DE60115675T2

DE60115675T2 - Zylinderkopfdichtung mit variierender begrenzungsringdicke und verfahren zur befestigung des begrenzungsringes

Info

Publication number: DE60115675T2
Application number: DE60115675T
Authority: DE
Inventors: Jean-Michel Frederic PEPIN
Original assignee: Freudenberg Meillor SAS
Current assignee: Freudenberg Joints Plats SAS
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: AU2001295654A1; EP1322878B8; EP1322878B1; FR2814777A1; US20030168818A1; DE60115675D1; EP1322878A1; WO2002029293A1; FR2814777B1; JP2004510932A; ATE312308T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung, die mit einem stumpf anliegend angeordneten Stopper mit variabler Dicke ausgestattet ist, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung und zur Befestigung des Stoppers. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für eine mehrlagige Zylinderkopfdichtung ausgelegt, die mindestens zwei Bleche aufweist, von denen eines gerippt ist.
Die Zylinderkopfdichtung wird in bekannter Weise zwischen den Motorblock und den Zylinderkopf eingefügt und soll die Dichtheit zwischen diesen beiden Elementen einerseits und zwischen den diese Grenzfläche durchquerenden Volumen andererseits, wie zum Beispiel um die Brennkammern, die Löcher für den Durchgang von Fluiden wie Wasser oder Öl, und die Löcher für den Durchgang von Befestigungsschrauben herum, gewährleisten.
Um den Wirkungsgrad der neuen Motoren zu verbessern, werden die Drücke innerhalb der Brennkammern immer höher, was zu wesentlich größeren Belastungen in Höhe der Zylinderkopfdichtungen führt.
Um eine bessere Dichtheit zu gewährleisten, weisen daher die Zylinderkopfdichtungen insbesondere um die Brennkammern herum Umfangsrippen auf. Gemäß einer weit verbreiteten Ausführungsform weist die Zylinderkopfdichtung also mindestens zwei übereinander liegende Bleche auf, von denen eines gerippt ist.
Zusätzlich wird in Höhe des Rands der Durchgangsöffnungen, insbesondere der Öffnungen der Brennkammern, eine Stopper genannte Unterlegscheibe vorgesehen, um die Funktion eines Verpressungsbegrenzers für die Rippen zu gewährleisten. Diese Unterlegscheibe erlaubt einen starken Druck in Höhe der Brennkammern, wobei die Zylinderkopfdichtung durch die Befestigungsschrauben stark zwischen dem Motorblock und dem Zylinderkopf komprimiert wird, ohne dass aber die Rippen flachgedrückt werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird der Stopper an der Fläche des ebenen Blechs gegenüber dem gerippten Blech durch Schweißen befestigt. Im Stand der Technik sind viele Schweißtechniken beschrieben, insbesondere in der Patentanmeldung FR 2 803 893 A1 im Namen des Anmelders.
Eine andere Lösung besteht darin, auf der Fläche des ebenen Blechs gegenüber dem gerippten Blech eine Überdicke herzustellen, zum Beispiel durch Sintern.
In beiden Fällen ist der Stopper gegen eine der Flächen des Blechs angeordnet, mit dem er verbunden ist.
Selbst wenn die Funktion des Verhinderns des Zusammendrückens erfüllt wird, sind die Zylinderkopfdichtungen des Stands der Technik nicht ganz zufrieden stellend, da die Herstellungsverfahren, insbesondere diejenigen des Stoppers, relativ komplex und lang in der Durchführung sind. Bei Verwendung dieser Verfahren ist es außerdem schwierig, das Profil des Stoppers zu variieren.
