrieb u. a. Relativbewegungen parallel zur Dich­ tungsoberfläche ausgesetzt. Besonders bei hochbelasteten Dieselmotoren kann durch auftretende Bauteilresonanzen ein Schwingungsreibungsver­ schleiß in kritischen, meist brennkammernahen Bereichen zwischen Zylin­ derkopf, insbesondere dann, wenn Aluminium-Zylinderköpfe verwendet wer­ den, und Motorblock verursacht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zylinderkopfdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der die dynamisch bean­ spruchten Sickenbereiche im wesentlichen mechanisch von den statischen Bereichen entkoppelt sind.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Auf diese Weise wird dadurch, daß der jeweilige Ring, in dem eine eine Brennkammeröffnung umgebende Sicke ausgebildet ist, im wesent­ lichen durch einen Schlitz getrennt vom Deckblech ausgebildet wird, eine mechanische Entkopplung der dynamisch beanspruchten Sickenbereiche von den übrigen Bereichen des Deckblechs vorgenommen. Dies trägt nicht nur zur Vergleichmäßigung der Pressungsverteilung im Sickenbereich über den Brennraumumfang bei, sondern verringert auch den durch dynamische Bean­ spruchung auftretenden Verschleiß.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert.

Fig. 1 zeigt ausschnittweise eine Draufsicht auf eine Ausfüh­ rungsform einer Zylinderkopfdichtung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1.

Fig. 3 bis 8 zeigen zwei weitere Ausführungsformen im Schnitt.

Die in Fig. 1, 2 dargestellte mehrlagige, metallische Zylin­ derkopfdichtung umfaßt zwei Deckbleche 1 als Funktionslagen sowie ein Trägerblech 2 und ein Falzblech 3. Die aus diesen Blechen bestehende Zy­ linderkopfdichtung ist mit mehreren in einer Reihe nebeneinander ange­ ordneten Öffnungen 4 entsprechend den Brennräumen einer zugehörigen Brennkraftmaschine (sowie Schraubendurchtrittslöchern 5 für Schrauben, die zum Verspannen von Zylinderkopf und -block der Brennkraftmaschine verwendet werden, und ferner mit Durchtrittsöffnungen 6 für Kühlwasser bzw. Öl, sh. Fig. 1) versehen.

Die Deckbleche 1 sind mit gegenüber den Öffnungen 4 vergrößer­ ten Öffnungen 7 versehen, die jeweils unter Belassung eines Spaltes 8 einen Ring 9 aufnehmen, wobei die Ringe 9 - wie dargestellt - im Falle entsprechend schmaler Stege zwischen den Zylinderbohrungen der Brenn­ kraftmaschine eine Brille bilden.

Der die Öffnung 4 aufweisende Ring 9 ist mit einer um die Öff­ nung 4 mit Abstand umlaufenden Sicke 10 versehen. Die Sicken 10 der auf gegenüberliegenden Seiten der aus Trägerblech 2 und Falzblech 3 beste­ henden Einheit angeordneten Ringe 9 stützen sich mit ihrem gewölbten Ab­ schnitt auf dieser Einheit ab, um hierdurch im eingebauten Zustand eine Dichtungslinie zu bilden.

Die Ringe 9 sind an der Zylinderkopfdichtung befestigt und dementsprechend in den Öffnungen 7 der Deckbleche 1 positioniert. Dieses Befestigen kann beispielsweise bevorzugt über Befestigungslaschen 11 er­ folgen, die mit dem Trägerblech 2 (und dem Falzblech 3) verbunden sind. Letzteres kann vorzugsweise über mittels Durchsetzfugen gebildete Füge­ punkte 12 oder auch über Schweißen, Löten, Kleben, Verstemmen od. dgl. geschehen. Zweckmäßigerweise werden dabei die Fügepunkte 12, weil sie dickenmäßig entsprechend auftragen, im Bereich von freien Wasser- oder Ölkanälen des Verbrennungsmotors angeordnet, so daß sich ihre Position nicht in unter Pressung stehenden Bereichen befindet.

Die Fügepunkte 12 können auch mit dem zugehörigen Deckblech 1 gebildet werden, wobei in dem Trägerblech 2 (und dem Falzblech 3) ent­ sprechende Ausnehmungen 13 zur Aufnahme der Fügepunkte 12 angeordnet sind, vgl. Fig. 3.

