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Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung mit
einer Dichtungsplatte, welche ein glattes Trägerblech mit mindestens einer Brennraum-Durchgangsöffnung
aufweist und an der je Brennraum-Durchgangsöffnung ein ringförmiges Brennraum-Dichtelement
befestigt ist.
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Hochleistungsmotoren machen häufig massive Metallringe als Brennraum-Dichtelemente
erforderlich.
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Um diese an der Dichtungsplatte zu befestigen, werden
sie üblicherweise
an einer kreisringförmigen, metallischen Einfassung angeschweisst oder angelötet,
welche die die betreffende Brennraum-Durchgangsöffnung ulngebenden Bereiche der
beidseitig auf das Trägerblech aufgebrachten Weichstoffschichten im Querschnitt
klammerartig übergreift (DE-GM 6807 031, Abt.4).
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Insbesondere dann, wenn nahe einer Brennraum-Durchgangsöffnung auch
noch eine oder mehrere Durchgangsó'ifnungen für Kühlwasser und Drucköl vorgesehen
werden müssen, ergibt eine derartige Zylinderkopfdichtung bei einem Hochleistungsmotor
keine ausreichende Abdichtung: Vor allem weil die das Brennraum-Dichtelement tragende
Einfassung gegen den Weichstoff gepresst, gegebenenfalls sogar in diesen eingepresst
werden muss, ist es nahezu unmöglich, sowohl im Bereich des von dem massiven Metallring
gebildeten Brennraum-Dichtelements, als auch im Bereich der Einfassung und dort,
wo der Weichstoff gegen Motorblock und Zylinderkopf anliegt, die notwendige Dichtflächenpressung
zu erzeugen. Durch die Befestigung der Einfassung an den Weichstoffschichten und
die steife Verbindung zwischen Einfassung und Brennraum-Dichtelement lässt sich
die Lage des letzteren relativ zur Dichtungsplatte nicht mit der erforderlichen
Genauigkeit festlegen, und ausserdem lassen sich Stufen am Übergang der Einfassung
in den Weichstoff an den Dichtungsoberflächen kaum vermeiden. Von den Brennräumen
über die Brennraum-Dichtelemente hinweg austretende Verbrennungsgase führen aber
bei dieser bekannten Zylinderkopfdichtung zu einer Zerstörung der Weichstoffschichten.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Zylinderkopfdichtung tritt bei solchen Motoren
in Erscheinung, bei denen die Brennraum-Durchgangsöffnungen sehr nahe beieinander
liegen: Da auch für die das Brennraum-Dichtelement haltende Einfassung in radialer
Richtung Platz benötigt wird, müssen aus der Dichtungsplatte Durchgangsöffnungen
mit grösserem Durchmesser ausgestanzt werden, wodurch die zwischen den Brennraum-Durchgangsöffnungen
verbleibenden, stegförmigen Dichtungsplattenbereiche noch mehr geschwächt und durch
die im Betrieb auftretenden Wechselbeanspruchungen in höherem Masse bruchgefährdet
werden. Schliesslich erhöht die das Brennraum-Dichtelement haltende Einfassung den
Herstellungs- und Montageaufwand.
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Die vorstehend geschilderten Nachteile gelten zum Teil auch für alle
anderen bekannten Zylinderkopfdichtungen, bei denen eine steife Verbindung zwischen
den Brennraum-Dichtelementen und denjenigen Bereichen der Zylinderkopfdichtung besteht,
die gegen Flüssigkeiten abdichten sollen (siehe z.B. DE-GM 1869612 und DE-OS 33
45 487).