Daher hat die vorliegende Erfindung zu Ziel, die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen, indem sie eine neue Zylinderkopfdichtung sowie ein neues Herstellungsverfahren für diese Dichtung vorschlägt, insbesondere bezüglich des Schritts der Herstellung und der Befestigung des Stoppers, das relativ einfach und schnell anzuwenden ist und ggf. eine Profilveränderung des Stoppers entlang seines Umfangs erlaubt, so dass die so erhaltene Zylinderkopfdichtung eine bessere Abdichtung bietet.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung eine Zylinderkopfdichtung mit mindestens einer einer Brennkammer entsprechenden Öffnung zum Gegenstand, die einerseits einen Stapel aus mindestens einem Blech mit einer um die der Brennkammer entsprechende Öffnung herum ausgebildeten Rippe und aus mindestens einem als Unterlegscheibe dienenden Blech und andererseits eine Stopper genannte Unterlegscheibe aufweist, die vorgesehen ist, um das Verpressen der Rippe zu begrenzen, wobei der Stopper und das als Unterlegscheibe dienende Blech stumpf angeordnet sind und Verbindungsmittel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel durch plastische Verformung erhalten werden, genauer durch radiale Ausdehnung des Stoppers, wobei letzterer vor der Verformung einen Außendurchmesser gleich dem oder geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des als Unterlegscheibe dienenden Blechs hat und bezüglich des Blechs stumpf angeordnet ist.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung weisen die Verbindungsmittel in Höhe des Stoppers auf jeder Seite des Blechs zwei Wülste auf, wodurch das Blech eingeklemmt wird.
Vorzugsweise hat der Stopper eine Dicke, die entlang seines Umfangs variiert, mit einer verringerten Dicke in den Zonen, die sich winkelmäßig vor den Durchgangsöffnungen befinden, und mit einer stärkeren Dicke in den Zwischenzonen.
In diesem Fall weist der Stopper Indexierungsmittel auf, um ihn winkelmäßig bezüglich des Rests der Dichtung, und insbesondere bezüglich der Durchgangsöffnungen, zu positionieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Stopper einen Körper und auf mindestens einer der Seiten des Körpers gegenüber dem gerippten Blech eine vorstehende Rippe auf.
Vorteilhafterweise hat die vorstehende Rippe ein gemäß einer senkrechten Achse des Querschnitts des Stoppers symmetrisches Profil.
Die Erfindung schlägt auch ein Verfahren zur Befestigung des Stoppers vor, das bei einer oben definierten Zylinderkopfdichtung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Stopper und dem als Unterlegscheibe dienenden Blech durch plastische Verformung erhalten wird, genauer durch radiale Ausdehnung des Stoppers, wobei letzterer vor der Verformung einen Außendurchmesser gleich dem oder geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Blechs hat und bezüglich des Blechs stumpf angeordnet ist.
Gemäß einem anderen Merkmal wird die Befestigung des Stoppers am als Unterlegscheibe dienenden Blech nicht nur durch radiale Ausdehnung, sondern auch aufgrund der Bildung von zwei Wülsten in Höhe des Stoppers auf beiden Seiten des Blechs erhalten, wodurch das Blech eingeklemmt wird.
Vorzugsweise wird die für die Befestigung des Stoppers notwendige radiale Ausdehnung zum Zeitpunkt der Herstellung des gewünschten Profils des Stoppers erzeugt, das durch plastische Verformung, insbesondere durch Formstanzen, erhalten wird.
Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hervor, wobei die Beschreibung nur als Beispiel dient und sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht in der Ebene des Stoppers einer Zylinderkopfdichtung gemäß der Erfindung,
2 ein Diagramm, das die Dickenveränderungen des Stoppers darstellt,
3A einen Querschnitt gemäß der Linie A-A der Zylinderkopfdichtung aus 1,
3B einen Querschnitt gemäß der Linie B-B der Zylinderkopfdichtung aus 1,
4 eine Schnittansicht in der Ebene des Stoppers einer Zylinderkopfdichtung gemäß einer Variante der Erfindung,
5A eine Querschnittsansicht gemäß der Linie A-A der Zylinderkopfdichtung aus 4,
5B eine Querschnittsansicht gemäß der Linie B-B der Zylinderkopfdichtung aus 4,
die 6 bis 8 Schnittansichten, die Profilbeispiele des Stoppers darstellen, und
die 9 bis 13 Schnittansichten, die Beispiele von Zylinderkopfdichtungen darstellen.