Ferner können die Befestigungslaschen 11 und damit die Ringe 9 unmittelbar einstückig mit den Deckblechen 1 ausgebildet sein, wobei die Befestigungslaschen 11 schmale Verbindungsstege bilden, die insbesondere benachbart zu Schraubendurchtrittslöchern 5 angeordnet sind, vgl. Fig. 4.

Die Ringe 9 bestehen in der Regel aus Federstahl, während die Deckbleche 1, wenn sie vollkommen getrennt von den Ringen 9 ausgebildet sind, auch aus anderem Stahlblech bestehen können.

Die Ringe 9 sind im allgemeinen mit einer Mikroabdichtungs­ schicht versehen und können zusätzlich eine weitere Beschichtung, bei­ spielsweise eine Gleitbeschichtung und/oder einer den Reibwert erhöhen­ den Schicht, letztere dann in dem Bereich, in dem der Überhöhungsab­ schnitt 16 wirksam ist, tragen. Die Beschichtungen können im Sieb- oder Tampondruck, durch Flow-, Spray- oder Rollcoating aufgetragen werden. Die Deckbleche 1 können gegebenenfalls anders als die Ringe 9 beschich­ tet sein.

Die Ringe 9 können gegebenenfalls in Breite und Dicke profi­ liert sein.

Das Trägerblech 2 ist benachbart zur Öffnung 4 mit einem um­ laufenden, gekröpften Abschnitt 14 versehen, während das Falzblech 3 ei­ nen entsprechenden umgefalzten, umlaufenden Falzabschnitt 15 versehen, der teilweise von dem Abschnitt 14 aufgenommen wird, so daß ein gleich­ zeitig als Brennraumüberhöhung und als Verformungsbegrenzer dienender Überhöhungsabschnitt 16 zum Schutz der beiden benachbarten Sicken 10 ge­ bildet wird.

Im Betrieb wird auf den Bereich der Zylinderkopfdichtung, der aus dem Überhöhungsabschnitt 16 und den benachbarten Ringen 9 gebildet wird, seitens der Deckbleche 1 keine Schiebebewegung ausgeübt, da einer­ seits dieser Bereich fest eingespannt ist und sich andererseits die Sicken 10 in den Öffnungen 7 zu den Deckblechen 1 hin praktisch frei aus­ dehnen können.

Bei der in Fig. 5 dargestellten, zweilagigen Ausführungsform ist der Überhöhungsabschnitt 16 am Ring 9 durch Umfalzen hiervon auf die Seite, nach der sich die Sicke 10 wölbt, ausgebildet. Hierbei reicht im dargestellten Fall das Trägerblech 2 höchstens bis zum Außenrand der Sicke 10, es kann aber auch bis zur Öffnung 4 reichen. Außerdem kann die Zylinderkopfdichtung mit dem konvexen Abschnitt der Sicke 10 zum Zylin­ derblock oder zum Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zeigen.

Wenn bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der Ring 9 am Deckblech 1 in Bereichen befestigt wird, die im eingespannten Zu­ stand der Zylinderkopfdichtung nicht unter Pressung stehen, wie etwa im Bereich von Öl- oder Wasserkanälen im Zylinderkopf oder -block der Brennkraftmaschine, kann auch gegebenenfalls auf das Trägerblech 2 ver­ zichtet werden, so daß sich eine einlagige Dichtung ergibt.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist lediglich ein Trägerblech 2 ohne Falzblech 3 vorgesehen, wobei der Überhöhungsab­ schnitt 16 am Trägerblech 2 durch Falzen und Kröpfen hergestellt ist.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform wird der Über­ höhungsabschnitt 16 durch zwei gegenüberliegende Falzabschnitte 15 von zwei Falzblechringen 17 gebildet. Die Falzblechringe 17 können hierbei an der konvexen Wölbung der Sicke 10 anliegen. Die gesickten Bereiche stützen sich aufeinander ab, denn das Trägerblech 2 reicht hierbei höch­ stens bis zur Öffnung 7 oder, falls es nicht dicker als die doppelte Dicke der Falzblechringe 17 ist, bis zum Außenumfang der Sicke 10.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform ist der Ring 9 umgefalzt, während ein Beilagering 18 aus dünnem Blech eingelegt ist, um die Überhöhung des umgefalzten Abschnitts auf einen vorbestimmten Wert einzustellen.