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Nun ist schon eine Zylinderkopfdichtung bekannt geworden (DE-OS 19
17 122 (Fig. 5), bei der die Brennraum-Dichtelemente nicht an den die Flüssigkeitsabdichtung
übernehmenden Elementen der Zylinderkopfdichtung, d.h. in diesem Fall den Weichstoffschichten,
befestigt sind. Bei dieser bekannten Zylinderkopfdichtung, die ein beidseitig mit
einer Weichstoffschicht versehenes, glattes Trägerblech besitzt, sind um die Brennraum-Durchgangsöffnungen
herum die Weichstoffschichten in kreisringförmigen Bereichen entfernt, so dass dort
das Trägerblech kreisringförmige, weichstofffreie Stege bildet. Ausserdem wurden
die Brennraum-Durchgangsöffnungen aus der Dichtungsplatte mit besonders gestalteten
Werkzeugen ausgestanzt, so dass längs des Rands der Brennraum-Durchgangsöffnungen
das Trägerblech mehrere radial nach innen vorspringende
Zungen
bildet, an denen das der betreffenden Durchgangsöffnung zugeordnete Brennraum- Dichtelement
befestigt ist. Dieses wird von einem im Querschnitt C-förmigen Metallblechring und
einem in diesen eingelegten Metalldrahtring gebildet, wobei die das Brennraum-Dichtelement
haltenden Zungen des Trägerblechs zwischen die Schenkel des im Querschnitt C-förmigen
Metallblechrings eingreifen. Der Aussendurchmesser des letzteren ist zumindest nahezu
gleich gross wie der Durchmesser der aus der Dichtungsplatte ausgestanzten Brennraum-Durchgangsöffnung
zwischen den erwähnten Zungen. Da die Schenkel des Metallblechrings gegen die Zungen
gepresst werden müssen, ist auch bei dieser bekannten Zylinderkopfdichtung die Dickenabstimmung
zwischen den Brennraum-Dichtelementen und den weichstoffbeschichteten Bereichen
der Dichtungsplatte nicht unproblematisch, ausserdem erfordern Montage und Befestigung
der Brennraum-Dichtelemente einen nicht unbeträchtlichen Aufwand.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderkopfdichtung
zu schaffen, die sich wegen eines besseren Gasabdichtverhaltens auch für modernste
Hochleistungsmotoren eignet und die es bei solchen Motoren vor allem auch erlaubt,
in unmittelbarer Nähe der Brennraum- Durchgangsöffnungen Durchgangsöffnungen für
Flüssigkeiten, wie Kühlwasser und Schmieröl, anzuordnen. Dabei sollen auch bei nahe
beieinander liegenden Brennräumen die zwischen diesen verbleibenden stegförmigen
Bereiche der Zylinderkopfdichtung eine optimale Festigkeit besitzen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wurde von einer Zylinderkopfdichtung ausgegangen,
wie sie die Fig.S der DE-OS 19 17 122 zeigt, d.h. von einer Zylinderkopfdichtung
mit einer Dichtungsplatte, welche ein glattes Trägerblech mit mindestens einer Brennraum-Durchgangsöffnung
aufweist, wobei längs des Rands der letzteren das Trägerblech mehrere radial nach
innen vorspringende Haltezonen besitzt, an denen ein ringförmiges Brennraum-Dichtelement
formschlüssig befestigt ist, dessen grösster Aussendurchmesser höchstens gleichgross
wie der grösste Durchmesser der Brennraum-Durchgangsöffnung ist. Erfindungsgemäss
wird vorgeschlagen, eine solche Zylinderkopfdichtung so auszubilden, dass das Brennraum-Dichtelement
als massiver Metallring ausgebildet ist, welcher an seinem Aussenumfang mindestens
eine Ausnehmung zum Einrasten der Haltezonen aufweist. Da sich das als massiver
Metallring ausgebildete Brennraum-Dichtelement als gegebenenfalls sogar noch geschliffenes
Drehteil äusserst präzise fertigen und bei exakter Herstellung seiner Ausnehmung
auch präzise bezüglich des Trägerblechs und damit bezüglich der Dichtungsplatte
positionieren lässt, ermöglicht die erfindungsgemässe Lösung eine verbesserte Dickenabstimmung
und damit eine verbesserte Abstimmung der Dichtflächenpressung auf die gegeneinander
abzudichtenden Dichtflächen von Zylinderkopf und Motorblock. Aufbau und Montage
des Brennraum-Dichtelements sind einfacher als bei der bekannten Zylinderkopfdichtung
nach der DE-OS 19 17 122, und das erfindungsgemässe Brennraum-Dichtelement lässt
sich nach einem Ausbau der Zylinderkopfdichtung zerstörungsfrei ausbauen und wieder
verwenden.