In 1 ist ein Teil einer Zylinderkopfdichtung 10 dargestellt, die mindestens eine für den Durchgang einer Brennkammer vorgesehene Öffnung 12 mit im Wesentlichen gleichen Abmessungen wie die Brennkammer und mit Durchgangsöffnungen 14 aufweist, die die Befestigungsschrauben durchlassen können, die die Verbindung des Zylinderkopfs mit dem Motorblock gewährleisten, die beide nicht dargestellt sind.
Im Fall einer mehrlagigen Zylinderkopfdichtung weist letztere mindestens zwei Bleche auf, das eine gerippt und das andere im Wesentlichen eben.
Wie in den 3A und 3B dargestellt, weist die Zylinderkopfdichtung vorzugsweise ein erstes Blech 16 mit einer Rippe 18, ein zweites Blech 20 mit einer Rippe 22 und ein drittes, im Wesentlichen ebenes Blech 24 auf, das als Unterlegscheibe dient und zwischen den beiden ersten Blechen 16 und 20 angeordnet ist, wobei die beiden Rippen 18 und 22 mit dem dritten Blech 24 in Kontakt kommen.
Die mit den Rippen 18 bzw. 22 versehenen Bleche 16 und 20 ermöglichen es, die Dichtheit zu vervollkommnen, insbesondere bezüglich der Bewegungen der Einheit aus Zylinderkopf und Motorblock.
Zusätzlich ist in Höhe des Rands jeder einer Brennkammer entsprechenden Öffnung eine Stopper genannte Unterlegscheibe 26 vorgesehen, um die Funktion eines Verpressungsbegrenzers für die Rippen 18, 20 zu gewährleisten. Diese Unterlegscheibe erlaubt einen starken Druck in Höhe der Brennkammern, wobei die Zylinderkopfdichtung durch die Befestigungsschrauben stark zwischen dem Motorblock und dem Zylinderkopf komprimiert wird, ohne dass die Rippen jedoch flachgedrückt werden.
Im Gegensatz zu den Zylinderkopfdichtungen des Stands der Technik ist der Stopper 26 erfindungsgemäß nicht gegen eine der Flächen des Blechs 24, mit dem er verbunden ist, angeordnet, sondern er liegt stumpf gegen das Blech 24 an.
Diese Anordnung hat viele Vorteile, insbesondere bezüglich der Herstellung und der Befestigung des Stoppers 26 auf dem Blech 24, die später im Einzelnen beschrieben werden.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung variiert die Dicke a des Stoppers entlang des Umfangs, wie in 2 dargestellt.
Diese Dickenveränderung ermöglicht es, die Druckveränderungen um die Brennkammer herum zu kompensieren, die durch die Befestigungsmittel des Zylinderkopfs auf dem Motorblock verursacht werden, wobei der Druck in den Zonen nahe den Durchgangsöffnungen 14 sehr viel höher ist als in den von den Öffnungen 14 entfernten Zonen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Stopper eine Dicke, die gemäß einer Sinusform variiert, mit einer reduzierten Dicke in den Zonen, die vor den Durchgangsöffnungen 14 bei 45°, 135°, 225° und 315° angeordnet sind, und einer stärkeren Dicke in den Zwischenzonen bei 0°, 90°, 180°, 270°.
Vorteilhafterweise besitzt der Stopper 26 Indexierungsmittel 28, um ihn bezüglich des Rests der Dichtung, und insbesondere bezüglich der Durchgangsöffnungen 14, winkelmäßig zu positionieren.
Wenn die Stopper jeder Brennkammer unabhängig sind und je die Form eines Rings haben, wie in 1 dargestellt, besitzt jeder Stopper 26 ein vorspringendes Element 30, Nocken genannt, das an seinem Umfang ausgebildet und in der Lage ist, sich in eine Hohlform 32 einzufügen, die auf dem Rand 34 des Blechs 24 ausgebildet ist.
Wenn die Stopper der Brennkammern miteinander über Isthmen verbunden sind, wie in den 4 und 5B gezeigt, erfüllen die Stopper 26 selbst die Funktion der Indexierung.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung weist der Stopper 26 einen Körper 36 und auf mindestens einer der Flächen des Körpers gegenüber dem gerippten Blech 16 oder 20 eine vorstehende Rippe 38 auf. Vorzugsweise hat diese Rippe 38 ein gemäß einer senkrechten Achse 39 des Querschnitts symmetrisches Profil, zum Beispiel in Halbkreisform, um eine bessere Dichtheit zu gewährleisten.