Der Überhöhungsabschnitt 16 braucht nicht durch Umfalzen, ge­ gebenenfalls in Kombination mit einem Kröpfen, hergestellt zu sein, er kann auch durch entsprechendes Anformen am Trägerblech 2 oder durch ei­ nen eingelegten und gegebenenfalls an einem Ring 9 angehefteten Ring ge­ bildet werden.

Ring 9 zum Abdichten des Brennraums und Deckblech 1 zum Ab­ dichten von Flüssigkeitsdurchtritten können ferner aus unterschiedli­ chen Materialien, beispielsweise Ring 9 aus Federstahl und Deckblech 1 aus normalem Stahl bestehen, wobei außerdem Ring 9 und Deckblech 1 un­ terschiedliche Materialstärken sowie unterschiedliche und unterschied­ lich dicke Beschichtungen haben können, wobei gegebenenfalls auch wenig­ stens Teile des Deckblechs 1 unbeschichtet sein können. Außerdem ist ei­ ne unterschiedliche Konditionierung getrennter Funktionslagen möglich.

Claims (17)

1. Metallische Zylinderkopfdichtung für eine Brennkraftmaschi­ ne, mit wenigstens einer Deckblechanordnung mit einem flachen Deckblech (1), einer oder mehreren, nebeneinander angeordnete Öffnungen (4) ent­ sprechend den Brennkammern der Brennkraftmaschine und jeweils einer um den Randbereich der jeweiligen Öffnung (4) herum verlaufenden Sicke (10), wobei die Sicke (10) zum Rand der zugehörigen Öffnung (4) beab­ standet angeordnet und ein konzentrisch zur Sicke (10) angeordneter, als Brennraumüberhöhung und als Verformungsbegrenzer für die Sicke (10) die­ nender, ringförmiger überhöhungsabschnitt (16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Randbereich, in dem die Sicke (10) ausgebildet ist, in einem Ring (9) ausgebildet ist, der im wesentlichen durch einen Schlitz (8) getrennt vom Deckblech (1) ausge­ bildet ist.

2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ring (9) an einem Zwischenblech (2) oder am zugehörigen Deckblech (1) befestigt ist.

3. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ring (9) über Befestigungslaschen (11) befestigt ist.

4. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Befestigungslaschen (11) über Druckfügepunkte (12) befe­ stigt sind.

5. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Druckfügepunkte (12) im Bereich von Ausnehmungen (13) be­ nachbarter Teile (1, 2, Wasser- oder Ölkanäle) angeordnet sind.

6. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Befestigungslaschen (11) über Schweißpunkte befestigt sind.

7. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ring (9) über die Befestigungslaschen (11) einstückig mit dem zugehörigen Deckblech (1) ausgebildet ist.

8. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Befestigungslaschen (11) benachbart zu Schraubendurch­ trittslöchern (5) angeordnet sind.

9. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überhöhungsabschnitte (16) an den Ringen (9), gegebenenfalls in Kombination mit Beilageringen (18), ausgebildet sind.

10. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überhöhungsabschnitte (16) an einem Trä­ gerblech (2) gegebenenfalls in Kombination mit einem Falzblech (3) aus­ gebildet sind.

11. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überhöhungsabschnitte (16) an eingelegten Falzblechringen (17) ausgebildet sind.

12. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Überhöhungsabschnitte (16) bezüglich der Sicken (10) radial einwärts angeordnet sind.

13. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Deckblech (1) gehörigen Ringe (9) zu einer Brille zusammengefaßt sind.

14. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (9) mit einer Mikroabdichtungs­ schicht und gegebenenfalls einer weiteren Beschichtung versehen sind.

15. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Deckblech (1) und der zugehö­ rige Ring (9) aus unterschiedlichen Materialien und/oder Materialien un­ terschiedlicher Blechstärke bestehen.

16. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Deckblech (1) und der zugehö­ rige Ring (9) unterschiedlich beschichtet sind, wobei das Deckblech (1) gegebenenfalls unbeschichtet ist.

17. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Deckblech (1) und der zugehö­ rige Ring (9) unterschiedlich konditioniert sind.