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Zum Einrasten der Trägerblech-Haltezonen am Brennraum-Dichtelement
könnten in dessen Aussenumfang mehrere schlitzförmige Ausnehmungen z.B. eingesägt
werden, um jeweils eine der Trägerblech-Haltezonen eingreifen zu lassen. Sowohl
bei der Fertigung als auch bei der Montage ergeben sich jedoch Vereinfa-
chungen
dadurch, dass man den Metallring an seinem Aussenumfang mit einer umlaufenden Nut
zum Einrasten der Trägerblech-Haltezonen versieht.
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Damit sich der Metallring leicht in die Brennraum-Durchgangsöffnungen
einsetzen lässt, empfiehlt es sich, ihn an seinem Aussenumfang wenigstens an einer
Seite mit einer Fase oder einer Abrundung zu versehen.
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Die erfindungsgemässe Ausbildung und Befestigung des Brennraum-Dichtelements
eignet sich auch für Zylinderkopfdichtungen, deren Dichtungsplatte aus einem oder
mehreren aufeinandergeschichteten Blechen besteht, wobei das Blech gegebenenfalls
mit z.B. im Siebdruckverfahren aufgebrachten elastomeren Dichtelementen versehen
sein kann. Besondere Vorteile bringt die Erfindung jedoch bei solchen Zylinderkopfdichtungen
mit sich, bei denen die Dichtungsplatte von einem beidseitig mit einer Weichstoffschicht
versehenen Trägerblech gebildet wird, da die Erfindung dann zu einer baulichen Trennung
der Brennraum-Dichtelemente von den durch die Weichstoffschichten gebildeten Flüssigkeitsdichtelementen
führt, die zwischen den Brennraum-Dichtelementen und den Weichstoffschichten vorhandenen
kreisringförmigen Hohlräume in Verbindung mit den zwischen den Trägerblech-Haltezonen
vorhandenen Durchgängen zu verhältnismässig grossen Brenngas-Sammelräumen führen,
wobei die auf der Motorblock- und die auf der Zylinderkopfseite liegenden Sammelräume
miteinander kommunizieren, und weil die Erfindung bei solchen Zylinderkopfdichtungen
schliesslich die Möglichkeit eröffnet, die Brenngas-Sammelräume der verschiedenen
Zylinder miteinander zu verbinden und/oder die sich in ihnen sammelnden Brenngase
nach aussen abzuleiten: Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen
Zylinderkopfdichtung wird zur Erreichung des erstgenannten Zwecks vorgeschlagen,
im Bereich zwischen zwei einander benachbarten Brennraum-Duchgangsöffnungen deren
Stegbereiche über eine kanalartige Ausnehmung in der Weichstoffschicht miteinander
zu verbinden, und die Ableitung der Brenngase nach aussen lässt sich dadurch erreichen,
dass der weichstofffreie Stegbereich des Trägerblechs über eine kanalartige Ausnehmung
in der Weichstoffschicht mit dem Rand der Dichtungsplatte verbunden wird.