Je nachdem wird die Dickenveränderung des Stoppers 26 entweder durch Veränderung der Dicke des Körpers 36 oder durch Veränderung der Höhe der Rippe 38 erhalten.
In einer Variante kann der Stopper auf jeder Fläche eine vorstehende Rippe 38, wie in den 5B und 6 gezeigt, eine vorstehende Rippe 38 auf einer der Flächen und eine vertiefte Rippe 40 auf der gegenüberliegenden Fläche, wie in den 3A, 3B, 5A und 8 gezeigt, oder eine einzige, auf einer der Flächen vorstehende Rippe 38, wie in 7 gezeigt aufweisen.
Man kann auch ein anderes Rippenprofil vorsehen, wie zum Beispiel trapezförmig, wie in den 7 und 8 gezeigt.
In Abhängigkeit von den Fällen kann der Stopper eine Verlängerung 42 aufweisen, die sich derart über den Außenumfang des Stoppers erstreckt, dass sie zum Teil zwischen die beiden Rippen 18 und 22 der äußeren Bleche 16, 20 kommt, wie in 5A dargestellt, oder derart, dass zwei Stopper 26 vereint werden, wie in 5B dargestellt.
Erfindungsgemäß wird die Verbindung zwischen dem Stopper 26 und dem Blech 24 durch plastische Verformung erhalten, insbesondere durch radiale Ausdehnung des Stoppers 26.
In allen Figuren ist ein Zwischenraum zwischen dem Stopper 26 und dem Blech 24 dargestellt, um zu betonen, dass die beiden Elemente einzelne Elemente sind. Es ist klar, dass diese beiden Elemente in Wirklichkeit aneinander anliegend angeordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Profil des Stoppers 26 durch plastische Verformung erhalten, genauer durch Formstanzen, wobei die radiale Ausdehnung während dieses gleichen Vorgangs erhalten wird.
Vor dem Vorgang des Formstanzens hat der Stopper die Form eines Rings mit beliebigem Querschnitt, zum Beispiel rechteckig oder quadratisch, und er hat einen Außendurchmesser gleich dem oder geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Blechs 24. Während des Formstanzens wird der Stopper zwischen zwei Matrizen zusammengedrückt, um das gewünschte Profil zu erhalten. Gleichzeitig erhält man eine radiale Ausdehnung des Stoppers, die eine Erhöhung des Außendurchmessers erzeugt, so dass der Stopper am Blech 24 befestigt wird.
Vorteilhafterweise wird in dem Fall, in dem das Blech 24 eine geringere Dicke hat als der Stopper, die Befestigung des Stoppers am Blech nicht nur durch radiale Ausdehnung, sondern auch aufgrund der Bildung von zwei Wülsten 44 in Höhe des Stoppers auf beiden Seiten des Blechs 24 erhalten, die das Blech einklemmen, wie durch 3A dargestellt.
Diese Befestigungstechnik kann für alle Stopperprofile angewendet werden, sobald letzterer stumpf an das Zwischenblech 24 angrenzend angeordnet ist.
Die Trennung des Stoppers und des Blechs ermöglicht es, die Formstanzlasten zum Erhalt des gewünschten Profils des Stoppers auf ein Minimum zu reduzieren.
In den 9 bis 13 sind verschiedene Zylinderkopfdichtungen als Beispiel dargestellt.
In 9 weist die Dichtung ein einziges geripptes funktionales Blech 46, ein einziges, als Unterlegscheibe dienendes, im Wesentlichen ebenes Blech 48 und einen Stopper 50 auf.
In 10 weist die Dichtung zwei aneinander geklebte, gerippte Bleche 52, 54, wobei die Rippen entgegengesetzt angeordnet sind, ein weiteres geripptes Blech 56, ein als Unterlegscheibe dienendes, im Wesentlichen ebenes Blech 58 und einen Stopper 60 auf, die beide zwischen den Blechen 52 und 54 einerseits und dem Blech 56 andererseits angeordnet sind.
In 11 weist die Dichtung die gleichen Elemente wie in den 3A und 3B auf, wobei eine Unterlegscheibe 62 in Form eines Rings unter dem Stopper 26 angeordnet ist.
In 12 weist die Dichtung die gleichen Elemente wie in den 3A und 3B auf, wobei eines der gerippten Bleche, zum Beispiel das Blech 20, im Wesentlichen eben ist.
In 13 weist die Dichtung zu beiden Seiten eines im Wesentlichen ebenen Blechs 64 und eines Stoppers 26 ein Paar von gerippten Blechen 66, 68 auf, die aneinander geklebt sind, wobei die Rippen entgegengesetzt angeordnet sind.
Unabhängig von der Zylinderkopfdichtung ist der Stopper stumpf an das als Unterlegscheibe dienende Blech angrenzend angeordnet. Vorzugsweise hat dieser Stopper eine variable Dicke entlang seines Umfangs.

Claims

Zylinderkopfdichtung mit mindestens einer einer Brennkammer entsprechenden Öffnung (12), die einerseits einen Stapel aus mindestens einem Blech (16, 20) mit einer um die Öffnung herum ausgebildeten Rippe (18, 22) und aus mindestens einem als Unterlegscheibe dienenden Blech (24) und andererseits eine Stopper (26) genannte Unterlegscheibe aufweist, die vorgesehen ist, um das Verpressen der Rippe (18) zu begrenzen, wobei der Stopper (26) und das als Unterlegscheibe dienende Blech (24) stumpf angeordnet sind und Verbindungsmittel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel durch plastische Verformung erhalten werden, genauer durch radiale Ausdehnung des Stoppers (26), wobei letzterer vor der Verformung einen Außendurchmesser gleich dem oder geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des als Unterlegscheibe dienenden Blechs (24) hat und bezüglich des Blechs stumpf angeordnet ist.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel in Höhe des Stoppers (26) auf jeder Seite des Blechs (24) zwei Wülste (44) aufweisen, wodurch das Blech eingeklemmt wird.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopper (26) eine Dicke hat, die entlang seines Umfangs variiert.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopper (26) eine variierende Dicke hat, mit einer verringerten Dicke in den Zonen, die sich winkelmäßig vor den Durchgangsöffnungen (14) befinden, und mit einer stärkeren Dicke in den Zwischenzonen.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopper (26) Indexierungsmittel (28) aufweist, um ihn winkelmäßig bezüglich des Rests der Dichtung, und insbesondere bezüglich der Durchgangsöffnungen (14), zu positionieren.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopper (26) einen Körper (36) und auf mindestens einer der Seiten des Körpers gegenüber dem gerippten Blech (16, 20) eine vorstehende Rippe (38) aufweist.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehende Rippe (38) ein gemäß einer senkrechten Achse (39) des Querschnitts des Stoppers symmetrisches Profil hat.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenänderung des Stoppers durch Veränderung der Dicke des Körpers (36) erhalten wird.
Verfahren zur Befestigung des Stoppers (26) am als Unterlegscheibe dienenden Blech (24) in einer Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Stopper (26) und dem Blech (24) durch plastische Verformung erhalten wird, genauer durch radiale Ausdehnung des Stoppers (26), wobei letzterer vor der Verformung einen Außendurchmesser gleich dem oder geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des als Unterlegscheibe dienenden Blechs (24) hat und bezüglich des Blechs stumpf angeordnet ist.
Verfahren zur Befestigung des Stoppers nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Stoppers am als Unterlegscheibe dienenden Blech nicht nur durch radiale Ausdehnung, sondern auch aufgrund der Bildung von zwei Wülsten (44) in Höhe des Stoppers (26) auf beiden Seiten des Blechs (24) erhalten wird, wodurch das Blech eingeklemmt wird.
Verfahren zur Befestigung des Stoppers nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Befestigung des Stoppers notwendige radiale Ausdehnung zum Zeitpunkt der Herstellung des gewünschten Profils des Stoppers erzeugt wird, das durch plastische Verformung, insbesondere durch Formstanzen, erhalten wird.