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Bei einer erfindungsgemässen Zylinderkopfdichtung wird also kein
zusätzliches Bauelement zum Halten des Brennraum-Dichtelements benötigt; auch kann
die Breite des zwischen den Brennraum-Durchgangsöffnungen liegenden Trägerblechstegs
optimal gehalten werden, so dass eine ausreichende Festigkeit des Trägerblechs zwischen
Durchgangsöffnungen auch dann noch gewährleistet ist, wenn der Zylinderabstand sehr
klein ist und/oder Flüssigkeitsdurchgangsöffnungen sehr nahe an einer Brennraum-Durchgangsöffnung
liegen. Da die Brennraum-Dichtelemente haltende Einfassungen oder andere Halteelemente
nicht benötigt werden, führt die Erfindung zu Materialeinsparungen und zur Verminderung
der Arbeitsgänge bei der Herstellung der Zylinderkopfdichtung. Die Brennraum-Dichtelemente
lassen sich auch völlig frei gestalten, was bei von Einfassungen gehaltenen Brennraum-Dichtelementen
nicht der Fall ist; so können bei einer erfindungsgemässen Zylinderkopfdichtung
die Brennraum-Dichtelemente z.B. einen balligen Querschnitt aufweisen, einseitig
geschliffen sein oder auf der Kopf- und/oder auf der Motorblockseite mit geschlossene
Kreisringe bildenden, im Querschnitt zackenförmigen Dichtvorsprüngen versehen sein.
Auch lässt sich die Gestalt der Brennraum
-Dichtelemente variieren,
ohne dass dies irgendeinen Einfluss auf die Bauart der der Abdichtung von Flüssigkeiten
dienenden Bereiche der Zylinderkopfdichtung hat. Die Brennraum-Dichtelemente sind
auch ohne Montageaufwand austausch- und wiederverwendbar, wobei ein Austausch der
Brennraum-Dichtelemente keine Zerstörung der Dichtungsplatte zur Folge hat.
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Wegen der nur punktuellen Halterung der Brennraum-Dichtelemente lassen
sich diese unter Aufwendung geringer Kräfte montieren. Ein weiterer Vorteil ist
darin zu sehen, dass ein Wärmeübergang von den Brennraum-Dichtelementen auf die
eigentliche Dichtungsplatte nur in räumlich beschränkten Bereichen möglich ist,
nämlich in den verhältnismässig kleinen Haltezonen. Auf den Vorteil, dass die Brennraum-Dichtelemente
passierende Verbrennungsgase expandieren und sich sammeln können, um anschliessend
abgeleitet zu werden, wurde bereits hingewiesen; durch diese Massnahme lassen sich
Zerstörungen an den Weichstoffschichten infolge über die Brennraum-Dichtelemente
übergetretener Verbrennungsgase vermeiden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung
und der beigefügten zeichnerischen Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemässen Zylinderkopfdichtung; in der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine
Draufsicht auf einen Teil der Zylinderkopfdichtung; Fig. 2 eine Draufsicht auf eine
der Brennraum-Durchgangsöffnungen der Dichtungsplatte der Zylinderkopfdichtung,
jedoch ohne Brennraum-Dichtelement; Fig. 3 bis 5 Schnitte durch die Zylinderkopfdichtung
nach den Linien 3-3,4-4 und 5-5 in Fig. 1.
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Die in Fig. 1 gezeigte Zylinderkopfdichtung besitzt eine Dichtungsplatte
10 mit mehreren Brennraum-Durchgangsöffnungen 12 sowie verschiedenen weiteren Durchgangsöffnungen
14, 16 und 18 für Schrauben bzw.
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Kühlwasser bzw. Öl. Wie die Fig. 3 bis 5 erkennen lassen, besteht
die Dichtungsplatte 10 im wesentlichen aus einem glatten Trägerblech 20, welches
beidseitig mit Weichstoffschichten 22 beschichtet ist - diese können mit dem Trägerblech
z.B. durch Kleben verbunden sein.
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Erfindungsgemäss besitzen die aus der Dichtungsplatte 10 ausgestanzten
Brennraum-Durchgangsöffnun gen 12 eine ungefähr polygonförmige Gestalt mit bei dem
Ausführungsbeispiel drei um jeweils 1200 gegeneinander versetzten, in radialer Richtung
nach innen vorspringenden Haltezonen 24, die erfindungsgemäss durch einen Radius
R1 begrenzt werden und beidseitig mit Radien R2 in die normale Kontur der Brennraum-Durchgangsöffnung
12 übergehen. Vorteilhafterweise ist der Radius R1 ungefähr viermal so gross wie
der Radius R2. Bei der gezeichneten Ausführungsform beträgt der Radius R3, d.h.
der grösste Abstand des Rands der Brennraum-Durchgangsöffnung von deren Zentrum,
z.B. 84,6 mm, der Radius R4, d.h. der Abstand der Haltezonen 24 vom Zentrum der
Brennraum-Durchgangsöffnung 12, ungefähr 84 mm, woraus sich ergibt, dass die Haltezonen
24 nur ganz geringfügig in radialer Richtung vorspringen und die Fig. 2 die geometrischen
Verhältnisse nicht massstäblich richtig wiedergibt.
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Um das Trägerblech 20 in einem die Brennraum-Durchgangsöffnungen
12 umgebenden Bereich vom Weichstoff freizulegen, wurden die Weichstoffschichten
22 auf beiden Seiten des Trägerblechs 20 mit Hilfe eines Strahlmittels entfernt,
so dass sich in den Weichstoffschichten 22 kreisförmige Ausnehmungen 26 mit einem
Radius
R5 ergeben. der bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform 87 mm betragen soll.
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Wie sich besonders deutlich aus den Fig. 3 und 4 ergibt, handelt
es sich bei den Brennraum-Dichtelementen 30 um einen massiven Metallring, vorzugsweise
um einen geschliffenen Stahlring mit ungefähr quadratischem Querschnitt, jeweils
einem im Querschnitt dreieckigen Ringsteg 32 an den dem Zylinderkopf und dem Motorblock
zugew.ndten Seiten des Brennraum-Dichtelements, zwei Fasen 34 an dessen Aussen umfang
und einer im Querschnitt V-förmigen Umfangsnut 36 zum Einrasten der Haltezonen 24.
Während der Aussendurchmesser des Brennraum-Dichtelements 30 geringfügig kleiner
als 2 x R3, jedoch etwas grösser als 2 x R4 ist, sollte der Durchmesser des Brennraum-Dichtelements
30 am Grund der Umfangsnut 36 geringfügig kleiner als 2 x R4 sein. Auf diese Weise
lässt sich jedes Brennraum-Dichtelement 30 leicht in eine der Brennraum-Durchgangsöffnungen
12 hineindrücken, bis die Haltezonen 24 in die Umfangsnut 36 einrasten. Ausserdem
lässt sich das Brennraum-Dichtelement auch wieder aus der Dichtungsplatte 10 herausdrücken
und damit zerstörungsfrei ausbauen.
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Die in den Weichstoffschichten 22 hergestellten Ausnehmungen 26 oberhalb
und unterhalb des Trägerblechs 20 bilden Brenngas-Sammelräume 40, wobei die dem
Zylinderkopf zugewandten Sammelräume über die Randzonen der Brennraum-Durchgangsöffnungen
12 zwischen den Haltezonen 24 miteinander in Verbindung stehen. Ausserdem stehen
aber auch die Brenngas-Sammelräume 40 einer Brennraum-Durchgangsöffnung 12 mit den
einer benachbarten Brennraum-Durchgangsöffnung zugeordneten Sammelräumen 40 in Verbindung.
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und zwar über Ausnehmungen 42 in den beiden Weichstoffschichten 22
in den schmalen, stegförmigen Bereichen der Dichtungsplatte 10 zwischen einander
benachbarten Brennraum-Durchgangsöffnungen 12. Ausserdem können Verbrennungsgase,
die über bzw. unter den Brennraum-Dichtelementen 30 hindurchgedrückt worden sind,
nach aussen entweichen, und zwar über Kanäle 46, die in den beiden Weichstoffschichten
22 vorgesehen sind und z.B. die der äussersten Brennraum-Durchgangsöffnung 12 zugeordneten
Ausnehmungen 26 mit dem Rand der Dichtungsplatte 10 verbinden.